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CN113789154A - 一种含有二氧化碳及氟乙烷的三元混合工质 - Google Patents

一种含有二氧化碳及氟乙烷的三元混合工质 Download PDF

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CN113789154A CN202111073209.7A CN202111073209A CN113789154A CN 113789154 A CN113789154 A CN 113789154A CN 202111073209 A CN202111073209 A CN 202111073209A CN 113789154 A CN113789154 A CN 113789154A
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孙瑞
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Hefei Institute Of Innovation And Development Tianjin University
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Abstract

本发明公开了一种含有二氧化碳及氟乙烷的三元混合工质，包括二氧化碳及氟乙烷，其中，所述二氧化碳的质量百分比浓度30％～80％，氟乙烷的质量百分比浓度为10％～60％。本发明提供的三元混合工质，适用于跨临界动力循环，其臭氧损耗潜值ODP为零，不可燃，长期使用不会对大气臭氧层造成损害，且全球变暖潜值GWP均小于150。

Description

一种含有二氧化碳及氟乙烷的三元混合工质
技术领域
本发明涉及热力循环技术领域，尤其涉及一种含有二氧化碳及氟乙烷的三元混合工质。
背景技术
温室效应是本世纪全球各国面临的巨大挑战。为实现“碳达峰、碳中和”的目标，需要对可能产生显著温室效应的物质加以控制。为解决这一问题，我国已正式接受基加利修正案。氢氟烃(HFC)是目前广泛使用的循环工质，但此类工质往往存在较大的全球变暖潜能值(GWP>150)。为满足基加利修正案要求，对于动力循环或制冷循环领域均需要开发具有零臭氧消耗潜能(ODP)和全球变暖潜能值(GWP)低于150的高效替代工质。氢氟烯烃(HFO)是由碳、氢和氟组成的不饱和有机物，通常表现出零ODP和极低的GWP。然而，氢氟烯烃往往存在一定的可燃性。二氧化碳(CO2)作为天然工质，全球变暖潜能值仅为1，且具有显著的阻燃作用。氟乙烷(R161)虽然作为氢氟烃工质，但其全球变暖潜能值仅为12，且循环性能优异，是具有显著应用前景的循环工质之一。通过将具有阻燃性的二氧化碳、循环性能优异的氟乙烷和环保性能优异的氢氟烯烃按照一定的比例进行混合形成混合工质，利用三种工质的优势相互弥补，最终将形成满足动力循环应用要求的工质。
发明内容
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种完全无臭氧层破坏、全球变暖潜能值(GWP)低于150、不可燃，且具有较高热效率的混合工质。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种含有二氧化碳及氟乙烷的三元混合工质，包括：二氧化碳及氟乙烷，所述三元混合工质中的各组分质量百分比浓度之和为100％，其中，所述二氧化碳的质量百分比浓度30％～80％，氟乙烷的质量百分比浓度为10％～60％。所述第三组分为二氟甲烷(R32)、三氟乙烯(R1123)、3,3,3-三氟丙烯(R1243zf)中的一种。
所述三元混合工质包括二氧化碳、氟乙烷及二氟甲烷，所述二氧化碳、氟乙烷及二氟甲烷的质量百分比为30-80％：10-60％：10-20％，全球变暖潜能值小于150。
所述三元混合工质包括二氧化碳、氟乙烷及三氟乙烯，所述二氧化碳、氟乙烷及三氟乙烯的质量百分比为30-80％：10-60％：10-60％，全球变暖潜能值小于150。
所述三元混合工质包括二氧化碳、氟乙烷及3,3,3-三氟丙烯，所述二氧化碳、氟乙烷及3,3,3-三氟丙烯的质量百分比为30-80％：10-60％：10-60％，全球变暖潜能值小于150。
本发明的优点是：本发明提供的三元混合工质，包括二氧化碳及氟乙烷，其中，所述二氧化碳的质量百分比浓度30％～80％，氟乙烷的质量百分比浓度为10％～60％。本发明提供的三元混合工质，适用于跨临界动力循环，其臭氧损耗潜值ODP为零，不可燃，长期使用不会对大气臭氧层造成损害，且全球变暖潜值GWP均小于150。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的三元混合工质，包括：二氧化碳及氟乙烷，所述三元混合工质中的各组分质量百分比浓度之和为100％，其中，所述二氧化碳的质量百分比浓度30％～80％，氟乙烷的质量百分比浓度为10％～60％。
本发明提供的三元混合工质，适用于跨临界动力循环，其臭氧损耗潜值ODP为零，不可燃，长期使用不会对大气臭氧层造成损害，且全球变暖潜值GWP均小于150。
以下结合实施例详细说明本发明上述技术方案。
实例1：取质量百分比浓度为80％的二氧化碳，质量百分比浓度为10％的氟乙烷，质量百分比浓度为10％的二氟甲烷在常温下物理混合，获得一种可应用于跨临界动力循环的混合工质。
实例2：取质量百分比浓度为50％的二氧化碳，质量百分比浓度为30％的氟乙烷，质量百分比浓度为20％的二氟甲烷在常温下物理混合，获得一种可应用于跨临界动力循环的混合工质。
实例3：取质量百分比浓度为30％的二氧化碳，质量百分比浓度为60％的氟乙烷，质量百分比浓度为10％的二氟甲烷在常温下物理混合，获得一种可应用于跨临界动力循环的混合工质。
实例4：取质量百分比浓度为80％的二氧化碳，质量百分比浓度为10％的氟乙烷，质量百分比浓度为10％的三氟乙烯在常温下物理混合，获得一种可应用于跨临界动力循环的混合工质。
实例5：取质量百分比浓度为50％的二氧化碳，质量百分比浓度为20％的氟乙烷，质量百分比浓度为30％的三氟乙烯在常温下物理混合，获得一种可应用于跨临界动力循环的混合工质。
实例6：取质量百分比浓度为30％的二氧化碳，质量百分比浓度为60％的氟乙烷，质量百分比浓度为10％的三氟乙烯在常温下物理混合，获得一种可应用于跨临界动力循环的混合工质。
实例7：取质量百分比浓度为80％的二氧化碳，质量百分比浓度为10％的氟乙烷，质量百分比浓度为10％的3,3,3-三氟丙烯在常温下物理混合，获得一种可应用于跨临界动力循环的混合工质。
实例8：取质量百分比浓度为50％的二氧化碳，质量百分比浓度为20％的氟乙烷，质量百分比浓度为30％的3,3,3-三氟丙烯在常温下物理混合，获得一种可应用于跨临界动力循环的混合工质。
实例9：取质量百分比浓度为30％的二氧化碳，质量百分比浓度为60％的氟乙烷，质量百分比浓度为10％的3,3,3-三氟丙烯在常温下物理混合，获得一种可应用于跨临界动力循环的混合工质。
表1：本发明各实施例全球变暖潜能值GWP比较
Figure BDA0003261211530000031
Figure BDA0003261211530000041
在本发明提供的三元混合工质应用于跨临界循环运行时，以典型的中高温热源(内燃机排气余热、工业余热)为设计工况：膨胀机进口压力为12MPa，进口温度为200℃，膨胀机等熵效率为0.7，工质泵等熵效率为0.8，工质泵进口为饱和液状态，温度为25℃。
根据循环性能计算结果，部分实施例的循环热效率如表2所示。在相同工况条件下，纯质CO2循环热效率仅为7.15％，本发明各实施例相比于纯质CO2循环热效率相对提升12％～36％。因此，通过上述实施例及相关计算数据可以得知，本发明提供的三元混合工质在满足全球变暖潜能值GWP<150和安全性要求的情况下，循环性能优良。
表2：本发明部分实施例全球变暖潜能值GWP及循环热效率比较
Figure BDA0003261211530000042
Figure BDA0003261211530000051
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (4)

