CN1884428A - 一种环保型热泵混合工质 - Google Patents
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Abstract
一种环保型热泵混合工质，属于热泵系统中完成热力循环的工质，共特征在于所述混合工质由五氟乙烷(HFC－125)、1，1，1，2－四氟乙烷(HFC－134a)、第三组分和第四组分组成，其中第三组分为氟乙烷(HFC－161)和1，1－二氟乙烷(HFC－152a)中的一种，第四组分为异丁烷(HC－600a)、正丁烷(HC－600)和丙烷(HC－290)中的一种。本发明提供的热泵混合工质符合当前保护臭氧层和抑制全球气候变暖并重的环保要求，而且具有优于R417A或者与其相当的热工参数和热力性能、可直接充灌于R417A系统，并可作为HCFC－22的长期替代物。
Description
技术领域
本发明涉及热泵系统中完成热力循环的工质，尤其涉及一种臭氧破坏潜能为零的环保型混合工质。
背景技术
热泵作为一种热量提升装置，其作用是从周围环境中吸取热量，并把它传递给被加热的物体。它根据逆卡诺循环原理，采用小部分电能驱动，推动压缩机对工质做功，使其在蒸发器中吸收周围环境中的热量，再经冷凝器释放出来供人们使用。热泵在其节能与环保方面的优势，尤其在冷凝热回收上的高经济效益，引起人们的关注，所以在兼有制冷与制热双功能的热泵设备的应用渐多。
现有技术中的热泵工质均为传统的HCFC-22及一些替代混合工质。HCFC-22(即CHClF2)是目前发展中国家制冷空调热泵装置广泛使用的工质。HCFC-22虽然具有优良的热工性能，但其在热泵工况下的压力较高，对系统的耐压要求较高，而且其环境性能不佳。由于HCFC-22对臭氧层的损耗作用和较高的温室效应值，根据《蒙特利尔议定书》规定，发达国家对HCFC禁用期限提前到2020年，发展中国家也将2030年停止使用，因此，HCFC作为热泵工质在不久的未来将会被逐步淘汰。
而替代HCFC-22的混合工质主要分为ODP＝0和ODP≠0两种。ODP≠0的混合工质中含有HCFC类物质，不符合保护臭氧层的环保要求，而ODP＝0的混合工质为符合环保要求的替代工质。
ODP＝0的替代混合工质主要有：
1)R410A，R410A虽具有良好的传热性能，但其热泵工况下压力过高，甚至比HCFC-22还高50％左右，对系统的要求比HCFC-22更高，将大大增加生产成本。
2)R407C，R407C虽然压力与HCFC-22相近，但其传热性能不佳，要达到相同的制热量，需加大两器，同样要加大生产成本，而且R407C的温度滑移较大，系统泄露将造成组分的较大变化，不利于系统维护。
3)R417A(混合组成R125/R134a/R600)，由于其具有较低的系统压力和尚可的制热效果，为目前用量最大、使用范围最广泛的热泵替代工质。R417A不可燃，ODP为零，可与现有润滑油互溶，适合典型HCFC-22直接膨胀系统。目前，中国及其它国家已经使用R417A批量生产空调和热泵热水器。
虽然R417A相对HCFC-22的热泵工况下压力有所降低，无需提高系统耐压设计，但其容积制热量下降过多，而且其温室效应过大，仍需要改进，因此还不是HCFC-22的最佳替代工质。
鉴于要综合考虑环境可接受性、安全性、功耗、设备尺寸和系统价格等多方面的因素，需要寻找一种环境性能、热工性能优于R417A，压力不高于R417A的新型环保型热泵工质。
发明内容
本发明之目的在于提供一种符合当前保护臭氧层和抑制全球气候变暖并重的环保要求的环保型热泵工质，本发明的另一目的是提供一种具有优于R417A或者与其相当的热工参数和热力性能、可直接充灌于R417A系统，并可作为HCFC-22的长期替代物的热泵工质。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种环保型热泵工质，其特征在于该工质由五氟乙烷(HFC-125)、1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)、第三组分和第四组分组成，其中第三组分为氟乙烷(HFC-161)和1，1-二氟乙烷(HFC-152a)中的一种，第四组分为异丁烷(HC-600a)、正丁烷(HC-600)和丙烷(HC-290)中的一种。
本发明提供的四元热泵混合工质，将五氟乙烷(HFC-125)，1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)，第三组分和第四组分，共四种组分在液相状态下进行物理混合。
所述五氟乙烷(HFC-125)、1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)与第三组分和第四组分的质量百分比为：
HFC-125：10％-60％
HFC-134a：10％-70％
第三组分：5％-75％
第四组分：1％-30％。
进一步，各组成物质较为优选的质量百分比为：
HFC-125：20％-60％
HFC-134a：20％-60％
第三组分：5％-35％
第四组分：1％-25％。
实验证明在HFC-125、HFC-134a与第三组分和第四组分按下述质量百分比混合时，其环境性能和热力性能更为优异：
HFC-125：30％-50％
HFC-134a：30％-50％
第三组分：10％-25％
第四组分：3％-10％。
本发明的热泵混合工质与现有技术公开的热泵相比，具有以下优点：
1、环境性能良好，消耗臭氧层潜能ODP值为0，而且全球变暖潜能GWP值小于R417A，符合环保要求。
