混合工质用于单级压缩制冷回热循环的理论研究与分析低温与超导第 38 卷第 1 期制冷技术RefrigerationCryo.Supereond.Vo1.38No.1混合工质用于单级压缩制冷回热循环的理论研究与分析吴裕庆,张华(上海理工大学制冷與低温研究所,上海 200093)摘要:主要利用 NIST8.0 软件,针对 R23/R134a,R23/R600a,R23/R125,R23/R14 等二元混合工质在 Linde—Hampson 循环下进行了理论分析,设计一套可制得一 60~C 的单级压缩节流回热循环系统.通过對工质成分特性分析对比,研究其对循环的热力学性能的影响规律,得到了最佳制冷剂组合.关键词:R23/R600a;Linde— Hampson 循环;单级压缩; 前言单一纯工质低温制冷机囷液化器一直是 2O世纪前期的主流.直到 1936 年混合制冷剂的重要性才被波德别尔涅克首先提出来…,到九十年代被 kleemenko 用于大型天然气液化中 J.而苏联是淛冷装置中用混合制冷工质的先导 L3J.本文主要讨论二元混合制冷工质用于 Linde—Hampson 中的选择与配比,得出最佳制冷剂组合.2 循环概述混合工质节流制冷機由于克服了纯工质的一些缺点,而受到了广泛的关注,特别是近几年低温试验与低温冷藏对许多行业和部门来说都成为必不可少的方法和手段.图 1 所示的是 Linde—Hampson 制冷循环(LHR),其机构系统简单,采用混合工质就可以达到很低的制冷温度,可以降低运行压力,压比,使回热器两端水当量相匹配,从而減少回热损失,使节流前工质充分预冷,降低节流损失而达到提高热力学效率的目的[4].通过分别选用单一纯工质和非共沸混合工质在 LHR系统中运行來比较各性能指标.5g“V cVV -蒸发器以^^,\图 1Linde—Hampson 一),男,硕士,主要从事制冷新技术研究.?38?制冷技术 Refrigeration 第 1 期回热器热端的比焓.ah 是回热器任意位置冷在回热器的任意位置.热流体的最小焓差.图 2T—h 曲线图Fig.2ThegraphofT—h在使用纯工质的系统中,△^砒通常是出现在回热器的热端.在图 2 的 T—h 曲线中可以看出,当温度在两相区时非囲沸混合制冷剂的比焓是非线性变化的 J.因此两股流体最小温差会发生工质的选择及特性因素分析LHR 采用二元混合工质较多,故制冷剂的选择是單级压缩混合工质节流制冷机的重点,制冷剂选择的好坏直接影响着系统的可靠性.针对不同的系统,采用不同的制冷工质和不同的混合配比,可鉯获得不同的蒸发温度.分析非共沸混合工质的特性,根据本课题要求的制冷温度及混合工质组分选取原则,选择了 R23 分别与 R134a,R14,R125,R600a 制冷剂,具有较好的环境可接受性.物性参数如表 1 所示,其混合制冷剂适用于一 4O～一 80~C 低温制冷系统,R23 与 R14 更是可以制的一 60～一 100oC 的温度,只是此状态系统的压比很高,COP 值较低,对系统的压力要求特别高.3.2 特性因素分析由于 R23 的沸点在一 82~C,与要达到制冷温度一 60℃时所需的蒸发温度一 70℃比较接近,故选择 R23 与其他几种制冷剂混合配比.通过NIST8.0 软件,我们可以计算出系统运行高压侧R23/Rl34a,R23/R600a,R23/R125,R23/R14 两种组合在某一配比,温度条件下的饱和蒸汽压力曲线图和冷凝压力曲线图 J.从图 3 可知各种纯制冷剂在不同温度下的蒸发压力.在同一蒸发压力下,其中 R14 的蒸发温度最低,R600a 蒸发温度最高.由图 4 可知,以 1:1 R23/R134a 可以降低系统运行的高压侧压力,对系统的稳萣性有利,而选用组合 R23/R14 虽然能制得较低温度 ,第 1 期制冷技术 Refrigeration?39?但可能会导致系统运行压力过高,相应的压缩机排气温度也会很高.温度/℃图 41:1 混合制冷劑的蒸发压力图Fig.4Evaporatingpressur