R404A在螺杆制冷机组中替代R22性能研究

4 . 2 试验条件 在 R404A 和 R22开启式螺杆制冷机组性能试验 中 , 压缩机以 100 % 负荷运转 ; 冷却水进出水温分别 为 30 ∀ 和 35 ∀ ; 载冷剂出口温度分 别为 - 15 ∀ , - 10 ∀ , - 5 ∀ , 0 ∀ , 5 ∀ , 7 ∀ 和 9 ∀ , 载冷剂进出 口温差 5 ∀ ; 吸气过热度 5 ∀ 。测量温度、 压力、 流量 和功率的仪器仪表最大误差不超过 # 1 %。 4 . 3 试验结果及分析 4 . 3. 1 吸、 排气压力 图 3 , 图 4分别给出 R404A 和 R22 螺杆制冷机组 排气压力 p d 和吸气压力 p s 随载冷剂出口温度 T so的 变化情况。从中可以看到:
1 ) R404A 比 R22 环 保性 好。 虽然 R404A 的 GW P 值稍微高一些 , 但其 ODP 值为零 , 不破坏 大气 臭氧层 , 环保性能更好。 2) R404A 比 R22 安全性高。 R404A 无毒, 且因 含有较大比例的 R125 , 不具可燃性, 安全性高。 3) R404A 工作压 力比 R22 稍高。 R404A 标 准 沸点比 R22低 5 8 ∀ , 虽相差不大, 但反映了其工作 压力比 R22稍高的事实。即便在 - 45 ∀ 的蒸发温度 下仍可保持正压工作 , 这是 R22所不具备的优点。 4) R404A 等熵指数比 R22 小。在相同温度 和 压力条件下 , R404A 等熵指数比 R22 稍小 , 这对压缩 机排气温度的降低非常有利。 5) R404A 的温度滑移仅为 0 . 4 ∀ , 属于近共沸 制冷剂。故基本上可将 R404A 视为单一制冷剂 , 在 蒸发器和冷凝器内的传热性能与 R22 相近。 因此, 从 R404A 和 R22基本物性上看, 用 R404A 替代 R22 存在相当可能性。 3 理论循环计算分析 在同一螺杆制冷压缩机条件下 , 蒸发温度 te 由 - 20 ∀ 升高到 4 ∀ , 冷凝温度 40 ∀ , 过冷度和过热 度均为 5 ∀ , 忽略其他影响因 素, 分别 对 R404A 和 R22制冷机组进行理论循环计算, 其计算结果比较如 图 1 所示。可以发现 , 与 R22 机组相比 :
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低
温
工
ห้องสมุดไป่ตู้
程
2005 年
然 , 液体制冷剂管路的阻力损失也会有所增大。 3) R404A 机 组制冷 量 Q e 约是 R22 的 96 % ~ 102 % , te 越高 , 比值越大。因 R404A 和 R22 机组 Q e 相差不大, 故 R22 制冷系统的蒸发器对 R404A 应该 同样合适, 无需重新设计。 4) R404A 机组的冷凝器热负荷 Q c 与 R22 很接 近 , 大约为 R22 的 99 % ~ 103. 3 % 。因此 , 两制 冷系 统的冷凝器可以通用。 5) R404A 机组电机功率比 R22 增加 10 % 左右 , 增加幅度不大。因此, 原 R22 机组的电机同样适用 于 R404A 机组。 6) R404A 机组 的 COP 约 是 R22 的 87 5 % ~ 92 1 % , 且 te 越高两者差别越小。这说明, 在空调工 况下, 用 R404A 替代 R22也可能更有优势。 由此可见, 理论上 , 在原 R22 螺杆制冷机组改动 较小的情况下 , 以较低成本直接用 R404A 替代 R22 具有相当的可能性和可行性。 4 试验研究 为验证上述理论 分析结果 , 了解及掌 握 R404A 替代 R22 的可行性和适用性, 分别对 R404A 和 R22 LG16 开启式螺杆制冷机组进行性能试验, 并对试验 数据结果加以分析和讨论。 4 . 1 试验装置 试验机组为大连冰山 LG16 开启式螺杆制 冷机 组。该机组主要由 K16 开启式螺杆压缩机、 外置电 机、 高效油分、 卧式管壳 式冷凝器、 干式管壳式蒸 发 器、 热力膨胀阀、 干燥过滤器、 电控箱和其他附属部件 及管路组成 , 如图 2所示。
物性特点的基础上, 理论和试验研究了 R404A 在螺杆制冷机组中替代 R22的可行性和适用性。 研究 结果表明, 只要将原为 R22设计的螺杆制冷机组稍加改动 , 直接加入 R404A 制冷剂, 机组便完全能够 正常运行, 其各主要性能指标与 R22较为接近。 关键词 : 替代工质 中图分类号 : TB612 R404A 螺杆制冷机组 文献标识码: A 性能研究 文章编号: 1000 6516( 2005) 04 0056 05
1 引
言
近年来 , 制冷和空调业正经受着如何解决臭氧层 破坏及全球温室效应等环境问题的严峻考验与挑战。
收稿日期 : 2005 01 13; 修订日期 : 2005 06 06 作者简介 : 刘艳丽 , 女 , 35 岁 , 博士研究生 。
第 4期
R 404A 在 螺杆制冷机组中替代 R 22 性能研究
图 3 R404A 和 R22 机组 p d 比较 Fig . 3 Com parison of P d of R404A and R22 screw un it
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[ 5~ 7]
前世界范围内相关企业和科研院所的一项重要研究 课题。 根据国内外相关研究
[ 1~ 4]
但一直以来有关 R404A 的研究
大都是针对其替
代 R502展开的 , 而关于其替代 R22 的研究报道却极 , ODP ( Ozone Dep letion 少见到。为此 , 本文在比较分析 R404A 和 R22 物性 特点基础上, 从理论循环计算和整机试验两方面研究 了螺杆制冷机组中 R404A 替代 R22的可行性和适用 性 , 为 R22 的顺 利替代在理论与实践上提供可靠的 参考和依据。 2 基本物性比较 R404A 和 R22 基本物性如表 1 所示。从中可以 看出。
R404A 在螺杆制冷机组中替代 R22性能研究
刘艳丽
2
1 , 2
周海峰
3
王智明
西安 大连 大连
3
