CN113604201A - 一种混合制冷剂和空调*** - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种混合制冷剂和空调***,所述混合制冷剂包括第一组分、第二组分和第三组分,其中:所述第一组分为三氟乙烯,所述第二组分为二氟甲烷,所述第三组分为丙烷和丙烯中的任意一种。本公开的混合制冷剂具有低GWP及良好的热力性能,GWP值能够达到低于150,混合制冷剂的容积制冷量能够比R410A高很多,有效解决了其他替代R410A制冷剂的GWP偏高的问题,同时还解决了其他制冷剂的热力性能差的问题。而且可以使得混合工质的滑移温度小,排除温度滑移带来的不良影响,还可以减小甚至消除可燃制冷剂带来的安全隐患。
Description
技术领域
本公开属于制冷技术领域,具体涉及一种混合制冷剂和空调***。
背景技术
为应对气候变化,我国提出2030年碳达峰目标和2060年碳中和愿景,并于2021年6月正式提交《〈蒙特利尔议定书〉基加利修正案》接受书,这意味着中国将加强对非二氧化碳温室气体管控,包括R32和R134a等常用制冷剂。根据《〈蒙特利尔议定书〉基加利修正案》的削减计划,到2036年,主要发达国家需削减85%的制冷剂碳排放当量,到2045年,主要发展中国家需削减80%的制冷剂碳排放当量。当前家用空调常用的制冷剂为R410A和R32,它们的温室效应潜值(GWP)值分别为1924和677,以R32为例,每排放1kgR32相当于排放675kgCO2所引起的温室效应,为了履行基加利修正案的义务,未来很有可能只能使用GWP值小于150的制冷剂。
由于现有技术中的制冷剂无法同时保证低GWP值和高热力性能(包括COP和容积制冷量等)等技术问题,因此本公开研究设计出一种混合制冷剂和空调***。
发明内容
因此,本公开要解决的技术问题在于克服现有技术中的制冷剂存在无法同时保证低GWP值和高热力性能的缺陷,从而提供一种混合制冷剂和空调***。
本公开提供一种混合制冷剂,其中:
包括第一组分、第二组分和第三组分,其中:所述第一组分为三氟乙烯,所述第二组分为二氟甲烷,所述第三组分为丙烷和丙烯中的任意一种。
在一些实施方式中,以摩尔百分比计,所述三氟乙烯占据所述混合制冷剂的摩尔比为48-92%,所述二氟甲烷占据所述混合制冷剂的摩尔比为4-28%,所述丙烷或丙烯占据所述混合制冷剂的摩尔比为4-28%。
在一些实施方式中,以摩尔百分比计,所述三氟乙烯占据所述混合制冷剂的摩尔比为56-92%,所述二氟甲烷占据所述混合制冷剂的摩尔比为4-28%,所述丙烷或丙烯占据所述混合制冷剂的摩尔比为4-20%。
在一些实施方式中,所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烷的摩尔比为0.56:0.28:0.16;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烷的摩尔比为0.60:0.28:0.12;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烷的摩尔比为0.64:0.16:0.20;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烷的摩尔比为0.68:0.12:0.20。
在一些实施方式中,所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烷的摩尔比为0.72:0.20:0.08;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烷的摩尔比为0.76:0.20:0.04;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烷的摩尔比为0.80:0.12:0.08;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烷的摩尔比为0.84:0.04:0.12。
在一些实施方式中,所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烷的摩尔比为0.92:0.04:0.04;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.48:0.24:0.28;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.52:0.24:0.24;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.56:0.28:0.16。
在一些实施方式中,所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.60:0.28:0.12;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.64:0.08:0.28;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.68:0.28:0.04;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.72:0.20:0.08。
在一些实施方式中,所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.76:0.20:0.04;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.80:0.12:0.08;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.84:0.04:0.12;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.92:0.04:0.04。
本公开还提供一种空调***,其包括前任一项所述的混合制冷剂。
在一些实施方式中,所述混合制冷剂的运行工况为:蒸发温度为280.15K~285.55K,冷凝温度为310.15K~315.15K,蒸发器出口的气相为过热状态,过热度为0~10K,冷凝器出口的液相为过冷状态,过冷度为0~10K。
本公开提供的一种混合制冷剂和空调***具有如下有益效果:
本公开通过提供一种三元环保混合制冷剂和使用环保混合制冷剂的空调***,即将三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)或丙烯(R1270)共三种组分按照其相应的摩尔配比进行物理混合成为三元混合物(即混合制冷剂由三种不同的制冷剂组成),该混合制冷剂具有低GWP及良好的热力性能,GWP值低于150,远低于R410A,具备明显的环保优势,温度滑移较小,使用过程中气、液相组分基本一致;热力性能与使用R410A制冷剂的机组相当甚至更优,容积制冷量最高可提升20%,有效解决了其他替代R410A制冷剂的GWP偏高的问题,同时还解决了其他制冷剂的热力性能差的问题。而且可以使得混合工质的滑移温度小于0.5℃,排除温度滑移带来的不良影响,其中空调***可以减小甚至消除可燃制冷剂带来的安全隐患。
具体实施方式
本公开提供一种混合制冷剂,其中:
包括第一组分、第二组分和第三组分,其中:所述第一组分为三氟乙烯(R1123),所述第二组分为二氟甲烷(R32),所述第三组分为丙烷(R290)和丙烯(R1270)中的任意一种。
