混合制冷剂冰箱对比试验研究
第25卷第4期2004年7月
工程热物理学报
JoURNALOFENGINEERING
v01.25,No.4Jul・,2004
THERMOPHYSICS
混合制冷剂冰箱对比试验研究
何茂月0
李铁辰
刘志冈0
陕西
西安
710049)
(西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,
摘
要
本文对二元混合工质HFcl52a/HcFc22、HFcl52a/HFcl25在冰箱上应用的制冷循环性能进行了详细的理
HFcl52a/HFcl25在最
论计算和分析,并且对这两种混合工质灌注式替代cFcl2、在最佳配比和充灌量下的冰箱主要制冷性能进行了对比试验
研究。试验结果表明:在合适的配比和充灌量下混合工质冰箱制冷性能指标满足国家标准要求,因此,关键词
HFal52a/HFcl25比HFcl52a/HcFc22更适合于灌注式替代cFcl2。HFcl52a/HFcl25;
cFcl2;混合制冷剂;冰箱;制冷性能
文章编号:0253—231x(2004)04一0550—04
佳充灌量为97g时,试验冰箱耗电量为1.156kw.h/24h,比cFcl2节能lo%,比HFcl52a/HcFc22节能o.8l%。
中图分类号:TB61+2文献标识码:A
EXPERIMENTAL
STUDYoNTHE
HE
DoMESTIC
REFRIGERAToRS
WITH
MIXTURE
REFRIGERANT
LIUZhi—Gang
Jiaotonguniversityl
Xi:an
Mao—Gang
in
LITie—Chen
婿tate
KeyLabofatoryc迁Multiphase}?low
Power
Engineering}Xi:an
cycleof
71∞49,Chinal
and
AbstractThe
performancesoftherefrigeration
used
as
a
themixture
HFCl52a/HCFC22
HFCl52a/HFCl25
analyzed.
refrigerant
on
fordomesticrefrigeratorsweretheoreticallycalculatedand
Theexperimentalstudythemainperformancesofrefrigeratorrefrigerationcyclewas
conductedbyusingthetwomixturessubstitutingfbrCFCl2undertheconditionofunchangedorigi—nalrefrigeratorconstructionanditsoptimizationcompositionandchargeamount.Theexperimentalresultsindicatethattheperfbrmancesofthereftigeratorusingthemixturesmeetthenationalstan—
dard
request,andtheoptim“chargeamountofconsumptionis1.156
HFcl52a/HFcl25
in
BcD一218refrigeratoris97g,its
energythat
kw・h/24hwhichisonly90percentofthatofcFcl2and99percentof
ofHFCl52a/HFcl25.ThereforethemiXturerefrigerationHFCl52a/HFCl25isthemoresuitable
CFCl2thanHFCl52a/HCFC22.
tosubstituting
KeywordsHFcl52a/HFcl25;
Derf6rmance
cFcl2;mixingrefrigerant;domesticrefrigerator;refrigeration
1—】一——L上日U吾
HFcl52a/HcFc22、
Hc600a和混合制冷剂
HFcl52a/HFcl25的冰箱佑4
目前国内外应用于冰箱制冷剂cFcl2替代物主要有HFcl34a、
HFCl52a/HCFC22等,这些已投入使用的环保制冷剂还存在着一些问题[1|。西安交通大学和清华大学曾开发过HFcl52a/HcFc22等制冷剂并实现了工业化应用。由于HCFc22中仍含有氯原子,对臭氧层还有破坏作用,只有全部采用HFc类氟里昂才是真正长期的替代方案,在多年来研究制冷剂的基础上,发现组分为HFCl25和HFcl52a的混合制冷剂具有优势[2】。鉴于此,继续开发新的冰箱制冷剂具有重要的现实意义。本文围绕cFcl2、
冷性能进行深入全面的理论分析和试验研究。
2混合制冷剂的制冷循环性能计算及分析
对混合制冷剂HFCl52a/HCFC22(两种配比)和HFcl52a/HFcl25在最佳配比下的制冷循环性能进行了理论计算。计算采用带有回热器(即冷凝过冷和蒸发过热)的理想模型。计算工况为:冷凝温度54.40C,蒸发温度一23.3。C,回热温度32。c(即吸气温度320c,过冷温度32。c),计算方法可参考文献【3】.工质的性质采用PR状态方程计算l剞。
收稿日期:2003—12一06;修订日期:2004一04—26
基金项目:陕西省2001年科技研究发展计划项目资助(N。.2001K07一G11)
作者简介:何茂刚(1970一),男,河南灵宝人,副教授,博士,主要从事新型环保工质开发及热物理性质研究。
万方数据
551
4期何茂刚等:混合制冷剂冰箱对比试验研究
表1中列出了计算结果。从表中可以看出,在三表2三种制冷剂最佳充灌量及其耗电量
种不同的混合制冷剂中,质量配比为85/15wt%的工质名称
充灌量膪耗电量/kw.h・(24h)一1
HFcl52a/HFcl25的冷凝、蒸发压力略高,但是压比最低,耗功最低,单位容积制冷量最高,排气温度HFCl52a/HCFC22
93
1-164
旦!g!!!兰[望里里!!!
