樊啟迪

摘 要：混合工質(zhì)以其優(yōu)異的性能在各類制冷系統(tǒng)中廣泛使用，本文對(duì)純工質(zhì)制冷劑R134A和非共沸混合工質(zhì)R404A在壓縮機(jī)排氣口增加預(yù)冷裝置，分析制冷系統(tǒng)在制冷劑過(guò)冷前后系統(tǒng)的性能差異進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上提出制冷系統(tǒng)優(yōu)化的運(yùn)行模式。

關(guān)鍵詞：非共沸混合工質(zhì);熱力性能分析

理想制冷工質(zhì)除了價(jià)格低廉、獲取容易外，還必須滿足較好的環(huán)境安全性，包括對(duì)臭氧層破壞小，溫室效應(yīng)低，且泄漏后不會(huì)因光化學(xué)反應(yīng)造成大氣污染等。因此，在含氟環(huán)保制冷劑在替代HFC類制冷劑時(shí)應(yīng)評(píng)估其光化學(xué)臭氧生成潛能只PCOP。

1 蒸汽壓縮制冷循環(huán)

制冷循環(huán)基本原理是利用制冷劑的相態(tài)變化實(shí)現(xiàn)吸熱放熱的循環(huán)過(guò)程，在理想循環(huán)中，低溫低壓飽和氣態(tài)制冷劑在壓縮機(jī)經(jīng)可逆絕熱壓縮后變?yōu)楦邷馗邏哼^(guò)熱氣態(tài)，然后進(jìn)入冷凝器。在冷凝器中制冷劑經(jīng)等壓放熱過(guò)程冷凝至飽和或過(guò)冷的高壓常溫飽和液態(tài)，經(jīng)過(guò)節(jié)流機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)等焓絕熱膨脹，制冷劑壓力迅速降低且部分制冷劑因壓力降低出現(xiàn)閃蒸，以氣液兩相進(jìn)入蒸發(fā)器;低溫低壓液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，吸收大量蒸發(fā)潛熱而達(dá)到冷卻效果。

實(shí)際過(guò)程中，制冷劑在蒸發(fā)器和冷凝器中流動(dòng)時(shí)因與管壁發(fā)生摩擦造成壓力損失，使得蒸發(fā)和冷凝過(guò)程并非在等壓下進(jìn)行;其次為降低制冷劑的閃蒸現(xiàn)象，會(huì)增加冷凝器出口制冷劑的過(guò)冷度，使其處于過(guò)冷狀態(tài)而非飽和液態(tài);為避免壓縮機(jī)液擊，壓縮機(jī)回氣口制冷劑蒸汽需要有4～6℃的過(guò)熱度;同時(shí)壓縮機(jī)壓縮過(guò)程制冷劑與外界、管路摩擦換熱，壓縮機(jī)排氣在進(jìn)入冷凝器前有壓降、熱損失，造成熵增現(xiàn)象，所以實(shí)際壓縮過(guò)程較理想壓縮過(guò)程耗功多。

2 制冷劑熱物性質(zhì)分析

制冷劑熱物性與流動(dòng)性是分析整個(gè)系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)，在現(xiàn)有系統(tǒng)設(shè)備不變的條件下，探索最優(yōu)的熱力性能且低臭氧破壞指數(shù)和溫室效應(yīng)指數(shù)是選擇制冷劑的前提。R404A非共沸混合制冷劑具有不含氯等特性，其對(duì)環(huán)境危害較小，且R404A在不同蒸發(fā)溫度和冷凝溫度隨充注量、壓力等變化，可通過(guò)改變這些參數(shù)有效減小系統(tǒng)的不可逆性及壓縮機(jī)的功耗，進(jìn)而提高機(jī)組的性能系數(shù)。

2.1 理想制冷劑必要條件

理想制冷劑應(yīng)具備無(wú)毒、不爆炸、不燃燒、泄漏時(shí)易察覺(jué)、對(duì)金屬及非金屬無(wú)腐蝕作用，具有較大的蒸發(fā)潛熱、化學(xué)穩(wěn)定性好、對(duì)潤(rùn)滑油無(wú)破壞、環(huán)境友好。此外，還應(yīng)具有較低的凝固溫度，蒸發(fā)壓力要高、臨界溫度較高和冷凝壓力要小，可溶于潤(rùn)滑油等物理特性。最后，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)毒性和腐蝕性，不破壞臭氧層，且不具爆炸性和易燃性，溫室效應(yīng)低。

2.2 理想制冷劑必要條件

非共沸制冷劑是多種純工質(zhì)按照固定比例混合而成，目前常見(jiàn)的有二元混合工質(zhì)和三元混合工質(zhì)。不同成份制冷劑混合后的制冷劑具有相同沸點(diǎn)的成為共沸工質(zhì)，混合后各組分沸點(diǎn)接近的新工質(zhì)稱為近共沸制冷劑;如果混合后制冷劑各組分沸點(diǎn)相異的則稱為非共沸工質(zhì)?；旌现评鋭┲饕糜谔娲鷮?duì)環(huán)境有破壞的制冷劑，其主要優(yōu)點(diǎn)在于臭氧破壞指數(shù)為零，以安全性高的制冷劑稀釋危險(xiǎn)性制冷劑以降低混合制冷劑的危險(xiǎn)性，同時(shí)提高混合制冷劑的能效使其近似于被替代的制冷劑的熱物性特性。

