超低温冰箱低温复叠替代工质分析
近年来，随着国际社会对CFC的禁用以及对能源利用效率的重视。各国都不同程度的开展了替代制冷剂的研究工作，世界范围内的CFC替代进程在不断加快。但多限于空调和商用冷冻领域,而对蒸发温度为- 100～ - 60℃复叠低温制冷领域的CFCs低温制冷剂的替代物质应用研究的报导较少。
在低温生物保存、低温医学、电子传感器冷却、材料与物品低温条件下的测试、天然气液化等领域，大量需要-50℃以下的低温。复叠制冷系统是获取-40℃～-160℃这一低温区域最主要的方法。在当前环保和节能成为制冷行业两大发展主题的大背景下，在制冷系统中作为能量传递介质——制冷工质的研究对制冷循环及制冷机组的设计、运行及性能有着重大的影响。客观的讲，整个制冷空调行业的发展过程伴随着制冷剂的发展变化。
本论文对替代工质R404A/R23和原工质R22/R13进行了热物性及系统运行参数方面的比较分析，完成了一套采用替代工质R404A/R23的复叠制冷试验机组的系统设计，并对R404A/R23复叠系统进行了试验验证。
低温复叠替代工质比较
在中低温商用制冷系统中，目前应用较多的高温侧制冷剂是R22和R404A，低温侧制冷剂有R13、R23和R508B，本文主要讨论复叠制冷系统中环保工质R404A/R23替代R22/R13的研究，有必要对高低温侧的替代工质与原工质分别进行比较如下：
（1）R404A与R22的基本物性比较
①R404A比R22环保性好。
②R404A比R22安全性高。
③R404A工作压力比R22稍高。
④R404A等熵指数比R22小。
⑤R404A的温度滑移仅为0.8℃,属于近共沸制冷剂。
⑥在很大的温度范围内，R404A中水的溶解性数值远远大于R22中的水溶解数值，因此R404A对水分的要求更苛刻；
⑦R404A液体比热比R22高；
⑧R404A液体的导热性比R22低20%；
⑨在很大的温度范围内，R404A液体粘度比R22小30%左右，因此流动阻力小，从而使蒸发器和冷凝器出入口温差较R22小；
⑩在很大的温度范围内，R404A的表面张力比R22低，更有利于蒸发。
（2）R23与R13性能比较
表2 低温制冷剂部分性能参数
制冷剂编号 分子式 相对分子量 标准沸点℃ 临界温度℃和压力Mpa ODP GWP 毒性 可燃性 大气寿命
R13 CCLF3 104.46 -81.3 28.9/3.88 1.0 14000 无 不燃 640
R23 CHF3 70.01 -82.1 25.9/4.84 0 12000 无 不燃 260
对两种低温制冷剂在蒸发温
度-84.4℃,冷凝温度-35℃，过冷度5.6℃,吸气温度-17.8℃，压缩机的余隙容积为4%，等熵压缩指数0.7时理论性能进行计算，
因此，综合考虑不同制冷剂对制冷系统制冷量、能效比的影响，并结合其对压缩机运行寿命的影响以及其对环境的影响等， R23可以作为R13的替代物，但需要对系统采取必要的措施以提高其可靠性。
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