碳氫制冷劑在小型商用冷柜上的應(yīng)用分析

商用冷柜中的傳統(tǒng)制冷劑CFCs 制冷劑含有氯原子，會對大氣層中的臭氧層造成破壞。社會組織者強調(diào)要逐漸將消耗臭氧物質(zhì)的制冷劑淘汰，并且使用其他制冷劑來替代傳統(tǒng)制冷劑。碳氫制冷劑具有良好的環(huán)保性能和熱物理性能，是一種天然制冷劑，受到了社會的廣泛關(guān)注。值得注意的是，碳氫類物質(zhì)具有可燃性，在小型商用冷柜中用碳氫制冷劑的充注量雖然較小，但是在大規(guī)模應(yīng)用之前還是應(yīng)該進行相應(yīng)的泄漏燃爆試驗，保障應(yīng)用的安全性。 
　　1 碳氫制冷劑及其熱力學(xué)循環(huán)性能 
　　制冷劑中的氯原子對臭氧層的破壞引起的環(huán)境問題越來越嚴(yán)重，社會各界廣泛提出尋找具有良好的環(huán)保性能和性質(zhì)優(yōu)良的制冷機來替代傳統(tǒng)制冷劑，減少制冷劑對環(huán)境的破壞。當(dāng)前主要產(chǎn)生了3種替代方案： 
　?、偬烊恢评鋭?，包括HCs（碳氫）、R717、R744等。其中碳氫制冷劑具有良好的環(huán)保性能和熱物理性質(zhì)，例如具有極低的變暖潛能值（R600a 的變暖潛能值不大于10、R290 的變暖潛能值為 3），而且消耗臭氧潛能值為0。碳氫制冷劑造價較低，和礦物油之間的互溶性良好。因此雖然碳氫制冷劑具有可燃性，但仍不失為一種的制冷劑[1]。當(dāng)前的小型商業(yè)制冷應(yīng)用場合中的島柜、生鮮柜、飲料自動售貨機、啤酒冷藏柜、冰激凌柜、瓶裝冷藏柜的制冷量不高于1.0 kW，使用的是碳氫制冷劑中的R600a、R1270、R290等，其中碳氫制冷劑中的R600a、R290已經(jīng)在很多大型跨國集團的冰激凌柜、啤酒冷藏柜和瓶裝冷藏柜中得到了廣泛的應(yīng)用。與氫氟烴相比，碳氫制冷劑能夠提高20%的系統(tǒng)能效，而且不會對臭氧層進行破壞。 
　?、贖FOs（氫氟烯烴），氫氟烯烴具有良好的熱物質(zhì)性，變暖潛能值極低，消耗臭氧潛能值為零，但是其制備原料為HCFCs，價格比較昂貴。在制備的過程中由于HFO-1234yf，具有可燃性，經(jīng)過燃燒之后會產(chǎn)生有毒物質(zhì)，例如HF。 
　?、跦FCs（氫氟烴），應(yīng)用較多的主要有R404A、R410A、R134a、R32等。氫氟烴是一種人造制冷劑，具有不可燃、無毒、熱物理性質(zhì)優(yōu)良的特點，消耗臭氧潛能值為零，然而由于具有較高的變暖潛能值，當(dāng)前只作為過渡制冷劑使用。 
　　2 碳氫制冷劑在小型商用冷柜中的具體應(yīng)用 
　　與傳統(tǒng)的小型商用制冷冷柜中的制冷劑相比，氫制冷劑具有良好的循環(huán)性能。在理論層面上，有學(xué)者對比了碳氫制冷劑和低溫冷柜中常用制冷劑之間的性能。在液體溫度38℃、吸氣溫度5℃、冷凝溫度43℃、蒸發(fā)溫度零下23℃的低溫工況Ⅰ中對R22和碳氫制冷劑工質(zhì)的熱力學(xué)循環(huán)性能進行模擬計算，結(jié)果表明R290和R1270的系統(tǒng)性能系數(shù)高于R404A、R507A、R502排氣溫度和壓力比低于R22。因此有學(xué)者認(rèn)為當(dāng)前常用的小型商用冷柜中的低溫制冷劑R404A、R22*可以使用碳氫制冷劑中的R1270、R290來進行替代。 
