混合工質(zhì)林德節(jié)流制冷技術(shù)的發(fā)展分析

黃千衛(wèi)，劉妮，由龍濤

（上海理工大學(xué)制冷與低溫工程研究所，上海 200093）

混合工質(zhì)林德節(jié)流制冷技術(shù)的發(fā)展分析

黃千衛(wèi)，劉妮，由龍濤

（上海理工大學(xué)制冷與低溫工程研究所，上海 200093）

單工質(zhì)單級(jí)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)是目前最成熟的制冷技術(shù)，但在低溫溫區(qū)（-40℃以下）具有一定局限性，而混合工質(zhì)節(jié)流制冷技術(shù)能夠適應(yīng)不同溫區(qū)，特別在深低溫區(qū)極具研究價(jià)值。本文介紹了共沸、近共沸及非共沸混合物制冷劑的原理及特點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，共沸和近共沸混合工質(zhì)制冷劑與單工質(zhì)具有相似的性質(zhì)；單級(jí)壓縮混合工質(zhì)制冷機(jī)依靠非共沸混合制冷劑的高度溫變相變特性實(shí)現(xiàn)深度制冷。闡述了一種混合工質(zhì)林德循環(huán)系統(tǒng)（LHR）的國內(nèi)外發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀，指出LHR經(jīng)歷了開式循環(huán)、多級(jí)壓縮閉式和單級(jí)壓縮閉式循環(huán)3個(gè)發(fā)展階段。最后結(jié)合混合工質(zhì)林德循環(huán)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，提出了增加風(fēng)冷預(yù)冷器、回?zé)崞靼l(fā)泡保溫等改進(jìn)措施及研究優(yōu)化重點(diǎn)，包括混合工質(zhì)組分及最佳配比、熱物性計(jì)算、換熱器保溫等方面的優(yōu)化。

混合物；林德循環(huán)；制冷；節(jié)流

伴隨著社會(huì)發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)的要求，低溫技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣，-40～-120℃溫區(qū)的制冷低溫技術(shù)有著良好的發(fā)展前景[1-4]，該溫區(qū)在能源、食品、醫(yī)療、化工、生物、電子、軍工和空間技術(shù)等眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)以來，隨著對(duì)液態(tài)氧、液態(tài)氮以及液化天然氣等液化氣體的需求，-120～-200℃溫區(qū)的深低溫制冷技術(shù)也越來越受到人們的重視。傳統(tǒng)的單級(jí)蒸汽壓縮節(jié)流制冷機(jī)可以滿足普冷溫區(qū)的制冷需求，并且具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠以及制冷系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，是目前最成熟、應(yīng)用最廣泛的制冷技術(shù)。但是，如果用單工質(zhì)單級(jí)蒸汽壓縮基本循環(huán)制取-40℃以下的低溫，則必須降低制冷劑的蒸發(fā)壓力，由于冷凝壓力受環(huán)境溫度限制，必須保持在一定范圍，必然導(dǎo)致壓縮機(jī)壓比增大、壓縮機(jī)吸氣比容迅速下降及排氣溫度急劇上升、節(jié)流過程的不可逆損失大大增加等問題[5]。因此，在由外界環(huán)境溫度決定的冷凝壓力的制約之下，單工質(zhì)的基本循環(huán)一般只應(yīng)用在-40℃以上的溫區(qū)。

為了尋求新的途徑，使得單級(jí)壓縮節(jié)流系統(tǒng)能夠應(yīng)用于-40℃以下乃至深冷低溫區(qū)域，國內(nèi)外進(jìn)行了大量的科研投入。從20世紀(jì)70年代以來，由于新型混合工質(zhì)開始提出以及廣泛應(yīng)用，使多元混合工質(zhì)節(jié)流制冷技術(shù)在低溫領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于混合工質(zhì)節(jié)流制冷具有很高的靈活性，可以在硬件系統(tǒng)不作大的改動(dòng)下，通過充配不同工質(zhì)或調(diào)整組分配比實(shí)現(xiàn)不同的制冷溫度（80～243K）。因此，混合工質(zhì)節(jié)流制冷正在成為液氮溫度（80K）以上溫區(qū)內(nèi)的主要制冷技術(shù)，并是低溫領(lǐng)域甚至普冷領(lǐng)域共同的熱點(diǎn)課題。