1.一种含有二氧化碳及氟乙烷的三元混合工质，其特征在于：包括有二氧化碳、氟乙烷及第三组分，所述第三组分为二氟甲烷、三氟乙烯及3,3,3-三氟丙烯中的一种，所述二氧化碳、氟乙烷及第三组分的质量百分比浓度之和为100％，其中，所述二氧化碳的质量百分比浓度30％～80％，氟乙烷的质量百分比浓度为10％～60％。
2.根据权利要求1所述的一种含有二氧化碳及氟乙烷的三元混合工质，其特征在于：所述的第三组分为二氟甲烷，所述二氧化碳、氟乙烷及二氟甲烷的质量百分比为30-80％：10-60％：10-20％，各组分的质量百分比之和为100%，全球变暖潜能值小于150。
3.根据权利要求1所述的一种含有二氧化碳及氟乙烷的三元混合工质，其特征在于：所述的第三组分为三氟乙烯，所述二氧化碳、氟乙烷及三氟乙烯的质量百分比为30-80％：10-60％：10-60％，各组分的质量百分比之和为100%，全球变暖潜能值小于150。
4.根据权利要求1所述的一种含有二氧化碳及氟乙烷的三元混合工质，其特征在于：所述的第三组分为3,3,3-三氟丙烯，所述二氧化碳、氟乙烷及3,3,3-三氟丙烯的质量百分比为30-80％：10-60％：10-60％，各组分的质量百分比之和为100%，全球变暖潜能值小于150。
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