专利名称：含有碳氢化合物的中高温热泵混合工质的制作方法
技术领域：
本发明属于热泵或空调系统中的制冷剂，具体涉及到作为冷凝温度为60-100°C的 中高温热泵系统中的制冷工质。
背景技术：
对于生产和生活中大量存在的、对热能品位要求相对较低(温度为60-100°C )的 用能缓解，采用热泵供热技术不仅有比常规供能方式更高的总能利用效率，减少C02排放， 还可以有效利用工业余热、地热能、太阳能以及环境(空气、土壤、地表水或浅层地下水)中 蕴含的低品位热能，减小余热排放造成的热污染。当前，热泵技术正向中高温(冷凝温度 80-100°C)、高温(冷凝温度高于100°C)热泵方向发展，而制约其发展的关键问题之一，就 是缺乏适合的循环工质。以往曾用作高温热泵系统工质的物质有CFC11、CFC113、CFCl 14 等，他们均为CFC类物质，其臭氧层破坏势(ODP)及温室效应势(GWP)都很大，发达国家已 于1996年禁用，发展中国家也将于2010年禁用。目前应用较多的是以HCFC22或其替代物 R407C等为工质的空调-热泵系统，能够提供的热水最高温度为50-55°C，而无法提供更高 温度水平的热能。开发环境友好、热力性能优良的新型工质，对中高温热泵技术的发展至关 重要。本发明提供的混合工质，是为冷凝温度为60-100°C的中高温热泵系统应用而研制 的，也可用做离心式制冷、空调机组的工质。
发明内容
本发明的目的是，提供一组含有碳氢化合物适于中高温热泵机组应用的新工质， 使其环境特性和环境性能俱佳。本发明内容介绍根据优势互补的原则进行组元组合，筛选得到下述性能优良的 中高温热泵混合工质。具体包括丁烷(R600)、异丁烷(R600a)、丙烷(R290)、1，1，1，3，3-五 氟丙烷(R245fa)、三氟碘甲烷(R13I1)、1，1-二氟乙烷(R152a)、一氯-1，2，2，2-四氟乙烷 (R124)和一氯-1，1- 二氟乙烷(R142b)。各组元物质的基本参数如表1所示。本发明提出的含有HC600、HC600a和HC290的中高温热泵混合工质，由丁烷 (R600)和 1，1，1，3，3_ 五氟丙烷(R245fa)组成；或由异丁烷(R600a)和 1，1，1，3，3_ 五氟 丙烷(R245fa)；异丁烷(R600a)组成，或由1，1，1，3，3-五氟丙烷(R245fa)和三氟碘甲烷 (R13I1)组成；或由丁烷(R600)、l，l，l，3，3-五氟丙烷(R245fa)和 1，1_ 二氟乙烷(R152a) 组成；或由异丁烷(R600a)、l，l，l，3，3-五氟丙烷(R245fa)和1，1_ 二氟乙烷(R152a)组 成；或由一氯-1，1-二氟乙烷0 14213)、一氯-1，2，2，2-四氟乙烷(R124)、异丁烷(R600a)和 1，1，1，3，3_五氟丙烷(R245fa)组成；或由异丁烷(R600a)和一氯_1，1_ 二氟乙烷(R142b) 组成；或由异丁烷(R600a)和三氟碘甲烷(R13I1)组成；或由丁烷(R600)和三氟碘甲烷 (R13I1)组成；或由丙烷(R290)和1，1，1，3，3-五氟丙烷(R245fa)组成；或由丙烷(R290) 和一氯-1，2，2，2-四氟乙烷(R124)组成；或由丙烷(R290)和一氯_1，1_ 二氟乙烷(R142b)组成。
上述各组元物质的具体配比(质量百分]数)为
R600/R245fa2-97/3-98%,
R600a/R245fa3-98/2-97%,
R600a/R245fa/R13Il3-97/2-96/1-95%,
R600/R245fa/R152a4-90/5-91/5-91%,
R600a/R245fa/R152a3-93/4-94/3-93%,
R142b/R124/R600a/R245fa2-94/3-95/2-94/1-93%,
R600a/R142b2-97/3-98%,
R600a/R13Il2-97/3-98%,
R600/R13I12-97/3-98%,
R290/R245fa2-97/3-98%,
R290/R1242-97/3-98%,
R290/R142b2-97/3-98%,
以上每种混合工质的各组元物质质量百分数之和为100%。
上述混合工质的制备方法是，将各组元物质按其指定的质量配比在常温下进行物
理混合即可。以上每种混合工质的各组元物质质量百分数之和为100%。本发明具有以下优点及有益效果(1)环境性能本发明的ODP等于零或者较低，环境特性优良。(2)热工参数适宜在中高温热泵系统设计工况下，压力水平不高于HFC134a在标 准空调工况下的压力水平，排温低于HFC134a压缩机的排气温度限制。因此，可以直接将本 发明工质灌注于HFC134a的空调压缩机，无需为本发明工质另行设计压缩机。(3)循环性能优良本发明在上述设计工况下的制热COP为4左右、单位质量供热 量基本在150kJ/kg以上，单位容积制热量在3000kJ/m3以上，循环性能优良。表1中高温热泵混合工质中所含组元的基本参数Tb 正常沸点，Tc 临界温度，Pc 临界压力