目前為止，在深低溫領(lǐng)域內(nèi)有兩種系統(tǒng)有了較為成熟的理論和實(shí)際應(yīng)用：一種是林德循環(huán)或稱Linde-Hampson[6-7]節(jié)流制冷機(jī)（簡稱LHR），即指混合工質(zhì)在循環(huán)的過程中有內(nèi)部換熱過程的單級(jí)壓縮循環(huán)；另一種是含有混合工質(zhì)自動(dòng)分離過程的自復(fù)疊型節(jié)流制冷機(jī)（簡稱ACR）。文章針對(duì)目前混合工質(zhì)林德制冷技術(shù)的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀作了分析。

1 混合工質(zhì)制冷劑的原理及特點(diǎn)

按照相變時(shí)溫度變化的大小混合工質(zhì)制冷劑分為共沸、近共沸和非共沸3種混合物。目前研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)共沸、近共沸混合工質(zhì)制冷劑主要應(yīng)用于普冷領(lǐng)域，替代家用空調(diào)、冰箱中的即將被淘汰的氟里昂制冷劑，如R12、R22等。非共沸混合制冷劑則主要用于深低溫領(lǐng)域，結(jié)合林德循環(huán)或自復(fù)疊循環(huán)系統(tǒng)可以得到120K及以下深低溫區(qū)。

共沸混合物的最大特點(diǎn)在于其具有與純工質(zhì)一樣的飽和蒸氣壓特性，可實(shí)現(xiàn)灌注式替代而不需要對(duì)系統(tǒng)硬件作太多改動(dòng)。但是共沸混合物的組成是特定的，一旦出現(xiàn)泄漏就有可能失去其共沸性，系統(tǒng)工質(zhì)再充灌將會(huì)改變?cè)净旌瞎べ|(zhì)配比，因此近共沸混合物可能是更為可行的方案，如用R407c代替R22、R22/R152a來代替R12等。近共沸混合物的飽和蒸氣壓特性雖然偏離了純質(zhì)，然而變化不大，也不需要對(duì)系統(tǒng)的硬件作太多改動(dòng)，而且他們還具有充灌及儲(chǔ)運(yùn)方面的優(yōu)勢(shì)，其他方面的性能也有可能得到改善。

單級(jí)壓縮混合工質(zhì)制冷機(jī)不僅僅依靠降低蒸發(fā)壓力實(shí)現(xiàn)深度制冷，還引入了具有高度溫變相變特性的非共沸混合工質(zhì)，利用制冷機(jī)內(nèi)部的熱交換減少J-T制冷機(jī)所固有的節(jié)流過程的不可逆損失。

非共沸混合制冷劑具有高效節(jié)能、實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié)及優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的作用，同時(shí)在不變動(dòng)制冷機(jī)部件的情況下，選擇合適組分的混合工質(zhì)，可以得到適應(yīng)于不同溫區(qū)的系統(tǒng)，并且具有比較高的熱力學(xué)效率。總的來說，低溫林德系統(tǒng)采用非共沸混合工質(zhì)主要有以下優(yōu)勢(shì)[8]：①通過選擇不同的工質(zhì)類型及組分提高系統(tǒng)COP，改善系統(tǒng)運(yùn)行能力；②對(duì)于系統(tǒng)能量的調(diào)節(jié)方面，單工質(zhì)系統(tǒng)通常是通過變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和吸氣量來實(shí)現(xiàn)，而混合工質(zhì)系統(tǒng)則可以通過加入精餾裝置等設(shè)備改變自身組分，進(jìn)而改變系統(tǒng)壓縮機(jī)吸氣密度和蒸發(fā)壓力，實(shí)現(xiàn)能量無級(jí)調(diào)節(jié)；③由于非共沸混合制冷劑具有溫度滑移的特性，制冷系統(tǒng)的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度能夠與外界的換熱工質(zhì)實(shí)現(xiàn)較好匹配，系統(tǒng)的不可逆損失大為減少，更加節(jié)能，如圖1所示。因此，混合工質(zhì)制冷劑的理論分析與實(shí)驗(yàn)研究具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。

