專利名稱：一組中高溫熱泵混合工質的制作方法
技術領域：
本發明屬于熱泵或制冷、空調系統中的制冷劑，尤其適合作為冷凝溫度為60-120℃的中高溫熱泵系統中的制冷工質。
背景技術：
對于生產和生活中大量存在的、對熱能品位要求相對較低(溫度為60-160℃)的用能環節，采用熱泵供熱技術不僅有比常規供能方式更高的總能利用效率，減少CO2排放(從而降低溫室效應)，還可有效利用工業余熱、地熱能、太陽能、以及環境(空氣、土壤、地表水或淺層地下水)中蘊含的低品位熱能，減小余熱排放造成的熱污染。當前，熱泵技術正向中高溫(冷凝溫度為80-100℃)、高溫(冷凝溫度高于100℃)熱泵方向發展，而制約其發展的關鍵問題之一，就是缺乏適合的循環工質。以往曾用作高溫熱泵系統工質的物質有CFC11、CFC113、CFC114等，它們均為CFC類物質，其臭氧層破壞勢(ODP)及溫室效應勢(GWP)都很大，發達國家已于1996年禁用，發展中國家也將于2010年禁用。目前應用較多的以HCFC22或其替代物R407C、R410A等為工質的空調-熱泵系統，能夠提供的熱水最高溫度為50-55℃(再高將不僅循環性能惡化，還將因突破系統的壓力和排溫上限而造成事故)，無法提供更高溫度水平的熱能。開發環境友好、熱力性能優良的新型工質，對中高溫熱泵技術的發展至關重要。
本發明提供的混合工質，是為冷凝溫度為60-120℃的中高溫熱泵系統應用而研制的，也可用作離心式制冷、空調機組的工質。
發明內容
本發明的目的是提供一組適于中高溫熱泵機組應用的新工質，使其環境特性和循環性能俱佳。
本發明內容介紹及實施例一組中高溫熱泵混合工質，含有1，1-二氯-2，2，2-三氟乙烷(HCFC-123)，一氯-1，2，2，2-四氟乙烷(HCFC-124)，1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)，一氯-1，1-二氟乙烷(HCFC-142b)，1，1-二氟乙烷(HFC-152a)，1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC-245fa)，異丁烷(HC600a)，1，1，1，3，3，3，-六氟丙烷(HFC-236fa)等組元物質。各組元物質的基本參數如表1所示。由HFC-134a、HCFC-124、HCFC-142b組成中高溫熱泵混合工質-1，由HFC-152a、HCFC-124、HCFC-123組成中高溫熱泵混合工質-2，由HFC-152a、HFC-134a、HCFC-123組成中高溫熱泵混合工質-3，由HFC-134a、HCFC-124、HCFC-123組成中高溫熱泵混合工質-4，由HFC-152a、HCFC-124、HFC-245fa組成中高溫熱泵混合工質-5，由HCFC-124、HCFC-142b、HFC-152a組成中高溫熱泵混合工質-6，由HFC-134a、HCFC-142b、HCFC-123組成中高溫熱泵混合工質-7，由HFC-134a、HCFC-124、HFC-245fa組成中高溫熱泵混合工質-8，由HFC-152a、HFC-134a、HFC-236fa組成中高溫熱泵混合工質-9，由HFC-152a、HCFC-124、HFC-236fa組成中高溫熱泵混合工質-10，由HCFC-124、HC-600a組成中高溫熱泵混合工質-11。其具體配比(質量百分數)為HFC-134a/HCFC-124/HCFC142-b(中高溫熱泵混合工質-1，包含HCFC-142b為零組分時，HFC-134a/HCFC-124為二元混合工質)5-50/30-90/0-60％，HFC-152a/HCFC-124/HCFC-123(中高溫熱泵混合工質-2)5-30/40-90/20-60％，HFC-152a/HFC-134a/HCFC-123(中高溫熱泵混合工質-3)5-40/30-90/5-70％，HFC-134a/HCFC-124/HCFC-123(中高溫熱泵混合工質-4，包含HCFC-124為零組分時，HFC-134a/HCFC-123為二元混合工質)20-90/0-40/10-80％，HFC-152a/HCFC-124/HFC-245fa(中高溫熱泵混合工質-5)5-30/40-90/5-30％，HCFC-124/HCFC-142b/HFC-152a(中高溫熱泵混合工質-6，包含HCFC-142b為零組分時，HCFC-124/HFC-152a為二元混合工質)40-95/0-30/5-30％，HFC-134a/HCFC-142b/HCFC-123(中高溫熱泵混合工質-7，包含HCFC-123為零組分時，HFC-134a/HCFC-142b為二元混合工質)20-95/5-50/0-75％，HFC-134a/HCFC-124/HFC-245fa(中高溫熱泵混合工質-8，包含HCFC-124為零組分時，HFC-134a/HFC-245fa為二元混合工質)30-95/0-70/10-60％，HFC-152a/HFC-134a/HFC-236fa(中高溫熱泵混合工質-9，包含HFC-152a為零組分時，HFC-134a/HFC-236fa為二元混合工質)0-25/20-70/30-80％，HFC-152a/HCFC-124/HFC-236fa(中高溫熱泵混合工質-10，包含HCFC-124為零組分時，HFC-152a/HFC236-fa為二元混合工質)5-30/0-60/10-95％，HCFC-124/HC-600a(中高溫熱泵混合工質-11)90-99/1-10％。
