一类有潜力的制冷剂替代物的循环特性

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    制冷剂CFCs、HCFCs会破坏大气臭氧层,从而使紫外线直接照射到地球的量大幅度增加,造成对人体健康及生态系统的破坏。因此,联合国相继制定了《关于消耗臭氧层物质(ODS)的蒙特利尔议定书》、《哥本哈根修正议定》等条例,对CFCs、HCFCs的禁产和禁用作出了明确的控制日程,对发展中国家CFCs最迟到2010年全部停用, HCFCs到2040年前全部停用。因此,CFCs、HCFCs替代问题一直是制冷界近几年的一大热点。

    人们在寻找新的性能优良而又无公害的制冷剂的过程中,意识到了碳氢化合物的价值。联合国环境规划署制冷技术评估小组称其为长期的、经得起考验的制冷剂;绿色和平组织认为它们对环境无公害。

    碳氢化合物属于天然工质,许多碳氢化合物具有作为制冷剂的特性,它们具有很好的环境性能,ODP=0,GWP很小,和传统制冷剂共用矿物润滑油。唯一的问题就在于其可燃性。在世界上一些国家将碳氢化合物用于如家用冰箱和小型热泵以及间接制冷系统中用作CFC、HCFC和HFC的替代物[1-5]。

    1　几种最有潜力的碳氢化合物制冷剂性质

    最常用作制冷剂的碳氢化合物的有关性质见表1。

　　为了尽可能少地改变传统的使用R12或R22蒸汽压缩制冷系统,须找出与它们较为相同饱和蒸汽压的制冷剂。图1给出了各种制冷剂的饱和蒸汽压。

　　从图1可以看出,相同温度下,R22的饱和压力最高,丙烷次之,R134a和R12的饱和压力非常接近,而丁烷和异丁烷(R600a)的饱和压力最低。实践表明,饱和压力偏低比饱和压力高替代性好一些。当然,也可以通过各种制冷剂的混合,获得所需饱和蒸汽压的混合制冷剂。

    2　循环特性

    研究制冷剂的替代性必须研究替代制冷剂的循环特性,包括压缩特性(压缩比和排气温度)、单位体积制冷量以及循环效率。本文的循环特性数据,由NIST的REPPROP6.01[6]计算而得。

    2.1　压缩特性

    在给定冷凝温度(40℃)下,各种制冷剂在不同蒸发温度下对应的压力比见图2。R22和R12的压缩比非常接近,丁烷、异丁烷和R134a的压力比较大,而丙烷的压力比则较低。

    对于制冷循环来说,等熵压缩后的温度也很重要,在给定冷凝温度(40℃)下,各种制冷剂在不同蒸发温度下对应的等熵压缩后排气温度见图3。

    由图可见,各种制冷剂的等熵压缩温度均比R22低。事实上异丁烷和丁烷在压缩前都需要一定的过热,以保证在经过等熵压缩后不会处于湿蒸汽区。