混合工質(zhì)制冷劑不論用于替代現(xiàn)有氟里昂工質(zhì)還是用于深低溫領(lǐng)域，都應(yīng)遵循最大限度地適應(yīng)現(xiàn)有的制冷空調(diào)系統(tǒng)這一原則[9]。特別是現(xiàn)有的制冷壓縮機(jī)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，新工質(zhì)的使用要盡可能在不改變壓縮機(jī)原理及結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行替代工作。目前，混合工質(zhì)制冷劑的替代研究主要以實(shí)驗(yàn)為主，而理論性的研究則主要以計(jì)算機(jī)模擬為主（絕大多數(shù)是穩(wěn)態(tài)模擬），分析采用混合工質(zhì)后系統(tǒng)的各種循環(huán)性能。如R32/R125/R134a三元非共沸混合制冷劑熱力性質(zhì)的精確計(jì)算利用Huron-Vidal混合規(guī)則，采用過量Gibbs自由能和立方型PR方程N(yùn)RTL模型相結(jié)合PRHV模型預(yù)測(cè)相平衡參數(shù)，在此基礎(chǔ)上由LKP多參數(shù)狀態(tài)方程計(jì)算焓、熵等狀態(tài)參數(shù)[10]。

圖1 應(yīng)用單純工質(zhì)/混合工質(zhì)蒸發(fā)器的溫度-焓分布

2 混合工質(zhì)林德制冷系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀

2.1 國外混合工質(zhì)節(jié)流制冷的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

1834年，美國學(xué)者Jacob Perkins發(fā)明了最早的蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)，他根據(jù)氣體加壓液化以及液體蒸發(fā)吸熱的原理，制冷劑采用乙醚等揮發(fā)性工質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了閉式循環(huán)連續(xù)制冷[11]。1849年，John Gorrie第一次在空氣制冷機(jī)上應(yīng)用逆流換熱器。 1854年，Charles Willia Siemens在其所申請(qǐng)的專利中，指出了逆流換熱器的作用，并說明逆流換熱器將在低溫系統(tǒng)中得到應(yīng)用。 1875年，德國學(xué)者Von Linde Karl發(fā)明了氨壓縮式制冷機(jī)。自此之后，蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)在普冷領(lǐng)域占據(jù)了重要的地位[12-13]。節(jié)流制冷技術(shù)由蒸汽單級(jí)壓縮向多級(jí)外壓縮、再向多級(jí)內(nèi)復(fù)疊和混合制冷劑循環(huán)發(fā)展。

1895年，德國學(xué)者Von Linde Karl和英國學(xué)者Hampson Willia制成了能夠持續(xù)運(yùn)行的大產(chǎn)量空氣液化機(jī)，命名為基本型的Linde-Hampson空氣液化機(jī)。當(dāng)把液化機(jī)內(nèi)的液化空氣用于蒸發(fā)制冷時(shí)，蒸發(fā)后的氣體在閉式系統(tǒng)內(nèi)全部回到壓縮機(jī)，這樣則構(gòu)成了閉式Linde-Hampson制冷，即林德循環(huán)制冷。

早期的林德循環(huán)制冷機(jī)基本上都是使用單一工質(zhì)作為制冷劑，由于制冷劑的局限性，這些系統(tǒng)的效率都很低。到20世紀(jì)60年代，開始了對(duì)混合制冷劑的特性研究和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。1969年，F(xiàn)uderer[14]利用組分等摩爾甲烷、乙烷、丙烷和氮?dú)獾幕旌瞎べ|(zhì)，在40∶1的壓力比下成功實(shí)現(xiàn)了105K的低溫。此后，由于混合工質(zhì)的提出及應(yīng)用，使得節(jié)流制冷在深低溫領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)。單級(jí)壓縮一次節(jié)流且不帶分離器的混合工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)成為這一領(lǐng)域研究的最新熱點(diǎn)和方向，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、流程阻力小、易控制，從而了滿足小型液化裝置的實(shí)際需求。小型化、簡單化使工質(zhì)不易泄漏，使組分配比精確的混合制冷劑應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)；此外，系統(tǒng)的回?zé)嵝阅芨眩撔偷蜏匮b置的熱力學(xué)效率較高。1994年，美國APD公司首次在林德制冷機(jī)上應(yīng)用商業(yè)化的單級(jí)油潤滑滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式全封閉壓縮機(jī)和高效的油分離器[15]。ADP公司采用碳?xì)浠衔锖偷獨(dú)庾鳛榛旌瞎べ|(zhì)，經(jīng)過試驗(yàn)研究，完成了用于65～130K 溫區(qū)的制冷系統(tǒng)?；旌瞎べ|(zhì)成分為35%CH4、25%C2H6、25%C3H8和15%R600a時(shí)，可在系統(tǒng)壓比15的條件下實(shí)現(xiàn)130K的低溫。20世紀(jì)90年代之后，APD公司又進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究和系統(tǒng)改進(jìn)工作，使低溫林德制冷系統(tǒng)的效率及可靠性大為提高。具體優(yōu)化工作為：①混合制冷劑的選擇和配比上更加合理高效，熱力學(xué)效率不斷提高；②混合工質(zhì)中加入某些不凝性氣體，改進(jìn)系統(tǒng)節(jié)流元件，使制冷溫度降低、降溫速率提高；③在制冷機(jī)組的可靠性方面，對(duì)機(jī)組的降噪減震上進(jìn)行了有效改進(jìn)。

