HFO混合制冷剂R455A...转子式压缩机的应用特性研究_邵美玲.pdf

第2 3卷 第1期2023年1月R E F R I G E R A T I ONAN DA I R-C ON D I T I ON I N G7 5-7 8收稿日期:2 0 2 2-0 4-2 5,修回日期:2 0 2 2-0 5-1 6作者简介:邵美玲,硕士,主要从事转子式压缩机设计。H F O混合制冷剂R 4 5 5 A和R 4 5 4 C在转子式压缩机的应用特性研究邵美玲 朱小影(沈阳中航机电三洋制冷设备有限公司)摘 要 针对冷冻冷藏领域转子式压缩机,R 4 5 5 A、R 4 5 4 C制冷剂在不同蒸发温度下进行测试,与目前使用最为广泛的R 4 0 4 A进行对比分析,得出结论,在蒸发温度低于-2 0,R 4 0 4 A性能最优;蒸发温度高于-2 0,R 4 5 5 A性能最优;蒸发温度在-4 0-5,R 4 5 4 C功率及电流均比R 4 0 4 A、R 4 5 5 A偏低。关键词 H F O;R 4 5 5 A;R 4 5 4 C;转子式压缩机C h a r a c t e r i s t i c s s t u d yo nH F Ob l e n do fR 4 5 5 Aa n dR 4 5 4 Ci nr o t a r yc o m p r e s s o rS h a oM e i l i n g Z h uX i a o y i n g(AV I CE l e c t r o m e c h a n i c a l(S h e n y a n g)S a n y oR e f r i g e r a t i o nE q u i p m e n tC o.,L t d.)A B S T R A C T R 4 5 5 Aa n dR 4 5 4 Cf o rr o t a r yc o m p r e s s o r si nt h ef i e l do fr e f r i g e r a t i o na r et e s t e da t d i f f e r e n t e v a p o r a t i o n t e m p e r a t u r e s,w h i c h i s c o m p a r i n gw i t hR 4 0 4 A.Wh e n t h e e-v a p o r a t i o nt e m p e r a t u r e i s l o w e r t h a n-2 0,t h ep e r f o r m a n c eo fR 4 0 4 Ai sb e t t e r.I fe-v a p o r a t i o nt e m p e r a t u r e i sh i g h e rt h a n-2 0,R 4 5 5 Ai sb e t t e r.Wh e nt h ee v a p o r a t i o nt e m p e r a t u r e i s-4 05,t h ep o w e ra n dc u r r e n to fR 4 5 4 Ca r e l o w e r.K E Y WO R D S H F O;R 4 5 5 A;R 4 5 4 C;r o t a r yc o m p r e s s o r 2 0 1 6年1 0月在卢旺达首都基加利举行的 蒙特利尔议定书 第2 8届缔约方会议中通过了 基加利修正案。美国、欧盟、日本等主要发达国家在2 0 1 9年实现削减1 0%(按C O2当量计算,下同),2 0 2 4年削减4 0%,到2 0 3 6年实现削减8 5%。俄罗斯等少部分发达国家在2 0 1 9年实现削减5%,2 0 2 5年实现削减3 5%,到2 0 3 6年实现削减8 5%。