发明内容
本发明的目的在于提供一种混合工质,用于热泵***中提供70-80℃热源,该种工质具有较低的GWP,较高的供热系数,较大的单位容积制热量,适用于大容量离心式压缩机的压比,以及较小的相比滑移温度,同时由于采用了常用制冷剂作为主元,因此是一种低替代成本的热泵混合工质。
本发明提供了一种分布式能源***中供热热泵三元混合工质,包括下列质量百分比的原料:
三氟碘甲烷CF3I:90% ~ 96%;
丙烷R290+丙烯R1270:4% ~10%;其中丙烷的质量百分比为1% ~ 9%,丙烯的质量百分比为1% ~ 9%;
其中各组元质量百分比和为100%;
所得混合工质的臭氧破坏潜能为0,温室效应潜能值小于20。
上述的混合工质,包括下列质量百分比的原料:
三氟碘甲烷CF3I:92%;
丙烷R290:2%;
丙烯R1270:6%;
其中各组元质量百分比和为100%。
上述的混合工质,其制备方法是将CF3I,R290和R1270按照其相应的质量配比在液相状态下进行物理混合。
本发明提供了上述分布式能源***中供热热泵三元混合工质在大容量供热热泵***中的应用。
上述应用中,所述大容量供热热泵***包括70-80℃商用与居民用热水的热泵***;所用的混合工质,其GWP低于20,供热系数COPh在4.612 ~ 4.745,单位容积制热量为4300 kJ·m-3~ 4901kJ·m-3,适用于离心式压缩机的压比为3.25 ~ 3.31、以及相比滑移温度为1.63℃ ~ 3.26℃的情况。
本发明的有益效果:
(1)环境性能优良,臭氧破坏潜能ODP值为0,温室效应潜能GWP低于20;
(2)温度滑移较小,供热系数COP值和单位容积制热量较高,可以缩小***体积;
(3)组元均为常用制冷剂,价格低廉,容易获取。
具体实施方式
本发明提供的制冷剂,其制备方法是将CF3I,R290和R1270按照其相应的质量配比在液相状态下进行物理混合。表1中列出了各个组元性质。
下面列出几种实施例来说明本发明的具体实施过程,但本发明并非仅限于以下几种实施例,凡包含本发明组元、配比,以及与本发明中的混合制冷剂筛选思路均属本发明保护范围。
进行以下24个配比的实施例,计算寻求最佳性能点:
实施例1:CF3I/R1270/R290配比:90%/1%/9%;
实施例2:CF3I/R1270/R290配比:90%/2%/8%;
实施例3:CF3I/R1270/R290配比:90%/3%/7%;
实施例4:CF3I/R1270/R290配比:90%/4%6%;
实施例5:CF3I/R1270/R290配比:90%/5%/5%;
实施例6:CF3I/R1270/R290配比:90%/6%/4%;
实施例7:CF3I/R1270/R290配比:90%/7%/3%;
实施例8:CF3I/R1270/R290配比:90%/8%/1%;
实施例9:CF3I/R1270/R290配比:90%/9%/1%;
实施例10:CF3I/R1270/R290配比:92%/1%/7%;
实施例11:CF3I/R1270/R290配比:92%/2%/6%;
实施例12:CF3I/R1270/R290配比:92%/3%/5%;
实施例13:CF3I/R1270/R290配比:92%/4%/4%;
实施例14:CF3I/R1270/R290配比:92%/5%/3%;
实施例15:CF3I/R1270/R290配比:92%/6%/2%;
实施例16:CF3I/R1270/R290配比:92%/7%/1%;
实施例17:CF3I/R1270/R290配比:94%/1%/5%;
实施例18:CF3I/R1270/R290配比:94%/2%/4%;
实施例19:CF3I/R1270/R290配比:94%/3%/3%;
实施例20:CF3I/R1270/R290配比:94%/4%/2%;
实施例21:CF3I/R1270/R290配比:94%/5%/1%;
实施例22:CF3I/R1270/R290配比:96%/1%/3%;
