二甲醚用于ra冰箱的实验

二甲醚用于R600a冰箱的实验研究摘要：二甲醚是一种清洁的燃料添加剂，作为制冷剂使用，它具有非常好的热力性质。作者在一台R600a冰箱上对改用二甲醚后性能进行了测试，并与R600a进行了对比，结果表明：原R600a冰箱改用二甲醚后制冷剂的最佳充注量减小，冰箱的耗电量减少约19%，制冷量增加约80％，冰箱的冷却速度更快，二甲醚比R600a更适于用作冰箱制冷剂。关键字：热力学二甲醚（DME）实验冰箱1.引言自1974年Molina和Rowland提出CFC对大气臭氧层有破坏作用以来，停止对臭氧层有破坏作用的CFCs和HCFCs制冷剂应用的呼声日益增高。目前作为过渡，HFC和一些混合工质在制冷市场上占有主流优势，但由于HFC大多都有较高的温室效应指数(GWP值)，不久也将被禁止使用，因此对臭氧层破坏作用为零、温室效应指数也为零的自然工质的使用与日俱增。由于一些自然工质的安全性问题，它们的应用都受到一定的限制。但对于冰箱等小型制冷装置，由于其充注量非常有限，象R600a等一些自然工质的应用就非常普遍。二甲醚作为制冷剂具有比R600a更好的热力性质和安全性，它在19世纪40年代就曾被用来作为制冷剂【1】，由于其可燃性，后来被其他工质所代替。近年来对二甲醚用作制冷剂的研究不断涌现，文献[2，3]都对二甲醚在冰箱上替代R12的性能进行了研究。既然二甲醚理论上具有比R600a更好的热力性质，其若能在现有R600a冰箱上取代R600a，则冰箱的安全性可进一步提高。2.二甲醚与R600a的热力性质对比2.1二甲醚的热力性质分析表1R600a和二甲醚的主要热力性质对比[4]性质DMERE1770）R600a分子量46.0758.08标准沸点℃-24.9-11.7340℃饱和蒸汽压MPPa0.880.56－20℃汽化热kJ/kkg460372.9临界温度℃127.2288135临界压力MPaa5.35583.645临界比容L/kkg3.694.236爆炸低限V％％3.4~171.8~8.44毒性等级55安全类别～23ODP值00GWP值00二甲醚是一种无色、具有醚香味的气体，具有惰性、无腐蚀性、无致癌性、无毒、可燃【2】。二甲醚虽然与R600a一样，都为可燃制冷剂，但相对于R600a，二甲醚更具有安全性，其热力性能比R600a更好。表1为R600a和二甲醚的主要热力性质对比。从表1可以看出，二甲醚比R600a有更低的标准沸点和较大的临界温度与标准沸点比值，理论上二甲醚应有比R600a更高的制冷效率；二甲醚的汽化潜热比R600a更大，在同样的制冷量下，二甲醚的充注量可以更小；二甲醚的爆炸极限比R600a更高，因此也更安全；而且作者实验表明，二甲醚与R600a一样，可以良好的溶解常用的矿物油和脂类油。因此，从理论上说，二甲醚比R600a更适合用作冰箱制冷剂。2.2二甲醚与R600a的理论制冷循环对比从图1中可以看出：二甲醚具有比R600a更高的理论制冷循环系数。图2显示，二甲醚的压缩机排气温度比R600a高，因此二甲醚直接用于R600a冰箱有可能使压缩机和冷凝器的表面温度更高。图3和图4是二甲醚与R600a的吸气比容和单位容积制冷量的对比，从以上两图中可以看出，二甲醚比R600a有更大的单位容积制冷量，更小的吸气比容，在同样制冷量下，二甲醚的压缩机可以做得更小。在同一套装置上，二甲醚可以有更大的制冷量，即冰箱有更快的降温速度。图5为二甲醚和R600a的单位容积制冷量的比值随蒸发温度的变化关系，蒸发温度越低，二甲醚与R600a的单位容积制冷量的比值越大，当蒸发温度为-20℃时，此比值约为1.84，即当蒸发温度为-20℃时，二甲醚的制冷量比R600a高约84％，二甲醚比R600a具有更好的低温性能。