冷藏陈列柜中间注液循环系统最佳工况的分析

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    在冷藏陈列柜制冷装置中,由于涡旋式压缩制冷系统蒸发温度较低,所以通常采用中间注液循环系统.在这个系统中,压缩机中间压力是影响整个制冷系统性能的主要参数之一.实验表明:对给定的系统和工况存在最佳压力,使系统的性能系数COP(即制冷量与耗功量之比)最高,除此之外,无论压力高低,性能系数都要下降[1].

    一般的制冷循环多采用传统的制冷剂,随着人们生活水平的提高,对于环境的重视程度日渐提高,对制冷剂要求也越来越高.根据5蒙特利尔议定书6,CFC冷媒已被明令禁止生产,未来也将逐年裁减HCFC冷媒直至停产.冷藏陈列柜中广泛使用的R22冷媒也属于HCFC系列,而R407c被认为是R22最理想的替代物.本文就中间注液循环制冷系统中最佳工况的选择以及R22的替代品R407c进行讨论.

    1 中间注液冷却循环制冷系统

    1.1 中间注液冷却循环制冷系统原理

    中间注液制冷循环原理如图1所示[2].在这种制冷系统中,从冷凝器排出的高压制冷剂液体一部分经节流装置Ⅰ节流到蒸发压力后进入蒸发器蒸发制冷(质量流量为m);另一部分经节流装置Ⅱ节流到中间压力Pm直接喷射入压缩机的压缩腔(质量流量为y).压缩机吸入蒸发器中的低压工质蒸气经第一段压缩后达到中间压力,成为过热蒸气,过热蒸气与喷射入压缩腔的湿蒸气混合,其中的液体蒸发,过热蒸气被冷却,过热度减小,再进行第二段压缩.

    1.2 中间注液冷却循环制冷系统的热力学分析

    中间注液冷却循环制冷系统中,在冷凝压力和蒸发压力给定的情况下,系统运行的性能系数COP值与中间压力值的大小有关.图2给出了此系统循环各过程在lgp)h(压力p与焓h)上的位置.

    图2中,1—2为压缩机将吸入的低压蒸气压缩到中间压力Pm的过程;2—3与9—3为压缩机中的过热蒸气与节流装置Ⅱ节流后的湿蒸气混合的过程;3—4为混合后的制冷剂蒸气继续压缩到冷凝压力的过程;7—9和7—8为高压制冷剂液体分别经节流装置Ⅱ和Ⅰ节流到中间压力和蒸发压力的过程.压缩腔内混合后3的状态与注液量的多少有关,注液量的多少决定了3点与饱和点10点的温差,即中间过热度.在压缩机指示效率一定时,压缩机的排气终温取决于中间过热度.随着注液量的增加,中间过热度和压缩终温均减小,据此可以控制压缩终温.根据混合过程的热平衡关系,可求出中间注液量

y=m(h2-h3)/(h3-h7)

    根据性能系数的定义,可导出性能系数COP的表达式为

    式①表明,在压缩终温限定的情况下,中间注液制冷系统的COP值只是中间压力(或中间温度)的函数,与系统容量的大小无关.与单级压缩循环相比,中间注液将每段压缩比大幅度减小,故而在蒸发温度较低时,压缩机的容积效率也较高.