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制冷剂类型与制冷装置的节能
摘要： 本文研究了共沸制冷剂和非共沸混合制冷剂的类型应用于制冷过程时的节能机理，说明混合制冷剂对制冷系统的节能具有很大潜力。
一、前言
近年来我国的制冷空调行业得到了迅猛的发展，从国外引进了70多条冰箱生产线和150多条空调生产线。随着冰箱空调的逐渐普及，它们的能耗指标越来越受到人们的重视。节能型的冰箱、空调不仅能缓解我国能源紧张的局面，而且对减少温室效应也有重大的作用。冰箱与空调的节能有多种途径，其中选用以不必改变原来的制冷部件与机械新的制冷剂的方法可是一种最经济有效的方法。
制冷剂分为单一制冷剂和混合制冷剂。单一制冷剂只含有一种化学物质，其热物理性能参数恒定不变，例如，近几年新研制的R134a、R152a等新型制冷剂都具有较高的能量效率。混合制冷剂是由两种或两种以上制冷剂组成的混合物。根据它在气液相平衡时气相和液相的组成是否相等又分为共沸混合制冷剂和非共沸混合制冷剂。气液相平衡时气液两相组成相等的属于共沸混合制冷剂(包括相平衡时气液两相组成近似相等的近共沸混合制冷剂)，组成不相等的属于非共沸混合制冷剂。本文着重探讨混合制冷剂的选用与制冷机械的节能。
二、共沸混合制冷剂的选用与节能
共沸混合制冷剂在一定的压力下蒸发和冷凝时，气相和液相的组成不变，且能保持恒定的温度。它和单一制冷剂具有近似的热物理性能。这类制冷制是研究和应用最早、最成熟的制冷剂，现将已研究的共沸混合制冷剂列入表1中。
对于非共沸混合制冷剂，其在蒸发器中的蒸发过程及在冷凝器中的冷凝过程都是非理想混合过程。这两种非理想混合过程使得混合制冷剂在制冷系统中冷凝压力降低，蒸发压力升高，压缩机的排气温度降低。这就使得制冷机的压比降低，制冷系数提高，从而提高了制冷系统的能量效率。
不同种类的混合制冷剂具有不同的热物理性质，这就会为制冷剂的优选提供了较大的余地。对于某一固定的制冷系统，在其最佳运行工况下，要求制冷剂必须具有特定的热物理性质。合理选用不同的共沸混合制冷剂使其满足这种特定的热物理性质，就可以提高制冷系统的热力学效率，从而达到节能的效果。
由于共沸混合制冷剂可使冷凝压力降低，而同时蒸发压力升高，这样在冷凝温度和蒸发温度不变的情况下，压缩机的压比就会减小，从而使压缩机的功耗降低。因此获得同样的制冷量时就只需较少的功。同时蒸发压力的升高会减小蒸发器的真空度，使蒸发器更稳定地工作，而冷凝压力的降低会使冷凝器在更安全的状态下远行。印度的制冷专家C.P.A RORA在第十五届国际制冷学会上发表的论文中，以共沸混合制冷剂R22/R12(85/15)为例肯定了这个效果。由于压比的降低，压缩机的容积效率得到改进，制冷量增加，性能系数提高，同时压缩机的电机温度也从87.5℃降低到70.3℃，电机启动线圈的温度从97.3℃降到58.3℃，对空调器的安全运转起了重要的作用。
采用共沸混合制冷剂能够使压缩机的排气温度降低，它与制冷剂的性质密切相关。研究证明制冷剂的热容越大或绝热指数越小，则压缩机的排气温度就越低。制冷剂R115、R114、RC318的热容都很大，它们作为混合制冷剂的组分都有降低压缩机排气温度的能力。如共沸混合制冷剂R22/R115(48.8/51.2)在冷凝温度44℃、蒸发温度-12℃的情况下，其排气温度为108℃，而采用单一制冷剂R22，其排气温度为133℃；采用R12时排气温度为112℃。
三、非共沸混合制冷剂的应用与节能