具体实施例方式实施例1 取20mass% R600和80mass% R245fa,在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。实施例2 取55mass% R600和45mass% R245fa,在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。实施例3 取75mass% R600和25mass% R245fa,在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。实施例4 取25mass% R600a和75mass% R245fa,在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。实施例5 取50mass% R600a和50mass% R245fa,在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。实施例6 取70mass% R600a和30mass% R245fa,在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。实施例7 取 20mass% R600a,70mass% R245fa 和 10mass% R13I1，在常温下进行物理 混合后作为制冷剂。实施例8 取 30mass% R600aU0mass% R245fa 和 60mass% R13I1，在常温下进行物理 混合后作为制冷剂。实施例9 取 70mass% R600a,20mass% R245fa 和 10mass% R13I1，在常温下进行物理 混合后作为制冷剂。实施例10 取 10mass% R600,70mass% R245fa 和 20mass% R152a，在常温下进行物理 混合后作为制冷剂。实施例11 取 30mass% R600,20mass% R245fa 和 50mass% R152a，在常温下进行物理 混合后作为制冷剂。实施例12 取 70mass% R600,20mass% R245fa 和 10mass% R152a，在常温下进行物理 混合后作为制冷剂。实施例13 取 25mass% R600a,65mass% R245fa 和 10mass% R152a，在常温下进行物理 混合后作为制冷剂。实施例14 取 30mass% R600a、1 Omass% R245fa 和 60mass% R152a，在常温下进行物理 混合后作为制冷剂。实施例15 取 70mass% R600a,20mass% R245fa 和 10mass% R152a，在常温下进行物理 混合后作为制冷剂。实施例16 取 20mass% R142b,60mass% R124U0mass% R600a 和 1 Omass% R245fa，在常 温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例17 取 30mass% R142bU0mass% R124,50mass% R600a 和1 Omass% R245fa，在常 温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例18 取 70mass% R142bU0mass% R124U0mass% R600a和 1 Omass% R245fa，在常 温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例19 取30mass% R600a和70mass% R142b，在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。
实施例20 取50mass% R600a和50mass% R142b，在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。实施例21 取75mass% R600a和25mass% R142b，在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。实施例22 取25mass% R600a和75mass% R13I1，在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。实施例23 取50mass% R600a和50mass% R13I1，在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。实施例24 取95mass% R600a和5mass% R13I1，在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。实施例25 取20mass% R600和80mass% R13I1，在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。实施例26 取50mass% R600和50mass% R13I1，在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。实施例27 取90mass% R600和10mass% R13I1，在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。