一种混合工质及其应用制造技术

本发明专利技术公开一种混合工质及其应用，其中，以摩尔百分比计，混合工质包括：45～75％低沸点组分，25～55％高沸点组分；所述低沸点组分为二氧化碳；所述高沸点组分为反式‑1,1,1,4,4,4‑六氟丁烯。或，以摩尔百分比计，包括：45～70％低沸点组分，0～40％中沸点组分，10～55％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、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；所述高沸点组分为反式‑1,1,1,4,4,4‑六氟丁烯。本发明专利技术所述混合工质可以在保证混合工质的安全性的前提下提升混合工质临界温度(相较于二氧化碳)，降低系统的运行排气压力和压比，进而减少节流损失，提高了系统的运行效率，降低了系统的投资和运行成本。

【技术实现步骤摘要】
一种混合工质及其应用
本专利技术涉及大沸程环保混合工质领域，具体涉及一种混合工质及其应用。
技术介绍
过去20多年来，为了解决氯氟烃类(CFCs)和氢氯氟烃类(HCFCs)制冷和热泵工质(以下简称工质)导致的臭氧消耗问题，氢氟烃类(HFCs)工质的使用越来越多。虽然HFCs工质臭氧消耗潜能值(ODP)为0，但其中大多数具有较大的温室效应潜能值(GWP)。因此，在寻找传统HFCs的替代工质方面，各国均投入了大量精力，其中以二氧化碳(CO2)为代表的天然工质得到了重点研究和开发。天然工质性质优异，环保性强，但也存在或可燃、或有毒、或热力性能低下的问题。例如，NH3具有高毒性且可燃(ASHRAE分类为B2L)，一旦泄漏，将造成极大的危害。R1150、R290、R600a、R1270等烃类则具有高度可燃性(ASHRAE分类为A3)，极易发生安全事故，在使用过程中一旦发生火灾或泄露事故，将会造成重大人身伤害和财产损失。CO2具有较好的热力性能，而且无毒、不可燃，ODP为0，GWP为1，安全环保。但其临界温度较低(约为31℃)，导致其制冷系统或热泵系统需要设计为跨临界循环，在应用于低温制冷系统和中高温热泵系统(下面统一简称为大温跨制冷和热泵系统)时，效率低，运行压力很高，使得系统需进行耐高压设计，增加成本的同时也无法消除安全隐患。卤代烯烃(HFOs)是一类环境性能良好的化学物质，它们通常具有很低的GWP，被视为未来高GWP工质的长期替代工质之一。但现有的卤代烯烃存在包括单位容积制冷量或单位容积制热量(下面简称为单位容积制冷量/制热量)低、低温下压比大、系统密封要求高等缺陷，部分卤代烯烃还具有一定的可燃性。其中的反式-1,1,1,4,4,4-六氟丁烯(HFO-1336mzz(E))，标准沸点7.4℃，环境性能优异(ODP为0，GWP仅为7)，且具有良好的热力性能，无毒，不可燃。但低温下其饱和压力为负压，对系统密封性能要求较高，而且单位容积制冷量/制热量很低。因此，对于相同的热/冷负荷，其需要的压缩机输气量更大，会导致制冷或热泵系统的规模和成本增加。由于混合工质具有物性互补的特点，所以混合工质替代方案在高GWP工质替代方案中引起广泛关注。将二氧化碳、HFOs和低GWP的HFCs组成混合工质可以克服以上所述各自的缺陷，实现兼顾高效、高制冷/制热能力、环保和安全可靠的大温跨制冷或制热，具有极大的发展潜力。现有技术中，专利CN1973016A公开了一种包含四氟丙烯和二氧化碳的组合物，其组合物包括1～40％质量分数的二氧化碳和60～99％质量分数的四氟丙烯，用作制冷剂和发泡剂等。当二氧化碳质量分数小于29％时，混合制冷剂存在燃爆安全性的问题，所以其组分及配比在很大程度上不能满足许多场合对安全性的要求。本专利技术中，低沸点组分CO2和高沸点组分HFO-1336mzz(E)均不可燃且总摩尔分数不低于60％，同时中沸点组分的ASHRAE分类在A2及以下，故可以保证混合工质的安全性。CN102939351A公开了一种传热组合物，包含(i)选自反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R-1234ze(E))、顺式-1,3,3,3-四氟丙烯(R-1234ze(Z))及其混合物的第一组分；(ii)二氧化碳(R-744)；和(iii)选自2,3,3,3-四氟丙烯(R-1234yf)、3,3,3-三氟丙烯(R-1243zf)及其混合物的第三组分。CN102947408A公开了一种传热组合物，包含(i)选自反式-1,3,3,3-四氟丙烯(R-1234ze(E))、顺式-1,3,3,3-四氟丙烯(R-1234ze(Z))及其混合物的第一组分；(ii)二氧化碳(R-744)；和(iii)选自1,1-二氟乙烷(R-152a)、氟乙烷(R161)及其混合物的第三组分。上述两项专利的区别即第三组分为HFO类工质还是低GWP的HFC类工质，涉及到的组分除二氧化碳外，均具有可燃性，且其二氧化碳质量分数至多35％，无法满足燃爆安全性的要求。本专利技术使用了不同于上述两项专利的组分，即高沸点组分HFO-1336mzz(E)，且保证了使用安全性。CN109897607A公开了一种热泵混合工质，其包含质量分数45～70％的二氧化碳与质量分数30～55％卤代烯烃，所述卤代烯烃的标准沸点在-21℃以上，并对卤代烯烃进行了优选。本专利技术涉及的混合工质，将二氧化碳的摩尔分数换算成质量分数后，其值小于45％，且若本专利技术中沸点组分选用不属于卤代烯烃的HFC-32和HFC-152a以及标准沸点低于-21℃的HFO-1243zf(标准沸点-25.2℃)，则本专利技术的混合工质组分未被该专利公开，故本专利技术与该专利是两种不同的混合工质。CN111117571A公开了一种富含二氧化碳的混合制冷剂及其应用，其包含质量分数40～45％的二氧化碳和55～60％的四氟丙烯。本专利技术涉及的混合工质使用了不同于该专利的高沸点组分HFO-1336mzz(E)，同时中沸点组分也有所不同，故本专利技术与该专利同样是两种不同的混合工质。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中以纯二氧化碳为工质的大温跨制冷系统或热泵系统运行压力高、压比大、节流损失大等问题，提供一种适合所需制冷温度为-55～-25℃场景或所需制热温度为50℃以上场景使用的大沸程环保混合工质，该混合工质ODP为0，GWP很低，不可燃或可燃性极低，使用安全，与纯二氧化碳相比有更高的性能系数(COP)，而运行压力及压比远远低于纯二氧化碳。本专利技术的技术构思在于：通过将不可燃的低沸点组分CO2与有一定可燃性的环保中沸点组分和不可燃的高沸点组分HFO-1336mzz(E)混合，可以在保证混合工质的安全性的前提下提升混合工质临界温度(相较于CO2)，降低系统的运行排气压力和节流损失，进而提高系统的运行效率。同时，还可以提升系统的运行吸气压力，弥补卤代烯烃单位容积制冷量/制热量小的缺陷，从而实现大温跨条件下的高效、高制冷/制热能力、环保和安全可靠的制冷/制热。具体地，本专利技术采用如下的技术方案：一种混合工质，以摩尔百分比计，包括：45～75％的低沸点组分，25～55％的高沸点组分；所述低沸点组分为二氧化碳；所述高沸点组分为反式-1,1,1,4,4,4-六氟丁烯。采用上述混合工质的应用，所述混合工质应用在制热温度为50℃以上的热泵中。优选地，所述热泵应用在-35～-5℃的寒冷环境中。采用上述混合工质的应用，所述混合工质应用在制冷温度为-55～-45℃的制冷系统中。作为上述混合工质的优选方案之一，以摩尔百分比计，所述混合工质包括65～75％的低沸点组分和25～35％的高沸点组分。优选地，该混合工质应用在制冷温度为-35～-25℃的制冷系统中。作为上述混合工质的优选方案之一，以摩尔百分比计，所述混合工质包括55～75％的低沸点组分和25～45％的高沸点组分。优选地，该混合工质应用在制冷温度为-45～-35℃的制冷系统中。本专利技术还公开另一种混合工质，以摩尔百分比计，包括：45～70％的低沸点组分，0～40％的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合工质，其特征在于，以摩尔百分比计，包括：45～75％的低沸点组分，25～55％的高沸点组分；所述低沸点组分为二氧化碳；所述高沸点组分为反式-1,1,1,4,4,4-六氟丁烯。/n

