带膨胀机的HFC134a与HFO1234yf制冷系统分析

　　1 引言

　　目前，在移动空调系统中广泛使用的是以四氟乙烷(HFC134a) 为代表的第三代氢氟烃(HF-Cs) 制冷剂，虽然其臭氧消耗潜值 (Ozone Deple-ting Potential，缩写ODP) 为零，但大多大气停留时间较长，温室效应潜值(Global Warming Potential，缩写GWP) 高，大量使用会引起全球气候变暖。

　　以目前移动空调系统的如汽车空调、家用电器等设备的增长速度，新设备灌注制冷剂时排放到大气中的制冷剂，以及正在使用更换或修理时排放到大气中的制冷剂造成的气候变暖的影响不可低估[1-2]。因此，找寻一种既经济、在商业上又可行的替代现有R-134a 的新型制冷剂的研究工作已刻不容缓。四氟丙烯(HFO1234yf) ODP 为零，GWP 值为4，大气寿命仅为11 天，具有优良的物化性能，被认为是HFC134a 的“直接替代”的经济型方案，已成为第四代制冷剂[3]。与此同时，大量的移动空调系统会产生巨大的能量消耗，用膨胀机或者其它形式的功回收装置对系统中的节流损失进行能量回收将有十分重要的意义。本文将对带膨胀机的HFC134a 和HFO1234yf 的系统性能进行比较分析，以期能为我国新一代制冷剂替代产品的开发以及功回收装置的应用提供参考。

　　2 HFC134a 与HFO1234yf 的物理和热力性能比较

　　HFO1234yf，分子式CF3CF=CH2，分子量114，无色无味气体，表1 对HFC-134a 和HFO1234yf 的物理性质进行了比较[4 -5]。HFO-1234yf分子量和HFC134a 相近，应用于汽车空调时其用量和HFC134a 基本相同，相对于HFC134a，HFO1234yf 具有较低的沸点和常温时较高的饱和蒸汽压，以及与HFC134a 相近的密度和临界点，这使得HFO1234yf 可以不做改动直接充注于现有的HFC134a 移动空调系统[6]。

　　3 带膨胀机的HFC134a 与HFO1234yf 制冷系统

　　为使得两种制冷系统比较分析更加的具有代表性，系统形式采用单级蒸汽压缩制冷系统，如图1 所示，系统主要由蒸发器、冷凝器、压缩机、节流阀四大部件组成。此外为考虑实际情况中的过热和过冷，在系统中设置回热器。为方便比较，在另一套相同的系统中加装了膨胀机进行对比分析，系统如图2所示。

　　4 理论分析

　　为进行两套制冷剂的系统循环性能比较，假设系统的冷凝温度为45℃，过冷度和过热度为5℃ 。在上述假设条件下，对不同蒸发温度下系统的各种参数进行了分析比较。

　　4. 1 理论温度与制冷量

　　图3所示为HFC134a 与HFO1234yf 在Cycle1 与Cycle 2中不同蒸发温度下的排气温度。从图中可以看出，HFC134a 的排气温度明显高于HFO1234yf，但二者的变化趋势却略有不同。HFC134a 的排气温度随着蒸发温度的升高而降低，在蒸发温度10℃时其理论排气温度最高可达到56.4℃，在蒸发温度为18℃时其排气温度为52.3℃ ，降幅达到了7.3% ; HFO1234yf 的排气温度随着蒸发温度的升高而升高，在蒸发温度为18℃ 时其排气温度为46.5℃ ，升幅达到3.4% 。膨胀机的加入均并未引起系统排气温度的变化，这是由模拟条件决定的。