实施例28 取30mass% R290和70mass% R245fa,在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。实施例29 取55mass% R290和45mass% R245fa,在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。实施例30 取80mass% R290和20mass% R245fa,在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。实施例31 取2mass% R290和98mass% R124，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例32 取45mass% R290和55mass% R124，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例33 取85mass% R290和15mass% R124，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例34 取6mass% R290和94mass% R142b，在常温下进行物理混合后作为制冷剂。实施例35 取30mass% R290和70mass% R142b，在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。实施例36 取80mass% R290和20mass% R142b，在常温下进行物理混合后作为制冷 剂。热泵系统的设计工况取为平均蒸发温度为45°C，平均冷凝温度90°C，吸气过热 度2°C(对有些工质，以适当的排气过热度以保证避免湿压缩)，过冷度为0°C。以封闭式活 塞压缩机为例，压缩机热效率取0. 9，电机效率、机械效率为0. 75，余隙容积系数取0. 03。根据循环计算，上述36个实施例的有关参数和循环性能指标如表2所示。表2本发明实施例性能
权利要求
含有碳氢化合物的中高温热泵混合工质，其特征是由丁烷(R600)和1，1，1，3，3 五氟丙烷(R245fa)组成；或由异丁烷(R600a)和1，1，1，3，3 五氟丙烷(R245fa)；异丁烷(R600a)组成，或由1，1，1，3，3 五氟丙烷(R245fa)和三氟碘甲烷(R13I1)组成；或由丁烷(R600)、1，1，1，3，3 五氟丙烷(R245fa)和1，1 二氟乙烷(R152a)组成；或由异丁烷(R600a)、1，1，1，3，3 五氟丙烷(R245fa)和1，1 二氟乙烷(R152a)组成；或由一氯 1，1 二氟乙烷(R142b)、一氯 1，2，2，2 四氟乙烷(R124)、异丁烷(R600a)和1，1，1，3，3 五氟丙烷(R245fa)组成；或由异丁烷(R600a)和一氯 1，1 二氟乙烷(R142b)组成；或由异丁烷(R600a)和三氟碘甲烷(R13I1)组成；或由丁烷(R600)和三氟碘甲烷(R13I1)组成；或由丙烷(R290)和1，1，1，3，3 五氟丙烷(R245fa)组成；或由丙烷(R290)和一氯 1，2，2，2 四氟乙烷(R124)组成；或由丙烷(R290)和一氯 1，1 二氟乙烷(R142b)组成。
2.按照权利要求1所述的含有碳氢化合物的中高温热泵混合工质，其特征是所述各组 元物质的具体配比(质量百分数)为R600/R245fa2--97/,3--98%,R600a/R245fa3--98/1I--97%,R600a/R245fa/R13Il3--97/'2--96/1-95%,R600/R245fa/R152a4--90/ -91/5-91%,R600a/R245fa/R152a3--93/Z4--94/3-93%,R142b/R124/R600a/R245fa2--94/-95/2-94/1-1R600a/R142b2--97/-98%,R600a/R13Il2--97/-98%,R600/R13I12--97/-98%,R290/R245fa2--97/-98%,R290/R1242--97/-98%,R290/R142b2--97/-98%,以上每种混合工质的各组元物质质量百分数之和为100%。
全文摘要
本发明公开了一组含有碳氢化合物的中高温热泵混合工质，适合作为蒸发温度为60-100℃的低温有机朗肯循环系统的制冷剂。该组混合工质由R600、R600a、R290、R245fa、R13I1、R152a、R124和R142b共8种物质按不同的质量比例组成二元、三元或四元混合物。其制备方法是，将上述各种组元按指定的配比在常温下进行物理混合，得到相应的混合工质。本发明工质不破坏臭氧层，温室效应势较低，符合环保要求；热工参数适宜，循环性能优良，可以直接将本发明工质灌注于HFC134a的空调压缩机，无需为本发明工质另行设计压缩机。设计工况下的COP为4左右，单位质量输出净功在150kJ/kg以上。
文档编号C09K5/04GK101892033SQ20101022286
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者张圣君, 王怀信, 郭涛, 陈清莹 申请人:天津大学