HLD-40b高温空调混合制冷剂替代研究

　　1 引言

　　高温空调主要应用在冶金行业和特种车载装备中,经常运行在高温(55e以上)、宽温度变化范围和高粉尘、强振动的环境中。不仅在结构设计上要确保高温空调的可靠性要求,更重要的是在宽温度变化范围获得充裕的制冷量输出,即获得良好的制冷特性,以满足人机环境工程的需要。在提高高温空调的可靠性和改善高温空调制冷特性方面,业内学者和工程技术人员进行研究并取得一定成就。文献[1]采用热气旁通与喷液冷却技术,对宽温度范围运行的高温空调进行能量调节和热力保护,力图以系统设计的进步来弥补制冷剂温度特性的不足,并以牺牲能效的代价改善系统的可靠性;文献[2]分析了高温空调中使用R134a、R142b制冷剂的可行性,并指出制冷剂工作温度范围和单位容积制冷量的局限;显然,热力循环过程的组织以及影响热力过程的制冷工质的选择与匹配是解决问题的关键[3, 4]。

　　针对HLD-40b原样机使用被禁制冷剂R12的技改课题,进行非共沸混合工质替代及相关的性能改善研究。预期达到,在较宽的环境温度变化范围制冷量变化平坦,高温运行工况的排气压力和温度明显降低,制冷系统的温度特性和可靠性得到显著改善的效果。

　　2 制冷剂的选择

　　高温空调所使用的制冷剂除满足蒸汽压缩制冷循环所要求的物理、化学性能外,在热力性能方面应具有较高的临界温度以及在高温环境下冷凝压力相对合理。同时,由于高温空调运行的温度范围从常规的空调工况向上拓宽至75e附近,因此要求在较宽的温度变化范围内必须具有良好的可靠性,并产生稳定的制冷量输出。纯制冷剂由于受其固有热物理性质的制约,难以获得满意的结果[5]。

　　经过计算分析研究,并结合具体对象的技改问题,筛选R22/R142b组成非共沸混合制冷剂。R22属中温制冷剂,单位容积汽化潜热较大,广泛应用在家用、商用空调热泵系统中,在小于50e的外界环境中,具有良好的制冷性能;当环境温度高达55e以上时,空调系统的排气压力和温度升高、冷凝放热量减小、热力性能和安全性能恶化;R142b属高温制冷剂,高温工况下排气压力比较低,对应外界环境温度70e的冷凝压力可控制在1. 3MPa左右,但缺点是单位容积制冷量小以及在标准空调工况附近制冷性能不佳。

　　R22和R142b混合后,形成了典型的非共沸制冷剂[6]。由于非共沸制冷剂在相变过程中具有温度滑移,利于减小换热过程中的不可逆损失,提高制冷系统的能源效率;同时,高温工质R142b的加入有效地降低了压缩机的排气压力和温度,有利于拓宽空调器的工作温度范围、改善系统的可靠性和制冷特性。

　　R22、R142b都为HCFC制冷剂,可采用矿物油或POE作为润滑剂,在配比范围内混合工质的ODP[0.05、GWP值[0. 5,混合工质不可燃,无毒性,检漏方便。