中国等主要发展中国家,自2 0 2 4年开始冻结,2 0 2 9年削减1 0%,最终2 0 4 5年实现削减8 0%;对于印度、沙特等少部分发展中国家,2 0 2 8年实现冻结,2 0 3 2年 削 减1 0%,最 终 到2 0 4 7年 实 现 削 减8 5%1。冷冻、冷藏产品也会加速向低GWP值制冷剂产品的切换。在中低温冷冻冷藏应用领域,R 4 0 4 A制冷剂的使用较为广泛,该制冷剂的GWP值偏高,排放的碳当量较大,加速其替代技术的研究是必然趋势。目前国内对R 4 5 5 A和R 4 5 4 C的研究和使用较少,只有上海理工大学郜文静等2建立了复叠制冷系统的热力学模型,研究了R 4 5 5 A和R 4 4 8 A制冷剂在不同工况下的性能表现,国外对R 4 5 5 A和R 4 5 4 C研 究 相 对 较 多,但 基 本 都 是 针 对 系 统,O RU 等3通 过 试 验 比 较 了R 4 0 4 A、R 4 5 5 A、R 4 5 4 C在3种蒸发温度(-5、0 和5)和3种冷凝器温度(3 0、4 0、5 0)下的制冷能力、功率、C O P,并建议可以直接用于现有的R 4 0 4 A系统,而 无 需 对 结 构 进 行 任 何 修 改;MO T A-B A B I L O N IA等4研究了R 4 5 4 C和R 4 5 5 A在蒸气压缩制冷系统中作为R 4 0 4 A替代品的可行性,R 4 5 4 C和R 4 5 5 A由于具有相似的特性,可以成为直接替代R 4 0 4 A的最可行的低GWP选择。中国是世界最大的冷冻冷藏产品应用市场之一,未来将赶超欧洲市场;印度及其他亚洲市场,比中国更有发展空间,预测将在2 0 2 5年超过中国。欧洲北美是成熟市场,主要以更新换代为主,追求 7 6 第2 3卷 节能减排环保性能产品。温室气体减排、延缓全球变暖已成为现阶段全球环境保护的首要任务与课题1,国内外市场需求与日俱增,冷冻冷藏领域制冷剂逐步向H F O型环保制冷剂切换。1 R 4 0 4 A与R 4 5 5 A、R 4 5 4 C物性比较随着制冷剂行业持续发展,寻求既能提供高性能又能保持环境可持续发展的制冷剂替代品将是一个重要课题,H F O具有较低的GWP值、良好的系统稳定性、能源效率高、较短的大气寿命和较低的可燃性。可以作为R 4 0 4 A和R 2 2技术替代品。表1是R 4 5 5 A和R 4 5 4 C的基本物性对照表,两种制冷剂均是基于H F O的混合制冷剂,轻度易燃,非共沸的混合制冷剂,安全等级为A 2 L,A 2 L制冷剂是允许终端用户过渡到极低GWP值的一种过渡方案,并越来越多地在新设备中使用,同时与所替代的制冷剂相比,A 2 L制冷剂具有良好的性能和运行效率。R 4 5 5 A和R 4 5 4 C制 冷 剂GWP值 均 小 于1 5 0,且非常接近,不消耗臭氧,与R 4 0 4 A相比降低了9 6%,运行效率更高,可作为F-G a s的长期解决方案。R 4 5 5 A更接近于R 2 2的技术,也是R 4 0 4 A设备有效替代方案,R 4 5 4 C性能接近R 4 0 4 A和R 2 2。R 4 0 4 A被用于大多数现有制冷系统,两种制冷剂都可以作为R 4 0 4 A的安全高效替代品,用于冷藏食品零售等各种应用领域。与重新设计新系统或更换旧系统相比,选择从R 4 0 4 A或R 2 2系 统 设 计 转 换 为R 4 5 5 A或R 4 5 4 C,系统需要的更 改最小,所需 资金和时 间更少5-6。表1 R 4 5 5 A和R 4 5 4 C的基本物性对照表项目R 4 5 5 AR 4 5 4 CR 4 0 4 A成分R 1 2 3 4 y f/R 3 2/R 7 4 4R 1 2 3 4 y f/R 3 2R 1 2 5/R 1 4 3 a/R 1 3 4 a类型H F O b l e n dH F O b l e n dH F C沸点/-5 2.1-4 5.9-4 6.5临界温度/8 5.68 2.47 2.1临界压力/MP a4.6 63.9 93.7 3安全等级A 2 LA 2 LA 1GWP(A R 5)1 4 61 4 639 4 3O D P000从表1看出,R 4 5 5 A与R 4 5 4 C沸点与R 4 0 4 A相当,替换以上两种制冷剂不会低温凝固堵塞,但从图1数据看出,R 4 5 5 A与R 4 5 4 C滑移温度大于R 4 0 4 A,需注意系统密封,防止因系统泄露造成制冷剂特性发生变化7。