非共沸混合制冷剂在蒸发和冷凝时，温度及气液相组成是不断变化的，正是由于它在蒸发器和冷凝器中的温度变化，在蒸发器和冷凝器中实现了非等温换热，表现出它自己独特的节能特点。现将正在使用和研究的非共沸混合制冷剂列入表2中。
非共沸混合制冷剂在相变过程中出现各组分的混合与分离现象。冷凝过程是高沸点组分冷凝和低沸点组分溶解的过程。其中各组分既要放出自己的液化潜热又要放出混合热，最终使单位制冷剂的冷凝热增大。而蒸发过程是低沸点组分解吸和高沸点组分蒸发的过程，此时各组分除吸收各自的汽化潜热外，还将吸收相应的分离热，结果使单位制冷剂的吸热量即制冷量增加。这是制冷系统在没有增加功耗的情况下增加了制冷量。同时制冷剂的单位容积制冷量也相应提高。研究表明，使用非共沸混合制冷剂后，制冷系统显著降低了能耗。例如R22/R114(50/50)非共沸混合制冷剂取代R22用于热泵，制冷系数提高了25%，R22/R11(50/50)在冰箱中取代R12后，功耗降低20%。
非共沸混合制冷剂在相变过程中其气相和液相间的织成差异影响非共沸混合制冷剂的热力学性能。在相变过程中出现的气相和液相的组成的明显差异使非共沸混合制冷剂的各组分比较容易混合与分离，从而达到调节混合比的目的。一些民用空调器，在全年运行期间，外界的环境条件变化相当大，常规使用的单一制冷剂的空调器，如单一制冷剂R22的适用范围很小，它在某一特定气候条件下性能指标非常好。而在气候条件变化时性能指标就会下降。非共沸混合制冷剂因其相变时配比随之变化，对变工况运行的适应能力较强，可以根据气候条件变化来调整制冷剂各组分的浓度。如使用R22/R13B1，在夏季制冷时，以高浓度R22运行，在冬季供暖时以高浓度R13B1运行。使用这种非共沸混合制冷剂后，空调器全年能在较高的热力学效率下运行，具有显著的节能效果。
另外，采用非共沸混合制冷剂可以实现劳伦兹循环，其吸热平均温度较高，放热平均温度较低，因此具有较高的卡诺效率。 |
一、前言
近年来我国的制冷空调行业得到了迅猛的发展，从国外引进了70多条冰箱生产线和150多条空调生产线。随着冰箱空调的逐渐普及，它们的能耗指标越来越受到人们的重视。节能型的冰箱、空调不仅能缓解我国能源紧张的局面，而且对减少温室效应也有重大的作用。冰箱与空调的节能有多种途径，其中选用以不必改变原来的制冷部件与机械新的制冷剂的方法可是一种最经济有效的方法。
制冷剂分为单一制冷剂和混合制冷剂。单一制冷剂只含有一种化学物质，其热物理性能参数恒定不变，例如，近几年新研制的R134a、R152a等新型制冷剂都具有较高的能量效率。混合制冷剂是由两种或两种以上制冷剂组成的混合物。根据它在气液相平衡时气相和液相的组成是否相等又分为共沸混合制冷剂和非共沸混合制冷剂。气液相平衡时气液两相组成相等的属于共沸混合制冷剂(包括相平衡时气液两相组成近似相等的近共沸混合制冷剂)，组成不相等的属于非共沸混合制冷剂。本文着重探讨混合制冷剂的选用与制冷机械的节能。
二、共沸混合制冷剂的选用与节能
共沸混合制冷剂在一定的压力下蒸发和冷凝时，气相和液相的组成不变，且能保持恒定的温度。它和单一制冷剂具有近似的热物理性能。这类制冷制是研究和应用最早、最成熟的制冷剂，现将已研究的共沸混合制冷剂列入表1中。
对于非共沸混合制冷剂，其在蒸发器中的蒸发过程及在冷凝器中的冷凝过程都是非理想混合过程。这两种非理想混合过程使得混合制冷剂在制冷系统中冷凝压力降低，蒸发压力升高，压缩机的排气温度降低。这就使得制冷机的压比降低，制冷系数提高，从而提高了制冷系统的能量效率。
