中间注液制冷系统中注液量对COP影响的研究

    1　引　言

    含氯的CFC与HCFC制冷剂会对臭氧层产生破坏作用。在蒙特利尔公约中,明令停产CFC制冷剂,并且也要逐年裁减HCFC制冷剂,直至停产。R-22这一目前广泛应用于冷冻、空调,家电等相关产品中的制冷剂也属于HCFC类制冷剂,在未来也将是成为被削减的对象。针对这一即将来临的问题,一些制冷剂生产厂商提出了多种可能的替代方案,同时学术界、工业界也在进行实际测试,或进行毒性、可燃性、冷冻油与材质之匹配相容性等相关课题,以期找出一种最合适的制冷剂。在这些可能的替代方案中,有纯质制冷剂,如:R134a:也有共沸制冷剂,如:R507;还有非共沸制冷剂,如:R404A、R-407C、R410A。混合制冷剂是由2种或2种以上的纯制冷剂以一定的比例混合而成的。混合制冷剂具有各纯质制冷剂性质近似和平均的性质。我们可以利用混合制冷剂的这一特性,实现各纯质制冷剂的优势互补。例如,有些纯质制冷剂,它们除了可燃性以外,其他性质都比较好,我们就可以在这一纯质制冷剂中加入一定量的不可燃制冷剂,构成混合制冷剂,使可燃性降低;又例如,有些纯质制冷剂冷系数大,但容积制冷量太小,为了提高容积制冷量,我们就可以在这一纯质制冷剂中加入一定量的容积制冷量大的制冷剂,构成混合制冷剂,使容积制冷量增大;此外,我们还可以利用混合制冷剂的特性,找到在一定的压力下具有我们所需要的相变温度的混合制冷剂。混合制冷剂所有这些特性,使得它们在传统制冷剂的替代物的研究中得到了广泛的应用。

    在环境条件下得到较低的蒸发温度,采用单级压缩几乎是不可能的。采用本文所述的中间注液循环与压缩过程无中间冷却的循环相比,可明显改善压缩机的容积效率,降低压缩终温[1]。如应用于岛式冷冻柜,在冷凝温度较高的情况下,也可获得较低的蒸发温度。中间注液循环中采用的压缩机需是带有中间注液的滚子式或涡旋式压缩机,压缩过程在同一压缩腔内分两段进行。在压缩腔中,中间注液孔的位置决定了中间压力,在工况一定时,中间压力为一定值。在这一循环系统中,2个节流装置互相牵制,对中间注液量的要求比较精确,需仔细地进行计算并用实验加以验证。本文主要就注液循环进行一下热力学分析,研究采用不同工质时中间注液循环的注液量对COP的影响。

    2　中间注液冷却循环制冷系统

    中间注液制冷循环装置图和1gp-h(压力p与焓h)图如图1、图2所示。

    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;另一部分经节流装置Ⅱ节流到中间压力Pm,直接喷射到压缩机的压缩腔,对压缩中的制冷剂蒸气进行冷却。在中间压力下喷射到压缩腔的制冷剂为湿蒸气,其数量很少,成雾状进入压缩腔,吸热后转变成过热蒸气。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过程;过程3-4为混合后的制冷剂蒸气继续压缩到冷凝压力;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。循环的热力学分析如下: