环保制冷剂R290在四级自动复叠制冷系统中的应用

　　1 引 言

　　随着地球表面温度逐年上升，遏制全球变暖的呼声不断高涨。2007 年的《蒙特利尔议定书》中明确规定了选择HCFCs替代物的优先考虑原则: 首先淘汰ODP 值较高的HCFCs，在选择替代品时应考虑最大可能减少对环境的影响，特别是对气候的影响，要选用GWP 值最小的工质作替代品。2009年底的哥本哈根会议之后，新一代零消耗臭氧潜能值( ODP) 、零全球变暖潜能值( GWP) 环保制冷剂的研究已成为全球挑战性的紧迫任务[1]。自动复叠制冷系统因其单机压缩、结构简单、紧凑、可靠性高、成本低，成为实现-40— -160 ℃ 温区的主要方式之一:一般-40—-80 ℃ 采用双级自动复叠制冷系统; - 80— -120℃ 采用三级自动复叠制冷系统; -100— -160 ℃ 采用四级自动复叠制冷系统[2]。R22 属于 HCFCs类制冷剂，由于其优良的传热性能和流动性能，常被作为多级自动复叠制冷系统的高温级制冷剂[3-4]。为了顺应节能环保的全球形势，本文采用ODP、GWP 均为 0的环保制冷剂 R290 取代R22 应用于四级自动复叠制冷系统中。

　　2 R290和R22 比较分析

　　2.1 R290和R22 热物性比较

　　如表1所示，从标准沸点、临界温度来看，R290与R22 具有接近的热物性，为R290 的成功取代奠定了基础。同时，R290 的汽化潜热比R22 高一倍以上，所以在相同条件下R290 的充注量远远小 R22，约为R22 的43%左右[5]。另外由于R290具有低的动器较目前常用制冷剂的空调器，系统能效比有10%左右的提高[6]。

　　图1为运用REFPROP 软件拟合的R290、R22随温度变化的饱和蒸气压力曲线图。从图1中可以看出，在低温区区段，二者的压力曲线几乎重合，说明在相同的低压下R290能获得和R22同样的低温; 在中、高温区区段，饱和蒸气压力R290低于R22，这有利于降低压缩机压比、当系统低压一定时，有利于降低压缩机排气压力和排气温度，保障系统安全稳定运行。

　　2.2 非共沸混合制冷剂R290/R23 和R22/R23 最低蒸发温度比较

　　针对本文的四级自动复叠系统，分别选用R290和R22作为高温级制冷剂进行理论计算分析，运用REFPROP软件拟合出第一级复叠中主要混合工质组分R290/R23和R22/R23 的压力温度特性曲线，分别取具有代表性的充注质量比例 7: 3、5: 5、3: 7，在不同压力下，可以得到不同的最低蒸发温度[7]，如图2、3、4 所示。从图 2、3、4 中可以看出，无论是哪一种质量比例，R290/R23 组合的最低蒸发温度均低于R22/R23组合，因此，R290与R23 组成的混合制冷剂更有利于冷凝蒸发器 E2中对下一级低温制冷剂的冷凝，降低高温级制冷剂的充注量，有利于整个系统压力的降低，促进后续低温级制冷剂的充注。