氟利昂制冷系統(tǒng)在冷鏈物流中的應(yīng)用

氟利昂制冷系統(tǒng)在冷鏈物流中的應(yīng)用

1蒸發(fā)器氟利纖維制冷系統(tǒng)圖1對(duì)于使用氟利昂（主要是r22、r404a和r507）作為原料的冷藏庫，制冷系統(tǒng)的采用何種方法對(duì)整個(gè)制冷系統(tǒng)的日常運(yùn)營、維護(hù)和管理成本起到了重要作用。根據(jù)對(duì)蒸發(fā)器供液方式及介質(zhì)的不同來劃分,目前最常用的氟利昂制冷系統(tǒng)有以下幾種形式:(1)使用熱力膨脹閥或電子膨脹閥的壓差式供液制冷。(2)使用氟泵多倍循環(huán)的泵供液方式制冷。(3)使用在蒸發(fā)器上方配置氣液分離器的重力供液制冷。(4)以水或乙二醇等溶液作為載冷劑的間接方式制冷。下面就以上前三種目前大中小型冷藏庫常用的制冷方式做一簡單的總結(jié)對(duì)比,為今后涉及的項(xiàng)目選擇何種制冷方式提供一點(diǎn)參考。2低壓式供液制冷方式由于使用熱力膨脹閥或電子膨脹閥的壓差式供液制冷系統(tǒng)比較簡單,制冷機(jī)組的位置也不大受到空間條件限制,制冷機(jī)組既可以設(shè)置在低于蒸發(fā)器的位置,又可以置于其上方的位置。所以這種制冷方式目前應(yīng)用最為廣泛,尤其是在中小型的制冷系統(tǒng)中。這種供液方式為單倍供液,即制冷劑的供液量必須不超過蒸發(fā)器的蒸發(fā)量。壓差式供液制冷有以下優(yōu)點(diǎn):(1)制冷系統(tǒng)較為簡單,負(fù)荷波動(dòng)不激烈的條件下,可以不用氣液分離器。較小系統(tǒng)還可以不需要制冷機(jī)房,制冷機(jī)組就近設(shè)于冷間的屋面。節(jié)省空間,也節(jié)省制冷系統(tǒng)的初始投資。(2)制冷系統(tǒng)單倍供液,在制冷負(fù)荷波動(dòng)比較小的條件下,系統(tǒng)可無需設(shè)置氣液分離器,并采用較小甚至無需貯液器。這可以使整個(gè)制冷系統(tǒng)制冷劑的充注量達(dá)到極少的水平。(3)由于壓差式供液制冷往往用于規(guī)模較小的制冷系統(tǒng),故蒸發(fā)器融霜多采用電熱方式而不是熱氣或水沖霜形式,制冷系統(tǒng)的排熱也可采用風(fēng)冷式而不是蒸發(fā)式冷凝器,整個(gè)制冷系統(tǒng)就不需要循環(huán)水和補(bǔ)水裝置。(4)由于系統(tǒng)簡單,制冷系統(tǒng)很容易實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行,無需操作管理人員同時(shí)避免了人為因素干擾。當(dāng)然壓差式供液制冷方式也有許多不利的方面。下面是針對(duì)該種方式的弊端及采取的一些措施,供大家借鑒。(1)壓差式供液制冷方式為使系統(tǒng)簡單,蒸發(fā)器融霜往往采用電加熱形式,造成耗電量的增加,不利節(jié)能。因此,如果制冷系統(tǒng)總的電熱融霜負(fù)荷較大時(shí),可以采用水沖霜或熱氣融霜代替。(2)由于熱力膨脹閥的結(jié)構(gòu)所限,蒸發(fā)器出口必須保持7℃～8℃左右的過熱度。另外回氣管內(nèi)流動(dòng)的是過熱氣體,如果距離較遠(yuǎn)使制冷機(jī)組入口端氣體的過熱度進(jìn)一步增大,致氣體比容增加,系統(tǒng)中制冷劑循環(huán)量減少,從而降低制冷效率;還有通常情況下熱力膨脹閥進(jìn)出口兩端至少需要不低于0.4MPa的壓差,即在一定工況的蒸發(fā)壓力下,系統(tǒng)冷凝壓力必須要大于該蒸發(fā)壓力0.4MPa的值,才能保證熱力膨脹閥的正常工作。而較高的冷凝壓力(往往使用風(fēng)冷式冷凝器)不利于制冷效率提高。為了其能在較低的冷凝壓力下平穩(wěn)地制冷運(yùn)行,在條件允許時(shí),建議使用電子膨脹閥為宜。(3)氟利昂制冷系統(tǒng)必須考慮蒸發(fā)器的回油。通常系統(tǒng)回氣管路必須保持一定的帶油速度,雖然較低的回氣速度能減少回氣管的壓力損失,但不利于回油,所以為使順利回油,必須保持較高回氣流速,在距離較長時(shí)這又增大了回氣的壓力降和過熱度,對(duì)制冷效率不利。更為嚴(yán)重的是回氣過熱度過大,對(duì)壓縮機(jī)冷卻作用就會(huì)相應(yīng)減小,導(dǎo)致制冷機(jī)組的排氣溫度升高,潤滑油逐漸變稀,潤滑質(zhì)量逐漸降低,制冷機(jī)組的工作狀態(tài)惡化,從而嚴(yán)重影響制冷機(jī)組的工作壽命。