【技术特征摘要】
1.一种混合工质，其特征在于，以摩尔百分比计，包括：45～75％的低沸点组分，25～55％的高沸点组分；所述低沸点组分为二氧化碳；所述高沸点组分为反式-1,1,1,4,4,4-六氟丁烯。


2.根据权利要求1所述的混合工质，其特征在于，以摩尔百分比计，所述混合工质包括65～75％的低沸点组分和25～35％的高沸点组分。


3.根据权利要求1所述的混合工质，其特征在于，以摩尔百分比计，所述混合工质包括55～75％的低沸点组分和25～45％的高沸点组分。


4.根据权利要求1所述的混合工质的应用，其特征在于，所述混合工质应用在制热温度为50℃以上的热泵中。


5.根据权利要求4所述的混合工质的应用，其特征在于，所述热泵应用在-35～-5℃的寒冷环境中。


6.根据权利要求2所述的混合工质的应用，其特征在于，所述混合工质应用在制冷温度为-35～-25℃的制冷系统中。


7.根据权利要求3所述的混合工质的应用，其特征在于，所述混合工质应用在制冷温度为-45～-35℃的制冷系统中。


8.根据权利要求1所述的混合工质的应用，其特征在于，所述混合工质应用在制冷温度为-55～-45℃的制冷系统中。


9.一种混合工质，其特征在于，以摩尔百分比计，包括：45～70％的低沸点组分，0～40％的中沸点组分，10～55％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、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；所述高沸点组分为反式-1,1,1,4,4,4-六氟丁烯。


10.根据权利要求9所述的混合工质，其特征在于，以摩尔百分比计，所述混合工质包括45～70％的低沸点组分、0～20％的中沸点组分和10～55％的高沸点组分。


11.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勤，赵朕，杨凯寅，罗介霖，张靖鹏，韩晓红，陈光明，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33