实施例23:CF3I/R1270/R290配比:96%/2%/2%;
实施例24:CF3I/R1270/R290配比:96%/3%/1%;
计算工况:冷凝温度85℃,蒸发温度25℃,多变指数为1.09。汽缸余隙容积与工作容积比值为0.08,机械效率为0.95、电动机效率为0.78、温度系数为0.9、泄露系数为0.8。将蒸发器侧的过热度取为3℃,冷凝器侧的过冷度取为5℃。热力学循环采用有损失、有过热和过冷的理论循环。表1中列出了各个组元的环境、安全和循环性能。
表1 组元性质及循环性能
从表1可以看出,蒸发压力p ev均高于大气压力,防止空气内泄进入工质循环***;冷凝压力p co较低;相应的压比(π =p co / p ev)在3左右,可以采用大流量离心式压缩机;单位质量制冷量q h和容积制冷量q hv差异明显,R1270具有比较明显的优势,因此含有此组元将会显著提高混合工质的制热量,尤其是容积制热量,减少换热器的面积和投资;供热系数COPh,三种工质的均比较高;全球变暖指数GWP均较小,具有显著的环境性能;三种工质均具有较低的毒性,安全性为最高等级A;可燃性方面,CF3I的等级最高为1级,不可燃;R1270和R290均为可燃工质。
表1中给出了三种循环在给定的计算工况下的循环性能参数,在选定的三元混合工质配比下计算结果列于表2。
表2 三元混合工质CF3I/PROPANE/PROPYLEN计算结果
从表2可以看出,混合工质的蒸发压力p ev均高于大气压力,防止空气内泄进入工质循环***;冷凝压力p co较低;相应的压比(π =p co / p ev)在3.25~3.31,可以采用大流量离心式压缩机;单位质量制冷量q h和容积制冷量q hv均较高,将会显著提高混合工质的制热量,尤其是容积制热量,减少换热器的面积和投资;供热系数COPh,三种工质的均比较高;全球变暖指数GWP均较小,具有显著的环境性能;三种工质均具有较低的毒性,安全性为最高等级A;可燃性方面,CF3I的等级最高为1级,不可燃;R1270和R290均为可燃工质,因此与CF3I混合可以显著提高工质的安全性能。
CF3I的百分比含量为90%时:
(1)冷凝压力和单位容积制热量都是随着PROPYLEN比例的增加而增加,PROPYLEN比例为0.01时才可以满足冷凝压力的要求,此时的单位容积制热量为4695 kJ·m-3。
(2)压比和制热系数基本不变,压比在3.26左右,COPh保持在4.61~4.62左右。
CF3I的百分比含量为92%时:
(1)冷凝压力和单位容积制热量都是随着PROPYLEN比例的增加而增加,PROPYLEN比例为0.01~0.06时才可以满足冷凝压力的要求,此时的单位容积制热量为4596~4749kJ·m-3。
(2)压比和制热系数基本不变,压比在3.27,COPh保持在4.65~4.66左右。
CF3I的百分比含量为94%时:
(1)冷凝压力和单位容积制热量都是随着PROPYLEN比例的增加而增加,PROPYLEN比例为0.01~0.05时才可以满足冷凝压力的要求,此时的单位容积制热量为4483~4609kJ·m-3。
(2)压比和制热系数基本不变,压比在3.29,COPh保持在4.69~4.7左右。
CF3I的百分比含量为96%时:
(1)冷凝压力和单位容积制热量都是随着PROPYLEN比例的增加而增加,PROPYLEN比例为0.01~0.03时可以满足冷凝压力的要求,此时的单位容积制热量为4351~4417kJ·m-3。
(2)压比和制热系数基本不变,压比在3.3,COPh保持在4.74左右。
综上所述,选择的制冷剂的压比在3.1 ~ 3.3,适用于大容量离心式压缩机的压比范围,蒸发器和冷凝器中的温度滑移在2 ~ 3.5之间,可以视为近共沸工质,实际换热过程中的成分变化不大,因此循环性能可以保持稳定。单位容积制热量在4600 ~ 4900 kJ/m-3,供热系数在4.6 ~ 4.7之间,经济性较好。最佳的配比为:三氟碘甲烷(CF3I):92%,丙烷(R290):2%,丙烯(R1270):6%,其性能参数见表2实施例11。