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1、三氟碘甲烷作为冰箱制冷剂的理论循环分析王怀信张宇郑臣明马利敏摘要：通过对环保工质三氟碘甲烷(ＣＦ3Ｉ)的饱和蒸汽压曲线、冰箱名义工况和变工况下循环性能等三方面的理论分析,发现ＣＦ3Ｉ和ＣＦ3Ｉ的摩尔组成在50%-65%范围的ＣＦ3Ｉ/ＨＣ290混合工质,理论循环性能与ＣＦＣ12接近,具有作为冰箱中ＣＦＣ12灌注式替代物的潜力。关键词：工程热物理冰箱制冷剂理论循环分析ＣＦ3ＩＣＦ3Ｉ/ＨＣ2901 引言 冰箱制冷剂ＣＦＣ12的现有替代物主要有ＨＦＣ134ａ、ＨＣ600ａ和ＨＦＣ152ａ/ＨＣＦＣ22,它们分别在加工工艺、可燃性
2、、环保和热工性能方面存在缺陷[1,2],寻求新型环保节能的冰箱工质仍是人们研究的方向。 三氟碘甲烷(ＣＦ3Ｉ)是作为哈龙替代物而开发的新型灭火剂,其臭氧层破坏势(ＯＤＰ)为0,20年的全球变暖势(ＧＷＰ)低于5,不燃,油溶性和材料相容性很好[3],饱和蒸汽压曲线与ＣＦＣ12相近,具备了作为冰箱制冷剂的前提条件(至于毒性目前还没有定论[3,4])。关于ＣＦ3Ｉ的热物性,只有 2.2 ＰＴ状态方程精度的验证 为了检验如上确定的适用于ＣＦ3Ｉ的ＰＴ方程的计算精度,以该方程对ＣＦ3Ｉ的饱和液密度、饱和蒸汽压、气相区ＰＶＴ性质进行
3、了计算,并与 4.2 变工况 变工况循环性能分析,一般包括ＣＯＰ、ｑｖ、ｔｄｉｓｃｈ、随冷凝温度、蒸发温度、回热温度的变化规律。相比之下,各性能指标随回热温度的变化规律比随蒸发温度、冷凝温度的变化规律更重要一些,这是因为冰箱的回热器一般裸露在环境中[1],回热温度的变化幅度、频率要比蒸发温度、冷凝温度要大、要快。分析几种制冷剂循环性能指标随回热温度的变化规律,分析方法是固定蒸发温度、冷凝温度,变化回热温度,看性能指标的变化趋势。 结果如图2-图5所示。回热温度由0℃变化到50℃,几种工质的ＣＯＰ都降低,其中ＣＦ3Ｉ降低得
4、最慢。在ｑｖ方面,ＨＣ290随回热温度的变化显著,其他工质的变化规律相似。随着回热温度的升高,ＣＦ3Ｉ的ｔｄｉｓｃｈ增加速度比其它工质快,这是不利于冰箱运行的。由于在计算中固定了蒸发温度、冷凝温度,所以对于纯质来说保持不变,而对于混合工质来说,有轻微地上升。由图还可以发现,ＣＦ3Ｉ与ＨＣ290的循环性能指标分布在ＣＦＣ12的两侧。 ＣＦ3Ｉ各项性能指标随回热温度的变化所表现的规律与ＣＦＣ12基本类似,数值幅度上的偏差也不太大。ＣＯＰ优于ＣＦＣ12,ｔｄｉｓｃｈ较ＣＦＣ12为高。总起来说,ＣＦ3Ｉ存在作为ＣＦＣ12灌注式替代物
5、的潜力。 5 ＣＦ3Ｉ/ＨＣ290混合物作为冰箱制冷剂的循环性能分析 5.1 冰箱名义工况 由以上分析可知,ＣＦ3Ｉ与ＨＣ290的循环性能具有互补性,下面具体分析不同配比下ＨＣ290/ＣＦ3Ｉ混合物的循环性能。 计算工况、压缩机总效率的选取同上。表2列出了循环性能计算结果。 由表1已经知道ＣＦ3Ｉ的Ｐｅｖａｐ、Ｐｃｏｎｄ、ｑ0、ｑｖ都比ＨＣ290的小,所以随着ＨＣ290在混合物中所占比例的增加,ＨＣ290/ＣＦ3Ｉ混合物的Ｐｅｖａｐ、Ｐｃｏｎｄ、ｑ0、ｑｖ都应该呈现增大的趋势,而∑、ｔｄｉｓｃｈ、ＣＯＰ应该减小,
6、这种规律在表2中得到了很好的体现。 对比表2和表1,可以看到ＣＦ3Ｉ/ＨＣ290混合物在65/35、60/40、55/45、50/50四种摩尔百分配比下各个性能指标与ＣＦＣ12吻合得很好。 5.2变工况 对上面所给4种配比下的ＣＦ3Ｉ/ＨＣ290混合物进行了循环性能参数随回热温度变化规律的计算。结果表明,混合物的循环性能与ＣＦＣ12十分接近,从理论循环分析的角度看,是ＣＦＣ12理想的灌注式替代物。 图2-图5中列出了摩尔百分比为65/35(质量百分比为89.2/10.8)的ＣＦ3Ｉ/ＨＣ290的计算结果,其
7、它3种配比下ＣＦ3Ｉ/ＨＣ290混合物的性能也与之相近。 5.3 可燃性分析 以上4种配比的ＣＦ3Ｉ/ＨＣ290混合物中,ＨＣ290的摩尔比例最大为50%,其相应的质量比例最大为18.4%。一般家用冰箱的制冷剂的充灌量为0.1ｋｇ左右[6,9],以本文提出的4种ＣＦ3Ｉ/ＨＣ290混合物作为冰箱制冷剂,ＨＣ290的最大充灌量仅为0.0184ｋｇ。 3 段远源.三氟碘甲烷和二氟甲烷的热物理性质研究:[博士学位论文].北京:清华大学,1998 4 ＤｏｄｄＤ.Ｅ.ｅｔｃ.ＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＴｏｘｉｃ
8、ｏｌｏｇｙ,1997,35:64 5 ＮａｖｉｎＣ.ＰａｔｅｌａｎｄＡｍｙｎＳ.Ｔｅｊａ.Ａｎｅｗｃｕｂｉｃｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｓｔａｔｅｆｏｒｆｌｕｉｄｓａｎｄｆｌｕｉｄｍｉｘｔｕｒｅｓ.ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ,1982,37(3):463～
