自动复叠制冷系统非共沸混合工质组分变化特性

芮胜军　张 华　贺 滔 　罗 浩

(1 河南科技大学车辆与交通工程学院　洛阳　471003；2 上海理工大学制冷技术研究所　上海　200093)



自动复叠制冷系统非共沸混合工质组分变化特性

芮胜军1,2张 华2贺 滔1罗 浩1

(1 河南科技大学车辆与交通工程学院洛阳471003；2 上海理工大学制冷技术研究所上海200093)

非共沸混合工质冷凝是温度不断降低的等压冷凝过程，气相和液相组分不断变化。当冷凝器出口温度为300 K时，液相混合工质R600a/R23/R14的质量分数为78.04/12.62/9.34，冷凝液大部分为R600a，但含有相当数量的中低沸点工质。冷凝温度降低至280 K时，R600a在气相中的比例为9.8%，即使冷凝温度降低到质量分数35/35/30的泡点温度249.49 K，R600a在气相的质量分数仍然占2.67%。相分离器I能够分离78.04%的高沸点工质R600a，但低沸点工质R14在液相中占9.34%。相分离器II只能分离30.27%的R23，12.62%依靠相分离器I分离，其余的R23都被带入到蒸发器。R600a在蒸发器内仍然有6.31%的含量，低沸点工质R14在蒸发器内占45.64%。

自动复叠制冷；R600a/R23/R14；组分变化特性；非共沸混合工质

非共沸混合制冷工质在自动复叠制冷系统中循环流动，通过自身热力状态的变化实现能量相互转换和制冷。工质在要求的低温下蒸发，从被冷却对象中吸取热量；在较高的温度下等压冷凝，向外界排放热量。只有在工作温度和压力范围内能够气化和凝结的物质才有可能作为制冷工质使用，多数制冷工质在常温常压下呈气态。工质是实现制冷必不可少的内部条件，其种类和性质对能量转换有直接影响。

自动复叠制冷系统研究早期常用的制冷工质有R12，R13和R21等[1-3]破坏环境较严重的制冷剂，随着人们环保意识的不断增强，这些工质已经被淘汰，这就需要寻找适合于自动复叠制冷系统的新型替代工质。适合于自动复叠制冷系统的环保制冷剂较少，很多具有可燃性，近年来对混合制冷剂的性能研究较多[4-6]，涉及混合制冷工质气液相平衡特性、传热特点和工质的组分变化等。公茂琼等[7-9]研究了混合制冷工质在两相流道中相积存造成混合物浓度变化的问题，以及混合物温度等参数对浓度变化的影响，根据两相流动相积存造成的低温混合工质浓度变化特征建立了数学描述模型，得出了由相积存造成浓度变化的计算表达式。陈光明等[10-11]计算了混合制冷工质R32/R134a与R22的理论循环性能，对于变浓度系统进行了实验验证，得到变浓度装置应该设在有液态工质流出位置的结论，采用精馏柱进行组分调整比气液分离器或储液罐效果好。许雄文等[12-13]建立了非共沸混合工质两相区换热流动工质浓度偏移的数学模型，得出了浓度偏移发生的必要条件，研究了混合工质两相区流动换热的浓度偏移规律。Nayak H G等[14-15]研究了自动复叠制冷系统液相节流和气相节流混合制冷工质的节流特点，讨论了氮-碳氢化合物、氩-碳氢化合物等工质对在120 K温区的应用性能，分析了混合制冷工质的组分变化规律。邵亮亮等[16]研究了R407系列混合工质的浓度变化特性，其浓度特征线反映了非共沸混合制冷剂浓度变化后各组分之间的联系，虽然充灌量或泄漏会使工质组分浓度发生变化，但其浓度仍与初始浓度有着紧密关系。

