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 常规工质膨胀功回收系统的热力学分析# * 5 10 15 20 摘要：对 R717、R1234yf、R1234ze、R22、R134a、R410A、R32、R290、R600a 等九种制 冷剂在常规工质单级带膨胀机系统（SCE）和常规工质双级带膨胀机和中间冷却器系统 （TCE+IC）的热力学性能进行分析。着重讨论几种制冷剂的 COP、回收功和回收功占输入 功比率等几个参数，从循环性能和实际应用的角度分析可用于带膨胀机系统研究的常规工 质。研究表明：对常规工质膨胀机的研究重点应放在 R1234ze、R1234yf、R134a、R290 和 R22 等五种制冷剂。 关键词：常规工质；热力学；COP 中图分类号：TB653 Thermodynamic Analysis of Traditional Refrigerant System with Expender Ma Yitai, Sun Zhili, Li Minxia (Key Laboratory of Medium-Low Temperature Energy Efficient Utilization of Ministry of Education, TianJin 300072) Abstract: The thermodynamic performance of R717、R1234yf、R1234ze、R22、R134a、R410A、 R32、R290、R600a in Single Stage Cycle with Expender (SCE) and Two Stage Cycle with Expender and Inter-cooler (TCE+IC) were analyzed. The COP，Recovery Power and Ratio of Recovery Power in Input Power were also studied in detail. The result shows that the research emphases should put into R1234ze、R1234yf、R134a、R290 and R22. Keywords: traditional refrigerant; thermodynamic; COP 25 0 引言 随着人类社会经济的发展与技术水平的提高，制冷空调行业在最近的一个多世纪里取得 了长足的发展。如何降低系统不可逆损失，如何提高系统性能系数，如何高效用能一直是研 究能源的学者们积极追求与探索的方向。综合来看，提高制冷与热泵系统效率（即 COP 或 30 35 40 EER）无非两种措施：一般性措施和结构性措施。一般性措施包括压缩机、换热器的优化与 匹配减少不可逆损失等。而结构性措施有如增设经济器、用压差供油代替油泵供油、用膨胀 机代替节流阀等。近年来，人们大多在循环原理、高效压缩机（螺杆式、离心式）、节流机 构和换热器的设计上进行深入探讨，技术得到很大进步，获得很多成果，系统也更加高效与 完善。如大中型压缩机的研究，等熵效率已经超过 80%。蒸发器、冷凝器的传热温差可以 控制在 2～3。系统的控制也接近完善[1-5]。但与其它措施相比，膨胀机构的研究还相对薄 弱，其在常规制冷系统中的应用更是鲜有提及。 膨胀机代替节流阀在理论上是可行的，但在实际设计制造以及用实验证明的过程中有一 定的难度。而且膨胀机应用于常规制冷循环的实践中也有可能不合理的因素。其一，常规制 冷剂制冷循环中可回收的膨胀功占压缩功的比例较小；其二，膨胀机工作过程中存在两相流 膨胀的特殊问题：流体中的液滴和气泡对部件的液击和气蚀；其三，常规工质有相当大的膨 胀比，一般达 20-40。传统的结构，如活塞式、转子式、螺杆式膨胀机，设计成这样大的膨 -1-  胀比有一定难度，研发出高效膨胀机也比较困难[6]。因此，在常规制冷循环中利用膨胀机代 替节流阀以减少不可逆损失的研究相对较少。国际上英国 CITY 大学、美国开利公司对常 规工质膨胀机的研究已进行多年。但在国内外真正研发出高效常规工质膨胀机的却鲜有报 45 50 55 60 道。 常规制冷剂回收的膨胀功虽然占压缩功比例较小，对于一般的小系统而言其回收功量可 能不能引起人们注意，但是对于大中型冷水（热泵）机组而言，其回收功量是可观的。尤其 在全国冷水（热泵）机组大量采用及相关能效标准即将出台的新形势下[1]，应用膨胀机进行 能量回收和提高系统效率更是 必要的措施。本文将对九种常规制冷剂在带膨胀机单级和双 级制冷系统中应用进行分析，选择合理的制冷剂进行膨胀机开发研究，为膨胀机开发提供理 论基础。 1 常规工质膨胀功回收系统 在制冷系统中，节流