R 4 0 4 A、R 4 5 5 A、R 4 0 4 A均为非共沸制冷剂,存在温度滑移,随着压力增大,滑移温度逐渐减小,图2为不同温度下3种制冷剂的饱和压力,R 4 5 5 A饱和液体压力最大,R 4 0 4 A饱和压力处于R 4 5 5 A饱和气体与饱和液体之间,饱和液体压力趋势,R 4 5 5 AR 4 0 4 AR 4 5 4 C,饱和气体压力趋势,R 4 0 4 AR 4 5 5 AR 4 5 4 C。图1 滑移温度表图2 饱和压力非共沸制冷剂在某一恒定压力下发生相变时,相变温度会发生变化,这种相变温度变化被称作温度滑移。滑移温度会随着相变过程发生变化,也可理解为随着压力变化,滑移温度也会发生变化,如图1所示,在蒸发和冷凝过程中,气相与液相成分不同,温度变化可减少过程中的传热温差,可提高循环的热力完善度8。3种制冷剂滑移温度如图1所示,R 4 0 4 A温度滑移最小,滑移温度小于1,同一温度下,两相饱和温度基本相同;R 4 5 5 A滑移温度最大,滑移温度在81 3;R 4 5 4 C滑移温度在48,处于R 4 0 4 A与R 4 5 5 A中间。第1期邵美玲 等:H F O混合制冷剂R 4 5 5 A和R 4 5 4 C在转子式压缩机的应用特性研究7 7 2 R 4 5 5 A、R 4 5 4 C、R 4 0 4 A特性比较2.1 压缩机及测试工况为充分了解制冷剂间差异,选取一台转子式压缩机进行测试,压缩机基本信息参见表2,测试制冷剂为R 4 0 4 A、R 4 5 5 A、R 4 5 4 C,测试工况为冷凝温度5 4.4,过冷度2 2.2K,吸气温度1 8.3,此压缩机主要用于冷冻冷藏系统,市场销量较大,选此机型进行比对测试具有代表性。表2 压缩机基本信息表项目压缩机电源形式1P H 2 2 0V/2 3 0V/2 4 0V 5 0H z排气容积3.9 6m3/h冷却方式喷液型式卧式2.2 理论制冷能力分析因非共沸制冷剂特点,分析方式分为露点法和中点法,图3是理论计算3种制冷剂的露点法与中点法的单位排量制冷量。图中数据表明,3种制冷剂中点法制冷能力高于露点法制冷能力,并且R 4 5 5 AR 4 0 4 AR 4 5 4 C,因此实测选用中点进行测试。图3 理论单位排量制冷能力2.3 实测特性分析图4测试工况为冷凝温度5 4.4,过冷度2 2.2K,吸气温度1 8.3,不同蒸发温度下的实测拟合制冷能力,在蒸发温度-4 0 -3 0,R 4 0 4 A制 冷 能 力 高 于R 4 5 5 A,分 别 为1 8.7%、8.9%、2.7%,在蒸发温度-2 5-5,R 4 5 5 A制冷能力高于R 4 0 4 A,幅度在3.7%以下;R 4 5 4 C制冷能力小于R 4 5 5 A与R 4 0 4 A,其中蒸发温度-2 5与-2 3.3,R 4 0 4 A与R 4 5 5 A制冷能力基本相同。R 4 5 4 C制冷能力小于R 4 0 4 A,随着蒸发温度升高,能力差异逐渐缩小,幅度在2 0%至5%;实测制冷能力与理论制冷能力存在差异,主要体现在较低蒸发温度处。图4 制冷能力对比图5为冷凝温度5 4.4,不同蒸发温度下对应的功率,在蒸发温度-4 0、-3 5,R 4 5 5 A功率高于R 4 0 4 A,幅度为1.8%、0.5%,在-3 0-5,R 4 0 4 A功率高于R 4 5 5 A,幅度为2.5%以下;R 4 5 4 C功率低于R 4 0 4 A,幅度在1 2%1 4%。图5 功率对比图6为冷凝温度5 4.4,不同蒸发温度对应的电流,R 4 5 5 A