带过冷的氨单级压缩制冷系统新流程的分析研究

    在蒸发温度较高的单级蒸汽压缩制冷循环中,为提高制冷系统的热力性能和制冷效率,常采用对节流阀前的液态制冷剂过冷来实现.常用的过冷设备为水过冷却器,但水过冷却器的过冷度较小,效率较低,故应用较少.采用回热循环可实现一定程度的过冷,但其实施目的大多并非为实现过冷.因此,作者介绍了一种可实现深度过冷的氨单级压缩制冷新流程[1],并对其进行了详细的计算和对比分析.研究表明:新流程只需增加少量投资,即可较明显地提高制冷系数,达到节能,减少运行费用的目的.

    1 带过冷的氨单级压缩制冷系统新流程

    与常规的单级蒸汽压缩制冷系统相比,该系统新增了一个过冷器(热交换器)和一个辅助节流阀,并与专门的压缩机组成辅助回路,辅助回路上的辅助压缩机排气与主回路上的主压缩机排气汇合后,进入冷凝器冷凝.其原理图和lgp-h图分别见图1和图2(以理想状态气体为例分析).

    离开冷凝器状态3的饱和液体,一部分经过辅助节流阀c进入过冷器E,在其中蒸发变成饱和蒸汽被辅助压缩机a吸入,由状态1c变为2c;另一部分(主要部分)液态制冷剂经过过冷器中的盘管实现深度过冷,过冷过程为3-5,5点为过冷液态制冷剂,然后经主节流阀C节流后进入蒸发器D蒸发制冷,6-1为蒸发过程.1点的饱和蒸气被主压缩机A吸入,压缩至状态2排出,与2c状态的排气混合进入冷凝器B,并冷凝至饱和状态3.整个流程周而复始.

    当过冷器E中保持一个恒定的辅助回路蒸发温度t0f时,若考虑过冷器中传热温差为5℃,则过冷后液态制冷剂的温度t5=t3+5℃.由图2知,当辅助回路采用不同的蒸发温度t0f时,整个循环的性能将发生变化.常规单级压缩在图2中的流程为1-2-3-m-1,将新流程与常规流程比较,可以得出不同条件下的变化规律.

    2 带过冷氨单级压缩制冷系统热力性能分析

    2.1 带过冷氨单级压缩制冷系统质量流量

    若深度过冷冷系统的制冷量为Q0,制冷剂质量流量为G,辅助回路中制冷剂质量流量为Gf,则蒸发器中流量为(G-Gf).忽略热损失,根据过冷器的能量平衡[2]有:

    冷凝器中流量G(即主回路流量)为蒸发器流量和辅助回路流量之和:

    2.2 带过冷氨单级压缩制冷系统的制冷系数

    带过冷氨单级压缩制冷系统的制冷系数E为:

    式中:P为主、辅回路压缩机耗功之和.新流程相对于常规循环的变化为:

    式中:Δε为新流程ε相对于常规流程εm的变化率.

    在实际工程中,R717单级压缩制冷常用在高温冷藏、制冰、空调等不同场合.这里选择了三种运行情况(见表1),对辅助回路采用不同蒸发温度的影响进行了研究[3],其结果见图3.