2、热工参数如蒸发压力、冷凝压力和压比与R417A相近，在不改变设备主要部件的前提下，单位容积制热量、COP值均大于R417A。本发明混合工质可直接用于原使用R417A的系统中，并可以减少充灌量，提高能效比，具有节省资源、节约能源的优点，较R417A作为HCFC-22的长期替代物更为优异。
具体实施方式
本发明提供的热泵工质，其制备方法是将五氟乙烷(HFC-125)，1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)，第三组分即氟乙烷(HFC-161)、1，1-二氟乙烷(HFC-152a)中的一种和第四组分即异丁烷(HC-600a)、正丁烷(HC-600)、丙烷(HC-290)中的一种，共四种组分按照其相应的配比在液相状态下进行物理混合。
上述组分中的五氟乙烷(HFC-125)，其分子式为CHF2CF3，分子量为120.02，标准沸点为-48.1℃，临界温度为66.2℃，临界压力为3.63MPa。
上述组分中的1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)，其分子式为CH2FCF3，分子量为102.03，标准沸点为-26.1℃，临界温度为101.1℃，临界压力为4.06MPa。
上述组分中的氟乙烷(HFC-161)，其分子式为CH3CH2F，分子量为48.06，标准沸点为-37.1℃，临界温度为102.2℃，临界压力为4.70MPa。
上述组分中的1，1-二氟乙烷(HFC-152a)其分子式为CH3CHF2，分子量为66.05，标准沸点为-24.02℃，临界温度为113.26℃，临界压力为4.52MPa。
上述组分中的异丁烷(HC-600a)，其分子式为CH(CH3)2CH3，分子量为58.12，标准沸点为-11.6℃，临界温度为134.7℃，临界压力为3.64MPa。
上述组分中的正丁烷(HC-600)，其分子式为CH3CH2CH2CH3，分子量为58.12，标准沸点为-0.5℃，临界温度为152.0℃，临界压力为3.80MPa。
上述组分中的丙烷(HC-290)，其分子式为CH3CH2CH3，分子量为44.10，标准沸点为-42.1℃，临界温度为96.7℃，临界压力为4.25MPa。
下面的实施例用来说明本发明的几个具体实施方式，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
实施例1：将HFC-125、HFC-134a、HFC-161、HC-600a在液相下按30∶45∶20∶5的质量百分比进行物理混合。
实施例2：将HFC-125、HFC-134a、HFC-161、HC-600a在液相下按25∶50∶20∶5的质量百分比进行物理混合。
实施例3：将HFC-125、HFC-134a、HFC-152a、HC-600a在液相下按45∶20∶25∶10的质量百分比进行物理混合。
实施例4：将HFC-125、HFC-134a、HFC-152a、HC-600a在液相下按30∶50∶19∶1的质量百分比进行物理混合。
实施例5：将HFC-125、HFC-134a、HFC-161、HC-600在液相下按30∶40∶25∶5的质量百分比进行物理混合。
实施例6：将HFC-125、HFC-134a、HFC-161、HC-600在液相下按33∶37∶25∶5的质量百分比进行物理混合。
实施例7：将HFC-125、HFC-134a、HFC-161、HC-600在液相下按25∶45∶25∶5的质量百分比进行物理混合。
实施例8：将HFC-125、HFC-134a、HFC-152a、HC-600在液相下按30∶50∶17∶3的质量百分比进行物理混合。
实施例9：将HFC-125、HFC-134a、HFC-161、HC-290在液相下按30∶50∶19∶1的质量百分比进行物理混合。
实施例10：将HFC-125、HFC-134a、HFC-161、HC-600在液相下按10∶10∶75∶5的质量百分比进行物理混合。
实施例11：将HFC-125、HFC-134a、HFC-161、HC-600a在液相下按10∶10∶50∶30的质量百分比进行物理混合。
实施例12：将HFC-125、HFC-134a、HFC-161、HC-600a在液相下按60∶15∶22∶3的质量百分比进行物理混合。
实施例13：将HFC-125、HFC-134a、HFC-161、HC-600在液相下按15∶70∶10∶5的质量百分比进行物理混合。
现将上述实施例的性能与R417A进行比较，说明本发明的特点和效果。
a.近共沸
表1 温度滑移的比较(单位：℃)
| 泡点温度 | 露点温度 | 温度滑移 | |
| 实施例1 | -38.06 | -36.03 | 2.03 |
| 实施例2 | -37.40 | -35.37 | 2.03 |
| 实施例3 | -37.68 | -32.66 | 5.02 |
| 实施例4 | -34.21 | -29.28 | 4.93 |
| 实施例5 | -37.71 | -34.77 | 2.95 |
| 实施例6 | -38.10 | -35.08 | 3.03 |
| 实施例7 | -37.08 | -34.27 | 2.81 |
| 实施例8 | -33.79 | -29.09 | 4.70 |
| 实施例9 | -40.09 | -35.77 | 4.32 |
| 实施例10 | -37.08 | -35.59 | 1.49 |
| 实施例11 | -35.60 | -31.36 | 4.24 |
| 实施例12 | -42.07 | -40.31 | 1.76 |
| 实施例13 | -33.7 | -30.56 | 3.14 |