2.3 液態(tài)制冷劑充注特性

非共沸制冷劑分餾現(xiàn)象可能發(fā)生在制冷劑瓶進(jìn)行制冷劑充注或分裝時(shí)，另外機(jī)組運(yùn)行或停機(jī)有泄漏時(shí)均會(huì)有分餾現(xiàn)象。如果非共沸制冷劑存儲(chǔ)于瓶?jī)?nèi)，而混合制冷劑以氣體狀態(tài)進(jìn)行制冷劑充注操作時(shí)，則注入的成份將大部分是壓力較高且傳熱性能也高的成份;同時(shí)制冷劑瓶?jī)?nèi)的液態(tài)制冷劑組分也會(huì)隨著氣態(tài)制冷劑的注入而有所改變。因此分餾的結(jié)果將會(huì)使制冷劑成分比例發(fā)生變化而失去原有的性能，系統(tǒng)運(yùn)行效率也將隨著混合制冷劑成份的變化降低，此現(xiàn)象會(huì)因溫度滑移而明顯。反之，如果制冷劑由液態(tài)進(jìn)行充注時(shí)，因其為維持非共沸混合制冷劑的比例不變，分餾現(xiàn)象就不明顯，可維持混合制冷劑的優(yōu)勢(shì)與性能。因此為維持非共沸混合制冷劑的比例，必須利用液態(tài)對(duì)制冷進(jìn)行填充。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)充注制冷劑時(shí)，易導(dǎo)致液態(tài)制冷劑直接流入壓縮機(jī)，造成壓縮機(jī)液擊。為防止壓縮機(jī)閥片損壞，可在制冷劑瓶口加裝充注棒，可防止過(guò)量液態(tài)冷媒直接進(jìn)入壓縮機(jī)中。

3 混合工質(zhì)系統(tǒng)運(yùn)行分析

對(duì)混合制冷劑制冷性能、系統(tǒng)加裝預(yù)冷器、系統(tǒng)加裝經(jīng)濟(jì)器以及系統(tǒng)加裝預(yù)冷器和經(jīng)濟(jì)器四種狀態(tài)下機(jī)組性能進(jìn)行比較。加裝附加設(shè)備后較原系統(tǒng)具有較好的降溫速率，在加裝經(jīng)濟(jì)器、預(yù)冷器及同事加裝經(jīng)濟(jì)器和預(yù)冷器時(shí)，系統(tǒng)的降溫時(shí)間可減少65 min、123 min和133 min，比原系統(tǒng)節(jié)約了約32.2%、52.8%和57.1%的凍結(jié)時(shí)間。此外，壓縮機(jī)功耗在加裝經(jīng)濟(jì)器、預(yù)冷器和預(yù)冷器及經(jīng)濟(jì)器后耗電量較低，分析認(rèn)為低溫側(cè)壓縮循環(huán)系統(tǒng)散熱條件改善使得壓縮機(jī)排氣壓力降低，從而使功耗降低。低溫側(cè)制冷循環(huán)在加裝經(jīng)濟(jì)器后壓縮比比原系統(tǒng)略有降低，但在加裝經(jīng)濟(jì)器和預(yù)冷器后，壓縮機(jī)的壓縮比有明顯下降，最大下降率達(dá)到8.7%。以基本的混合工質(zhì)為基準(zhǔn)，系統(tǒng)在加裝經(jīng)濟(jì)器、預(yù)冷器和經(jīng)濟(jì)器及預(yù)冷器同時(shí)加裝三種模式下，系統(tǒng)分別節(jié)約了24%、65.3%和57.8%的能耗。因此，對(duì)制冷系統(tǒng)加裝預(yù)冷器及經(jīng)濟(jì)器可顯著提高制冷系統(tǒng)的制冷性能，降低碳排放量。

4 結(jié)論

本文對(duì)非共沸混合工質(zhì)R404A的熱力性能進(jìn)行了分析，并對(duì)制冷系統(tǒng)加裝預(yù)冷器、系統(tǒng)加裝經(jīng)濟(jì)器以及系統(tǒng)加裝預(yù)冷器和經(jīng)濟(jì)器的性能進(jìn)行了對(duì)比。壓縮機(jī)排氣口加裝預(yù)冷器可有效控制冷凝器出口制冷劑溫度低于38℃;而加裝經(jīng)濟(jì)器能改善低溫側(cè)蒸發(fā)器停機(jī)后溫升不穩(wěn)定等問(wèn)題，從而提升制冷速度。以系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的能耗為基準(zhǔn)，加裝預(yù)冷器、加裝經(jīng)濟(jì)器以及加裝預(yù)冷器和經(jīng)濟(jì)器三種模式下的節(jié)能百分比分別為24%、54.3%及57.8%。