[發明專利]可用作有機液蘭金循環工作流體的氯-和溴-氟烯烴化合物

有效

• 申請號: 200980156230.4
• 申請日: 2009-12-04
• 公開（公告）號: CN102307965A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: G.奇豪夫斯基;R.赫爾斯;H.K.奈爾;D.奈爾瓦耶克;R.R.辛赫
• 申請（專利權）人: 霍尼韋爾國際公司
• 主分類號: C09K5/04
• 分類號: C09K5/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 范赤;李連濤

技術領域

本發明總體上涉及有機液蘭金循環（organic?Rankine?cycle）工作流體。更具體地，本發明涉及作為有機液蘭金循環工作流體的氯-和溴-氟-烯烴。

背景技術

通常蒸汽形式的水到目前為止是最通常使用的用于將熱能轉化成為機械能的工作流體。這一點部分是由于其寬可得性、低成本、熱穩定性、無毒特性和寬的潛在工作范圍。但是，其它流體，例如氨氣已經用于某些應用，例如海洋熱能轉化(OTEC)系統。在一些情況下，流體，例如CFC-113已經用來回收來自廢熱的能量，例如來自燃氣輪機的廢氣。另一個可能性使用兩種工作流體，例如水用于高溫/壓力第一階段和更揮發性流體用于較冷的第二階段。這些混雜能量系統(通常也稱為二元能量系統)可以比僅使用水和/或蒸汽更加有效。

為獲得安全和可靠的能源，例如數據中心、軍事設施、政府建筑和旅館使用分布式發電系統。為避免在失去網絡供電時可能發生的服務損失，包括當設計用來防止這樣的事故的裝置失靈時可能發生的大范圍串連斷電（cascading?power?outages），分布式發電的使用似乎要增長。通常，現場原動力（prime?mover），例如氣體微渦輪，驅動發電機并產生用于現場使用的電能。該系統連接到電力網或在一些情況下，可以獨立于電力網運行。類似地，能夠基于不同燃料源運行的內燃機被用于分布式發電。燃料電池也商品化用于分布式發電。來自這些來源的廢熱以及來自工業操作、填埋場火炬的廢熱以及來自太陽和地熱資源的熱量可以用于熱能轉化。對于其中可獲得低-至中級熱能的情況，典型地，在蘭金循環中使用有機工作流體(代替水)。使用有機工作流體的主要原因是如果水在這些低溫度下用作工作流體，將需要提供高容量(大裝置尺寸)。

源和散熱器（sink）溫度之間的差值越大，有機液蘭金循環熱力學效率越高。由此可見有機液蘭金循環系統效率受使工作流體與源溫匹配的能力的影響。工作流體的蒸發溫度與源溫越接近，效率將越高。工作流體臨界溫度越高，可以獲得的效率越高。但是，還存在與選擇工作流體有關的對熱穩定性、可燃性和材料相容性的實際考慮。例如，為使用高溫廢熱源，經常使用甲苯作為工作流體。但是，甲苯易燃并且具有毒物學問題。在175℉至500℉?(79℃至260℃)的溫度范圍中，使用不易燃流體，例如HCFC-123?(1,1-二氯-2,2,2-三氟乙烷)和HFC-245fa?(1,1,1,3,3-五氟丙烷)。但是，HCFC-123具有較低的允許暴露水平，并且已知在低于300℉的溫度下形成有毒的HCFC-133a。為避免熱分解，HCFC-123可能被限制在蒸發溫度為200℉-250℉?(93℃-121℃)。這樣限制了循環效率和輸出量。在HFC-245fa的情況下，臨界溫度低于最佳值。除非使用更耐用的裝置以便使用跨臨界循環，否則將HFC-245fa有機液蘭金循環保持在低于309℉?(154℃)臨界溫度。為將有機液蘭金循環的有效輸出量和/或效率提高到超過HCFC-123和HFC-245fa的上述限制，必須尋找具有更高臨界溫度的工作流體，使得可以更緊密接近可用的源溫，例如燃氣輪機和內燃機廢氣。

被稱為HFC?(氫氟烴)的化學品類別的一些成員已經被研究，作為被稱為CFC?(氯氟烴)和HCFC?(氫氯氟烴)的化合物的替代物。CFC和HCFC已被證明對行星大氣臭氧層有害。HFC發展的原始推動力是制造可用于空調/熱泵/絕緣應用的不可燃、無毒、穩定的化合物。但是，這些HFC很少具有超過室溫的沸點。如上所述，臨界溫度高于例如HFC-245fa的工作流體是理想的。因為沸點與臨界溫度相似，從而具有比HFC-245fa更高沸點的流體是理想的。

與氟代乙烷和氟代甲烷相比，某些氫氟代丙烷，包括HFC-245fa的特征為熱容更高，這部分是因為振動分量貢獻增加。基本上，較長的鏈長對振動自由度有貢獻；當然，分子上的構分及其相對位置同樣影響振動分量。較高的熱容有助于較高的循環效率，原因是由于熱能利用改善(顯熱加熱中獲取的可用熱能百分比更高)，功提取組分(work?extraction?component)增加以及整個系統效率增加。另外，蒸發潛熱對熱容的比率越小，熱交換器操作中將越不可能存在任何顯著的窄點作用。因此，與HFC-245fa和HCFC-123相比，具有例如更高蒸氣熱容、更高液體熱容、更低潛熱-熱容比、更高臨界溫度和更高熱穩定性、更低臭氧消耗可能性、更低全球變暖可能性、不易燃性和/或理想的毒物學性能的工作流體將顯示優于例如HFC-245fa和HCFC-123的流體的改進。