CO2/R290应用于复叠制冷低温环路浓度配比实验研究

　　CO₂是较早使用的低温制冷剂，且一直在船舶制冷系统中使用。它的各项热力性能都比较优秀。CO₂不燃，无毒，容易获得，与润滑油不反应，对装置无腐蚀作用。CO₂的比容小，单位容积制冷量较大。此外它还具有良好的热物理性质，传热性能好，其压比和压力损失较小，压缩效率较高^[1-3]。正因如此，在低温、中温和高温区域，CO₂都有很好的应用场所。然而，在低温区域，由于CO₂较高的三相点温度(-56.56℃)，使得其应用范围受到很大限制。为了降低CO₂的凝固点温度，扩展其在低温区域的应用范围，文献^[4-6]等从理论上提出利用CO₂与其它低凝固点制冷剂混合降低其凝固点的办法，牛宝联^[7]等已通过实验证明CO2与R290混合后能够降低其凝固点温度，且该混合物具有良好的循环性能。为了进一步研究CO2与R290混合制冷剂在低温下的循环特性，对由CO₂与R290组成的二元混合制冷剂进行了浓度优化实验，对不同配比的混合制冷剂的循环性能和制冷速率进行了实验研究。

　　1 复叠制冷系统实验台及实验方法

　　1.1 复叠制冷实验台

　　整个实验过程在复叠制冷系统实验台上进行。复叠式制冷系统实验台基本组成如图1所示，它由高温级环路和低温级环路组成。高温级环路由压缩机，水 冷式冷凝器，毛细管和蒸发冷凝器组成闭合环路。低温级环路由压缩机，回热器、蒸发冷凝器，毛细管和风冷式蒸发器组成闭合环路。复叠制冷系统的具体设备型号 及检测设备测量精度见文献^[7]。高温级制冷剂为R22，实验中保持高温级循环系统工况基本不变。

　　1.2 实验方法

　　1)实验中，CO₂/R290二元混合物的组分配比从30%/70%变化到71%/29%。这是因为，当CO₂在二元混合物的组分配比低于30%时，R290的可燃性降低的程度不大，且二元混合物的吸气比容比较低，制冷量很小，循环性能比较差，不宜选取;当CO₂在二元混合物中的组分配比高于71%时，一则混合物的压力较高，二则混合物结晶温度较高，蒸发温度降低程度较少，所以CO₂组分的配比从30%起至71%止。

　　2)蒸发温度的确定。实验中混合制冷剂在蒸发过程中温度是不断变化的，因此，在蒸发器沿程布置热电偶测量温度，并取各测量温度的平均值作为蒸发温度。

　　另外，实验中为了确定混合制冷剂所能达到的最低蒸发温度，还需要判断混合制冷剂在不同配比下的结晶温度。实验中主要根据现象来判定。当蒸发压力 低于0.1bar，质量流量计的示数迅速下降，在运行时系统会发出轻微的“喀吧”声，压缩机的响声明显减弱，停机后高低压压力表指针示数变化非常缓慢，需 较长时间高低压压力表才会重新达到平衡。在排除系统冰堵的情况下，判定该现象为混合制冷剂结晶堵塞管路。此时，截开毛细管会看到白色的粉末，且迅速蒸发消 失，没有残存的水滴出现。