图1DME和R600a的理论COP对比图2DME和R600a的等熵排气温度对比图3DME和R600a的吸气比容对比图4DME和R600a的单位容积制冷量对比图5二甲醚和R600a的单位容积制冷量的比值随蒸发温度的变化3.二甲醚用于R600a冰箱的实验研究3.1实验装置本实验采用的是一直冷式冰箱，冰箱容积为209升，包括冷冻室和冷藏室，制冷剂为R600a，设计制冷剂充注量为44g，保温层采用cyclopentane，压缩机采用DanfossTLES7K。实验中温度测试采用T型热电偶，精度为±0.8℃；耗电量测定采用单相电度表，最小分度为0.01kWh。测定冰箱耗电量实验时，按国家标准GB8059－87（家用制冷器具电冰箱（冷藏箱）的测试方法）在冰箱冷冻室内放置试验包和测试包共13kg，将冰箱内试验包充分预冷，即冰箱内试验包温度不随时间有明显的降低，然后开始测量。测量时维持房间温度恒定，波动范围不超过±2℃。3.2二甲醚用于R600a冰箱的耗电量实验图6为实验测试的二甲醚和R600a的耗电量与制冷剂充注量的关系，从图中可以看出：DME和R600a都随着制冷剂的充注量的增加，耗电量先是减少，而后增大，R600a的最佳充注量约为44g，二甲醚的最佳充注量约为32g；R600a在最佳充注量下的耗电量约为0.42，二甲醚在最佳充注量下的耗电量约为0.34，二甲醚比R600a节能约19％。图6DME和R600a的耗电量与充注量的关系图7压缩机表面的温度与充注量的关系图8冷凝器表面温度与充注量的关系图9压缩机表面的温度DME和R600a对比图10冷凝器表面温度DME与R600a对比图7和图8为压缩机和冷凝器的表面温度和二甲醚的充注量的关系，从图中可以看出：压缩机表面温度虽着充注量的增加，先是降低，而后升高，在最佳充注量情况下，压缩机表面温度最低。而冷凝器表面温度随着充注量增加则是一直升高的。图9和图10为DME的压缩机和冷凝器表面温度与R600a的对比，从图中可以看出：压缩机和冷凝器表面温度的变化二甲醚与R600a基本相当，但在压缩机开启过程中，用二甲醚时的压缩机和冷凝器表面温度的升高比R600a迅速。3.3降温速度实验图11冰箱冷却速度曲线图12冰箱冷凝器表面温度维持房间温度在27±2℃，将冰箱内的试验包移除，使冰箱空载。在冰箱充分预热后，分别充注R600a(44g)和二甲醚(32g)的降温曲线如图11所示。从图中看出，充注二甲醚后，冰箱的降温曲线较陡，即降温速度较快，这是由于二甲醚的单位容积制冷量较大引起的。分别充注R600a和二甲醚时，冰箱的压缩机和冷凝器表面温度变化如图12和13所示，从图中可以看出：充注二甲醚时，冰箱冷却时压缩机和冷凝器表面温度较高，待冰箱运转平稳后，压缩机和冷凝器表面温度与R600a基本相当。图13冰箱压缩机表面温度4.结论二甲醚是一种性能良好的环保型制冷剂，且与常用润滑油有良好的溶解性，原R600a冰箱改用二甲醚后，冰箱的耗电量减少约19%，制冷量提高约80％，冰箱的冷却速度更快，而且二甲醚的最佳充注量也比R600a小，因此二甲醚比R600a更节能，更安全；在冰箱改用二甲醚后，压缩机和冷凝器的表面温度均与R600a相当，二甲醚可以用于R600a冰箱。由于二甲醚的标准沸点比R600a更低，系统内的真空度比R600a小，因此比R600a更适于用作冰箱制冷剂。致谢：本研究是在山东久泰化工科技股份有限公司的资助下完成的，在此表示感谢。参考文献：[1]曹德胜，史琳著。制冷剂使用手册，冶金工业出版社。2003[2]黄忠.