自动复叠系统中非共沸混合制冷剂的组分分离

　　自动复叠系统使用一台压缩机,采用多元混合工质作制冷剂,通过自动分离、多级分凝使混合制冷剂中高沸点组分与低沸点组分分离开来,低沸点组分在蒸发器中蒸发获得低温。自动复叠制冷系统由于具有比较大的工作温区,因此,无论是在普冷区域还是在低温电子、低温医学、冷冻干燥、气体液化等低温领域,都具有比较大的使用价值[1]。

　　近年来,关于自动复叠系统的研究主要集中在优化系统流程和非共沸混合制冷剂的使用这2个方面。在制冷剂方面,非共沸混合制冷剂的选择和配比还须进行进一步的研究,同时新型制冷剂替代的相关研究也在不断发展。在自动复叠系统中,混合工质的分离效果直接影响到系统的COP值。

　　1 非共沸混合制冷剂

　　1.1 非共沸混合制冷剂的特性

　　非共沸混合制冷剂没有共沸点,气相和液相组分在相变过程中不断发生变化,定压下混合物的泡点线和露点线呈鱼形曲线。在定压凝结和定压蒸发时,有一定的温度变化,温度滑移为露点与泡点之差。正因为非共沸混合制冷剂在相变过程中存在一定的温度滑移,所以它可以较好地控制工质和热源之间的温差,减小冷凝器和蒸发器的传热不可逆损失,达到节能的效果。共沸混合制冷剂与单一制冷剂相比,可以更好地提高系统的制冷性能,获得更低的温度。自动复叠制冷循环使用的高沸点制冷剂一般为R134a,R22,R502,R600a或R290(丙烷)。使用的低沸点制冷剂通常为R23,R32,R744,R170(乙烷)或R50(甲烷)。

　　非共沸混合制冷剂对的温度-浓度关系图是选择制冷剂的一个依据条件。部分制冷剂对的温度-浓度关系图如图1所示。

　　1.2 非共沸混合制冷剂的选择

　　在自动复叠系统中,非共沸混合制冷剂的选择影响组分分离的纯度,也直接影响到系统的各项性能。自动复叠制冷系统的非共沸混合制冷剂的选择,须要注意以下几点:

　　1)根据要求的冷凝温度和蒸发温度选择适合的制冷剂组分。

　　2)混合制冷剂的各组分之间要有适当的互溶性,但不形成共沸混合工质。

　　3)要有合适标准沸点差值。一般情况下,自动复叠制冷系统选择混合制冷剂时,组元制冷剂的标准沸点差基本上在40~80e范围内[6]。

　　4)混合制冷剂的泡露点温差应该越大越好。泡露点温差越大越适合分凝,便于自动复叠循环的实现[6]。

　　5)要考虑各组分的环境可接受性、经济性和可靠性。

　　2 自动复叠系统中组分分离方式

　　2.1 多级分凝循环系统

　　一级分凝循环是自动复叠系统最基本的循环方式。高沸点组分和低沸点组分进入分凝器,高沸点组分被冷凝成液体,低沸点依然为气体,气液两相制冷剂进入气液分离器后,高沸点组分从气液分离器底部流出,经节流后,进入蒸发冷凝器蒸发冷凝低沸点组分,低沸点组分节流后在蒸发器蒸发获得冷量。原理图如图2所示。