R290替换R22应用于家用空调的试验研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)上海理工大学 作者:肖庭庭

  分析了R290应用于家用空调的优势及可行性,采用某企业生产的R22家用冷风型分体机,直接充注R290制冷剂,在焓差实验室内调整毛细管规格及制冷剂灌注量,使性能达到最佳状态,结果表明:R22系统直接灌注R290制冷剂,灌注量仅为原来的44.7%,但制冷量下降13.64%,能效比稍有提高。为进一步减小灌注量、提高制冷量,采用了平行流换热器作为冷凝器,重新调整灌注量及毛细管规格,结果显示R290灌注量大幅减少,制冷量及能效比显著提高,R290灌注量的减少有利于制冷系统的安全性。

1、前言

  作为一种天然物质,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为R290(propane)又称丙烷,具有优良的热力学性质,价格低廉,而且R290与普通润滑油和机械结构材料具有兼容性,臭氧消耗潜能值为零,全球变暖潜能值很小,并不需要合成,可以方便地从石油和天然气中提取,不改变自然界碳氢化合物的含量。R290与R22很接近的基本物性提供了成为替代工质较为完满的解决途径,EHalimic等研究了R290作为替代工质的性能,周国兵等研究了R290在家用空调中的应用,李廷勋等研究了R290替代R22对空调整机性能的影响,均展示了使用R290的优越性。在欧洲,丙烷和异丁烷混合物已成功用于家用冰箱中,在德国,R290已用于家用热水器和空调。本文分析比较了R290针对R22的优越性,对自然工质R290在小型家用分体空调上的使用进行试验,并探讨制冷量偏低和R290灌注量超标问题的解决方案。

2、R290与R22的比较

  2.1、R290与R22的热物性比较

  表1列出了R22和R290的一些主要热物性参数。R290的主要物理性质如标准沸点、凝固点、临界压力、临界温度等参数都与R22极其相近,ODP值为0,GWP值为0,具备替代R22的基本条件。

表1 R22和R290的热物性比较

R22和R290的热物性比较

  另外,与R22相比,R290具有优越的热物理性质:R290导热系数比R22的大,提高了系统的传热效果;R290的粘性系数比R22的小,流动阻力减小;R290的绝热指数比R22的小,使压缩机排气温度降低,容积效率提高,传热不可逆损失减少,使系统能耗降低。随着制冷系统中使用可燃制冷剂安全要求问题的解决,碳氢化合物将成为国内市场上空调制冷系统可以选用的制冷剂。

  2.2、R290的优越性

  在实际制冷空调中,R290的优越性集中体现在以下几个方面:

  (1)R290分子量比R22小很多,粘度亦比R22小,使空调制冷回路阻力损失减少,可降能耗;

  (2)R290的汽化潜热是R22的1.84倍,这说明在相同制冷量下,采用R290可减少工质的循环量;

  (3)R290绝热指数低于R22,在相同压缩比时,可减少耗功量,并可使排气温度降低,可提高输气系数,减少压缩过程气体与气缸间的热交换,减少不可逆损耗,排气温度降低,并能够改善冷凝器的工作状况,减少传热不可逆损失,降低能耗;

  (4)R290导热系数高于R22,可改善压缩机的散热条件,同时提高冷凝器和蒸发器的传热系数,可以使空调制冷系统能耗降低;

  (5)R290是饱和碳氢化合物,化学性质较稳定,难溶于水。而R22化学性质不够稳定,对有机物的膨润作用较强,密封材料需要采用氯乙醇橡胶,封闭式压缩机的电动机绕组线圈需要采用QF改性缩醛漆色线(E级)或QZY聚脂亚胺漆色线。

  2.3、R290的经济性

  R290广泛存在于石油和天然气中,提炼方便,通常作为副产品出现,因而成本较低,价格便宜。R290的价格仅为R22的10%,为R134a的4.7%。R290为非极性化合物,可以与目前广泛使用的矿物油互溶,不需要研制新的润滑油,而且对干燥剂、密封材料液无更高的要求。丙烷还与金属材料、软管材料相容,也就是说,R290可以与R22常用的矿物润滑油溶解,替代R22时无需像R407C或R410A那样必须更换润滑油。

6、结语

  (1)R22系统可直接灌注R290制冷剂,灌注量仅为原来的44.7%,能力下降13.64%,能效比略有提高,但毛细管及灌注量需进行优化;

  (2)采用平行流微通道换热器可进一步减小R290灌注量,制冷量及能效比显著提高,R290灌注量的减少有利于提高系统的安全性;

  (3)R22原型机采用平行流冷凝器和替换R290后,能效比余量较大,但制冷量仍然下降5.8%,可考虑采用较大排量压缩机、优化蒸发器以保证制冷量提升但不增加制冷剂灌注量。

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