非共沸混合制冷工质物性的研究不仅包括黏性、导热性、比热容、与润滑油的溶解性和溶水性等纯制冷工质所包括的所有性能，还要研究气液相平衡、液固相平衡和混合工质的相互作用特性。自动复叠制冷系统结构相对比较简单，但非共沸混合制冷工质的工作机制非常复杂。

1 非共沸混合制冷工质选择

自动复叠制冷系统使用混合制冷工质通过单台压缩机实现多级复叠，在小型低温制冷领域具有优势。与多级压缩和经典复叠系统相比，自动复叠制冷系统结构简单、性能可靠、操作简便。系统中制冷工质比例的选取相当重要，直接影响系统的运行效果、系统的经济性和可靠性等。适用于自动复叠制冷系统的混合制冷剂可以分为三类[17-18]：

1)高沸点制冷剂：R600a (isobutene)，R134a (CF3CH2F)，R22 (CHClF2) 和R290 (propane)；

2)中沸点制冷剂：R23 (CHF3)，R32 (CH2F2)，R170 (ethane)，R744 (carbon dioxide) 和R1150 (ethylene)；

3)低沸点制冷剂：R14 (CF4)，R50 (methane)，N2(nitrogen) 和Ar (argon)。

自动复叠制冷系统常用制冷工质的主要热物性参数见表1。

表1 制冷工质热物性参数

非共沸混合工质在定压下沸腾时，露点线与泡点线呈鱼形曲线。混合物在定压下相变(蒸发或冷凝)时，伴随有一定的温度变化，变化量为混合成分所对应的露点与泡点温度之差，称为相变温度滑移。在相变过程中，气相与液相的成分不相同，各自都发生变化，热交换器中制冷工质的实际沸点取决于工质的压力。当液体混合工质达到其泡点温度时，如果继续吸收热量，液体就开始沸腾汽化。当最后一滴液体在冷却盘管(蒸发器)内沸腾(蒸发)时，蒸发温度就升至“露点”。“沸程”就是“露点”和“泡点”之间的温度差，等同于“温度滑移”。 自动复叠制冷系统所用非共沸混合工质在循环过程中自动实现各工质的分凝、分离和混合过程，这决定了其循环过程不同于纯工质和共沸混合工质，选择混合工质时除了需要满足一般制冷工质的热力学性质、安全性、物理性质和化学性质的要求外，还必须考虑以下几点：

1)工质标准沸点的距离。各工质标准沸点之间的差距越大越有利于分凝和分离，且分离得到的低温工质的纯度越高，但冷凝压力也越高。如果各工质标准沸点之间的差距太小，分凝难度就较大，分离后得到的低温工质的纯度也较低，导致蒸发温度难以满足要求，蒸发过程中温度滑移过大。根据单级压缩机的压比和毛细管前后的压差所能得到的降温效果，相邻工质标准沸点间的差距基本上保持在40 K～80 K的范围。

2)工质之间物理和化学性能。工质的混合过程是一个不可逆过程，分子间会产生相互的微观极性作用；各工质应该相溶，但不能形成共沸溶液；在循环过程的温度区间各工质间不产生化学反应。混合工质应具有一定的温度滑移区间，对于多次分凝分离循环尤为重要。混合工质在两相区才能进行气液分离，多次分凝自动复叠制冷系统需要进行多次分离，混合工质应具有较宽的温度滑移区间。

3)制冷工质的应用。制冷工质根据成分种类可以分为：CFC(氯氟烃)类、HCFC(氢氯氟烃)类、HFC(氢氟烃)类和HC(碳烃化合物)类等。制冷工质的大量排放，会破坏大气臭氧层，还会助长温室效应，加速全球气候变暖。

