[發明專利]將熱能變換為機械能的方法、有機朗肯循環裝置及替換工作流體的方法

有效

• 申請號: 201410677199.1
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN104675460A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 西口祥雄;岡本覺;金井正富
• 申請（專利權）人: 中央硝子株式會社
• 主分類號: F01K23/04
• 分類號: F01K23/04
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 黎艷;劉培培

技術領域

本發明涉及含有順式-1,3,3,3-四氟丙烯在內的工作流體組合物，以及收容有工作流體的有機朗肯循環裝置中將熱能變換為機械能的方法，該有機朗肯循環裝置，以及對地球溫室化系數較大的工作流體進行替換的方法。

背景技術

限制二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、氟利昂代用物等溫室氣體排出量的京都協議書生效，現在限制了溫室氣體排出。因此，通過靈活運用能夠抑制溫室氣體的未利用能量而進行余熱發電的開發成為重要課題。當前，很難說對鋼鐵·石油·化工·水泥·紙漿·陶瓷業·生物等各個產業產生的余熱或來自燃氣渦輪、發動機等引擎的余熱等的中低溫的廢氣、溫水余熱進行了充分利用。

通常使用有機化合物作為工作介質的有機朗肯循環(ORC)是不向外部排出工作介質的閉環朗肯循環。有機朗肯循環由使工作介質氣化的蒸發器、發電機、膨脹機、冷凝器及再循環用泵等構成。在朗肯循環中，工作流體經過在泵中的隔熱壓縮，恒壓加熱(蒸發)，隔熱膨脹，恒壓冷卻(冷凝)這4個過程而在裝置內部循環。在恒壓加熱過程中，工作介質與外部熱源進行熱交換，將氣化后的工作介質輸送至膨脹機，隔熱膨脹而將能量(功)賦予外部，以電能等形式取出其能量。

當前，作為朗肯循環的工作介質使用的是水，這從很早之前就已經實用化(例如，美國專利第3,393,515號)。但是，水的凝固點為較高的0℃，蒸汽體積比非常大。因此，在使用其使用溫度范圍為較低溫度(約200℃以下)的熱源的情況下，存在下述缺點，即，朗肯循環設備變大，另外循環效率降低。

基于上述背景，人們針對作為低溫余熱利用技術而將沸點低于水的有機化合物用作為工作流體的有機朗肯循環(ORC)進行了各種研究。其中，有人提出了一種作為有機朗肯循環用的工作流體使用有機氟類化合物的技術。

在專利文獻1中，公開了一種技術，其作為有機朗肯循環用工作流體而使用1,1,1,3,3-五氟丙烷等碳原子數為3的含氫鹵代飽和烴類。

另外，在專利文獻2中，公開了一種使用2,2-二氯-1,1,1-三氟丙烷、1,1,1,3,3-五氟丙烷作為工作流體的有機朗肯循環裝置。

另外，在專利文獻3中，公開了一種使用1-氯-3,3,3-三氟丙烯、一氯九氟戊烯等含氟烯烴類作為工作流體的有機朗肯循環裝置。

另外，在專利文獻4中，公開了一種使用1,1,1,4,4,4-六氟-2-丁烯等具有4個碳原子的氫氟烯烴作為工作流體的有機朗肯循環系統。

專利文獻1：日本特開平2-272086號公報

專利文獻2：日本特開2007-6684號公報

專利文獻3：日本特表2012-511087號公報

專利文獻4：日本特表2013-500374號公報

在專利文獻1中，作為工作流體而提出了碳原子數為3的含氫鹵代飽和烴類。但是，碳原子數為3的含氫鹵代飽和烴類的地球溫室化系數(GWP)較大，因此，存在將來是否能夠持續使用的疑問。

在專利文獻2中，提出了一種使用2,2-二氯-1,1,1-三氟丙烷、1,1,1,3,3-五氟丙烷作為工作流體的有機朗肯循環裝置。但是，從破壞臭氧層的角度、或者具有非常大的地球溫室化系數的角度出發，這些化合物對環境造成的負載較大，存在將來是否能夠持續使用的疑問。

在專利文獻3或4中，提出了一種使用含有地球溫室化系數較小的不飽和鹵代烴類的組合物作為工作流體的有機朗肯循環。與當前作為有機朗肯循環工作流體而廣泛使用的1,1,1,3,3-五氟丙烷相比，朗肯循環效率提高。但是，這些化合物具有使膨脹機的容量增加等缺點，從性能的角度出發，綜合來說并不足夠優選，期望進一步提高性能。

如上所示，使用環境適合性較高的工作流體的有機朗肯循環的性能還不足夠。由此，期望能夠發現以低GWP化合物作為主要成分的工作流體組合物，其能夠實現對150℃以下的未利用熱量進行熱傳遞，并且與現有的工作流體相比導熱性能優異。

發明內容

本發明的目的在于提供一種進一步改良后的新工作流體組合物、有機朗肯循環裝置、以及將地球溫室化系數較大的工作流體進行替換的方法。本發明的目的在于，提供一種工作流體組合物及有機朗肯循環裝置，其與當前廣泛使用的氫氟烴相比，實質上不導致地球溫室化。