制冷剂循环性能对比及物性分析

效 应 （ ＷＰ） 。开 展 环 境 友 好 性 的 制 冷 剂 替 代 Ｇ …
工 作具 有 积极 意义 ＿ 。 ２
Ｏ （ｅａｉｅ１ Ｒ－ ） ＧＷＰ（ ｌｔ ｅＩ Ｏ２ ＤＰ ｒｌｔｖ １ ｏ １ ｒ ａｉ Ｃ ） ｅ Ｏ
图 １ 制冷剂 的 Ｏ Ｐ和 Ｇ Ｐ值 Ｄ Ｗ
收 稿 日期 ： ２ １ ０ ２—０ ０ ３— ９
基金项 目： 河北省高等学校科学技术研究重点基金资助项 目（Ｚ ２ ｉ ｌ５ ＤＯＯＯ ）
ＦＬＵＩ ＭＡＣＨＩ Ｄ ＮＥＲＹ
Ｖｏ． ０， ． ２ ２ １ ４ Ｎｏ ７， ０１
算 了给定压 力 （ ３ Ｐ ） ， １４ ，２ ， ５ ａ Ｐ＝ Ｍ ａ 下 Ｒ ３ａ Ｒ ２ Ｒ１２ ， Ｒ ９ ， ７４和 Ｒ １ 制 冷 剂 的粘 度 及 密 度 随 ２０Ｒ４ ７７６种
图 ４ ７分别给出了 Ｃ ～ Ｏ 及其他制冷剂的循
环原理 和 Ｔ—ｓ 。 图
冷凝 器
温度的变化情况。
４ ０ ０
２０ ０
一
集
蒸发器
０
—
图 ４ 氟利昂单级循环原理
５Ｏ １ Ｏ ２
２ ０
温度（ ） ｏ ｃ
图 ２ 温度对粘度的影 响
７０ ０
图 ５ 氟利 昂单级循环 Ｔ— ｓ
失； （） ３ 压缩 机效 率设 为 ７ ％ ； ５ （ ） 发 温度 范 围设为 一１ １ ℃ ； ４蒸 ０— Ｏ
出口温度不断增加 ， Ｏ 跨临界循环性能降低 ， Ｃ： 甚 至要低于其它制冷剂循环 性能。分析表 明， Ｏ Ｃ 跨 临界循 环具 有 排 气 温 度 高 、 度 滑移 大 以及 气 温
Ｌ Ｌ
与图 ８相似 ； 由图 ｌ １可知 ， 在气体冷却器 出口温 度较低时， Ｏ 跨临界循环性能最优 ， Ｃ： 随着冷凝器
Ｃ Ｐ ： Ｏ
２ 一 凡ｌ。
（） １
式中
卵——压缩机的效率
计算条件和假设 ： （） １ 系统 在稳 态条 件下 运行 ； （） ２ 忽略换 热器及 其它 管 道 的压 降和热 损
２１ ０２年第 ４ Ｏ卷 第 ７期
文章 编 号 ： １０ ０ ２ （ ０２ ０ ０ ６ ０ ０ ５— ３ ９ ２ １ ）７— ０ ７— ５
流
体
机
械
６ ７
制 冷 剂 循 环 性 能对 比及 物 性 分 析
王洪利 ， 田景瑞 ， 慧琴 刘
（ 河北联合大学 ， 河北唐 山 ０ ３０ ） ６ ０ ９ 摘 要 ： 在制冷空调 和热泵行业 ， 于氟 利昂制冷 剂的 Ｏ Ｐ和 Ｇ 基 Ｄ ＷＰ问题 ， 系统 的节 能和制冷 剂 的替 代成 为当代科 使
一 —一
一
０ ０ ８ ０ ６ ０ ４ ０ ２
列 。其 中，Ｆ ｓ Ｃ Ｃ 的类臭氧层 破坏势 （ Ｄ ） 高 ， Ｏ Ｐ较
而 Ｈ Ｃ 虽然 不 破 坏 臭 氧层 ， 具 有 一 定 的 温 室 Ｆｓ 但
０ ０ ２００ ０ ４００ ６０ ０ ００ ８ ０００ １０ ０００
蒸 发 温度 的变 化情 况 。
图 １ Ｃ Ｐ随蒸发温度 的变化 ０ Ｏ
温度（ ℃）
２． ２
０８ ．
０６０ ． ０