最近幾年來，國外對(duì)混合工質(zhì)制冷系統(tǒng)的研究有了較大的進(jìn)展[16-19]。Erol Arcakliogl、Abdullah Cavusoglu、Ali Erisen等得出了一個(gè)計(jì)算方法，用此種方法可以計(jì)算出與氟里昂制冷劑相比相同制冷量下所需混合工質(zhì)的配比。按照他們的結(jié)果，對(duì)于R12，可用R290/R600a(56/44)混合代替；對(duì)于R22，可用R32/R125/R134a(32.5/5/62.5)代替；對(duì)于R502，可用R32/R125/R134a(43/5/52)代替。

目前，國外在混合工質(zhì)林德制冷領(lǐng)域的技術(shù)已經(jīng)比較成熟。在商業(yè)領(lǐng)域，以美國APD公司產(chǎn)品為代表的單級(jí)壓縮林德制冷機(jī)已經(jīng)得到了獨(dú)立的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。在低溫深冷制冷機(jī)商業(yè)領(lǐng)域，還有其他兩種類型的制冷系統(tǒng)，分別是以美國Polycold公司產(chǎn)品為代表的單級(jí)壓縮、多次分凝自復(fù)疊制冷機(jī)和以美國MMR公司產(chǎn)品為代表的單級(jí)壓縮、一次分餾自復(fù)疊制冷機(jī)。國際上還有其他一些公司在混合工質(zhì)林德制冷方面也有自己的研究和產(chǎn)品，這些廠家主要集中在歐美各國和日本、韓國，如美國的REVCO公司和FORMA公司，日本的SANYO公司以及韓國的Wisdcryo公司。

2.2 混合工質(zhì)林德制冷系統(tǒng)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國在混合工質(zhì)節(jié)流制冷領(lǐng)域起步較晚，目前大多是在高校及科研單位的實(shí)驗(yàn)研究。中國科學(xué)研究院低溫中心的羅二倉和公茂瓊等[20-25]在混合工質(zhì)低溫領(lǐng)域做了大量的理論研究和實(shí)驗(yàn)分析，主要工作是混合工質(zhì)組元和配比的確定及優(yōu)化、混合工質(zhì)熱力學(xué)特性的分析及預(yù)測(cè)、制冷系統(tǒng)優(yōu)化等方面，并獲得了較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

浙江大學(xué)[26-29]在混合工質(zhì)低溫循環(huán)產(chǎn)品的研發(fā)試制、系統(tǒng)的優(yōu)化等方面做了大量的理論及實(shí)驗(yàn)研究。主要工作有：在自身實(shí)驗(yàn)條件的基礎(chǔ)上提出了混合工質(zhì)低溫制冷循環(huán)系統(tǒng)的3條優(yōu)化原則；通過對(duì)節(jié)流制冷機(jī)中各種混合制冷劑循環(huán)特性的分析、實(shí)驗(yàn)研究以及數(shù)值模擬優(yōu)化，總結(jié)出了各種循環(huán)形式之間內(nèi)在的熱力學(xué)關(guān)系，包括在深冷溫區(qū)熱力學(xué)效率得以提高的實(shí)質(zhì)原因；采用熵分析方法，對(duì)混合工質(zhì)制冷機(jī)系統(tǒng)中的換熱器進(jìn)行等效熵產(chǎn)分析，并引入了等效單位換熱量熵產(chǎn)和等效單位功耗熱負(fù)荷的概念，得出循環(huán)中各換熱器的不可逆損失，進(jìn)而算出各個(gè)換熱器的?損失，通過最大?損失原理明確重點(diǎn)優(yōu)化對(duì)象；在多元混合工質(zhì)的精餾循環(huán)優(yōu)化過程中，為了簡化復(fù)雜的數(shù)值模擬程序，首次采用了機(jī)理法與網(wǎng)格窮舉法相結(jié)合的混合工質(zhì)成分調(diào)整方法，該方法取得了較為理想的結(jié)果，可為混合工質(zhì)后續(xù)模擬研究提供一定的參考。