旦!!:!!!
也是最低的,但排气温度比cFCl2的略高。混合工质HFcl52a/HFc125的coP比两种不同质量配比
~
8
的HFCl52a/HCFC22约高o.71%,比cFCl2高出
oO2.6%,此时的单位容积制冷量和CFCl2很接近,综12合考虑各个指标,可以预见质量配比为85/15wt%o4的HFCl52a/HFCl25的二元混合制冷剂更适合于o。~r
16灌注式替代cFcl2。本文以纯质cFcl2和质量配1
8
比为85/15wt%的HFcl52a/HCFc22、85/15wt%屯O的HFcl52a/HFcl25为研究对象进行其冰箱制冷性屯2
能的对比试验研究。
O
200
400
600
800
3冰箱的制冷性能试验及分析
时间/min
试验用冰箱性能试验台是按照国家标准(GB/图l
cFcl2负载温度回升过程
T8059.2~1995)中的规定建立的【5,6|。试验冰箱为长一6岭一阿里斯顿BcD一218型冰箱。本研究的冰箱性能—8试验研究包括耗电量实验、负载温度回升实验、冷—10冻能力实验、储藏温度实验等。
—12
3.1耗电量实验
o—14
∑一16
首先对两种混合制冷剂HFcl52a/HcFC22和一18HFcl52a/HFcl25,在不同充灌量下的冰箱耗电量—20进行了测量。以耗电量和冰箱的主要运行参数为目—22标,分别优选出最佳充灌量。同时对cFcl2在额定—24
O
200
400
600
800
lOOO
1200
充灌量下的耗电量进行验证,实验的主要结果见表
时间/min
2。
HFcl52a/HcFc22在最佳充灌量93g时,耗图2
电量为1.164kw-h/24h,比CFCl2节能9.6%;
HFcl52a/HcFc22负载温度回升过程
HFcl52a/HFcl25在最佳充灌量为97g时,耗电量
一8为1.156kw.h/24h,比CFcl2节能10%,比HFC一lO152a/HcFc22节能0.8l%。
—123.2负载温度回升实验
一14
CFcl2、HFCl52a/HcFc22、HFCl52a/HFcl25芝啪
~一18
的冰箱负载温度回升时间分别为719.9min、645.7
—20min和646.3min。三种制冷剂的冷冻室的温度随
一22时间变化表示在图1—3中。
HFcl52a/HCFC22和
—24
HFcl52a/HFcl25在负载温度回升实验过程中冷冻室温度的变化趋势很接近,且负载温度回升时间几时间/min
乎相同,都比cFcl2短一些,但满足国标要求。
图3
HFcl52a/HFcl25负载温度回升过程
表1制冷性能计算结果对照表
HFGl52a/HcFc2285/151363.2111.512.23146.1692.ol,545171.2o.49o.3lHFcl52a/HcFc2275/25
1402.4
116.3
12.06
141.9
719.1
1.544
』坚堕型坐旦翌—!型堡
173.o
o.92
o.59
!竺旦:!!!!:竺!!:丝!塑:!
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!:塑
!!!:鱼!:竺!:!!