本發明所述混合工質的制備方法是，將各組元物質按其指定的質量配比在常溫下進行物理混合即可。
本發明具有以下優點及有益效果
(1)符合環保要求本發明的ODP等于零或接近于零，多數混合工質中的GWP較低，小于1000。可見其環境特性優良，符合保護臭氧層、減小溫室效應的要求。(2)熱工參數適宜在中高溫熱泵設計工況下，壓力水平與HCFC22在標準空調工況下的相近，排溫低于HCFC22壓縮機的排溫限。因此，高溫熱泵系統設計中可采用HCFC22的空調壓縮機，無需為本發明工質另行專門設計壓縮機。(3)循環性能優良本發明在高溫熱泵設計工況下的供熱COP為4.4左右、單位質量供熱量基本在110kJ/kg以上、單位容積供熱量在3500kJ/m3左右，循環性能優良。換熱器負荷與HCFC22空調系統相近，可將本發明工質直接灌注(有些工質要求更換潤滑油)于現有HCFC22空調機組，將其轉化為新工質的中高溫熱泵機組，能夠保證循環能效和機組主要硬件匹配度。
表1中高溫熱泵混合工質中所含組元的基本參數Tb正常沸點，Tc臨界溫度，Pc臨界壓力TbTcPc組元 名稱 分子式 分子量ODP GWP℃ ℃ MPaHCFC123 1，1-二氯- CHCl2CF3152.93 27.85 183.79 3.6740.02 902，2，2-三氟乙烷HCFC124 一氯-1，2，2 CHClFCF3136.48 -12.05 122.50 3.6340.02 4402-四氟乙烷HFC134a 1，1，1，2-CF3CH2F 102.03 -26.15 101.06 4.0560 1300四氟乙烷HCFC142b 1-一氯-1，1CClF2CH3100.50 -9.25 137.14.2460.06 1800二氟乙烷HFC152a 1，1- CHF2CH366.05-24.15 113.29 4.5200 150二氟乙烷HFC245fa 1，1，1，3，3-五氟 CF3CH2CHF2134.015.30 157.50 3.6440 790丙烷HFC236fa 1，1，1，3，3，3- CF3CH2CF3152.01 -1.11 130.60 3.1770 6300六氟丙烷HC600a異丁烷 CH(CH3)2CH358.12 -11.8 135.00 3.6500 ＜50具體實施方式
實施例1取13mass％HFC-134a、53mass％HCFC-124、34mass％HCFC-142b，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例2取24mass％HFC-152a、62mass％HCFC-124、14mass％HCFC-123，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例3取12mass％HFC-152a、52mass％HFC-134a、36mass％HCFC-123，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例4取67mass％HFC-134a、0mass％HCFC-124、33mass％HCFC-123，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例5取16mass％HFC-152a、70mass％HCFC-124、14mass％HFC-245fa，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例6取71mass％HCFC-124、17mass％HCFC-142b、12mass％HFC-152a，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例7取55mass％HFC-134a、18mass％HCFC-142b、27mass％HCFC-123，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例8取9mass％HFC-134a、8mass％HCFC-124、83mass％HFC-245fa，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例9取23mass％HFC-152a、7mass％HFC-134a、70mass％HFC-236fa，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例10取23mass％HFC-152a、24mass％HCFC-124、53mass％HFC-236fa，在常溫下進行物理混合后作為制冷劑。實施例11取95mass％HCFC-124、5mass％HC-600a，常溫下進行物理混合后作為制冷劑。
若熱泵系統的設計工況取為平均蒸發溫度為40℃，平均冷凝溫度為90℃，吸氣過熱溫度為5℃(對有些工質，為保證避免濕壓縮，取排氣過熱度為5℃)，過冷溫度為5℃，壓縮過程定熵效率為85％，根據循環計算，上述11個實施例的有關參數和循環性能指標如表2所示。
表2本發明實施例性能
權利要求
1.一組中高溫熱泵混合工質，含有1，1-二氯-2，2，2-三氟乙烷(HCFC-123)，一氯-1，2，2，2-四氟乙烷(HCFC-124)，1，1，1，2-四氟乙烷(HFC-134a)，一氯-1，1-二氟乙烷(HCFC-142b)，1，1-二氟乙烷(HFC-152a)，1，1，1，3，3-五氟丙烷(HFC-245fa)，異丁烷(HC-600a)，1，1，1，3，3，3-六氟丙烷(HFC-236fa)等組元物質，其特征是由HFC-134a、HCFC-124、HCFC-142b組成中高溫熱泵混合工質-1，由HFC-152a、HCFC-124、HCFC-123組成中高溫熱泵混合工質-2，由HFC-152a、HFC-134a、HCFC-123組成中高溫熱泵混合工質-3，由HFC-134a、HCFC-124、HCFC-123組成中高溫熱泵混合工質-4，由HFC-152a、HCFC-124、HFC-245fa組成中高溫熱泵混合工質-5，由HCFC-124、HCFC-142b、HFC-152a組成中高溫熱泵混合工質-6，由HFC-134a、HCFC-142b、HCFC-123組成中高溫熱泵混合工質-7，由HFC-134a、HCFC-124、HFC-245fa組成中高溫熱泵混合工質-8，由HFC-152a、HFC-134a、HFC-236fa組成中高溫熱泵混合工質-9，由HFC-152a、HCFC-124、HFC-236fa組成中高溫熱泵混合工質-10，由HCFC-124、HC-600a組成中高溫熱泵混合工質-11。
2.按照權利要求1所述的中高溫熱泵混合工質，其特征是上述各種組元物質的具體配比(質量百分數)為HFC-134a/HCFC-124/HCFC-142b(中高溫熱泵混合工質-1)5-50/30-90/0-60％，HFC-152a/HCFC-124/HCFC-123(中高溫熱泵混合工質-2)5-40/40-90/20-60％，HFC-152a/HFC-134a/HCFC-123(中高溫熱泵混合工質-3)5-40/30-90/5-70％，HFC-134a/HCFC-124/HCFC-123(中高溫熱泵混合工質-4)20-90/0-40/10-80％，HFC-152a/HCFC-124/HFC-245fa(中高溫熱泵混合工質-5)5-30/40-90/5-30％，HCFC-124/HCFC-142b/HFC-152a(中高溫熱泵混合工質-6)40-95/0-30/5-30％，HFC-134a/HCFC-142b/HCFC-123(中高溫熱泵混合工質-7)20-95/5-50/0-75％，HFC-134a/HCFC-124/HFC-245fa(中高溫熱泵混合工質-8)30-95/0-70/10-60％，HFC-152a/HFC-134a/HFC-236fa(中高溫熱泵混合工質-9)0-25/20-70/30-80％，HFC-152a/HCFC-124/HFC-236fa(中高溫熱泵混合工質-10)5-30/0-60/10-95％，HCFC-124/HC-600a(中高溫熱泵混合工質-11)90-99/1-10％。
全文摘要
一組中高溫熱泵混合工質，適合作為冷凝溫度為60－120℃的中高溫熱泵系統的制冷劑。該組混合工質由HCFC－123、HCFC－124、HFC－134a、HCFC－142b、HFC－152a、HFC－245fa、HFC236－fa、HC－600a八種物質按不同的質量比例組成的二元和三元混合物。其制備方法是，將上述各種組元按指定的配比在常溫下進行物理混合，得到相應的混合工質。本發明工質基本不破壞臭氧層，溫室效應勢較低，符合環保要求；熱工參數適宜，循環性能優良，既可采用HCFC22空調壓縮機優化設計新工質中高溫熱泵系統，又可將新工質直接應用于原HCFC22空調機組，將原空調機組轉換為新工質中高溫熱泵機組。
文檔編號C09K5/04GK1425735SQ03100578
公開日2003年6月25日 申請日期2003年1月20日 優先權日2003年1月20日
發明者王懷信, 馬利敏, 鄭臣明 申請人:天津大學