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R407C空调器系统及换热器的研究进展点击：1866 日期：[ 2014-04-26 22:21:31 ] |
| R407C空调器系统及换热器的研究进展 刘洋 王芳 杜世春 (上海理工大学． 上海200093) 摘要： 随着R22替代期限的接近，替代制冷剂的研究更加紧迫 混合工质R407C各项性能与R22相当．【JI任系统硝做改变的前提下用于直接替代，这使得R407C的应用前景非常广泛但R407C的COP略低于R22．这就需要加快对其换热器 系统的研究以提高其性能： 关键词： R407C；替代；实验 中图分类号： TB64 文献标识码： A 1 前言 目前世界各国均在加紧对空调工质R22替代物的开发和研究；但至今仍无法找到一种物性与其很相近的纯物质。欧洲一些国家主张用自然物质如丙烷、氨等来替代R22，认为HFCs物质都具有不同程度的温室效应；而美国和Et本等国则强调替代工质的安全性，提出用HFCs混合物代替R22，并提出用总的相当变暖因素TE 来评价工质的温室效应l1j，因此他们把R407C作为组合式空调器的主要替代物。 2 R407C与R22物性比较 R407C制冷剂是一种HFCs类的三元非共沸混合制冷剂，是由It32、R125和R134a三种纯工质混合而成，混合物中各组分的比例是R32／RI25／R134a为23／25／52，其基本热物理特性与R22的基本热物理特性如表1所示． 与R22一·样，R407C同样具有优良的安全性能，温室效应值相当，但对臭氧层没有任何破坏作用。 3 R407C系统改进 3．1 R407C压缩机润滑油的变化 由于R407C是一种HCFCs类制冷剂的混合物，而HFCs中不含有亲油性基的氯原子，它与传统的R22用的矿物油完全不相溶，因此当它用于替代R22时。首先就必须更换R22系统中不能与HCFCs类制冷剂相溶的矿物润滑油，改用能与之相溶的酯类润滑油(POE)。 3．2 制冷剂系统设计 由于R407C与R22的排气压力和容积制冷量相差不大，因此系统管路不需要进行耐压设计同时也不需要更换压缩机。由于R407C制冷剂存在温度滑移现象，原有的R22系统的蒸发器流路已不再适用，必须根据R407C的特性重新设计流路，设计时要注意提高热交换器的传热特性，可以从以下方面考虑：(1)空气的流向与制冷剂的流向采取对流方式。(2)风量、传热面积的大型化。(3)进行多流路化设计。 3，3 系统洁净性要求 当R407C系统采用POE油时，由于PO E油具有很强的吸水性，所以对压缩机和系统内的水分含量提出r更高的要求。系统水量应小于0，15rnl，如果生产工艺无法保证系统的真空度时，就有增加f燥过滤器的必要： 3．4 系统匹配 (1)对R407C系统，当蒸发器出口处有未蒸发的液体制冷剂存在时，储液器将积存液体制冷剂 此时高沸点成分(R134a)在高浓度状态下积存着，故破坏了成分中的质量平衡，呈现出循环制冷Ntlt成移到低沸点侧的现象。因此要严格控制制冷剂循环量，使蒸发器出口的过热度处于最佳状态下， (2)在相同工况下R407C的充注量比R22要少，仅为R22的90％ ～95％。目的是为了减少系统高 化趋势。 (3)受温度梯度的影响，蒸发器人口温度均低于出口温度，与R22相比，低温条件F，蒸发器人口结霜明显． (4)在标准工况下，R407C冷凝压力比1t22系统高出0．2～0．4MPa。尤其是在制热过负荷时，室内机入[1处冷凝压力可能会超过压缩机最高耐压2．6MPa的使用要求，因此要合理设计高温保护参数，使系统在要求内运行一2， 4 R407C性能研究 4．1 泄漏特性 由于R407C是一种三元非共沸制冷刹 存在着较大的滑移温度，往发生泄漏时，其中低沸点组分R32优先蒸发而导致R407C的组分质量比发生变化，因此当R407C制冷系统发生泄漏时，R32含量会偏离正常状态下的理论值，使R32在R407C中的含量比例有所下降。达 到预期的制冷效果，同时也给制冷剂的补充以及制冷系统的维修带来了不便 4．2 充注量实验 住毛细管直径为1．