０７２ ． ５
０．： ８
效 率（ 叼）
温度（ ℃）
图 ８ Ｃ Ｐ随压缩 机效率的变化 Ｏ
图 １ Ｃ Ｐ 随冷 凝 器 出 口温度 的 变 化 １ Ｏ
效 益 和对 整个 生态 环境 的影 响 。 目前 使用 较 多 的
■ —一 一 — 一
２ ７ａ ２ ｃ
ｆ —一 Ｉ
制冷剂 是 Ｃ Ｃ 、 Ｃ Ｃ 和 Ｈ Ｃ ， 属 Leabharlann 氟利 昂系 Ｆ ｓＨ Ｆ ｓ Ｆ ｓ都
２ ６ａ ３ ｆ ２ ５ａ ４ｆ
Ｒ ４ ４ 一 ０ Ａ Ｒ一 ０７ ４ Ｃ ｎ ４１ Ａ 一 ０
２ ３ 不 同 工 况 下 循 环 性 能 对 比 ．
流
体
机
械
由图可知 ， 种循 环 系统组 成 基本 一样 ， 两 只不
冷剂循环 Ｃ Ｐ均呈上升趋势 ， Ｏ 其中， ７４制冷剂 Ｒ４
过在 Ｃ ： Ｏ 跨临界循 环中 ， 气体冷却器放热过程 ２
—
３是处 于 临界 点 之 上 ， 整 个 过 程 始 终 处 于 变 且
温放 热 ； 而在 图 ６ 图 ７的 制 冷 循 环 中 ， 凝 器 放 、 冷
技前 沿的热点 。本文通过调研 以及理论分 析 ， 当前常用制冷剂 的基本 物性 和循 环性 能给出了一个较全面 的分 析 ， 对 并且 对润滑油基本物性 以及制冷剂 与润滑油互 溶问题作了深入研究 ， 为相关 制冷剂的筛选和替代研究提供 了理论基础 。
关键词 ： Ｏ Ｐ； Ｗ 物性参数 ； Ｄ Ｇ Ｐ； 循环性能 ； 润滑油
－
２ ５
７ ５
～
的摩擦及管道压降有 重要影 响。因此 ， 制冷剂物
性 分析 十分 重要 。 ２２ 单级 制冷循 环 性能 对 比 ．
２２ ．５
—１ ２ ．５
— ２５ ０．
ｓｋ／ｋ Ｋ 】 ［Ｊ（ｇ‘ ）
图 ７ Ｃ ： 临界单 级循 环 —ｓ ０跨
２ １ 年第 ４ ０２ ０卷第 ７ 期
值。
图６ Ｏ Ｃ 跨ｌ 临界单级循 环原理
由图 ３可知 ， １４ 密度最大 ， Ｒ ３ａ 各制冷剂处在
气 相或 液相 时 ， 们 的密度 变化很 小 ， 他 但在饱 和点 液 相变 为气 相 ， 度 明显 降低 。 密
１５ ２
制冷剂的粘度和密度等物性参数对循环性能 的影 响很 大 。制 冷 剂 要 求 有较 大 的容 积 制冷 量 ， 这正与制冷剂的密度有关 ； 制冷剂的粘度对管道
Ｗ ＡＮＧ Ｈｏ ｇ ｌ， Ｉ ｉｇｒ ｉＬ Ｕ Ｈｕ —ｉ ｎ — Ｔ ＡＮ Ｊｎ —ｕ ， Ｉ ｉ ｎ ｉ ｑ
（ ｅｅ Ｕ ｉ ｄＵ ｉｅｓｙＴ ｎｓａ ６ ０ ９ Ｃ ｉａ Ｈ ｂｉ ｎｔ ｎｖｒｉ ，ａｇｈｎ０ ３０ ， ｈ ） ｅ ｔ ｎ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ： Ｉ ｈ ｅｒｇ ｒ ｔ ｎ ａ ｄ ａ ｒ ｏ ｄ ｔ ｎ ｎ ｎ ｅ ｔ ｕ ｄ ｓｒ ，ｆｅ ｎ—ｂ ｓ ｄ ＯＤＰ ａ ｄ Ｇ ｓｒ ｃ ｓ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｉ ｏ ｉｇ ａ ｄ ｈ ａ ｍｐ ｉ ｕ ｔ ｉ ｏ ｃ ｉ ｐ ｎ ｙ ｒｏ ａｅ ｎ ＷＰ ｅｒ ｅ ａ ｔ ｒｂ ｅ ， ｒｆ ｇ ｒｎ ｏ ｌｍｓ ｉ ｐ ｔ ｅ ｓ ｓｅ ｎ ｒ ｙ ｅ ｃ ｅ ｃ ｎ ｌ ｒ ａｉｅ ｒ ｆ ｇ ｒ ｎ ｓｂ ｃ ｍｅ ａ ｈ ｔ ｏ ｉ ｈ ｒｆｏ ｔ ｆｍｏ ｅ ｔｃ ｎ ｌｇ ．Ｔ ｒ ｕ ｈ ａ ｘ ｈ ｙ ｔ ｍｇｅ ｅ ｇ ｆ ｉｎ ｙａ ｄ ａｔ ｎ ｔ ｅｒ ｅ ａ ｔ ｅ ｏ ｏ ｐ ｃ ｉ ｔ ｅ ｆ ｅｒ ｎ ｄ ｍ ｈ ｏｏ ｙ ｈ ｏ ｇ ｅ － ｉ ｅ ｖ ｉ ｔ ｎ ｏ ｏ ｅ ｎ ｔ ｎ ｉｅ ｌ ｅ ａｕ ｅｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｅ ｒ ｔ ａ ｎ ｌ ｓ ｆ ｈ ｕ ｒ ｎ ｏ ｅ ｓｖ ｉ ｒ ｔ ｒ ｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ ｔ ｏ ｅ ｉ ｌ ａ ｙ ｉ ｏ ｅ ｃ ｒｅ ｔ ｍｍｏ ｌ ｓ ｄ ｒｆ ｇ ｒ ｎ ｙ ｌ ｅｆｒ ｎ ｅｏ ｅ ｂ ｓｃ ｐ ｙ ｉａ ｔ ｈ ｃ ａ ｓ ｔ ｃ ｎｙ ｕ ｅ ｅｒ ｅ ａ ｔ ｃｅ ｐ ｒｏｍａ ｃ ｆ ｈ ａ ｉ ｈ ｓｃ ｌ ｉ ｃ ｔ ｐ ｏ ｅｔｅ ｎ ｉｅ ｒ ｏ ｒ ｈ ｎ ｉｅ ａ ａｙ ｉ ａ ｄ ｔ ｅ ｂ ｓｃｐ ｏ ｅ ｔ ｓｏ ｅｌ ｂ ｃ ｎ ｎ ｈ ｅｒ ｅ ａ ｔ ｎ ｉ ｓ ｌ ｂｌ ｙ ｒ ｐ ｒ ｓａ ｄ ｇｖ ｓａ ｍｏ ｅ ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｓｖ ｎ ｌｓｓ ｎ ａ ｉ ｒ ｐ ｒ ｅ ｆ ｈ ｕ ｒ ａ ｔａ ｄ ｔ ｅ ｒｆ ｇ ｒ ｎ ｄ ｏｌ ｏｕ ｉ ｔ ， ｉ ｈ ｉ ｔ ｉ ｉ ａ ｉ ｇ ｖ ｎ—ｄ ｐｈ ｓｕ ｙ ｓ ｒ ｌｔｄ ｔ ｈ ｃ ｅ ｎｎ ｎ ｔｒ ａｉｅ ｒ ｆ ｇ ｒｎ ｓ ｔ ｒｖ ｄ ａ ｉ ａａ ａ ｅｉ ｅ ｔ ｔｄ ，ａ ｅａｅ ｏ ｔ ｅ ｓ ｒ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｅ ａ ｔ ｏ ｐ ｏ ｉ ｅ ｂ ｓｃ ｄ ｔ ． ｌ ｖ ｉ Ｋｅ ｒ ｓ Ｏ ｙ ｗｏ ｄ ： ＤＰ； ＷＰ； ｈ ｒ ｃｅ ｉｔ ａ ａ ｔｒ ； ｙ ｌ ｅ ｏ ａ ｃ Ｇ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｉ ｐ ｒ ｍｅｅ ｃ ｃｅ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ；ｌ ｂ ｃ ｔ ｇ ｏ ｌ ｓｃ ｓ ｆｍ ｕ ｒ ａｉ ｉ ｉ ｎ
气 体冷却 器
枢
Ｏ