壓差式制冷方式回油除了通常使用的雙立管外,對(duì)于回氣管徑較大的系統(tǒng),由于存油彎頭積蓄的液量較大,為防止這部分存液對(duì)壓縮機(jī)的沖擊,也可以采用以下圖示2回油:(4)制冷系統(tǒng)供液管路即使有一定的過冷度,經(jīng)熱力或電子膨脹閥節(jié)流后仍能閃發(fā)相當(dāng)容量的無效蒸汽伴隨液體進(jìn)入蒸發(fā)器。相對(duì)于泵供多倍循環(huán)制冷方式提供給蒸發(fā)器多倍的飽和液體,膨脹閥壓差式供液制冷方式大大降低蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)。為減少閃發(fā)氣體的產(chǎn)生,蒸發(fā)器供液管盡可能過冷并使用電子膨脹閥。圖3是某冷風(fēng)機(jī)的傳熱系數(shù)與供液循環(huán)倍率的曲線(假設(shè)膨脹閥供液視為單倍供液):綜上所述,壓差式供液制冷方式適合中小型的制冷系統(tǒng)。對(duì)大中型制冷系統(tǒng)盡量避免使用采用這種方式。如果條件所限必須使用,建議劃分成幾個(gè)獨(dú)立的相對(duì)較小的制冷系統(tǒng)為宜。3系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)管理方面對(duì)于大中型制冷系統(tǒng),往往采用氟泵供液制冷方式。氟泵供液為多倍或稱余量循環(huán)供液。高壓液體制冷劑經(jīng)節(jié)流進(jìn)入低壓循環(huán)桶,被分離出來的低溫液態(tài)制冷劑經(jīng)過氟泵,升壓后輸送至蒸發(fā)器,而分離出來的氣體則被壓縮機(jī)吸走。氟泵供液方式有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì):(1)由于是多倍供液,蒸發(fā)器的內(nèi)表面濕潤性能非常好,蒸發(fā)器末端及出口處沒有過熱氣體,且蒸發(fā)器盤管表面內(nèi)不容易積油,傳熱效果大大優(yōu)于壓差式供液制冷方式。(2)可以實(shí)現(xiàn)向遠(yuǎn)距離(可以達(dá)到200多米)的蒸發(fā)器供液,且同時(shí)對(duì)多臺(tái)蒸發(fā)器供液時(shí)都能比較均勻。同時(shí)從蒸發(fā)器返回的回氣為氣液兩相流體,不會(huì)有過熱氣體產(chǎn)生,對(duì)制冷機(jī)組起一定保護(hù)作用。(3)由于制冷系統(tǒng)有低壓循環(huán)桶存在,很容易對(duì)蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)熱氣融霜,而不像電熱融霜那樣消耗電能,也不像水沖霜那樣必須使用水泵、循環(huán)水池等循環(huán)水系統(tǒng)裝置。(4)不像壓差供液方式那樣必須保持一定大小的冷凝壓力,對(duì)整個(gè)制冷系統(tǒng)的高效運(yùn)行非常有利。當(dāng)然氟泵供液制冷方式制冷系統(tǒng)也一些缺點(diǎn)。比如:(1)制冷系統(tǒng)比較復(fù)雜,需要各種輔助設(shè)備、氟泵及必要的控制元件等。結(jié)果容易產(chǎn)生各個(gè)“漏點(diǎn)”,且往往不易發(fā)覺。對(duì)施工和驗(yàn)收以及今后系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)管理的要求更為嚴(yán)格。(2)除了輔助設(shè)備較多外,由于是多倍供液,在制冷運(yùn)行期間,蒸發(fā)器、回氣管液態(tài)制冷劑的組份較大;同時(shí)氟利昂制冷劑氣化潛熱相對(duì)較低,需要較大管徑的管路來輸送,所以整個(gè)制冷系統(tǒng)制冷劑的充注量比起壓差式供液制冷大幅度增加。(3)由于多倍供液,制冷劑與潤滑油混合在一起,氟泵供液制冷系統(tǒng)的回油難度加大,不像壓差式制冷,氟泵供液系統(tǒng)必須要專門的回油裝置。目前最常用的回油方式有下面幾種(見圖4-6,由于篇幅所限,這里不便贅述這幾種回油方式各自的利弊):(4)因?yàn)槭嵌啾豆┮?從蒸發(fā)器至壓縮機(jī)的回氣管是氣液兩相流體。如果低壓循環(huán)桶的位置高于蒸發(fā)器,必然造成一定的靜液柱壓力,從而相應(yīng)提高了蒸發(fā)器的蒸發(fā)溫度。這種影響要是較大時(shí),必須在蒸發(fā)器和低壓循環(huán)桶之間增設(shè)中間氣液分離裝置。這無疑加大了制冷系統(tǒng)的復(fù)雜性。由于氟泵供液制冷方式以上這些弊端,中小型制冷系統(tǒng)不建議采用這種方式。尤其其需要更多的制冷劑充注量,在環(huán)境保護(hù)呼聲越來越高的今天,世界各國均已提出2020年后溫室氣體減排目標(biāo)。