[发明专利]一种热泵混合工质及其应用

说明书

本发明公开一种热泵混合工质及其应用，以摩尔百分比计，所述热泵混合工质包括55～85％的低沸点组分、0～10％的中沸点组分和15～45％的高沸点组分；所述低沸点组分为二氧化碳，所述中沸点组分选自二氟甲烷、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种或至少两种的组合，所述高沸点组分选自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种或至少两种的组合。本发明所述混合工质可以在保证混合工质的不可燃的前提下提升混合工质临界温度(相较于二氧化碳)，降低系统的运行高压压力和节流损失，进而提高系统的运行效率。同时，还可以提升系统运行的低压水平，弥补卤代烷烃单位容积制热量小的缺陷。

技术领域

本发明涉及混合工质领域，具体涉及一种热泵混合工质及其应用。

背景技术

根据《中国建筑能耗研究报告(2020年)》的数据，我国2018年建筑运行能耗占全国总能耗的22.1％；而相关研究表明，在我国北方地区冬季采暖能耗约占建筑运行能耗的40％，可见我国北方地区冬季采暖需求巨大。目前北方如京津冀地区的采暖以煤炭和天然气为主，这种一次能源直接燃烧取暖的方式不仅能源利用效率低下而且燃烧排放物对环境造成不小的污染。而在京津冀地区采用压缩式空气源热泵代替煤炭采暖，一次能源利用率可提高44％，烟尘、二氧化硫、氮氧化合物排放量可以减少90％左右。

尽管空气源热泵用于采暖在我国具有广阔的应用前景，但在实际应用中主要存在两个问题，一是热泵工质的使用限制，随着蒙特利尔议定书基加利修正案于2016年10月签订，工质的环保性能愈发受到重视，零ODP和低GWP成为热泵工质发展的方向；二是低环境温度下压缩式空气源热泵性能急剧衰减，提升热泵系统在低环境温度下的效率和制热能力是扩大其应用的关键。

目前较多使用的热泵工质包括自然工质如CO₂和NH₃、烃类(HCs)如丙烷(R290)和异丁烷(R600a)、氢氟烯烃类(HFOs)如2,3,3,3-四氟丙烯(R1234yf)

反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R1234ze(E))，以及氢氟烃类(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外其余工质GWP都较低，但在实际应用中这些工质都存在一些问题，其中CO₂临界温度低(约为31℃)，导致其应用于热泵系统的跨临界循环时运行压力高、效率低；NH₃具有高毒性且可燃(ASHRAE分类为B2L)，故其应用十分受限；HCs类工质则存在高可燃性问题，极易发生安全事故；HFOs类工质则部分可燃(如R1234yf)，并且相较于其他工质制造成本高、价格昂贵；HFCs类工质虽然不可燃且ODP为零，但其GWP相对较高。

目前广泛使用的热泵系统为R134a的补气增焓系统，在低环境温度下补气增焓系统的排气温度可以有效降低，效率能有所提高，但是单位容积制热量仍然很小，制热能力受到很大的限制。而且，这种系统需要带有补气口的压缩机，其成本高、开孔位置设计困难，系统相对复杂，并且在低环境温度下，高低压相差过大容易导致压缩机内部的泄露问题。

六氟丙烷是HFCs类工质，不可燃，常见有三种同分异构体，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)，标准沸点分别为-0.84℃、-1.44℃和6.19℃，GWP分别为6300、710和1340，ODP均为0，同时具有良好的热力性能。但在低环境温度下饱和压力低、比容大，故单位容积制热量小。