相平衡特性是非共沸混合制冷工质的基础理论，依据它可以确定工质与对应循环热力工况参数的适用性。图1表示R600a，R22，R290， R134a，R23和 R14等的饱和蒸气压力与饱和温度的对应关系。对于高温级制冷工质，当饱和温度一定时，R600a，R22，R290和R134a四种工质对应的饱和压力非常接近，都可以作为高温级制冷工质，由于R22的ODP值不为零，所以R600a，R290和R134a都可以作为高温级制冷工质。R744作为制冷工质最大的特点是冷凝压力较高，自动复叠制冷系统排气压力相对较高，如果采用R744作为高温级制冷工质不仅使压力进一步增大，而且使设备和管道系统的强度增大，造成系统庞大笨重。R1150(乙烯)容易燃烧，化学稳定性较差，使用时危险性较大。R32由于良好的ODP和GWP性能，近年来使用范围逐渐扩大，但由于标准沸点在220 K附近，与其配组的其他工质不容易选择。R23和R14的ODP为零，但GWP相对较高，也不是很理想的选择，但在目前情况下很难找到与其对应温度段更好的替代工质。R50是易燃工质，应用于自动复叠制冷系统具有一定的危险性。

图1 饱和蒸气压和温度Fig.1 Saturated vapor pressure and temperature

综合考虑各种工质的物性参数，分析利弊，结合三级自动复叠制冷系统的特点和温度范围，选择了三种工质：R600a，R23和R14。这三种工质均不含对臭氧层有破坏作用的Cl原子，R23和R14的GWP相对较高，但其化学稳定性较好。R600a和R23的标准沸点相差70.27 K，R23和R14的标准沸点相差46.03 K，温差范围比较理想。R600a是碳氢化合物，存在于自然界，GWP为20，安全等级A3(高度可燃、低毒性)。R600a与矿物油互溶，价格低，易获得，因其可燃，主要用于充注量小的制冷装置中。R23的标准沸点为191.13 K，临界温度为299.29 K，主要用于复叠式制冷装置。R14的ODP为零，GWP为5 700，安全等级A1，标准沸点145.1 K，适用温度范围为140 K到170 K。R14的分子中含有较多的氟原子，没有氢原子，化学稳定性好，用于低温化学和低温医学研究，常作为复叠制冷装置的低温工质。

2 非共沸混合制冷工质冷凝过程

非共沸混合工质在定压下冷凝时温度逐渐降低，各工质在气相和液相的质量分数也逐渐变化。表2所示为根据NIST refprop 8.0软件计算的混合工质冷凝过程特性，压力恒定为冷凝压力2.0 MPa，温度由压缩机出口380 K逐渐减小，三元混合工质R600a/R23/R14的充注质量分数为35/35/30。当温度降低到冷凝器出口温度300 K时，冷凝器内的干度为0.72，此时冷凝的液体量仅占28%左右，大部分仍然为气相混合工质。

压缩机排出的高温高压混合工质气体在冷凝器冷却介质的作用下温度逐渐降低，当达到324.54 K时开始有混合工质液滴析出。最初出现的液滴并不是纯净的R600a工质，其中R600a的质量分数为86.55%，R23的质量分数为7.43%；R14的质量分数为6.02%。随着温度逐渐降低，混合工质气体逐渐冷凝为液体，所冷凝的液体中R23和R14的质量分数逐渐增多，R600a的质量分数逐渐减少。在324.54 K到249.49 K之间为混合制冷工质逐渐冷凝的过程，到249.49 K混合工质全部冷凝为液体，但冷凝的液滴并不是纯净的R14工质，其中R600a的质量分数为2.68%，R23的质量分数为32.73%，R14的质量分数为64.59%，混合液体工质的质量分数分别为35%，35%和30%。整个冷凝过程液相中R14的质量分数由6.02%逐渐增加到30%，R23的质量分数由7.43%逐渐增加到35%，R600a的质量分数由86.55%逐渐减小到35%。气相中R14的质量分数由30%逐渐增加到64.59%，R23的质量分数先增大后减小，R600a的质量分数逐渐由35%减小到2.68%。这三种工质始终处于混合状态，很难达到完全分离。

