使用Ｒ４１０ａ与Ｒ２２制冷剂的平行流冷凝器性能对比研究 商允恒， 高启明， 钟瑜， 王晓光， 柴增辉 （合肥通用机械研究院，安徽合肥２３００８８） 摘要：在相同的条件下，理论分析了３￣８ｑＣ出口过冷时Ｒ２２和Ｒ４１０ａ冷凝器的换热量，结果显示： Ｒ４１０ａ冷凝器的换热量￣ｇＲ２２冷凝器大约２ｏ／ｏ－￣４％。在换热器专用测试平台上开展了使用Ｋ２２和Ｒ４１０ａ制冷 剂的平行流冷凝器性能对比试验，结果表明：在制冷剂进口温度、压力及出口过冷度相同时，Ｒ４１０ａ平行 流冷凝器的换热量略大于Ｒ２２平行流冷凝器，与理论分析趋势一致。同时还发现使用Ｒ４１０ａ平行流冷凝 器的流阻略小于使用Ｒ２２的平行流冷凝器。 关键词：平行流冷凝器；Ｒ４１０ａ；Ｒ２２；传热 ＤＯＩ：１０．３９６９／Ｊ．ＩＳＳＮ．２０９５－３４２９．２０１３．０４．０２３ 中图分类号：ＴＢ６５７．２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：２０９５—３４２９（２０１３）０４—００８８—０４ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｐａｒａｌｌｅｌ－ｆｌｏｗ Ｔｙｐｅ Ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｕｓｉｎｇ Ｒ２２ ａｎｄ Ｒ４１０ａ ＳＨＡＮＧ Ｙｕｎ—ｈｅｎｇ， ＧＡＯ Ｑｉ—ｍｉｎｇ， ＺＨＯＮＧ Ｙｕ， ＷＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｇｕａｎｇ， ＣＨＡＩ Ｚｅｎｇ—ｈｕｉ （Ｈｅｆｅｉ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｆｅｉ ２３００８８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．ａｎａｌｙｚｅ Ｒ２２ ａｎｄ Ｒ４１０ａ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｕｎｄｅｒ ３－８℃ｓｕｂｃｏｏｌｉｎｇ ｄｅ— ｇｒｅｅ．ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ：ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｕｓｉｎｇ Ｒ４１０ａ ｉｓ ２％ｔｏ ４％．ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｕｓｉｎｇ Ｒ２２． Ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｔｈｅ ｐａｒａｌｌｅｌ ｌｆｏｗ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｔｅｓｔ ｏｆ ｕｓｉｎｇ Ｒ２２ ａｎｄ Ｒ４１０ａ ｏｎ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｔｅｓｔ ｄｅｖｉｃｅ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ：ａｔ ｔｈｅ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ ｉｎｌｅｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｓｕｂｃｏｏｌｉｎｇ ｄｅｇｒｅｅ．Ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｐａｒａｌｌｅｌ ｌｆｏｗ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ ｕｓｉｎｇ Ｒ４１０ａ ｉｓ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｌｒｇｅｒ ａｔｈａｎ ｔｈａｔ ｕｓｉｎｇ Ｒ２２，ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｔｒｅｎｄｓ；ａｌｓｏ ｉｆｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎ－ ｄｅｎｓｅｒ ｌｆｏｗ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｕｓｉｎｇ Ｒ４１０ａ ｉｓ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｓｍａｌｌｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｕｓｉｎｇ Ｒ２２． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐａｒａｌｌｅｌ－ｆｌｏｗ ｔｙｐｅ ｃｏｎｄｅｎｓｅｒ；Ｒ４１０ａ；Ｒ２２；ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒ ０引言 Ｒ４１０ａ是由Ｒ３２和Ｒ１２５两种工质组成的混合制冷 在汽车空调工质替代过程中产生的。平行流冷凝器的 前身是管带式冷凝器，其材质是全铝。平行流冷凝器管 外侧采用换热性能较高的百叶窗翅片，管内侧采用矩 剂，工作压力高于Ｒ２２，具有稳定，无毒，性能优越等特 点，同时由于不含氯元素，故不会破坏臭氧层。Ｒ４１０ａ 是目前国际上认可度较高的Ｒ２２替代物，并在欧美，日 本等国家得到普及。 平行流冷凝器是一种新型高效紧凑式换热器，是 形通道，是小水力直径的多孔扁管结构。其特殊的结构 使其在制冷剂侧和空气侧的传热均得到了强化，从而 使该种型式的冷凝器的整体换热性能得到提高。目前 平行流冷凝器在汽车空调领域已得到广泛的应用，但 作者简介： 商允恒（１９７９－），男，山西晋中人，硕士，工程师，主要从事制冷及换热设备检测技术研究。 ８８ Ｉ 总Ｎ。 ．４／２０ １３ 卷 空调技术 在家用和商用空调领域的应用还处在研究阶段优越的换热其 性能和较低的制造成本正逐渐受到各个 用和商用空调厂家的重视市场前景十分广阔 。 。，使用只２２制冷剂冷凝器的理论换热量计算表 本文对比研究了平行流冷凝器采用Ｒ２２和Ｒ４１０ 的在相同工况下性能的异同分析了使用Ｒ４１０ 和Ｒ２２ ，— — ———————————————～ ：冷凝器进：＝ 口制冷剂 温度，℃ ７８．０ 冷凝器进口压力对 应的饱和温度．℃４６ 流冷凝器的换热量、制冷剂侧压降随工况变化的 和特性，对使用Ｒ４ｌ０ａ替代Ｒ２２的工作具有一定的 冷凝器进口制冷剂 压力，ｋＰａ １７７０ 冷凝器进口制冷剂 １ 理论分析 首先将两种制冷剂的理论换热性能进行比较。焓值，ｋＪ／ｋｇ ４４７．３１ １００ 理 制冷剂流量，ｋｇ／ｈ 循环示意图如苎 程中，暂不考虑制冷剂侧阻力损失。制冷系统 冷凝器出口过冷 度．℃ 图１所示。其中：２点为冷凝器制冷剂 冷凝器制冷剂出口。