本公开通过提供一种三元环保混合制冷剂和使用环保混合制冷剂的空调***,即将三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)或丙烯(R1270)共三种组分按照其相应的摩尔配比进行物理混合成为三元混合物(即混合制冷剂由三种不同的制冷剂组成),该混合制冷剂具有低GWP及良好的热力性能,GWP值低于150,远低于R410A,具备明显的环保优势,温度滑移较小,使用过程中气、液相组分基本一致;热力性能与使用R410A制冷剂的机组相当甚至更优,容积制冷量最高可提升20%,有效解决了其他替代R410A制冷剂的GWP偏高的问题,同时还解决了其他制冷剂的热力性能差的问题。而且可以使得混合工质的滑移温度小于0.5℃,排除温度滑移带来的不良影响,其中空调***可以减小甚至消除可燃制冷剂带来的安全隐患。
优选地,以摩尔百分比计,所述三氟乙烯(R1123)占据所述混合制冷剂的摩尔比为48-92%,所述二氟甲烷(R32)占据所述混合制冷剂的摩尔比为4-28%,所述丙烷(R290)或丙烯(R1270)占据所述混合制冷剂的摩尔比为4-28%。所述第一组分为三氟乙烯(R1123),所述第二组分为二氟甲烷(R32),所述第三组分为丙烷(R290)或丙烯(R1270)中的一种。且以摩尔百分比计,所述环保混合制冷剂包括48-92%的三氟乙烯(R1123)、4-28%的二氟甲烷(R32)和4-28%的第三组分。在上述三种组分满足上述质量比的情况下,该环保混合制冷剂的热力性能(COP、容积制冷量)好,且GWP较低,两方面的综合性能最优。
本公开提供一种环保混合制冷剂以替代R410A,该混合制冷剂的GWP小于150,由三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)、丙烷(R290)或丙烯(R1270)组成,GWP远低于R410A,且容积制冷量最高可提升20%。
进一步优选地,以摩尔百分比计,所述三氟乙烯(R1123)占据所述混合制冷剂的摩尔比为56-92%,所述二氟甲烷(R32)占据所述混合制冷剂的摩尔比为4-28%,所述丙烷(R290)或丙烯(R1270)占据所述混合制冷剂的摩尔比为4-20%。
所述三元混合制冷剂GWP小于150,且应用所述制冷剂机组的能力和能效与使用R410A制冷剂的机组相当甚至更优。
本公开提供一种应用于家用空调的环保混合制冷剂。其制备方法是将三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)、丙烷(R290)或丙烯(R1270)按照其相应的摩尔配比进行物理混合成为三元混合物。各组元物质的基本参数见表1。
表1混合工质中各组元物质的基本参数
优选组合摩尔配比如下:
表2优选混合物摩尔配比
优选地,
实施例1(配方1),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)三种组分按0.56:0.28:0.16的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即所述三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)的摩尔比为0.56:0.28:0.16。
实施例2(配方2),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)三种组分按0.60:0.28:0.12的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即所述三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)的摩尔比为0.60:0.28:0.12。
实施例3(配方3),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)三种组分按0.64:0.16:0.20的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即所述三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)的摩尔比为0.64:0.16:0.20。
实施例4(配方4),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)三种组分按0.68:0.12:0.20的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即所述三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)的摩尔比为0.68:0.12:0.20。
优选地,
实施例5(配方5),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)三种组分按0.72:0.20:0.08的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即所述三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)的摩尔比为0.72:0.20:0.08。
实施例6(配方6),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)三种组分按0.76:0.20:0.04的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即所述三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)的摩尔比为0.76:0.20:0.04。
实施例7(配方7),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)三种组分按0.80:0.12:0.08的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即所述三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)的摩尔比为0.80:0.12:0.08。
实施例8(配方8),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)三种组分按0.84:0.04:0.12的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即所述三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)的摩尔比为0.84:0.04:0.12。
优选地,
实施例9(配方9),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)三种组分按0.92:0.04:0.04的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即所述三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)的摩尔比为0.92:0.04:0.04。
