[發明專利]一種熱泵混合工質及其應用

有效

• 申請號: 202110368934.0
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113105869B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 王勤;楊凱寅;趙朕;羅介霖;張靖鵬;韓曉紅;陳光明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C09K5/04
• 分類號: C09K5/04;F25B30/02
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明公開一種熱泵混合工質及其應用，以摩爾百分比計，所述熱泵混合工質包括55～85％的低沸點組分、0～10％的中沸點組分和15～45％的高沸點組分；所述低沸點組分為二氧化碳，所述中沸點組分選自二氟甲烷、2,3,3,3?四氟丙烯、1,1,1,2?四氟乙烷、3,3,3?三氟丙烯、1,1?二氟乙烷、反式?1,2,3,3?四氟丙烯、反式?1,3,3,3?四氟丙烯中的一種或至少兩種的組合，所述高沸點組分選自1,1,1,3,3,3?六氟丙烷、1,1,1,2,2,3?六氟丙烷和1,1,1,2,3,3?六氟丙烷中的一種或至少兩種的組合。本發明所述混合工質可以在保證混合工質的不可燃的前提下提升混合工質臨界溫度(相較于二氧化碳)，降低系統的運行高壓壓力和節流損失，進而提高系統的運行效率。同時，還可以提升系統運行的低壓水平，彌補鹵代烷烴單位容積制熱量小的缺陷。

技術領域

本發明涉及混合工質領域，具體涉及一種熱泵混合工質及其應用。

背景技術

根據《中國建筑能耗研究報告(2020年)》的數據，我國2018年建筑運行能耗占全國總能耗的22.1％；而相關研究表明，在我國北方地區冬季采暖能耗約占建筑運行能耗的40％，可見我國北方地區冬季采暖需求巨大。目前北方如京津冀地區的采暖以煤炭和天然氣為主，這種一次能源直接燃燒取暖的方式不僅能源利用效率低下而且燃燒排放物對環境造成不小的污染。而在京津冀地區采用壓縮式空氣源熱泵代替煤炭采暖，一次能源利用率可提高44％，煙塵、二氧化硫、氮氧化合物排放量可以減少90％左右。

盡管空氣源熱泵用于采暖在我國具有廣闊的應用前景，但在實際應用中主要存在兩個問題，一是熱泵工質的使用限制，隨著蒙特利爾議定書基加利修正案于2016年10月簽訂，工質的環保性能愈發受到重視，零ODP和低GWP成為熱泵工質發展的方向；二是低環境溫度下壓縮式空氣源熱泵性能急劇衰減，提升熱泵系統在低環境溫度下的效率和制熱能力是擴大其應用的關鍵。

目前較多使用的熱泵工質包括自然工質如CO₂和NH₃、烴類(HCs)如丙烷(R290)和異丁烷(R600a)、氫氟烯烴類(HFOs)如2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)

反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))，以及氫氟烴類(HFCs)如1,1,1,2-四氟乙烷(R134a)和1,1,1,3,3,3-六氟丙烷(R236fa)。除HFCs外其余工質GWP都較低，但在實際應用中這些工質都存在一些問題，其中CO₂臨界溫度低(約為31℃)，導致其應用于熱泵系統的跨臨界循環時運行壓力高、效率低；NH₃具有高毒性且可燃(ASHRAE分類為B2L)，故其應用十分受限；HCs類工質則存在高可燃性問題，極易發生安全事故；HFOs類工質則部分可燃(如R1234yf)，并且相較于其他工質制造成本高、價格昂貴；HFCs類工質雖然不可燃且ODP為零，但其GWP相對較高。

目前廣泛使用的熱泵系統為R134a的補氣增焓系統，在低環境溫度下補氣增焓系統的排氣溫度可以有效降低，效率能有所提高，但是單位容積制熱量仍然很小，制熱能力受到很大的限制。而且，這種系統需要帶有補氣口的壓縮機，其成本高、開孔位置設計困難，系統相對復雜，并且在低環境溫度下，高低壓相差過大容易導致壓縮機內部的泄露問題。

六氟丙烷是HFCs類工質，不可燃，常見有三種同分異構體，包括1,1,1,3,3,3-六氟丙烷(HFC-236fa)、1,1,1,2,2,3-六氟丙烷(HFC-236cb)和1,1,1,2,3,3-六氟丙烷(HFC-236ea)，標準沸點分別為-0.84℃、-1.44℃和6.19℃，GWP分別為6300、710和1340，ODP均為0，同時具有良好的熱力性能。但在低環境溫度下飽和壓力低、比容大，故單位容積制熱量小。