中美兩國最近達(dá)成溫室氣體減排協(xié)議,中國將力爭實(shí)現(xiàn)溫室氣體排放量從2030年左右開始減少。即使使用所謂的“環(huán)?！敝评鋭㏑507,其變暖潛值GWP=4600之高,在大型制冷工程中大量使用氟利昂制冷劑,歐美等發(fā)達(dá)國家基本上已經(jīng)棄用。如果我們還依舊這么采用,這與世界環(huán)保的潮流背道而馳,因而在工程方案設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)這方面的考慮需要我們慎之又慎!4重力供液方式的選擇重力供液方式是靠一定液面高度的制冷劑所形成靜液柱壓力向蒸發(fā)器供液。它的氣液分離方式與氟泵供液的相似,只不過它不需靠泵運(yùn)行。由于重力供液的氣液分離器位置須超出蒸發(fā)器一定高度,所以在空間使用上受到很大限制。重力供液方式很早就開始使用,但接下來隨著氟泵供液方式的出現(xiàn)和普及,重力供液方式一段時(shí)間曾經(jīng)銷聲匿跡。正如以上所述的氟泵供液需要較多的制冷劑充注量,而如今要求減少制冷系統(tǒng)制冷劑充注量的呼聲越來越高,制冷劑充注量相對(duì)較少的重力供液方式,這種曾經(jīng)一度被冷落的供液方式又重新回到人們的視線。當(dāng)然現(xiàn)在所說的此重力供液方式并非彼重力供液方式,現(xiàn)在所采用的重力供液制冷方式不是集中式的,即整個(gè)制冷系統(tǒng)集中設(shè)置一臺(tái)或若干臺(tái)氣液分離器。而是相對(duì)分散式的,即在每一臺(tái)或兩三臺(tái)蒸發(fā)器邊分別設(shè)置一個(gè)袖珍型的氣液分離器,蒸發(fā)器出氣口流體在此氣液分離。分離后的低壓液體借靜液柱壓力重返蒸發(fā)器內(nèi),分離后的氣體則被壓縮機(jī)抽回。這樣的氣液分離器其重力供液方式的有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):(1)進(jìn)入蒸發(fā)器的是蒸發(fā)溫度下的飽和液體,其對(duì)蒸發(fā)器傳熱效果可以與泵供方式相媲美。遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于壓差式制冷的傳熱效率。(2)由于制冷機(jī)房至蒸發(fā)器管路也屬于單倍供液,至蒸發(fā)器的供液管橫截面大小與壓差式供液方式的幾乎一樣,都比氟泵供液的小(如果氟泵是3倍循環(huán)供液,那么前者的供液管橫截面是后者的三分之一,以此類推)。(3)微型的氣液分離器存有很少液體,且回氣管流動(dòng)的幾乎是干式氣體。整個(gè)制冷系統(tǒng)制冷劑充注量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于氟泵供液方式。(4)可以較容易地設(shè)計(jì)熱氣融霜方式,熱氣融霜效果比壓差式供液的好?？傊?這種重力供液方式兼顧了壓差供液和氟泵供液兩者的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然這種重力供液方式也有其自身的缺點(diǎn)。(1)盡管氣液分離器較小,但數(shù)量較多且每一氣液分離器都得設(shè)置液位控制元件,加大了初始設(shè)備投入成本。(2)每一小型氣液分離器均沒有設(shè)油分離裝置,潤滑油無法實(shí)時(shí)排回壓縮機(jī),制冷運(yùn)行時(shí)間過長后,容易積累較多潤滑油,影響蒸發(fā)器盤管內(nèi)表面的傳熱效率。所以無論蒸發(fā)器是否已結(jié)霜,運(yùn)行一段時(shí)間后,都應(yīng)該及時(shí)要融霜排油。所以使用這種方式的制冷系統(tǒng)其壓縮機(jī)組宜設(shè)置高效雙級(jí)油分離裝置。(3)重力供液同樣也會(huì)受到靜液柱的影響。過低的靜液柱降低蒸發(fā)器內(nèi)流動(dòng)的制冷劑循環(huán)倍率,對(duì)換熱效率不利;過高雖然能提高循環(huán)倍率,但同時(shí)卻提高了蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的蒸發(fā)壓力或者蒸發(fā)溫度,對(duì)換熱效率也是無益。以R404A為例,重力供液的靜液柱宜設(shè)定在800mm～1000mm之間。盡管這種重力供液方式有某些不足。但由于其兼顧壓差式和氟泵式供液方式的優(yōu)點(diǎn),經(jīng)過我們的改進(jìn)和完善,有很好的發(fā)展?jié)摿?在實(shí)際制冷