制冷剂是制冷系统中承担制冷功能的工质,其热物性直接决定了制冷循环过程的性能[1]。不同类型的制冷剂具有不同的物性特点,表现出不同的温度压力对照关系。准确掌握制冷剂的物性参数和状态特性,对于制冷系统的设计选型、运行控制至关重要[2]。本文综述了目前常用的10种制冷剂的物性特点及温度压力对照关系,以期为制冷工程领域提供有益参考。
制冷剂是制冷系统中承担制冷功能的工质,其热物性直接决定了制冷循环过程的性能[1]。不同类型的制冷剂具有不同的物性特点,表现出不同的温度压力对照关系。准确掌握制冷剂的物性参数和状态特性,对于制冷系统的设计选型、运行控制至关重要[2]。本文综述了目前常用的10种制冷剂的物性特点及温度压力对照关系,以期为制冷工程领域提供有益参考。
R22是一种广泛应用的HCFC类制冷剂,化学式为CHClF2,临界温度96.15℃,在常温下为无色透明液体。R22的ODP值为0.055,GWP值为1810,对臭氧层和温室效应有一定影响,根据蒙特利尔议定书,R22已逐步被淘汰[3]。在0℃时,R22的饱和蒸气压力为4.98bar,饱和液体密度为1282kg/m3,蒸发潜热为216.5kJ/kg[4]。
R410A是由R32和R125按重量比50/50混配而成的近共沸混合制冷剂,为R22的替代品之一。R410A的ODP值为0,GWP值为2088,临界温度72.8℃,在常温下为无色透明液体。R410A具有良好的热力性能,制冷量大,输送性能好,但对系统部件的耐压要求较高[5]。在0℃时,R410A的饱和蒸气压力为8.01bar,饱和液体密度为1134kg/m3,蒸发潜热为221.1kJ/kg[6]。
R32是一种HFC类制冷剂,化学式为CH2F2,ODP值为0,GWP值为675,临界温度78.4℃。R32具有较高的容积制冷量,传热性能好,温室效应相对较低,是R410A的可选替代品[7]。但R32属微燃性,使用时需采取防火措施。在0℃时,R32的饱和蒸气压力为7.82bar,饱和液体密度为1011kg/m3,蒸发潜热为320.9kJ/kg[8]。
R717即氨(NH3),是一种天然工质制冷剂,ODP值和GWP值均为0,对环境友好。氨的临界温度132.4℃,制冷效率高,导热性能优异,广泛应用于大型工业制冷领域[9]。但氨有毒有刺激性,使用时需严格防泄漏。在0℃时,氨的饱和蒸气压力为4.29bar,饱和液体密度为639.5kg/m3,蒸发潜热为1262kJ/kg[10]。
R134a是一种HFC类制冷剂,化学式为CH2FCF3,ODP值为0,GWP值为1430,临界温度101.1℃。R134a热稳定性好,与大多数材料相容性好,被广泛用于汽车空调、家用冰箱等领域[11]。在0℃时,R134a的饱和蒸气压力为2.93bar,饱和液体密度为1295kg/m3,蒸发潜热为198.7kJ/kg[12]。
R404A是一种由R125、R143a和R134a三种成分混配而成的近共沸混合制冷剂,ODP值为0,GWP值高达3922。R404A具有较高的容积制冷量,适用于低温制冷领域,但其高GWP值限制了未来的应用前景[13]。在0℃时,R404A的饱和蒸气压力为6.42bar,饱和液体密度为1151kg/m3,蒸发潜热为184.6kJ/kg[14]。
R407C是一种由R32、R125和R134a三种成分混配而成的非共沸混合制冷剂,ODP值为0,GWP值为1774。R407C可作为R22的过渡性替代品,具有与R22相近的热力性能,但由于存在温度滑移,换热器设计需做相应优化[15]。在0℃时,R407C的气液两相区压力为4.85~6.14bar,饱和液体密度为1252kg/m3[16]。
R290即丙烷(C3H8),是一种天然工质制冷剂,ODP值和GWP值极低,对环境影响小。丙烷的临界温度96.7℃,热力性能与R22相近,可用于家用空调、热泵等领域[17]。但丙烷易燃易爆,使用时必须严格执行安全措施。在0℃时,丙烷的饱和蒸气压力为4.75bar,饱和液体密度为541.9kg/m3,蒸发潜热为364.8kJ/kg[18]。
R502是由R22和R115组成的共沸混合制冷剂,ODP值较高,根据蒙特利尔议定书已被淘汰。R502适用于低温制冷,具有良好的热力性能和较高的容积制冷量[19]。在0℃时,R502的饱和蒸气压力为5.74bar,饱和液体密度为1258kg/m3,蒸发潜热为158.5kJ/kg[20]。
R507是一种由R125和R143a组成的共沸混合制冷剂,ODP值为0,GWP值高达3985。R507具有与R502相近的热力性能,可用于低温领域,但其高GWP值限制了长期应用[21]。在0℃时,R507的饱和蒸气压力为6.47bar,饱和液体密度为1154kg/m3,蒸发潜热为184.4kJ/kg[22]。
各种制冷剂在不同温度下存在对应的饱和压力,反映了制冷剂的汽液两相平衡特性。图1给出了R22、R410A、R32、R134a、R404A、R407C、R290和R507在不同温度下的饱和蒸气压力曲线[23]。可以看出,在相同温度下,R410A和R32的饱和蒸气压力最高,R134a最低;随着温度升高,各制冷剂的饱和蒸气压力呈指数上升趋势,并在临界点达到峰值。
表1列出了几种常见制冷剂在典型蒸发温度(-10℃)和冷凝温度(40℃)下对应的饱和压力值[24]。可见,在相同工况下,不同制冷剂的吸排气压力差异较大,需根据压缩机的设计工况合理选择制冷剂。
表1 几种常用制冷剂在典型工况下的饱和压力值[24]
制冷剂
|
-10℃饱和压力 (bar)
|
40℃饱和压力 (bar)
|
R22
|
2.45
|
15.29
|
R410A
|
4.85
|
24.33
|
R32
|
4.73
|
23.82
|
R134a
|
1.44
|
10.31
|
R404A
|
3.56
|
17.56
|
R407C
|
2.60
|
16.52
|
R290
|
2.30
|
12.36
|
R507
|
3.56
|
17.65
|