不同种类的混合制冷剂具有不同的热物理性质，这就会为制冷剂的优选提供了较大的余地。对于某一固定的制冷系统，在其最佳运行工况下，要求制冷剂必须具有特定的热物理性质。合理选用不同的共沸混合制冷剂使其满足这种特定的热物理性质，就可以提高制冷系统的热力学效率，从而达到节能的效果。
由于共沸混合制冷剂可使冷凝压力降低，而同时蒸发压力升高，这样在冷凝温度和蒸发温度不变的情况下，压缩机的压比就会减小，从而使压缩机的功耗降低。因此获得同样的制冷量时就只需较少的功。同时蒸发压力的升高会减小蒸发器的真空度，使蒸发器更稳定地工作，而冷凝压力的降低会使冷凝器在更安全的状态下远行。印度的制冷专家C.P.A RORA在第十五届国际制冷学会上发表的论文中，以共沸混合制冷剂R22/R12(85/15)为例肯定了这个效果。由于压比的降低，压缩机的容积效率得到改进，制冷量增加，性能系数提高，同时压缩机的电机温度也从87.5℃降低到70.3℃，电机启动线圈的温度从97.3℃降到58.3℃，对空调器的安全运转起了重要的作用。
采用共沸混合制冷剂能够使压缩机的排气温度降低，它与制冷剂的性质密切相关。研究证明制冷剂的热容越大或绝热指数越小，则压缩机的排气温度就越低。制冷剂R115、R114、RC318的热容都很大，它们作为混合制冷剂的组分都有降低压缩机排气温度的能力。如共沸混合制冷剂R22/R115(48.8/51.2)在冷凝温度44℃、蒸发温度-12℃的情况下，其排气温度为108℃，而采用单一制冷剂R22，其排气温度为133℃；采用R12时排气温度为112℃。
三、非共沸混合制冷剂的应用与节能
非共沸混合制冷剂在蒸发和冷凝时，温度及气液相组成是不断变化的，正是由于它在蒸发器和冷凝器中的温度变化，在蒸发器和冷凝器中实现了非等温换热，表现出它自己独特的节能特点。现将正在使用和研究的非共沸混合制冷剂列入表2中。
非共沸混合制冷剂在相变过程中出现各组分的混合与分离现象。冷凝过程是高沸点组分冷凝和低沸点组分溶解的过程。其中各组分既要放出自己的液化潜热又要放出混合热，最终使单位制冷剂的冷凝热增大。而蒸发过程是低沸点组分解吸和高沸点组分蒸发的过程，此时各组分除吸收各自的汽化潜热外，还将吸收相应的分离热，结果使单位制冷剂的吸热量即制冷量增加。这是制冷系统在没有增加功耗的情况下增加了制冷量。同时制冷剂的单位容积制冷量也相应提高。研究表明，使用非共沸混合制冷剂后，制冷系统显著降低了能耗。例如R22/R114(50/50)非共沸混合制冷剂取代R22用于热泵，制冷系数提高了25%，R22/R11(50/50)在冰箱中取代R12后，功耗降低20%。
非共沸混合制冷剂在相变过程中其气相和液相间的织成差异影响非共沸混合制冷剂的热力学性能。在相变过程中出现的气相和液相的组成的明显差异使非共沸混合制冷剂的各组分比较容易混合与分离，从而达到调节混合比的目的。一些民用空调器，在全年运行期间，外界的环境条件变化相当大，常规使用的单一制冷剂的空调器，如单一制冷剂R22的适用范围很小，它在某一特定气候条件下性能指标非常好。而在气候条件变化时性能指标就会下降。非共沸混合制冷剂因其相变时配比随之变化，对变工况运行的适应能力较强，可以根据气候条件变化来调整制冷剂各组分的浓度。如使用R22/R13B1，在夏季制冷时，以高浓度R22运行，在冬季供暖时以高浓度R13B1运行。使用这种非共沸混合制冷剂后，空调器全年能在较高的热力学效率下运行，具有显著的节能效果。
另外，采用非共沸混合制冷剂可以实现劳伦兹循环，其吸热平均温度较高，放热平均温度较低，因此具有较高的卡诺效率。
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