实施例10(配方10),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)三种组分按0.48:0.24:0.28的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即所述三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)、和丙烯(R1270)的摩尔比为0.48:0.24:0.28。
实施例11(配方11),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)三种组分按0.52:0.24:0.24的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即所述三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)、和丙烯(R1270)的摩尔比为0.52:0.24:0.24。
实施例12(配方12),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)三种组分按0.56:0.28:0.16的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即所述三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)的摩尔比为0.56:0.28:0.16。
优选地,
实施例13(配方13),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)三种组分按0.60:0.28:0.12的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即所述三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)的摩尔比为0.60:0.28:0.12。
实施例14(配方14),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)三种组分按0.64:0.08:0.28的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即所述三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)的摩尔比为0.64:0.08:0.28。
实施例15(配方15),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)三种组分按0.68:0.28:0.04的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即所述三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)的摩尔比为0.68:0.28:0.04。
实施例16(配方16),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)三种组分按0.72:0.20:0.08的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即所述三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)的摩尔比为0.72:0.20:0.08。
优选地,
实施例17(配方17),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)三种组分按0.76:0.20:0.04的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即所述三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)的摩尔比为0.76:0.20:0.04。
实施例18(配方18),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)三种组分按0.80:0.12:0.08的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即所述三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)的摩尔比为0.80:0.12:0.08。
实施例19(配方19),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)三种组分按0.84:0.04:0.12的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即所述三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)的摩尔比为0.84:0.04:0.12。
实施例20(配方20),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)三种组分按0.92:0.04:0.04的摩尔比进行物理混合均匀得到一种环保混合工质。
即所述三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)的摩尔比为0.92:0.04:0.04。
对比例1(对比例,是为了与本公开的实施例1-20做对比用的,说明不在本公开的实施例范围内的制冷剂是达不到本公开的效果的),三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)三种组分按0.20/0.40/0.40的摩尔比进行物理混合均匀得到一种混合工质。
对比例2,三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)三种组分按0.60/0.08/0.32的摩尔比进行物理混合均匀得到一种混合工质。
对比例3,三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)三种组分按0.20/0.36/0.44的摩尔比进行物理混合均匀得到一种混合工质。
对比例4,三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烯(R1270)三种组分按0.56/0.04/0.40的摩尔比进行物理混合均匀得到一种混合工质。
所述三元混合制冷剂用以替代R410A,所选取的设计工况为:蒸发器蒸发温度为283.15K(蒸发压力下的露点温度),冷凝器冷凝温度为313.15K(冷凝压力下的泡点温度),蒸发器出口的气相为过热状态,过热度为5K,冷凝器出口的液相为过冷状态,过冷度为5K,压缩机的绝热效率为0.75。分别使用上述实施例和R410A制冷剂在制冷***中的循环性能参数进行理论计算,物性数据均取自REFPROP 10.0,比较了其中的GWP(按质量百分比线性加和计算),相对单位容积制冷量Qv(与R410A的单位容积制冷量比值),相对性能系数COP(与R410A的性能系数比值),温度滑移和可燃等级,其中可燃等级按照ASHRAE 34-2019分类,分为1(无火焰传播),2L(微燃),2(可燃)和3(易燃)四个等级,如下表所示:
表3各性能指标对比