( 1 西安交通大学能源与动力工程学院 ( 大连冰山集团博士后工作站 ( 3 大连冰山集团设计研究院
710049)
116033) 116033)
摘
要: 在比较分析 HFC 非共沸混合制冷剂 R404A ( R125 /R143a /R134a , 44 / 52 /4w % t ) 和 R22
表 1 R 404A 和 R22 基本物性比较
T ab le 1 Com par ison of basic properties of R404A and R22
制冷剂 R 22 R404A 相对分子 质量 86 . 47 97 . 6 ODP 0 . 034 0 GW P 1 900 4 540 安全性 A1 A 1 /A 1 标准沸点 /∀ - 40 . 8 - 46 . 6 临界温度 /∀ 96 . 2 72 . 1 临界压力 /M Pa 4 . 99 3 . 74 温度滑移 /∀ 0 0. 4 等熵指数 ( 0. 1 M Pa , 10 ∀ ) 1 . 194 1 . 125
Abstract : Based on the analysis and com parison of the property characteristics of the zeotropic HFC re frigeran t m ix ture o f R404A ( R125 /R143a /R134a , 44/ 52 /4w % t ) and R22 , th e feasib ility and practicability of R404A as a substitute fo r R22 in a screw re frigera tio n un it w as theo retica lly and experi m entally in vest ig a ted . T he results obta in ed show that as lo ng as the screw refrigeration unit orig ina lly designed for R22 is m odif ie d a little and directly charged w ith R404A, the un it w ill be in w orking order and its pri m ary perfor m ance para m eters are close to th ose of th e sam e un it using R22 refr ig eran. t K ey w ords: alternative refrig eran;t R404A; screw refrig erat io n uni;t perfo r m ance study 根据 1992 年修订后的 蒙特利尔公约 !规定 , 2000 年 前后完全禁止生 产和使 用 CFCs , 限用 HCFC s ; 2030 年后禁用 HCFC s 。 因此, 世界各国均加快了 R22 制 冷剂替代工作的步伐, 寻求新型环保制冷剂已成为当
Study on the performance of a screw refrigeration unit using R404A as an alternative to R22
L iu Y anli
1, 2
Zhou H a ifeng
3
W ang Zhi m ing
3
( 1 School of Energy and Pow er Engin eering, X i an J iaotong U n ivers ity, X i an 710049 , C h ina) ( 2 PostdoctoralW ork ing S tation of D alian B ingshan G roup Co. Ltd . , D alian 116033 , C hina) ( 3 D es ign & R esearch Inst itute, D alian B ingshan G roup C o. L td. , D alian 116033, Ch ina)
图 1 R404A /R22 理论循环计算结果比较 F ig . 1 Comparison of theore tical cycle calculation resu lts of R404A and R22
1) R404A 机组 工作压力 稍高。 R404A 机组的 吸气压 力 p s 和排气 压力 p d 分别 比 R22 高 21 % ~ 24 % 和 18 4 % 左右 , 高出比例不大, 压缩机无需重新 设计; 说明 R404A 可在更低温度下保持正压 , 避免压 缩机负压工作。 2) R404A 机组吸气比容约是 R22 的 70 % 左右。 这使得 R404A 机组中参与制冷循环的制冷剂质量流 量比 R22 增加约 40 % 。对采用干式蒸发器的制冷系 统来说, 蒸发器的传热性 能有可能因此 而提高。当
由6给出的试验测得r404a和r22在蒸发器内总传热系数ke散点分布可知r404a总传热系数比r22r404a干式蒸发器单管质量流量较大r22增大40进而使蒸发器传热能力有所增强这也许是导致r404a机组制冷量较大的最主要原因
2005 年第 4 期 总第 146期
低
温
工
程
CRYOGEN ICS
No 4 2005 Sum N o 146
Po tent ia l) 为零 和 GW P ( G lobal W ar m ing Potential) 很 小的 H FC 非共沸 混合 制冷剂 有望替 代 R22 。其 中 R407C ( R32 /R125 /R134a , 23 /25 / 52w % t ) 在小 型 空 调工况下性能指标比 R22 略低, 但其温度滑移 较大 ( 约 7 ∀ ) , 传热性能较差, 且组分易发生变化; R410A ( R32 /R125 , 50 /50w % t )容积制冷量较大, 但性能系 数不及 R22 , 且系统工作压力较高, 压缩机需要重新 设计, 替代工作量较大; 而最初作为 R502 替代 物提 出来的 R404A 具有与 R22 较为相近的热物理性质 ,