自复叠制冷循环试验中的特殊现象讨论

　　0 引言

　　采用非共沸混合制冷剂的自复叠制冷循环巧妙地利用了多级复叠的制冷原理,用一个普通压缩机在一个系统内实现了-150e甚至更低温度的制冷,使多级复叠制冷系统大为简化。

　　80年代末美国REVCO公司据此原理研制成功-150e的低温冰箱,并于90年代初投放市场[1]。在基本负荷型天然气液化装置中,用得最多的液化流程是美国APCI公司的丙烷预冷与采用非共沸混合制冷剂的自复叠液化组合流程(C3/MRC)[2]。此外,采用非共沸混合制冷剂的自复叠制冷循环还应用在V射线探测器和C射线探测器的冷却以及排放气体中挥发性气体的分离等领域[3]。2006 ASHRAEHandbook refrigeration[4]指出自复叠式制冷循环系统具有低压缩比和容积效率高的优点,但存在非共沸混合制冷工质和换热器复杂、制冷剂的成分和浓度对系统的性能影响显著、要求压缩机有较大的排气量等缺点。

　　汪建生[5]等人认为在中高温热泵试验中存在冷凝温度下降、COP也下降等特殊现象;赵力[6]和高攀[7]等人通过实验提出了非共沸制冷剂非完全冷凝现象的假想并给出了判据;朱禹[8]在非共沸工质热泵实验中发现的稳定蒸发器入水温度和水流量以及冷凝器入水温度,制热量随冷凝器水流量增加而减少的特殊变化趋势。本文对于自复叠制冷系统的大量的实验测试,同样总结了实验过程的几种特殊现象,为以后系统的设计与运行提供一些建议。

　　1 自复叠制冷循环实验系统

　　自复叠制冷循环流程图与数据采集画面如图1所示。

　　自复叠制冷系统采用高低沸点混合制冷剂,充灌一定质量比的高低沸点工质,调节好一定的主支流节流阀开度,实验过程通过控制蒸发器进水温度不变,将冷凝器侧出水温度加热到一定温度,待工况稳定后进行制冷剂采样分析其浓度。物性数据依据REFPROP 7. 0[9]计算,计算过程润滑油混容的影响忽略不计[10]。

　　2 气液分离器液体温度偏低

　　实验装置中的气液分离器,如图2所示,采用重力沉降的特性进行分离[11],即根据气体与液体的密度不同,液体在与气体一起流动时,液体会受到重力的作用,产生一个向下的速度,而气体仍然朝着原来的方向流动,从而达到自然分离的目的。重力沉降具有设计简单、设备制作简单和阻力小等优点。

　　根据2009年12月28日进行的测试实验,在稳定工况下制冷剂经过冷凝器换热后成气液两相流体进入气液分离器后的温度发生偏移,主流温度高于总流与支流温度,支流温度偏低,即主流温度高于支流状态的温度2e左右。

　　图3为整个实验过程中气液分离器内三个温度测点的变化曲线,从曲线可以发现,整个实验过程主流41d点的温度与总流4点的温度差不多,但是支流41d点的温度明显低于前两者的温度,且差距随着实验的进行越来越大。