表2 混合工质在2.0 MPa时的冷凝特性

3 非共沸混合制冷工质循环特性

图2所示为一种三级自动复叠制冷系统原理图。混合制冷工质经过压缩机压缩后进入冷凝器，在冷凝器中混合制冷工质温度不断降低，达到其露点温度以后有液相析出，高沸点工质在冷凝器内大部分被冷凝为液体，中低沸点工质大部分仍然保持气态。从冷凝器出来的气液混合物经干燥过滤器后进入相分离器I，在重力作用下气体与液体实现自动分离：高沸点工质液体经相分离器I底部送至毛细管节流，然后在冷凝蒸发器I低压通道中蒸发制冷，蒸发后的气体回到压缩机吸气管路；中低沸点工质气体混合物经相分离器I的上部进入冷凝蒸发器I高压通道变温部分冷凝，大部分中沸点工质冷凝为液体，而低沸点工质仍然保持气态。从冷凝蒸发器I出来的气液混合物进入相分离器II，在重力作用下气体与液体实现自动分离。中沸点工质冷凝液经节流后在冷凝蒸发器II低压通道中蒸发制冷，释放冷量后回到压缩机吸气管路。从相分离器II上部流出的低沸点工质气体在冷凝蒸发器II高压通道中被冷凝为过冷液体，冷凝液经低温级节流降温进入蒸发器蒸发制冷，蒸发后气体进入吸气管路与中高沸点工质气体汇合回到压缩机。

图2 三级自动复叠制冷系统原理图Fig.2 Schematic diagram of three-stage auto-cascade refrigeration system

本文为了突出主要研究对象，根据上述自动复叠制冷系统的流程特点，结合制冷装置实验系统的实际情况，作了如下假设：

1)混合制冷工质在管路系统内的流动压力损失忽略不计，只有两个压力分别为蒸发压力(系统低压)和冷凝压力(系统高压)。毛细管中的节流过程为等焓降压降温过程，降压范围从高压2.0 MPa到低压0.2 MPa。

2)压缩过程为等熵压缩过程，忽略压缩机与周围环境的热量交换。润滑油经油分离器后被完全分离回流到压缩机，除压缩机外其他设备中混合制冷工质没有润滑油成分。

3)系统抽真空后不存在其他杂质和不凝性气体成分，系统中仅有混合工质R600a/R23/R14的液相和气相组分。

4)两个冷凝蒸发器和蒸发器对外界有热量交换，存在冷量散失。相分离器为绝热设备，与外界没有热量交换，经过相分离器后气相和液相的温度与进口混合工质的温度相同。混合为绝热过程，与外界没有热量交换。

5)相分离器具有储液器以及自动调节制冷工质气液成分比例的作用，其所储存的气体和液体比例与冷凝器出口的比例相同。相分离器可以实现进入其内部的液体和气体工质的全部分离，气液工质之间没有相间转化，气相和液相都处于饱和状态，且进口和出口的温度相同。

随着冷凝温度不断降低，R600a在气相中所占的比例从开始冷凝时的质量分数35%逐渐单调减小。冷凝器出口温度通常在280 K～300 K之间，这个温度按照理论被认为是相分离器I的恒定温度。由图3可以看出，在这个温度区间段R600a并没有被完全冷凝为液体，在300 K时气相中的质量分数为18.25%，在280 K时气相中的质量分数为9.8%；即使冷凝到此质量分数下，气相中(混合工质的泡点温度249.49 K)R600a的质量分数仍然有2.67%。R23在气相中的质量分数比较特殊，随着温度的降低先增大后减小，冷凝初期R600a的冷凝速度较快，R23和R14相对冷凝的量较少，使R23在气相中的质量分数有所增加；随着冷凝过程的进一步加深，R600a所能冷凝的量逐渐减小，这时R23冷凝的量所占的比例较大，造成R23在气相中的质量分数逐渐减小。R14相对R600a和R23为不凝性气体，虽然它在液相中占有少量的比例，整体上R14在气相中的质量分数单调增加。冷凝器出口混合工质气、液相比例为相分离器I的气、液相工质比例，经过相分离器I完全分离为液相和气相。