由上表可知,所有制冷剂配方的GWP均小于150,远低于R410A和R32等现有家用空调制冷剂,具有较好的环保特性;所有制冷剂配方的相对性能系数均不低于0.9,相对容积制冷量高于1.1,制冷能力与使用R410A制冷剂最高可提升20%;所有制冷剂配方的温度滑移均小于1K;所有制冷剂配方的可燃等级较好,优于R290。若三种组分中某种不在本公开提供的摩尔占比内,对比例1、对比例3的GWP偏高,大于150,温度滑移大于1K,相对性能系数低于0.9;对比例2、对比例4的滑移大于1K,相对性能系数低于0.9,相对容积制冷量低于1.05。
1、COP指性能系数,反映制冷能效。本公开COP是低于R410A、R32和R290。但是GWP值远低于R410A和R32,Qv远高于R290。
2、Qv指单位容积制冷量,反映制冷能力。
3、本公开主要是降低GWP且提升Qv值,COP值不提升,但是也不能降低太多。其中GWP值降低至150以下,Qv值与R410A相比提升10%以上。配方1/11/12/13/15的GWP也是在150以下。
4、对比例1和对比例3主要是GWP高于150,对比例2和对比例4的Qv和COP都偏低。
由上所述,本公开提供的三元混合工质,不仅具有低GWP的环保特性,且温度滑移较小、***性能系数与R410A相近、单位容积制冷量最高可提升20%,能够较好的对R410A制冷剂进行替代。
本公开还提供一种空调***,其包括前任一项所述的混合制冷剂。
本公开通过提供一种三元环保混合制冷剂和使用环保混合制冷剂的空调***,即将三氟乙烯(R1123)、二氟甲烷(R32)和丙烷(R290)或丙烯(R1270)共三种组分按照其相应的摩尔配比进行物理混合成为三元混合物(即混合制冷剂由三种不同的制冷剂组成),该混合制冷剂具有低GWP及良好的热力性能,GWP值低于150,远低于R410A,具备明显的环保优势,温度滑移较小,使用过程中气、液相组分基本一致;热力性能与使用R410A制冷剂的机组相当甚至更优,容积制冷量最高可提升20%,有效解决了其他替代R410A制冷剂的GWP偏高的问题,同时还解决了其他制冷剂的热力性能差的问题。而且可以使得混合工质的滑移温度小于0.5℃,排除温度滑移带来的不良影响,其中空调***可以减小甚至消除可燃制冷剂带来的安全隐患。
以上所述仅为本公开的较佳实施例而已,并不用以限制本公开,凡在本公开的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本公开的保护范围之内。以上所述仅是本公开的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本公开技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本公开的保护范围。
Claims (10)
1.一种混合制冷剂,其特征在于:
包括第一组分、第二组分和第三组分,其中:所述第一组分为三氟乙烯,所述第二组分为二氟甲烷,所述第三组分为丙烷和丙烯中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的混合制冷剂,其特征在于:
以摩尔百分比计,所述三氟乙烯占据所述混合制冷剂的摩尔比为48-92%,所述二氟甲烷占据所述混合制冷剂的摩尔比为4-28%,所述丙烷或丙烯占据所述混合制冷剂的摩尔比为4-28%。
3.根据权利要求2所述的混合制冷剂,其特征在于:
以摩尔百分比计,所述三氟乙烯占据所述混合制冷剂的摩尔比为56-92%,所述二氟甲烷占据所述混合制冷剂的摩尔比为4-28%,所述丙烷或丙烯占据所述混合制冷剂的摩尔比为4-20%。
4.根据权利要求3所述的混合制冷剂,其特征在于:
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烷的摩尔比为0.56:0.28:0.16;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烷的摩尔比为0.60:0.28:0.12;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烷的摩尔比为0.64:0.16:0.20;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烷的摩尔比为0.68:0.12:0.20。
5.根据权利要求3所述的混合制冷剂,其特征在于:
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烷的摩尔比为0.72:0.20:0.08;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烷的摩尔比为0.76:0.20:0.04;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烷的摩尔比为0.80:0.12:0.08;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烷的摩尔比为0.84:0.04:0.12。
6.根据权利要求2所述的混合制冷剂,其特征在于:
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烷的摩尔比为0.92:0.04:0.04;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.48:0.24:0.28;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.52:0.24:0.24;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.56:0.28:0.16。
7.根据权利要求2所述的混合制冷剂,其特征在于:
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.60:0.28:0.12;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.64:0.08:0.28;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.68:0.28:0.04;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.72:0.20:0.08。
8.根据权利要求2所述的混合制冷剂,其特征在于:
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.76:0.20:0.04;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.80:0.12:0.08;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.84:0.04:0.12;或者,
所述三氟乙烯、二氟甲烷和丙烯的摩尔比为0.92:0.04:0.04。
9.一种空调***,其特征在于:
包括权利要求1-8中任一项所述的混合制冷剂。
10.根据权利要求9所述的空调***,其特征在于:
所述混合制冷剂的运行工况为:蒸发温度为280.15K~285.55K,冷凝温度为310.15K~315.15K,蒸发器出口的气相为过热状态,过热度为0~10K,冷凝器出口的液相为过冷状态,过冷度为0~10K。
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