國內(nèi)其他高校的制冷研究所在混合制冷劑的物性研究與配比確定、系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、潤滑油的選擇及分析等方面也做了不同程度的研究工作[30-35]，但多為理論上的研究分析，部分搭建了實(shí)驗(yàn)臺(tái)并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)性能進(jìn)行了研究。上海理工大學(xué)的張華等[37-39]通過研究認(rèn)為，制冷劑成分以及配比較大程度上影響了混合工質(zhì)制冷系統(tǒng)的制冷特性；回?zé)崞髦苯佑绊懷h(huán)系統(tǒng)制冷量，傳遞過程中如果有一級(jí)出現(xiàn)不合理情況，將會(huì)逐級(jí)傳遞、放大、積累，最終導(dǎo)致蒸發(fā)溫度嚴(yán)重偏移預(yù)設(shè)值，這一點(diǎn)在研究過程中需特別注意。周奕等[40]通過實(shí)驗(yàn)研究了R32/R134a在水平微翅管內(nèi)的流動(dòng)沸騰特性，指出混合工質(zhì)在強(qiáng)化表面中的傳熱性能明顯優(yōu)于光滑管。

鄭州輕工業(yè)學(xué)院的時(shí)陽等[41-42]做了一些研究工作：①提出了采用帶預(yù)冷的林德制冷機(jī)獲得150K、120K溫區(qū)的一種制冷方案，并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，獲得了比較理想的試驗(yàn)結(jié)果，通過對(duì)混合工質(zhì)不同配比的實(shí)驗(yàn)研究，得出了混合工質(zhì)配比對(duì)制冷系統(tǒng)性能的影響規(guī)律；②在實(shí)驗(yàn)流程中采用了依靠溫差和質(zhì)熱傳遞作用實(shí)現(xiàn)氣液分離的氣液分離器，并自行設(shè)計(jì)了一種手動(dòng)調(diào)節(jié)閥，由于不需要添加任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，從而簡化了實(shí)驗(yàn)裝置。

表1 國內(nèi)研究學(xué)者部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[20-25]

2.3 混合工質(zhì)林德制冷系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分析

混合工質(zhì)林德循環(huán)的低溫系統(tǒng)中對(duì)潤滑油的特性研究日益受到人們的重視，其選配原則也不同于普冷領(lǐng)域。

在制冷低溫系統(tǒng)中，潤滑油發(fā)揮著極其重要的作用，它的目的是潤滑壓縮機(jī)運(yùn)行部件、密封活塞和汽缸壁，從而保證壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。但是由于潤滑油隨著制冷工質(zhì)在系統(tǒng)中的循環(huán)，往往會(huì)出現(xiàn)換熱設(shè)備換熱效率降低以及油堵等問題[43]。對(duì)于低溫系統(tǒng)，由于系統(tǒng)制冷劑溫度低，少量潤滑油凝固，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行和使用壽命[44]。因此，研究低溫系統(tǒng)的潤滑油特性以及采用更有效的油分離器顯得尤為重要。Steven[45]研究表明，一般制冷劑循環(huán)系統(tǒng)中，如果制冷工質(zhì)中含有少量潤滑油時(shí)，可以增強(qiáng)蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)換熱效果，但是含量過多就會(huì)明顯降低蒸發(fā)換熱效果。當(dāng)工質(zhì)含油量在一定值時(shí)，會(huì)增大壓降，這樣一方面有助于溶解在潤滑油中的制冷工質(zhì)析出，提高蒸發(fā)換熱量；另一方面，由于壓降增大，導(dǎo)致壓縮機(jī)吸氣壓力降低，壓縮機(jī)效率受到影響。對(duì)于制冷系統(tǒng)，含潤滑油制冷工質(zhì)通過毛細(xì)管的質(zhì)量流量要小于單純制冷工質(zhì)，而且其液相長度也較短些[46]。

由于混合工質(zhì)各組元與潤滑油的互溶性不同，組元部分融于潤滑油中，導(dǎo)致混合工質(zhì)組分的濃度變化?；旌瞎べ|(zhì)各組分濃度的變化又必然會(huì)導(dǎo)致物性的變化，進(jìn)而影響制冷系統(tǒng)的熱力性能[47]。所以，混合工質(zhì)林德循環(huán)系統(tǒng)中潤滑油的選擇顯得尤為重要。

