[发明专利]一种热泵系统用的混合工质无效

专利信息
申请号: 200810124052.4 申请日: 2008-06-23
公开(公告)号: CN101613591A 公开(公告)日: 2009-12-30
发明(设计)人: 王高元 申请(专利权)人: 王高元
主分类号: C09K5/04 分类号: C09K5/04
代理公司: 南京天翼专利代理有限责任公司 代理人: 汤志武;王鹏翔
地址: 210000江苏省*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 系统 混合 工质
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种制冷剂混合物,尤其是应用于热泵系统的制冷剂混合物,用于替代含有CFC12或HCFC22以及使用于所述制冷剂混合物的热泵系统。

背景技术

自1987年以来,保护臭氧层、淘汰消耗臭氧层物质,减少温室效应的全球行动正在世界各国按照《蒙特利尔协议书》进行。我国已开始积极进行替代工作,寻找安全、高效、环保的替代制冷剂已成为一项紧迫而重要的任务。

由于CFC类制冷剂由很高的臭氧耗减潜能值(ODP),它们在蒙特利尔和随后修订的条款中被严格控制。HCFC类制冷剂,与CFC不同,HCFC只是部分氢原于被卤素原子所替换,保留下的氢原子有助于该化学物质在平流层中部分分解。因此对臭氧层产生的危害也相对较小。但是,HCFC在1992年的哥本哈根会议上被列为受限物质,这对制冷和空调工业有很大的影响,因为目前仍被广泛应用的HCFC22将必须被逐步取消,要求发达国家应于1996年起百分百禁止使用和生产CFCs,2020年全面废止HCFCs;发展中国家应从2010年全面停止生产和消费CFCs,并在2030年全面停止HCFCs的使用。HFC包括了R23、R32、R125、R134a和R152a等。这些碳氢化合物分子包括氟而不包括溴。HFC类物质由于对臭氧层无破坏作用,被认为是将来替代HCFCs的首选物质。但HFC面临的是它们的化学性质稳定的问题,而且释放后可以聚集。这最终可能加速导致全球变暖。而在半个世纪前已被CFC代替了的物质,如:氨(R717)、水(R718)、空气(R729)和二氧化碳(R744)现在开始重新成为可选用的替代工质。

由于适合作CFC替代物的纯工质有限,所以混合工质可能是解决这一问题的有效途径。混合工质可以通过改变各组分的摩尔浓度配比得到所期望的特性。在过去的几年里,人们已经提出了多种制冷剂混合物作为CFC12(也称R12)、CFC502(也称R502)和HCFC22(也称R22)的替代品,但是它们中的一些包含HCFC作为组成成分,按照《蒙特利尔协定》,其使用是被禁止的,因此,从长远来看,这种包含HCFC的制冷剂混合物不是合适的替代性制冷剂。本发明涉及的包含二氟乙烷(HFC152a,也称R152a)、五氟乙烷(HFC125,也称R125)和三氟乙烷(HFC143a,也称R143a)的非共沸混合工质在液相和气相的平衡状态下沸点差异不大,有极大的发展潜力。

现有技术中的热泵工质均为传统的R12、R22及一些替代混合工质,如常见的R407c(R32/R125/R134a:23/25/52质量分数)、R417a(R125/R134a/R600:47/50/3质量分数)、R410a(R32/R125:50/50质量分数)等。其中R407C和R410a是热泵系统中极有可能代替R22的混合工质,用这些混合工质的热泵热水器一般能把水温升到60℃左右。也有人提出一些适合于中高温、高温热泵的混合工质,我们这里不作介绍。也有学者把具有可燃性的R152a与一定量的不可燃的R125混合作为R22的替代物。

为了确保特定物质可用作现有制冷剂的替代性制冷剂,该物质应该具有与现有制冷剂相近的性能系数(COP)。能够解决此类问题的方法之一是使用制冷剂混合物。制冷剂混合物的优点在于,通过适当地组合各种组分来调节所述制冷剂混合物的组成,以同时得到与现有制冷剂相当的性能系数和容积能力(VC),从而使得不必对压缩机做大的改造。

DuPont公司开发的R407C具有传统的HCFC22制冷剂相近的制冷能力,但是其能量效率相对较低,并且其温度滑移差约为7℃,R407C的排气压力与R22相近,能效接近于R22,其优点是可直接充灌(除换酯类油外),但其缺点是可能会出现制冷剂的分解,造成制冷剂泄露和对其他部件产生不良影响,当在制冷系统中制冷剂出现泄漏时,将出现制冷剂的组分分离的问题。此外,滑移温度差过大时,制冷剂的相转变导致在蒸发器和冷凝器中的压力连续变化,从而引起制冷系统不稳定,最终使整个系统效率下降。这就意味着需要寻找新的替代工质。Allied Signal Inc.已经开发并销售了R410a。R410a是一种近共沸混合物,它的温度滑移值不超过0.2℃。R410a的排气压力比R22高50~60%,容积制冷量较大,约为R22的1.4~1.5倍,因此无法直接充灌,必须重新设计压缩机及主要部件,将使成本有所提高。同时,换热器也需重新优化以适应其较低的容积流量。因此,尽管R410A的能效比R22高,但它只适用于新设计的机组,不能用于替代现有装置中的R22。

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