5rrun，长度为600ram条件下，房间李调器在不同R407C充灌{f}下的性能如表2所示 ： 从表2所示的实验结果可以看 ，在毛细管直径和长度一定的情况下，吸、排气 力郜随着R407C充注量的增加而增大，这说明制冷系统中制冷剂充注量增加将会导致系统冷凝压力和蒸发压力的升高功率随R407C充注量的增JJI]也增大，但变化比较平稳 而制冷量和性能系数COP则随着R407C充注鳢的增加呈现出先增大岳减少的现象，这说明了当毛细管给定时，该系统存住着一个最佳充注瞳 4．3 毛细管长度实验 毛细管长度对房间空调器性能的影响【】『以从表3所示的实验结果看出：在充注量一定的情况下，随着毛细管长度的增加，吸、排气幢力变化都不大．这说明在本实验范围内制冷系统中毛细管的长度对系统冷凝压力和蒸发压力的影响很小。而制冷量和性能系数COP则随着毛细管长度的增加呈现出先增大后减少的现象，这说明当充注量给定时，系统存在一个最佳的毛细管长度 4．4 系统传热与阻力特性 文献I4]研究了R407C工质热泵机组室内换热器侧盘管流动情况。进行了R407C在热泵换热器中运行时浓度变化方面的实测，发现非共沸物的温度滑移特性不会引起系统操作上的改变，但热交换器温度分布会发生变化，冷凝过程中温度逐渐下降，而蒸发过程则逐渐增加。该文通过建立系统模型进行模拟，表明热交换器几何条件对非共沸物影响比对纯质的大，如R22工质，相对于交叉流布置，逆流式的COP增加0～3％ ，顺流时下降2％ ～4％ ，而对R407C则分别增加 0～4％ 和下降2％ ～8％ 。文献[5]研究和对比了在环境温度分别为26．7℃ 、35℃ 、43．3℃下R407C和R22在ARI额定工况下使用顺流和逆流蒸发器时的性能。表明流程的改变可使R407C系统制冷量增大10．5％ ，COP提高3．8％ 。对于潜热制冷量，随环境温度降低，R407C逆流时比顺流时高得越多，35℃ 时高30．6％ ，且比R22工质的高16．6％ 。在环境温度高于40．6℃ 时在逆流情况下则是R22的大。因此在使用R407C时，蒸发器应设计成逆流型。由于逆流蒸发器的高潜热制冷量，表明R407C工质空调器更适合于使用在高除湿量场合。 文献[6]研究了当室外风速为1．5m／s时，两排冷凝器顺流与逆流的单位换热温差换热能力u随风速变化的关系(如图1所示)。 如图：对于使用R407C制冷剂空调器的冷凝器，采用逆流布置可以大幅度提高其换热性能。两排冷凝器逆流布置比顺流布置单位换热温差换热能力 提高36％ 。而且，排数越多，也就更容易接近真正的纯逆流，换热能力提高的幅度也就越大。文献[7 研究和比较了外径9．57n~n、内径7．92ram、有效长度1300ram的光滑管两相流蒸发传热及压降特性：蒸发压力分别为600、680KPa，质流通量100～300kg／m2s，热流通量6～14kw／m2一发现对R22，局部传热系数随质流通量、热流通量、蒸发温度的增加而增加，而对R407C，蒸发压力对传热系数的影响可以忽略。总的趋势是，R407C的传热系数比R22低50％ ～70％ ，压降梯度比R22的低45％。其原因町归结为两工质在流动时的流型发展快慢不同所致。 文献[8]介绍了一种独特的 形管传热管作为热交换器，使用R407C工质比较了该管与通常的内凹槽管的传热性能和压降，发现蒸发传热时在高质流通量下w形管换热系数增加大约90％ ，低质流通量下也稍高于内凹槽管；冷凝传热时在各种质流通量下换热系数都大约高100％ ～200％ 。同时w形管压降增加30％ ～60％。 5 结语 简单地更换润滑油、适当调整毛细管长度和冷媒充灌量，就可直接采用R407C替代房间空洞器中的R22，性能略有下降。造成性能下降的原因主要是R407C的单位容积制冷量略小于R22，而R407C非共沸混合物在传热表面的传质阻力又会导致蒸发过程和冷凝过程热交换效率降低因此如果同时对房间空调器的蒸发器和冷凝器也进行优化设计，并充分发挥非共沸制冷剂的优势，就有可能达到甚至超过R22的制冷效果。 |
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