图3 相分离器I的气相质量分数Fig.3 Vapor phase mass fraction of phase separator I

相分离器II的温度由冷凝蒸发器I高压通道出口温度决定，温度变化范围更大，影响因素更多。比较理想化的温度段为240 K～260 K，如图4所示。混合气体工质经过冷凝蒸发器I高压通道进一步冷凝，R600a经过冷凝蒸发器I后并没有被完全冷凝为液体。例如，250K时R600a在气相中的质量分数为2.5%；泡点温度233.93 K时R600a仍然有0.9%的残余量。随着温度的逐渐降低R23在气相中的质量分数略有增加，然后快速减少。因为冷凝前期阶段R600a仍然有相当大的比例，R600a在冷凝前期减少较快，使R23的质量分数相对增大；随着温度进一步降低，主要冷凝对象成为R23，使R23在气相混合物中所占比例减小比较快。R14相对R600a和R23仍然为不凝性气体，虽然它在液相中的质量分数有所增大，整体上R14在气相中的质量分数单调增加。当温度低于260 K时，R23和R14在气相中的质量分数有一个转折点，经过这个温度以后R23冷凝速度加快，其在气相中的质量分数显著减小，相应的R14在气相中的质量分数显著增大。

混合工质经过相分离器两次分离以后组分变化如图5所示。图中：1为冷凝器混合工质组分，2为相分离器I气相出口组分，3为相分离器II气相出口组分。

根据自动复叠制冷系统理论分析，相分离器I的作用是分离非共沸混合工质中的R600a，但是由图3的理论分析可以看出，相分离器I并不能实现R600a的完全分离，经过相分离器I后混合工质中仍然有18.25%的R600a，即使经过相分离器II分离，混合工质中仍然有6.31%的R600a。相分离器II的作用是分离混合工质的R23，但是相分离器II只能分离30.27%的R23，12.62%依靠相分离器I分离，其余的R23都被带入蒸发器。蒸发器内混合制冷工质R600a/R23/R14的质量分数为6.31/48.05/45.64，并不是纯制冷工质R14， R23的质量分数大于R14的质量分数。

图4 相分离器II的气相质量分数Fig.4 Vapor phase mass fraction of phase separator II

图5 混合工质组分变化Fig.5 Composition change of mixtures

4 结论

通过对非共沸混合工质组分变化特性的研究，根据自动复叠制冷系统的特点和制冷工质物理化学性能，确定了混合工质的种类为R600a/R23/R14。混合工质在冷凝压力2.0 MPa和蒸发压力0.2 MPa的定压特性是自动复叠制冷系统的重要热力性能，冷凝过程和蒸发过程都按照定压过程研究，可得到以下结论：

1)当冷凝器出口温度为300 K时，液相混合工质R600a/R23/R14的质量分数为78.04/12.62/9.34，冷凝液大部分为R600a，但含有相当数量的中低沸点工质。

2)相分离器II只能分离30.27%的R23，12.62%依靠相分离器I分离，其余的R23都被带入蒸发器。

3)R600a在蒸发器内仍然有6.31%的含量，低沸点工质R14在蒸发器内占45.64%。

本文受河南省重点攻关项目(152102210279)、河南省高等学校重点科研项目(15A470001)和河南科技大学青年科学基金 (2015QN014) 项目资助。(The project was supported by Key Projects of Henan Province(No.152102210279), Outstanding Scientific Research Project of Henan Province(No.15A470001) and Youth Science Foundation of Henan University of Science and Technology(No.2015QN014).)

[1]Missimer D J. Refrigerant conversion of auto-refrigeration cascade(ARC) system[J]. International Journal of Refrigeration, 1997, 20(3): 201-207.

[2]Swinney J, Jones W E, Wilson J A. The impact of mixed non-azeotropic working fluids on refrigeration system performance[J]. International Journal of Refrigeration, 1998, 21(8): 607-616.

[3]Maytal B Z, Nellis G F, Klein S A, et al. Elevated-pressure mixed-coolants Joule-Thomson cryocooling[J]. Cryogenics, 2006, 46(1): 55-67.

[4]Giuliani G, Hewitt N J, Donati F M, et al. Composition shift in liquid-recirculation refrigerating systems: an experimental investigation for the pure fluid R134a and the mixture R32/134a[J]. International Journal of Refrigeration, 1999, 22(6): 486-498.

[5]Idrissi M Y, Bonjour J, Meunier F. Local shifts of the fluid composition in a simulated heat pump using R-407C[J]. Applied Thermal Engineering, 2005, 25(17/18): 2827-2841.

[6]Maytal B Z, Pfotenhauer J M. Miniature Joule-Thomson cryocooling [M]. Springer Press, 2012.

[7]公茂琼. 两相流中相积存造成多元混合制冷剂浓度变化分析[J]. 制冷学报, 2006, 27(4): 10-12. (GONG Maoqiong. Composition shift due to phase hold-up in two phase flow for multi-component mixed-refrigerant[J]. Journal of Refrigeration, 2006, 27(4): 10-12.)

[8]公茂琼. 水平管内相积存造成深冷混合工质变浓度分析[J]. 工程热物理学报, 2006, 27(s1): 45-48. (GONG Maoqiong. Analysis on the composition shift for low-temperature mixed-refrigerant caused by phase holdup in a horizontal pipe[J]. Journal of Engineering Thermophysics, 2006, 27(s1): 45-48.)

[9]邓昭彬, 公茂琼, 吴剑峰. 无油压缩机驱动的混合工质节流制冷机工质浓度变化特征的实验研究[J]. 制冷学报, 2006, 27(6):5-9. (DENG Zhaobin, GONG Maoqiong, WU Jianfeng. Experiment study on compositions shift in a multi-component mixed-refrigerant Joule-Thomson cryocooler driven by an oil-free compressor[J]. Journal of Refrigeration, 2006, 27(6): 5-9.)

[10] 陈光明, 张丽娜, 陈斌. 混合工质变浓度空气源热泵系统的研究[J]. 工程热物理学报, 2006, 27(2): 202-204. (CHEN Guangming, ZHANG Lina, CHEN Bin. Study of an air source heat pump with altering concentration of mixture refrigerant[J]. Journal of Engineering Thermophysics,2006, 27(2): 202-204.)

[11] 刘利华, 张丽娜, 陈光明. 混合工质变浓度容量调节装置的研究现状[J]. 制冷学报, 2007, 28(6): 35-40. (LIU Lihua, ZHANG Lina, CHEN Guangming. Capacity modulation device with changing concentration of mixture refrigerant: a state of the art review[J]. Journal of Refrigeration,2007, 28(6): 35-40.)

[12] 许雄文, 刘金平, 曹乐, 等. 非共沸混合工质在制冷循环中浓度偏移分析[J]. 化工学报, 2011, 62(11): 3066-3072. (XU Xiongwen, LIU Jinping, CAO Le, et al. Composition shift analysis of zeotropic mixed refrigerant in refrigeration cycle[J]. Journal of Chemical Engineering, 2011, 62(11): 3066-3072.)

[13] Xu Xiongwen, Liu Jinping, Cao Le. Mixed refrigerant composition shift due to throttle valves opening in auto cascade refrigeration system[J]. Chinese Journal of Chemical Engineering, 2015, 23(1):199-204.

[14] Nayak H G, Venkatarathnam G. Performance of an auto refrigerant cascade refrigerator operating in gas refrigerant supply (GRS) mode with nitrogen-hydrocarbon and argon hydrocarbon refrigerants[J]. Cryogenics, 2009, 49(7):350-359.