本文按照如下工况进行计 ，４ ５ ６ ７ 冷凝器出口制冷剂 温度，℃４３ ４２ ４１ ４０ ３９ 器进每漆 计算口过热度３２℃，冷凝器出口过冷按照３ ８ 鑫 冷凝器出口制冷剂 焓值， ｇ ２５ ３．５９ ２５２．２６ ２５０．９４ ２４９‘ 算：冷凝器进口压力４６℃对应的饱和制冷剂压力，每隔ｌ℃计算一次，制冷剂流量按照ｌ００ｋｇ／ｈ计算．６３ ２４８．３２ 。Ｒ２２冷凝器理论换 热量。ｋＷ ５・３８ ５．４２ ５．４５ ５４９ ．５．５３ 表２使用Ｒ４１Ｏａ制冷剂冷凝器的理论换热量计算衰 目 热医 ■■————————————————～冷凝器进口制冷剂 温度，℃ 一： ７８．０ 冷凝器进口压力对 应的饱和温度．℃１１１１ １ 制冷系统循环示意图 ４６ 冷凝器进口制冷剂 压力，ｋＰａ ２７９１ 冷凝器进Ｉ＝１制冷剂 器计算结果见表堡 Ｒ２２冷凝器计算结果见表１，使用Ｒ４１０ａ冷凝 焓值，ｋ． ｇ …。２。 … 从表１和表２的计算结果可以看出，。．在相同工况和 制冷剂流量，ｋｇ，Ｉｌ 冷凝器出口过冷 度．℃ 勰 ～ ４７０．３１ １００ 冷凝器换热量稍粤质量流量下，使用Ｒ４１ｏａ的冷凝器要比使用Ｒ２２ 微大一些，大约２％～４％ 。 ｊ ４ ５ ６ ７ ８ 冷凝器出１３制冷剂 温度，℃４３ ４２ ４１ ４０ ３９ ３８ 骝 蕞 冷凝器出１２１制冷剂 焓值，ｋＪ／ｋｇ ２７】｜９９ ２７０・０７ ２６８．１７ ２６６２８ ２６４．４１ ２６２５６ ．．Ｒ４１０ａ冷凝器理论 换热量，ｋＷ ５・５１ ５．５６ ５．６１ ５６６ ．５．７２ ５７７ ．２试验对比 过冷度／℃ 图２质量流量１０Ｏｋｇ，ｈ下Ｒ２２和Ｒ４１Ｏａ冷凝器理论换热量 ２．１试验原理 与过冷度关系图 为了验证前面的理论分析，需在专用换热器试验 总第１５２期董 鞋Ｉ＿ ８—９ 台上进行试验验证。冷凝器测试试验台工作系统流程 如图３所示。 试验工况按照理论计算时采用的工况，冷凝器进 口压力４６￣Ｃ对应的饱和压力，冷凝器进口过热度３２￣Ｃ， ７ ｌ 冷凝器出口过冷度按照６℃和８℃进行 测试。 ２．２试验结果 对某平行流冷凝器按照出口过冷 度６￣Ｃ和８℃两种情况进行了测试，为 了保证试验有效性和代表性，分别在 风量２４５０ｍ３／ｈ和２８００ｍ３／ｈ进行了试验。 使用Ｒ２２制冷剂平行流冷凝器的 试验结果见表３。 表３使用Ｒ２２制冷剂冷凝器的实测数据表 测试结果 图３换热器测试系统图 冷凝器测试系统原理介绍：空气侧采用空气处理 系统控制冷凝器进风干球温度，采用引风机为冷凝器 提供一定的风量。在冷凝器空气侧进口处和出口处设 有干球温度、湿球温度传感器，根据ＧＢｆｒ １７７５８—２０１０［３Ｊ 中的空气焓差法可以测得空气侧换热量。制冷剂侧在 冷凝器进、出口处设置温度、压力传感器，可以测得冷 凝器制冷剂侧进、出的温度和压力。测试时通过改变变 频压缩机的转速控制冷凝器进口的压力，通过调整过 热度调节器改变冷凝器进口温度，通过改变系统内的 制冷剂充注量改变冷凝器出口的过冷度。通过冷凝器 制冷剂侧的温度、压力可以计算出冷凝器制冷剂侧进、 出１５１的焓值。结合测试系统中的质量流量计，根据制冷 剂液体流量计法，可以计算出制冷侧的换热量。 －—一表４使用Ｒ４１ ０Ａ制冷剂冷凝器的实测数据表 测试项目 测试结果 冈量２４５０ｍ３／ｈ时使用Ｒ２２实际换热量与过冷度关系 风量２４５０ｍ３／ｈ时使用Ｒ４１０ａ实际换热量与过冷度关系 ——＼ ＼、 ＼ ４ ５ ６ ７ ８ ９ 过冷度／℃ 图４风量２４５０ｍ３／ｈ时使用Ｒ２２和Ｒ４１０ａ平行流换热器换热量 与过冷度的关系图 使用Ｒ４１０ａ制冷剂平行流冷凝器的试验结果见 表４。 使用Ｒ２２与Ｒ４１０ａ的平行流冷凝器换热量与过冷 ９。