NH3/CO2复叠式制冷系统概述

　　在低温制冷中常常采用复叠式制冷系统。由2个压缩制冷系统组成的复叠式制冷系统可以满足在较低蒸发温度下蒸发时合适的蒸发压力以及在环境温度下冷凝时适中的冷凝压力。传统的复叠式制冷系统所用的工质对主要有R22/R13,R22/R23, R22/R12等。但这些氟利昂制冷剂会严重破坏环境,包括破坏大气臭氧层和产生温室效应。目前, CFCs制冷剂已被禁用,HCFCs制冷剂正在逐步淘汰。因此,采用新的环保型制冷剂替代系统势在必行。近年来,包括CO2在内的天然工质由于其独特的环保优势以及优良的热力学性质,愈发受到重视。其中以NH3为高温级制冷剂和以CO2为低温级制冷剂的复叠式两级制冷系统得到了很大发展。

　　目前,在国际上,NH3/CO2复叠式制冷系统已经被广泛应用于食品的冷冻冷藏、农作物种子保存以及超市制冷系统等领域,如雀巢公司将这种制冷系统用于对其在法国的冷库进行改造[1];荷

　　兰的KlaasPuul将该系统应用于速冻隧道;挪威将该系统应用于渔船平板速冻[2];欧洲的许多超市已建立了几个采用该技术的制冷系统。上述系统运行情况表明,NH3/CO2复叠式制冷系统在技术上是可行的。

　　1 CO2和NH3作为制冷剂的优缺点

　　1. 1 CO2制冷剂

　　CO2属于天然工质,常温下是一种无色、无味的气体。作为制冷工质, CO2具有许多优势。首先,从环境保护的角度讲, CO2的ODP为0,GWP为1,远远小于CFCs和HFCs的,并且在实际中所用的CO2大多为化工副产品,用CO2作制冷剂等于延迟了这些废气的排放,这对环境是有利的。因此,CO2是一种环境友好型工质。其次,从工质的热物理性质来看, CO2与制冷循环和设备相适应。这主要表现在:¹CO2的蒸发潜热大,单位容积制冷量高(0e时达到22.6MJ/m3),约为传统制冷剂的5~8倍。ºCO2的运动黏度小,并且在低温时也非常小。»导热系数高,液体密度和蒸气密度的比值小,节流后各回路间制冷剂能够分配得比较均匀。CO2这些优良的流动和传热性能,可显著缩小压缩机和系统的尺寸,使整个系统非常紧凑。另外,CO2化学稳定,无毒无害,不可燃,高温下也不会分解出有毒气体,并且CO2价格便宜,容易获取,具有优良的经济性。

　　CO2作为制冷剂的主要缺点是其具有较低的临界温度(31.1e)和较高的临界压力(7.37MPa)。特别是后者,若采用跨临界循环,CO2制冷系统的工作压力最高可达10MPa,这给系统及部件的设计带来许多新的要求。

　　1. 2 NH3制冷剂

　　NH3与CO2同属于天然工质,其在制冷工业中的使用直至今日已达120年之久。NH3作为制冷剂的优点可以归纳为:¹对环境友好,ODP=0,GWP=0。º具有优良的热力学性质,其单位容积制冷量较传统的氟利昂制冷剂大,0e时达到4 360kJ/m3,这就意味着获得相同冷量的氨制冷系统可以采用较小尺寸的压缩机和换热器,功率消耗也较小。»价格便宜,容易检漏。