上海理工大學(xué)的胡紅松[48]針對(duì)一種四工質(zhì)混合林德循環(huán)（R123/R134a/R23/R14按4.5∶2.5∶2.5∶0.5的比例）進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為了使系統(tǒng)能適應(yīng)更廣泛溫區(qū)下的穩(wěn)定運(yùn)行，并且能夠達(dá)到較低的蒸發(fā)溫度，需對(duì)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，主要改進(jìn)措施為：①在現(xiàn)有水冷冷凝器前加風(fēng)冷預(yù)冷器，以對(duì)壓縮機(jī)排出的高溫工質(zhì)進(jìn)行預(yù)冷，以降低水冷冷凝器負(fù)荷，增強(qiáng)系統(tǒng)冷卻效果；②對(duì)現(xiàn)有換熱器進(jìn)行發(fā)泡，增強(qiáng)其保溫效果，以增加換熱器的熱交換量。改進(jìn)后的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖2所示。這樣，通過提高系統(tǒng)冷凝效果以及換熱器換熱能力，可以有效降低工質(zhì)冷凝溫度，提高制冷機(jī)內(nèi)部換熱效率，以適應(yīng)更廣泛的溫區(qū)下高效運(yùn)行。

3 結(jié) 論

隨著低溫技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣，混合工質(zhì)制冷循環(huán)也有著良好的發(fā)展前景。針對(duì)目前的發(fā)展研究現(xiàn)狀，本文作者認(rèn)為主要有以下四個(gè)方面需要進(jìn)一步探究。

（1）在混合工質(zhì)物性計(jì)算方面，還需要有更為精確的計(jì)算方案和優(yōu)化手段，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型提供更為可靠的依據(jù)。

（2）低溫系統(tǒng)中各個(gè)部件溫度與環(huán)境溫度溫差較大，采取更好的保溫措施，減少換熱器、蒸發(fā)器以及相應(yīng)管路與環(huán)境的熱交換，有助于提高制冷系統(tǒng)的能效。

（3）需要進(jìn)行更為全面的理論和實(shí)驗(yàn)分析，以研究混合工質(zhì)各個(gè)組分配比對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響以及確定系統(tǒng)運(yùn)行的最佳配比。

圖2 改進(jìn)后的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

（4）由于潤滑油的選擇對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行是至關(guān)重要的，所以針對(duì)系統(tǒng)中的潤滑油的選擇問題，應(yīng)該有進(jìn)一步的探討和研究。

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Development analysis of the mixed working fluids Linde refrigeration technology

HUANG Qianwei，LIU Ni，YOU Longtao
（Institute of Refrigeration and Cryogenics，University of Shanghai for Science and Technology，Shanghai 200093，China）

The single-stage vapor compression refrigeration cycle system with single refrigerant is the most sophisticated technology，but low efficiency at lower temperature zone （-40℃） limits its applications. The mixed throttle refrigerator is able to adapt to different temperature zones，especially deep hypothermia district . This paper introduced the principles and characteristics of azeotropic，near azeotropic and non-azeotropic mixture refrigerants. Previous studies found that azeotropic and near azeotropic mixture refrigerants are similar to the single working fluid. Single-stage compression chiller with multiple working fluids relies on non-azeotropic refrigerant’s characteristics to achieve deep cooling. The studies of a mixed refrigerants Linde cycle system’s（LHR）the development history and current situation were introduced. This paper also introduced the characteristics and selection principles of the lubricant in cryogenic systems which combining the mixed refrigerant Linde cycle system experiment. Improvement measures such as increasing air-cooled pre-cooler，regenerator foamed and optimized aspects of the system were proposed

mixtures；Linde cycle；refrigeration；throttling

TB 6

A

1000-6613（2014）09-2260-06

10.3969/j.issn.1000-6613.2014.09.005

2014-02-26；修改稿日期：2014-04-11。

上海市教委科研創(chuàng)新項(xiàng)目（12YZ106）。

黃千衛(wèi)（1989—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)橹评鋭┨娲?。?lián)系人：劉妮，副教授，研究方向?yàn)橹评淇照{(diào)節(jié)能新技術(shù)。E-mail liu_ni@163.com。