一种环保高温热泵工质的制作方法

1.本发明属于高温热泵技术领域，具体涉及一种适用于高温烘干、制药和电镀加热等应用高温热泵的场所的环保高温热泵工质。


背景技术：

2.在全球终端能源消耗量中，制冷和热泵能源消耗量占了50%，能源消耗量具大。2020年9月我国明确提出了“碳中和，碳达峰”目标，其实质是实现低碳转型，以低碳创新推动可持续发展，要实现这些目标，必须均衡工质的循环性能、安全性和可持续性。同时，热泵可以高效利用工业过程中产生的大量低品位余热，是一项重要的节能减排技术，使用量巨大，但目前高温热泵工质的环保性差，所以寻找合适的高温热泵环保工质十分重要。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种环保高温热泵工质，所述工质具有很强的环保特性，odp为0，gwp小于20，且提供的新工质制热温度可达110℃。
4.本发明采用如下技术方案：本发明给出了第一种新型环保高温热泵工质，属于二元混合物，各组分所占的质量分数比例为：r1233zd(e)(反式-1-氯-3,3,3-三氟丙烯):1%~54%，r600a(异丁烷):46%~99%。
5.做进一步优选，各组分所占的质量分数比例为：r1233zd(e):1%~46%，r600a:54%~99%。
6.做进一步优选，各组分所占的质量分数比例为：r1233zd(e):1%~24%，r600a:76%~99%。
7.本发明给出了第二种新型环保高温热泵工质，属于三元混合物，各组分所占的质量分数比例为：r1233zd(e):1%~51%，r600a:1%~60%，r600(正丁烷):39%~98%。
8.做进一步优选，r1233zd(e):1%~15%，r600a:1~15%，r600：84%~98%。
9.做进一步优选，r1233zd(e):1%~11%，r600a:1~4%，r600：85%~98%。
10.本发明所给出的两种混合工质，制备方法为各组分按目标配比在常温下进行物理混合即可。各组分之和为100%。
11.表1给出了本发明涉及的工质r600a、r1233zd(e)和r600和常用的热泵工质r245fa的物性参数。
12.表1工质物性参数(tc表示临界温度；pc表示临界压力)
本发明的有益效果如下：1. 混合物各组分的gwp明显低于r245fa，且大气寿命低于r245fa，环保性能很好。
13.2. 循环性能优良，新工质的cop与r245fa接近，单位容积制冷量或制热量远高于r245fa。
14.3. 排气温度低，无需对所发明工质专门设计压缩机。
15.4. 与润滑油溶解性好，替代传统制冷剂不需要对系统设备进行过多更换。
16.5. 新工质的充注量小，系统运行相对安全，温度滑移值普遍偏小，补充制冷剂方便。
具体实施方式
17.一种环保高温热泵工质，包括二元混合物或三元混合物，所述二元混合物包括如下质量百分数的组分：r1233zd(e):1%~54%、r600a:46%~99%；所述三元混合物包括如下质量百分数的组分：r1233zd(e):1%~51%、r600a:1%~60%以及r600:39%~98%。
18.为了反映本发明给出新工质的优良性能，结合以下的案例与r245fa在相同工况下的性能进行对比。
19.以下方案中所有涉及的混合工质制取方法为各组分在常温下进行物理混合。
20.方案1：取质量分数为1%的r1233zd(e)，99%的r600a。
21.方案2：取质量分数为46%的r1233zd(e)，54%的r600a。
22.方案3：取质量分数为24%的r1233zd(e)，76%的r600a。
23.方案4：取质量分数为54%的r1233zd(e)，46%的r600a。
24.方案5：取质量分数为17%的r1233zd(e)，83%的r600a。
25.方案6：取质量分数为1%的r600a，1%的r1233zd(e)和98%的r600。
26.方案7：取质量分数为1%的r600a，15%的r1233zd(e)和84%的r600。
27.方案8：取质量分数为15%的r600a，1%的r1233zd(e)和84%的r600。
28.方案9：取质量分数为1%的r600a，60%的r1233zd(e)和39%的r600。
29.方案10：取质量分数为51%的r600a，1%的r1233zd(e)和48%的r600。
30.方案11：取质量分数为11%的r600a，4%的r1233zd(e)和85%的r600。
31.方案12：取质量分数为1%的r600a，4%的r1233zd(e)和95%的r600。
32.方案13：取质量分数为11%的r600a，1%的r1233zd(e)和88%的r600。
33.方案14：取质量分数为51%的r600a，10%的r1233zd(e)和39%的r600。
34.方案15：取质量分数为9%的r600a，10%的r1233zd(e)和81%的r600。
35.方案16：取质量分数为13%的r600a，9%的r1233zd(e)和78%的r600。
36.表2给出了方案1~16的工质和r245fa物性参数及环保性。
37.表2 方案1~16工质物性参数及其他数据与r245fa的比较(tc表示临界温度；pc表示临界压力)将方案1~16应用于热泵系统与r245fa作比较。热泵工况：蒸发温度50℃，冷凝温度110℃，过热度和过冷度均取为5℃，压缩机的等熵效率取0.8。其理论循环计算参数如表3所示。
38.表3 热泵工况中方案1~16工质与r245fa的性能对比(p0表示蒸发压力；pk表示冷凝压力；qv表示单位容积制热量；t
排
表示排气温度；t
滑，0
和t
滑，k
分别为蒸发器和冷凝器温度滑移)
结果显示：1. 新工质的环保性能很好，混合物的odp值为0，gwp值小于20，远小于r245fa的gwp值858。
39.2. 在冷凝温度110℃的高温热泵工况中，r245fa的单位容积制热量小于3000kj/m3，应用在热泵系统中可能会导致压缩机体积偏大，系统占地面积大，而两种新型混合工质的单位容积制热量大于3000kj/m3，cop是r245fa的85%以上，单位容积制热量是其120%以上，最高可达144%，适合高温热泵工况。
40.3. 新工质与传统润滑油溶解性良好，可直接充入替代传统工质，且在高温工况下，温度滑移值普遍偏小，属于近共沸混合物，补充工质方便。
41.4. 由于工质的相对充注量大致与摩尔质量成正比，新工质在制冷系统中的充注量显著低于r245fa，且r1233zd(e)为不可燃工质，系统的安全性会提高。
42.本发明提出了两种新型高温热泵工质，混合工质的环保性优良，gwp值远低于r245fa，且与传统润滑油互溶，工质在系统中充灌量小，冷凝压力低，单位容积制热量远高于r245fa，cop值与r245fa接近，综上所述，本发明所涉及的混合工质在环保性和循环性能
上表现良好，可作为新型环保工质用在高温热泵工况中。