单级自动复叠混合工质制冷循环的实验研究

　　1前言

　　在制冷技术日趋成熟的今天，制冷在各个领域得到广泛的利用。目前大多应用于空调冷库中，制冷温度均在-40℃以上^[1]。随着科学研究的深入，人们在实验研究及食品材料保存中对制冷温度要求原来越严格，故深冷的冰箱冷库产品也相继问世^[2]。不同存储时期和要求需求不同存储温度, 现在一般冷库通常的制冷温度用单级机即可实现，可冷藏绝大多数产品^[3]。但对高档水产以及一些名贵药材，普通冻结冷藏温度不能很好的保存它们，需进一步将温至-40℃～-70℃。如此低的库温需用复叠和双级实现，但此机型成本较高，系统较复杂。混合工质节流制冷机由于克服了纯工质的一些缺点，而受到广泛关注。单级压缩混合工质循环，采用非共沸二元混合工质单级压缩，解决运行压力过高和回热器、蒸发器保温等问题^[4]，降低了压缩机排气温度使得系统工况稳定，在不采用双级压缩的情况下也能达到同样的效果，简化了系统流程，也降低了运行成木。随着低温压缩机制造技术能力的加强^[5]，对高压比的适应性能力越来越强，加上大负荷的回热循环，使得单级复叠压缩制冷系统也能实现-50—-70℃运行工况。

　　2实验装置及制冷剂工质对的选择

　　实验装置系统如图1所示。由于其系统结构简单，采用混合工质就可以达到很低的制冷温度可以降低运行压力、压比使回热器两端水当量相匹配从而减少回热损失使节流前工质充分预冷降低节流损失而达到提高热力学效率的目的^[6]。

　　在使用纯工质的系统中，△h_min通常是出现在回热器的热端。在图2的T - h曲线中可以看出，当温度在两相区时非共沸混合制冷剂的比焓是非线性变化的。因此两股流体最小温差会发生在回热器的任意位置。

　　选择混合工质的组分时必须考虑：各组分标准沸点的距离;各组分之间的物理、化学作用;混合工质应具有一定的温度滑移区间;各组元应具有环境可接受性(ODP和GWP)为零或尽可能小^[7];混合物制冷剂工质对温度范围混合组元的合理选择。本文初始选择了R23/R600a，R23/R14,R23/R134a,R23/R125四种混合工质，利用了NIST8.0对混合工质配比进行数值模拟计算筛选。

　　如表1所示，在同一蒸发压力下，其中R14的蒸发温度最低，R600a蒸发温度最高。相同配比条件下，选择组合R23/R134a可以降低系统运行的高压侧压力，对系统的稳定性有利，而选用组合R23/R14虽然能制得较低温度，但会导致系统运行压力过高，相应的压缩机排气温度也会很高。在混合制冷剂中使用了低沸点的组分，可得到低的泡点温度和较低的制冷温度。而使用高沸点的组分会得到了高的露点温度，进而得到高临界温度和较大的单位制冷量。经过数值模拟分析拟选用的制冷剂为非共沸混合制冷剂R600a/R23。