环保制冷剂R1270/RE170/R13I1的热力学性能分析

　　目前,关于R22制冷剂的替代国际上主要有2种技术方案:一种是以北欧国家和韩国为代表,其主张采用天然工质作为替代物,如纯工质R290,R1270,R744, R600a, R600和R717等,以及HCs类的混合物[1];另一种是以美国和日本为代表的采用HFCs作为替代物,如美国联合信号公司的非共沸混合物R410A(R32/R125,质量分数为50% /50% ),杜邦公司和I. C. I公司的混合物R407C(R32/R125/R134a,质量分数为23% /25% /52% ),以及R32和R152a等,这些制冷剂的ODP值均为0,能够很好地满足保护臭氧层的要求,但是GWP值较高。此外,R407C为三元非共沸混合工质,其能量效率相对较低,且蒸发过程中温度滑移大,在使用时容易出现组分分离现象,大的滑移温度将使蒸发器和冷凝器内工作压力频繁变化,制冷系统不稳定。R410A是一种二元混合制冷剂,两组分不符合热力学替代原则,且不宜直接充注,作为空调长期替代制冷剂不尽如人意。在国内,西安交通大学、清华大学、天津大学和浙江大学等单位也均开展了不同HFCs和HCs混合制冷剂用于R22的替代[2-5]。因此,开展新型环保节能的高效混合工质任重而道远。

　　以HCs和二甲醚(或HCs)组成的混合制冷剂具有较强的热工与传输性能,同时具有良好的环保性能[6]。例如ASHRAE近期公布的R432A(R1270/RE170,质量分数80% /20% )和R433A(R290/R1270,质量分数70% /30% )等。其中R432A的COP为R22的1.085倍,GWP小于5,其滑移温度也非常[7];R433A的COP比R22高4.9%~7.6%,GWP小于5,其滑移温度也非常小[8]。但是,HCs和RE170类物质均具有一定的可燃性,安全性能方面未予以充分考虑,而添加阻燃性制冷剂可以提高系统的安全性。R13I1是一种优秀的阻燃剂,并已被用作哈龙的替代物,其灭火浓度为5%。

　　笔者依据替代制冷剂的基本要求和混合制冷剂的筛选原则,提出适用空调等制冷设备的新型混合制冷剂R1270/RE170/R13I1,并对其进行变工况性能分析,旨在考察其作为R22替代制冷剂的可行性,分析结果对制冷剂的替代研究具有一定的指导意义。

　　1 R1270/RE170/R13I1的热物理性质

　　表1列出了现有制冷剂R13I1, R1270和RE170的基础热物理性质和环保性能。从表中可以看出: R13I1(三氟碘甲烷)具有阻燃性,且其GWP值较小;R1270的基本性质与R22很接近,混合组分比例较大;RE170(二甲醚)是一种新兴的环保制冷剂,不具有臭氧层破坏和温室效应作用,具有惰性、无致癌性、几乎无毒、可燃。R13I1是一种作为哈龙替代物而开发的新型灭火剂,其环保性能优良,不具有臭氧层破坏和温室效应作用,具有不燃、良好的油溶性、材料兼容性和热稳定性[9]。工质性能的准确预测还依赖于精确的工质热物理参数,制冷剂环保性能参数基于最新文献[10],制冷剂热物理性质采用REFPROP[11]源程序。