　　與此同時還有學(xué)者在變工況、實際工況、標(biāo)準(zhǔn)工況中對HCM2、HCM1、R134a、R600a、R290、R404A、R22的循環(huán)性能進行了對比，結(jié)果表明R290 的 COP比R134a略低，比R404A高，而且具有更大的單位質(zhì)量制冷量和單位容積制冷量。盡管與R134a相比，R290具有更高的蒸發(fā)壓力和冷凝壓力，但其壓比仍然小于R134a，具有良好的性能[2]。 
　　選取兩臺臥式冷柜作為實驗樣機，分別充注85gR290和200gR134a，對其進行耗電量測試和高溫儲藏溫度測試，R290 系統(tǒng)的冷凍能力明顯高于R134a 系統(tǒng)，而且COP有了將近25%的提高。 
　　在噪聲水平、冷卻速度、能效和耗電量方面對兩種制冷劑進行對比可以發(fā)現(xiàn)，與R134a系統(tǒng)相比，R290 系統(tǒng)的耗電量降低5%、冷卻速度得到提高、噪音也降低了3dB（A），然而具有較高的充注量。對R290 系統(tǒng)進行雙毛細管優(yōu)化之后，其噪聲大幅度降低，同時耗電量降低15%，冷卻速度減少1小時。 
　　有學(xué)者對R290和R744在小型商用冷柜（冷凍食物或冰激凌）物業(yè)的性能差異進行了實驗對比，實驗中改進了R290冷柜的原系統(tǒng)，使用R744壓縮機替代了原系統(tǒng)中的原R290 封閉式壓縮機，并適當(dāng)增加了一些原件。通過實驗發(fā)現(xiàn)與R290相比，R744在小型商用冷柜中的應(yīng)用具有更高的設(shè)備成本、更低的能效和更高的運行壓力。盡管R290作為一種碳氫制冷劑具有可燃性，但是小型商用冷柜系統(tǒng)中的充注量不高于150g，因此仍然具有較高的安全性，在小型商用冷柜中應(yīng)用碳氫制冷劑是*可行的[3]。 
　　然而值得注意的是，在維修或者充注制冷劑時會有一些不凝性氣體混入制冷系統(tǒng)，一般為空氣。但是碳氫制冷劑具有可燃性，如果制冷系統(tǒng)中進入了一定量的空氣就會威脅系統(tǒng)安全運行，甚至對系統(tǒng)制冷的效果造成不利的影響。通過實驗發(fā)現(xiàn)，盡管制冷系統(tǒng)中混入空氣不會使碳氫制冷劑的濃度進入爆炸極限范圍，但是當(dāng)吸氣側(cè)出現(xiàn)泄漏點位時，說明碳氫制冷劑已經(jīng)出現(xiàn)泄漏，就可能會出現(xiàn)上述問題。制冷機中的換熱器傳熱也會受到不凝性氣體的影響混合氣體，飽和蒸汽壓增大，從而升高功耗、壓比和冷凝壓力。但是混入空氣之后也會減小摩擦損失、降低氣體粘度，對系統(tǒng)運行有利。這也是在小型商用冷柜中應(yīng)用碳氫制冷劑需要注意的一個問題。 
　　3 結(jié)語 
　　本文簡要介紹了碳氫制冷劑及其熱力學(xué)循環(huán)性質(zhì)，并對碳氫制冷劑的小型商用冷柜中的應(yīng)用進行了簡要的分析。碳氫制冷劑具有良好的熱力學(xué)循環(huán)性質(zhì)和環(huán)保性能，在當(dāng)前技術(shù)上在小型商用冷柜中應(yīng)用碳氫制冷劑來代替?zhèn)鹘y(tǒng)制冷劑是*可行的。