ｌ 删蕞 ７ ７ ７ ７ ７ ７ ７ ７ －－—－风量２８００ｍ３／ｈ时使用Ｒ２２实际换热量与过冷度关系 ——８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ １ ７ —一Ｒ２２制冷剂流量与流阻关系图 ——风量２８００ｍ３／ｈ时使用Ｒ４１０ａ实际换热量与过冷度关系 Ｒ４１０ａ￣］冷剂流量与流阻关系图 ， － 、、 ， ， ， ＼ ＼ ＼ ， ， 盛 ＿／．．１ ， ／ ／ ’ ／ ／ ／ ４ ５ ６ ７ ８ ９ ／ 过冷度，℃ 图５风量２８００ｍＵｈ时使用Ｒ２２和Ｒ４１Ｏａ平行流换热器换热量 １１５ １２０ １２５ １３Ｏ １３５ １４０ 与过冷度的关系图 制冷剂流量／ｋｇ／ｌ１ 图６ Ｒ２２￣１３Ｒ４１０ａ制冷剂流量与流阻关系趋势图 度的关系趋势如图４和图５所示。 ３结语 本文对使用Ｒ２２和Ｒ４１０ａ制冷剂的冷凝器进行了 理论分析，理论分析显示Ｒ４１０ａ的性能略优于Ｒ２２。对 一从图４和图５的趋势中可以看出，过冷度较小时使 用Ｒ２２和Ｒ４１０ａ平行流换热器换热量相差较小，过冷度 较大时，使用Ｒ４１０ａ的平行流换热器换热性能要比使 勰 加 ” ¨ ¨ｍ 用Ｒ２２的好一些。 平行流换热器分别采用Ｒ２２和Ｒ４１０ａ进行了测试， 试验结果表明，Ｒ４１０ａ的流阻和换热性能等参数略优 于Ｒ２２。在平行流冷凝器中，可以使用Ｒ４１０ａ替代Ｒ２２。 为在其他类型冷凝器中使用Ｒ４１０ａ替代Ｒ２２提供了理 论和试验依据，为类似的系统设计提供了一定的参考 意义 参考文献： 【１］吴业正，韩宝琦，等．制冷原理与设备［Ｍ］．西安交通大学出版社，１９８７． Ｒ２２和Ｒ４１０ａ制冷剂流量与流阻关系趋势图如图６ 所示。 从图６中可以看出，使用Ｒ４１０ａ的平行流换热器流 阻略要比使用Ｒ２２的平行流换热器低约１５％～４０％。这 决定了在相同情况下，过冷度越大（即制冷剂流量越 小），使用Ｒ４１０ａ的平行流冷凝器比使用Ｒ２２的平行流 冷凝器换热性能越好。 从以上情况可以看出，试验结果与理论计算结果 基本一致，表明Ｒ４１０ａ替代Ｒ２２在平行流冷凝器中使 【２］段雪涛，高凤玲，邬志敏，等．Ｒ４１０Ａ替代Ｒ２２空调蒸发器的换热性能 『Ｊ１．河南科技大学学报（自然科学版），２００９，３０（２）：４． 【３］ＣＢ／Ｔ１７７５８—２０１０．单元式空调机［ｓ］．２０１０． 用，其性能基本相当，使用Ｒ４１０ａ的平行流冷凝器性能 略优于使用Ｒ２２平行流冷凝器的性能，使用Ｒ４１０ａ的平 行流冷凝器的流阻小于使用Ｒ２２的平行流冷凝器。 收稿日期：２０１３—０６—０６ 修回日期：２０１３—０７－０１ （上接第９５页） （４）传感器精度对于温度湿度的控制至关重要，同时 高速更新特别是模拟量的快速更新的控制器是最终完 成±０．１℃自控控制的设备关键； 参考文献： ［１】ＧＢ５００７３—２００１．洁净厂房设计规范［Ｓ】．北京：中国计划出版社，２００１． ［２Ｊ陆耀庆．实用供热空调设计手册【Ｍ】．２版．北京：中国建筑工业出版社， １９９３． （５）在受控区域空调机组水阀虽采用了高灵敏的电 动调节水阀，但由于电动水阀本身的交流电机的散热 会不规律地传人运行系统，在初期不免影响到控 制的稳定。建议以后的工程中尽量选取同样快速响应 性能的气动阀门。 【３］陈霖新，等．洁净厂房的设计与施工［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００２． 收稿日期：２０１３—０５—２４ 修回日期：２０１３—０６—１３ 总第１５２期第３４卷ｌ＿ ９ ｌ Ｎ ／２０ １３ ｏ期．４第倦