注:
”:质量分数,pc:冷凝压力,pe:蒸发压力,”:压比,”:功,咖:容积制冷量,GoP:性能系数,t2:排气温度,△te:蒸发滑移温度,△£。:冷凝滑移温度
万
方数据
工程热物理学报
25卷
3.3冷冻能力实验
本试验使用了34蚝的压仓负载,4.5蚝的冷冻负载M包,由于冷冻箱体空间已经充满,本研究通过测定在额定冷冻能力下使实验包达到一180c的时间,来衡量冰箱的冷冻能力。三种制冷剂的冷冻室的温度随时间变化的情况表示在图4—6中。图中冷冻室下箱曲线为压仓负载M包温度,上箱和中箱曲线为冷冻负载M包的温度。cFcl2、HFcl52a/HcFc22和HFcl52a/HFCl25所需的冷冻时间分别
为943.0min、831.6min和812.3min,且HFCl52a/
HcFc22和HFCl52a/HFcl25温度的变换趋势接近,所需时间相差不多,冷冻能力均强于cFcl2。
30
20
10
p
~
\
0
一lO
一20
0
200
400
600
800
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1200
时间/min
图4
cFcl2冷冻室温度变化
30
20
lO
p\
~
O
—10
—20
O
200
400
600
800
1000
时间/min
图5
HFcl52a/HcFc22冷冻室温度变化
30
20
lO
p\
~
O
—lO
一20
0200
400600800lOOO
时间/min
图6
HFcl52a/HFcl25冷冻室温度变化
万
方数据3.4储藏温度实验
储藏温度实验可以反映冰箱实际运行时冷冻室和冷藏室冷量的匹配情况。图7—9显示了三种制冷剂的冷冻室和冷藏室的温度随时间的变化情况。在储藏温度实验中cFcl2的冷藏室温度有较大幅度的波动,其中冷藏室最下一个测点的温度比较低,有时低于o。c。HFcl52a/HcFc22和HFcl52a/HFcl25的冷冻室温度没有全部低于一18.00。c。三种制冷剂的冷冻室上箱和下箱温度变化趋势相似,冷冻室中箱温度最低。
84
0一
4一
8
o2
6
1屯O
一24
—100
0
100
200
300
400
500
600
700
时间/mjn
图7
cFcl2冷冻窒和冷藏室温度变化
6
3
O
一3
p一6\
~
一9—12—15
—18
—100
O
100
200
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时间/min
图8
HFcl52a/HcFc22冷冻室和冷藏室温度变化
63
0
—3
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p一6
~
一9—12
—15
一18
—100O100
200300400500600700800
时间/min
图9
HFcl52a/HFcl25冷冻室和冷藏室温度变化
4期
何茂刚等:混合制冷剂冰箱对比试验研究
3.5冰箱运行主要参数对比
图10 ̄12分别显示了在其最佳充灌量下、冷藏室平均温度为5。c时的蒸发温度、冷凝温度和排气温度的一个开停周期变化情况。
4
o一6
8O
2o。~r
;
468
屯屯屯也屯qO
120
130
140
150
160
170
180
时间/min
图lo蒸发温度随时间的变化
65605550
芝45
“40
353025
120
130
140
150
160
170
180
时间/min
图1l冷凝温度随时间的变化图
12U
130
140
150
160
170
180
时间/min
图12压缩机排气口温度随时间变化
从图中可以看出,HFcl52a/HFCl25的蒸发
温度是最高的,
CFCl2的蒸发温度是最低的。
HFcl52a/HcFc22介于两者之间。混合制冷剂HFC
万
方数据152a/HFcl25的蒸发温度高的原因是在低压时,相同的蒸发压力下,其对应的蒸发温度低于其他两种制冷剂。HFcl52a/HFcl25的冷凝温度也是最高的,而cFcl2冷凝温度最低。
HFcl52a/HFcl25的压
缩机排气温度和HFcl52a/HcFC22的基本相当,比CFcl2的低。同时从图可以看出,HFcl52a/HFcl25和HFcl52a/HcFc22无论是蒸发温度、冷凝温度还是排温的变化趋势曲线极其相似,从这点来说两种制冷剂制冷性能近似,可以用HFcl52a/HFCl25灌注式替代HFcl52a/HcFc22。但他们与cFcl2的制冷性能略有差别,当用混合制冷剂替代cFcl2时,需要对冰箱系统进行必要的优化。
4结论
本文围绕两种混合制冷剂灌注式替代CFcl2冰箱制冷循环性能展开了详细的理论和试验研究。在最佳充灌量下,充灌HFcl52a/HFcl25的冰箱耗电量为1.156
kw・h/24
h,比CFCl2节能
10%,比HFCl52a/HCFC22节能0.81%。混合制冷剂HFCl52a/HFCl25和HFCl52a/HCFC22的冰箱运行参数几乎一样,可以进行灌注式替代。但它们与cFcl2略有差别,用混合制冷剂替代CFCl2时,需要对冰箱系统进行必要的优化调整。HFCl52a/HFCl25冰箱的冷冻能力、负载温度回升时间等都满足国家标准。其各项性能优于上一代替代工质HFcl52a/HcFc22,可以作为新一代的环保节能冰箱制冷剂。参
考
文
献
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D
Y,RobinsonD
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Equa_
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研究:[硕士论文】.西安:西安交通大学能源与动力工程学院,1994
混合制冷剂冰箱对比试验研究
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
何茂刚, 李铁辰, 刘志刚
西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,陕西,西安,710049工程热物理学报
JOURNAL OF ENGINEERING THERMOPHYSICS2004,25(4)2次
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