[15] Venkatarathnam G. Cryogenic mixed refrigerant processes [M]. Springer Press, 2008.

[16] 邵亮亮, 张春路. 三元混合工质R32/R125/R134a的组分浓度变化特征线及其对循环性能的影响[J]. 制冷学报, 2005, 26(3): 30-32. (SHAO Liangliang, ZHANG Chunlu. Concentration characteristic line of refrigerant mixture R32/R125/R134a and its performance analysis[J]. Journal of Refrigeration, 2005, 26(3): 30-32.)

[17] 芮胜军, 张华, 黄理浩, 等. 两级自动复叠低温冰箱的理论及实验研究[J]. 机械工程学报, 2014, 50(2): 159-164. (RUI Shengjun, ZHANG Hua, HUANG Lihao, et al. Theory and experimental study of two-stage auto-cascade low temperature refrigerator[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2014, 50(2): 159-164.)

[18] 芮胜军, 张华, 王洪年, 等. 自复叠制冷系统中套管式冷凝器的应用研究[J]. 制冷学报, 2014, 25(2): 13-18. (RUI Shengjun, ZHANG Hua, WANG Hongnian, et al. Study on application of double-pipe condenser for auto-cascade refrigeration[J]. Journal of Refrigeration, 2014, 25(2): 13-18.)

About the corresponding author

Rui Shengjun, male, doctor, lecturer, Henan University of Science and Technology, Vehicel & Transportation Engineering Institute,+86 379-64231480, E-mail: sjrui@163.com. Research fields: performance of small refrigeration system.

Composition Change Characteristics of Non-azeotropic Mixtures of Auto-cascade Refrigeration System

Rui Shengjun1, 2Zhang Hua2He Tao1Luo Hao1

(1. Vehicle & Transportation Engineering Institute, Henan University of Science and Technology, Luoyang, 471003，China; 2. Institute of Refrigeration Technology, Shanghai University of Science and Technology, Shanghai, 200093，China)

The condensation process of non-azeotropic mixed refrigerant is a isobaric process. Meanwhile, the concentrations of vapor and liquid continuously change. When the outlet temperature of condenser is 300 K, the mass fraction of R600a/R23/R14 in liquid phase mixture is 78.04/12.62/9.34, respectively. The R600a is the dominant component in the liquid mixtures. However, it also contained considerable amounts of middle and low boiling refrigerants. When the condensing temperature is reduced to 280 K, the mass fraction of R600a in vapor is 9.8%. Even if the condensing temperature is decreased to 249.49 K (the bubble point temperature of 35%R600a/35%R23/30%R14), the mass fraction of R600a in vapor phase still reaches 2.67%. The vapor-liquid equilibrium gravity separation method couldn′t separate mixed refrigerants completely. The separation ratio of R23 by phase separator I and phase separator II are 12.62% and 30.27%, respectively. The rest of the R23 goes into the evaporator. Phase separator I could separate 78.04% of the refrigerant R600a with high boiling point temperature. There are 9.34% R14 (low boiling refrigerant) in liquid phase. The mass fraction of R600a in evaporator still reaches 6.31%, the low boiling refrigerant R14 accounts for 45.64%.

auto-cascade refrigeration system; R600a/R23/R14; composition change characteristics; non-azeotropic mixtures

0253- 4339(2016) 04- 0039- 07

10.3969/j.issn.0253- 4339.2016.04.039

国家自然科学基金 (51176124) 资助项目。 (The project was supported by the National Natural Science Foundation of China(No.51176124).)

2015年10月2日

TB657;TB64

A

简介

芮胜军，男，博士，讲师，河南科技大学车辆与交通工程学院，(0379)64231480，E-mail: sjrui@163.com。研究方向：小型制冷系统性能研究。