| R417A | -38.01 | -32.87 | 5.14 |
(注：表中的泡点温度和露点温度都是在标准大气压101.325kPa时的饱和温度)
从表1中可以看出，所有实施例的温度滑移都小于R417A，其中实施例1、2、5、6、7、10、12、13的温度滑移不超过3.15℃，属于近共沸混合工质。
b.环境性能
表2比较了上述实施例与R417A的环境性能。其中ODP值以CFC-11作为基准值1.0，GWP值以CO2作为基准值1.0(100年)。
表2 环境性能比较
| 工质 | ODP | GWP |
| 实施例1 | 0 | 1428 |
| 实施例2 | 0 | 1353 |
| 实施例3 | 0 | 1557 |
| 实施例4 | 0 | 1517 |
| 实施例5 | 0 | 1364 |
| 实施例6 | 0 | 1409 |
| 实施例7 | 0 | 1289 |
| 实施例8 | 0 | 1514 |
| 实施例9 | 0 | 1491 |
| 实施例10 | 0 | 419 |
| 实施例11 | 0 | 421 |
| 实施例12 | 0 | 1877 |
| 实施例13 | 0 | 1332 |
| R417A | 0 | 1956 |
从表2中可以看出，上述实施例的臭氧层消耗潜能(ODP)值均为零，与R417A相同，对大气臭氧层没有破坏作用。
不仅如此，上述实施例的全球变暖潜能(GWP)值小于R417A，为R417A GWP值的21％～96％，更符合当前保护臭氧层、减小全球变暖效应并重的环境保护要求。
c.热工参数及热力性能
在热泵工况下(即蒸发温度＝10℃，冷凝温度＝70℃，吸气温度＝20℃，过冷温度＝60℃)，上述实施例与R417A的热工参数(即：蒸发压力P0、冷凝压力Pk、压比Pk/P0、排气温度t2)及相对热力性能(即：相对COP、相对单位质量制热量q0、相对单位容积制热量qv、相对单位容积耗功量wv)的比较见表3。
上述相对热力性能是指各实施例热力性能与R417A热力性能的比值。
表3 热工参数及热力性能的比较
从表3中可见，在制热工况下，除实施例9、12以外，其余实施例的冷凝压力均低于R417A；各实施例的压比均与R417A相近，可直接充灌于原使用R417A的系统中。
上述各实施例的排气温度虽均高于R417A，但除实施例10以外，其余幅度均较小，均处于允许范围内。
单位质量制冷量均高于R417A，这意味着可以减少系统工质的充灌量。
COP值均大于R417A，因此，这些实施例具有节能效果。
除实施例3、4、8、11、13以外，其余实施例的单位容积制热量均高于R417A，这表明可以提高制热速度。
除实施例8、11以外，其余实施例的单位容积耗功量均与R417A相近，这表明这些实施例可直接使用R417A的压缩机，而基本无需改动。
Claims (4)
1、一种环保型热泵混合工质，其特征在于所述混合工质由五氟乙烷(HFC-125)、1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)、第三组分和第四组分组成，其中第三组分为氟乙烷(HFC-161)和1，1-二氟乙烷(HFC-152a)中的一种，第四组分为异丁烷(HC-600a)、正丁烷(HC-600)和丙烷(HC-290)中的一种。
2、根据权利要求1所述的环保型热泵混合工质，其特征在于所述HFC-125、HFC-134a、第三组分和第四组分的质量百分比为：
HFC-125：10％～60％
HFC-134a：10％～70％
第三组分：5％～75％
第四组分：1％～30％。
3、根据权利要求1或2所述的环保型热泵混合工质，其特征在于所述HFC-125、HFC-134a、第三组分和第四组分的质量百分比为：
HFC-125：20％～60％
HFC-134a：20％～60％
第三组分：5％～35％
第四组分：1％～25％。
4、根据权利要求1或2所述的环保型热泵混合工质，其特征在于所述HFC-125、HFC-134a、第三组分和第四组分的质量百分比为：
HFC-125：30％～50％
HFC-134a：30％～50％
第三组分：10％～25％
第四组分：3％～10％。
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Denomination of invention: An environmental friendly heat pump mixture Effective date of registration: 20220628 Granted publication date: 20090211 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Hangzhou Zhaohui sub branch Pledgor: SINOCHEM LANTIAN Co.,Ltd. Registration number: Y2022330001143 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20230308 Granted publication date: 20090211 Pledgee: Industrial and Commercial Bank of China Limited Hangzhou Zhaohui sub branch Pledgor: SINOCHEM LANTIAN Co.,Ltd. Registration number: Y2022330001143 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |