中高温有机朗肯循环工质的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种中高温有机朗肯循环工质，按质量百分数计，包括11-59％的反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯和41-89％的3-乙氧基-1,1,1,2,3,4,4,5,5,6,6,6-十二氟-2-三氟甲基己烷。本发明的混合工质不可燃，ODP接近于零，不破坏臭氧层，GWP较低，符合环保要求；热工参数适宜，循环性能优良。本发明的混合工质为二元非共沸工质，相变过程中存在较大的温度滑移，可显著降低传热过程的不可逆损失，提高循环系统效率。
【专利说明】中高温有机朗肯循环工质
【技术领域】
[0001]本发明涉及热力系统工质【技术领域】，特别涉及中高温有机朗肯循环工质。
【背景技术】
[0002]有机朗肯循环是以有机工质代替水蒸汽的闭式循环系统，由于其能将低品位能(如工业余热、地热、太阳能、生物质能等)转换成电能而受到越来越多的关注，然而由于缺乏理想的工质，使得有机朗肯循环的发展受到一定的制约。
[0003]HCFC-123是目前研究最多的一种有机朗肯循环工质，在中低温余热利用中可以实现较高的效率，然而其大气寿命较长，对臭氧层具有破坏作用，其GWP值为120 ;HFC-134a、HFC-245fa与戊烷是目前中低温商业有机朗肯循环中使用最多的三种工质，其中戊烷具有较强的可燃性，HFC-134a, HFC_245fa虽然不可燃，但是其温室效应潜能(GWP)均较高，HFC-134a的GWP值为1300，HFC_245fa的GWP值为950。随着国际上对气候变化的日益重视，HFC-134a、HFC-245fa只能是一种过渡性的工质。
[0004]在有机朗肯循环中使用非共沸混合工质可显著降低传热过程中的不可逆损失，提高系统效率。在专利CN102925110A中，公开了以HFC-143、HFC-236fa、HFC_245fa等十种组元组成的混合工质；在专利CN102925113A中，公开了以HFC-236fa、HFC-143、HFC_245fa等十种组元组成的混合工质。上述专利申请中的混合工质或者具有可燃性，或者具有较高的GffP值，且适用的余热源温度较低。因此，开发出一种环境友好，热力性能优良，实际应用安全可靠的高温工质对有机朗肯循环技术的发展至关重要。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种中高温有机朗肯循环工质，其热力性能优良，环境友好，应用时安全可靠。
[0006]为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案:按质量百分数计，包括11-59%的反式 _1_ 氣 _3，3, 3- 二氣丙稀和 41-89 % 的 3-乙氧基-1, I, I, 2, 3, 4, 4, 5, 5, 6, 6, 6-十二
氟_2_ 二氟甲基己烧。
[0007]进一步的改进在于，按质量百分数计，包括11-44%的反式-1-氯-3，3，3_三氟丙烯和56-89%的3-乙氧基-1, I, I, 2，3，4，4，5，5，6，6，6-十二氟_2_三氟甲基己烷。
[0008]进一步的改进在于，按质量百分数计，包括11-26%的反式-1-氯-3，3，3_三氟丙烯和74-89%的3-乙氧基-1，I, I, 2，3，4，4，5，5，6，6，6-十二氟_2_三氟甲基己烷。
[0009]进一步的改进在于，按质量百分数计，包括11-17%的反式-1-氯-3，3，3_三氟丙烯和83-89%的3-乙氧基-1，I, 1,2, 3,4, 4，5，5，6，6，6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
[0010]进一步的改进在于，按质量百分数计，包括20-26%的反式-1-氯-3，3，3_三氟丙烯和74-80%的3-乙氧基-1，I, I, 2，3，4，4，5，5，6，6，6-十二氟_2_三氟甲基己烷。
[0011]进一步的改进在于，按质量百分数计，包括32-44%的反式-1-氯-3，3，3_三氟丙烯和56-68%的3-乙氧基-1, I, I, 2，3，4，4，5，5，6，6，6-十二氟_2_三氟甲基己烷。[0012]进一步的改进在于，按质量百分数计，包括53-59%的反式-1-氯_3，3，3_三氟丙烯和41-47%的3-乙氧基-1，I, 1,2, 3,4, 4，5，5，6，6，6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
[0013]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:(I)安全性能:本发明的混合工质具有不可燃的特点，实际应用安全可靠。(2)环境性能:本发明的混合工质ODP接近于零，不破坏臭氧层，GWP较低，具有良好的环境性能。(3)热工参数:在高温有机朗肯循环设计工况，如汽轮机入口温度分别为310°C和240°C，冷凝泡点温度均为25°C下的平均蒸发压力分别为2447kPa和2370kPa，平均冷凝压力分别为63kPa和74kPa ;如汽轮机入口温度分别为195°C和175°C，冷凝泡点温度均为25°C，蒸发器出口过热度均为5°C下的平均蒸发压力分别为1539kPa和1589kPa，平均冷凝压力分别为89kPa和104kPa ;热工参数适宜。(4)循环性能:本发明在上述工况下的单位质量输出净功分别为39.86~42.86kJ/kg、35.15~38.35kJ/kg、31.57~38.24kJ/kg和36.75~39.88kJ/kg(在汽轮机和工质泵的等熵效率分别为80%和75%的条件下)，循环效率分别为33.02~34.92%,32.60~34.30%,27.48~27.85%和24.49~24.53% (回热器效率为80%的条件下)，循环性能优良。(5)热利用率:本发明为非共沸混合工质，相变过程存在温度滑移，与纯工质相比，能够实现更好的温度匹配，减少不可逆损失，循环热利用率高，适用于高温的地热源或工业余热、太阳能、生物质能等有机朗肯循环工质。
[0014]进一步的，按质量百分比计，11-17% 的 HCF0-1233zd (E)与 83-89 % 的 HFE-7500 混合物可作为蒸发温度为270-350°C的有机朗肯循环系统使用；20-26%的HCF0-1233zd(E)与74-80%的HFE-7500混合物可作为蒸发温度为200-280°C的有机朗肯循环系统使用；32-44%的HCF0-1233zd(E)与56-68%的HFE-7500混合物可作为蒸发温度为175_210°C的有机朗肯循环系统使用；53-59%的HCF0-1233zd(E)与41-47%的HFE-7500混合物可作为蒸发温度为140-185°C的有机朗肯循环系统使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的实施例1-3在变汽轮机入口温度下的单位质量输出净功，其中横坐标为汽轮机入口温度，纵坐标为单位质量输出净功。
[0016]图2为本发明的实施例4-6在变汽轮机入口温度下的单位质量输出净功，其中横坐标为汽轮机入口温度，纵坐标为单位质量输出净功。
[0017]图3为本发明的实施例7-11在变蒸发露点温度下的热效率,其中横坐标为蒸发露点温度，纵坐标为热效率。
[0018]图4为本发明的实施例7-11在变蒸发露点温度下的单位质量输出净功，其中横坐标为蒸发露点温度，纵坐标为单位质量输出净功。
[0019]图5为本发明的实施例7-11在蒸发露点温度下的蒸发温度滑移，其中横坐标为蒸发露点温度，纵坐标为蒸发温度滑移。
[0020]图6为本发明的实施例12-14在变蒸发露点温度下的热效率，其中横坐标为蒸发露点温度，纵坐标为热效率。
[0021]图7为本发明的实施例12-14在变蒸发露点温度下的单位质量输出净功，其中横坐标为蒸发露点温度，纵坐标为单位质量输出净功。
[0022]图8为本发明的实 施例12-14在变蒸发露点温度下的蒸发温度滑移，其中横坐标为蒸发露点温度，纵坐标为蒸发温度滑移。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。
[0024]本发明中提供中高温有机朗肯循环工质中的高温具体为140_350°C。本发明中涉及到2种组元物质，具体是:反式-1-氯_3，3，3-三氟丙烯(C3H2ClF3, HCF0-1233zd (E))和3-乙氧基-1, I, I, 2，3，4，4，5，5，6，6，6-十二氟 _2_ 三氟甲基己烷(C7F15OC2H5, HFE-7500)。各组元物质的基本参数如表1所示。
[0025]表1高温有机朗肯循环工质中所含组元的基本参数
【权利要求】
1.中高温有机朗肯循环工质，其特征在于，按质量百分数计，包括11-59%的反式 _1_ 氣 _3，3，3_ 二氣丙烯和 41-89 % 的 3-乙氧基-1, I, I, 2, 3, 4, 4, 5, 5, 6, 6，6-十二氟_2_ 二氟甲基己烧。
2.根据权利要求1所述的中高温有机朗肯循环工质，其特征在于，按质量百分数计，包括11-44 %的反式-1-氯-3，3，3- 二氟丙烯和56_89 %的3-乙氧基-1, I, I, 2，3，4，4，5，5，6，6，6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
3.根据权利要求1或2所述的中高温有机朗肯循环工质，其特征在于，按质量百分数计，包括11-26 %的反式-1-氯-3，3，3- 二氟丙烯和74_89 %的3-乙氧基-1, I, I, 2，3，4，4，5，5，6，6，6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
4.根据权利要求1或2所述的中高温有机朗肯循环工质，其特征在于，按质量百分数计，包括11-17 %的反式-1-氯-3，3，3- 二氟丙烯和83_89 %的3-乙氧基-1, I, I, 2，3，4，4，5，5，6，6，6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
5.根据权利要求1或2所述的中高温有机朗肯循环工质，其特征在于，按质量百分数计，包括20-26 %的反式-1-氯-3，3，3- 二氟丙烯和74-80 %的3-乙氧基-1, I, I, 2，3，4，4，5，5，6，6，6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
6.根据权利要求1或2所述的中高温有机朗肯循环工质，其特征在于，按质量百分数计，包括32_44 %的反式-1-氯-3，3，3- 二氟丙烯和56-68 %的3-乙氧基-1, I, I, 2，3，4，4，5，5，6，6，6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
7.根据权利要求1所述的中高温有机朗肯循环工质，其特征在于，按质量百分数计，包括53_59 %的反式-1-氯-3，3，3- 二氟丙烯和41-47 %的3-乙氧基-1, I, I, 2，3，4，4，5，5，6，6，6-十二氟-2-三氟甲基己烷。
【文档编号】C09K5/04GK103980861SQ201410240499
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】张可, 赵康, 毕胜山, 吴江涛 申请人:西安交通大学, 西安交通大学苏州研究院