温度（ ℃）
图 ３ 温 度 对 密 度 的影 响
由图 ２可 知 ， ７４的粘 度 最 低 ， 且 在 一２ Ｒ４ 而 ０
０ ℃之 间急剧下降 ， 之后随温度升高趋于恒定 值； 其他 制冷 剂粘 度在 临界 点 附近变化 比较 剧烈 ，
—
蒸发 器
随温度 升高 各制 冷剂 粘度最 终趋 于 同一个很 小 的
体冷却器 出口温度越低 ， 系统性能越好等特点 ， 因 此 ，Ｏ 跨 临界循 环非 常适 用 于热泵 系统 。 Ｃ：
（） ５ 气体冷却器和冷凝器出口温度设为 ２ ８—
４ Ｃ： ０ｏ
（ ） Ｏ 跨 临界循 环 高压 ７５ ａ ６Ｃ ２ ．ＭＰ ；
（） Ｃ ７ 除 Ｏ 外其他制冷剂循环高压 ３０ Ｐ 。 ．Ｍ ａ 图８ １ ～１ 分别给 出了单级循环系统 Ｃ Ｐ随 Ｏ 压缩机效率 ， 压缩机排气压力 ， 冷凝器出口温度和
图 １给 出 了 制 冷 剂 的 Ｏ Ｐ 和 Ｇ Ｐ 值 。 目 Ｄ Ｗ 前， 制冷 剂替 代 主 要 有重 启 自然 工 质 和 研 发 新 型
２ 制 冷剂 的物 性分 析
２ １ 基 本 物性 分析 ．
合成工质 ２ 种方式 。前者以德 国、 Ｊ 瑞典等欧盟
国家 为 代表 ， 可从 根本 上避 免 环境 问题 ； 者 以美 后 国和 日本 等发 达 国家 为代 表 ］ ９。 本 文选 择 了 ６种 常 用 制 冷 剂 ， 括 Ｒ１４ ， 包 ３ ａ Ｒ ２ Ｒ ５ ａＲ ９ Ｒ ４ ２ ， １２ ，２０，７ ４和 Ｒ １。 图 ２ ３分别 计 ７７ 、
１ 引言
（ （ 一ｌ ： ． ｌ Ｆ １ ２
Ｊｌ ３
徽 疆●■
｛
１
ｌ４ １ Ｈ Ｆ 一 ２ Ｃ ２ ｌ３ ２ ＨＦ（ ３ ： ２ 一
１ ２５ １３ ４ｎ ｌ ４３ａ １ ５２ａ
制冷 剂 的采用 ， 仅要 考 虑 工 作 介 质 和 相 应 不 设 备本 身 的性 能 和 经 济效 益 ， 要 考 虑 它 的社 会 更
循环性能要明显低于其他制冷剂 的循环性能 ； 由 图 ９可知 ，Ｏ 排气压力 明显高于其他制冷剂 ， Ｃ 且 Ｃ Ｏ 循环性能在排气压力的变化范围内存在最优
值； １ 图 Ｏ是循 环 Ｃ Ｐ随 蒸发 温度 的 变化 ， 趋 势 Ｏ 其
热过程 ２— ３是由冷却和冷凝两部分组成 ， 整个过 程 是 由变 温 和定 温组 成 。两种 循 环性 能 系数 为 ：
中 图 分 类 号 ： Ｔ ６ Ｂ１ 文献标识码 ： Ａ ｄｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ ｏ：０ ３ ６／．ｓ ． ０５—０２ ．０ ２ ０ ． １ ｓ ３ ９２ １ ．７０ ７
Ｃｏ ｍｐａ ｉｏ ｒ ｓ ｎ Ａｎａ ｙ ｉ ｆＣｙ ｌ ｒ ｏｒ ａ ｃ ｎｄ Ｃｈ ａ ｔ ｒｓｉ ｒ ｍ ｅｅ ｓｏ ｆ ｉ ｅ ａ ｓ ｌ ｓｓ ｏ ｃｅ Ｐｅ ｆ ｍ ｎ ｅ ａ ａｒ ｃ ｅ ｉｔｃ Ｐａ ａ ｔ ｒ ｆＲｅ ｒｇ ｒ ｎｔ