空调制冷剂R1270/R227ea/DME的热力学性能分析

　　0　引　言

　　目前,国际上对于空调制冷剂R22的替代主要采用2种技术方案:一种是以德国及北欧一些国家为代表,主张采用天然工质作为替代物[1,2],如R290, R1270, CO2, NH3等;另一种是以美、日为代表的采用HFCs作为替代物,如美国联合信号公司的共沸混合物R410A (R32/R125,质量比为50/50)、杜邦公司和英国I·C·I公司的非共沸混合物R407C (R32/R125/R134a,质量比为23/23/52)等。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发了不同的HFCs混合物制冷剂用于替代R22[3,4]。

　　在寻求替代R22的最佳制冷剂的研究进程中,醚类工质在近几年得到了充分的重视和发展。二甲醚(DME)以其优异的热力学性能、充足的市场供应、廉价的价格,被广泛地应用在汽车清洁替代燃料中,并被认为是一种非常有潜力的环保制冷剂替代物[5,6]。韩国Park等对R1270/R290/DME (45/40/15)混合制冷剂替代R22的性能进行了研究[7],发现其COP是R22的1·05倍, GWP<3,滑移温度0·59,节能环保。近期, ASHRAE把R432A (R1270/DME(80/20))列为R22的一种可能的替代制冷剂。R432A的COP是R22的1·085倍, GWP低于5,其滑移温度也非常小[8]。上述的两种研究表明:DME/HCs类混合制冷剂具有良好的热力学性能和环保性能,但是由于DME, HFs类物质均具有一定的可燃性,因此安全性能方面没有给与充分的考虑,需要添加适量的阻燃剂以提高安全性。在可作为阻燃剂的制冷剂中, R227ea是最优秀的一种,并已被用作哈龙的替代物,其灭火浓度为5·9%。

　　本文依据R22替代物的基本要求和混合制冷剂的筛选原则,提出了适用于家用空调的新型混合制冷剂R1270/R227ea/DME,并对其变工况性能进行了分析,为二甲醚作为制冷剂替代物的研究提供技术支持。

　　1 R1270/ R227ea/ DME的基本性质

　　二甲醚是一种无色、具有轻微醚香味的气体,几乎无毒。表1列出了R1270, R227ea和DME的基本性质。从表中可以看出, R227ea具有阻燃性,但其GWP值较大,在保证阻燃的基础上,应尽量减少组分。R1270的基本性质与R22很接近,组分比例最大。

　　2　R1270 / R227ea / DME的热力学性能分析

　　利用Refprop8·0热物性计算程序,参考国标规定的空调工况(蒸发温度te=7·2℃,冷凝温度tc=54·4℃,过冷度Δtsub=5℃,过热度Δtsup=11·1℃),压缩机定熵效率取为0·8。混合制冷剂的蒸发温度定义为蒸发器进口温度和露点温度的算术平均值,而冷凝温度定义为露点温度和泡点温度的平均值。在以上比较基准的基础上,编制了制冷循环的热力学性能分析程序,以筛选出最佳的质量配比。在分析比较中,主要考虑三个基本的原则:

　　(1)环境性: GWP值尽量小;

　　(2)直接充灌性:与R22的单位容积制冷量、COP相近;