氟利昂制冷系统在冷链物流中的应用

氟利昂制冷系统在冷链物流中的应用

1蒸发器氟利纤维制冷系统图1对于使用氟利昂（主要是r22、r404a和r507）作为原料的冷藏库，制冷系统的采用何种方法对整个制冷系统的日常运营、维护和管理成本起到了重要作用。根据对蒸发器供液方式及介质的不同来划分,目前最常用的氟利昂制冷系统有以下几种形式:(1)使用热力膨胀阀或电子膨胀阀的压差式供液制冷。(2)使用氟泵多倍循环的泵供液方式制冷。(3)使用在蒸发器上方配置气液分离器的重力供液制冷。(4)以水或乙二醇等溶液作为载冷剂的间接方式制冷。下面就以上前三种目前大中小型冷藏库常用的制冷方式做一简单的总结对比,为今后涉及的项目选择何种制冷方式提供一点参考。2低压式供液制冷方式由于使用热力膨胀阀或电子膨胀阀的压差式供液制冷系统比较简单,制冷机组的位置也不大受到空间条件限制,制冷机组既可以设置在低于蒸发器的位置,又可以置于其上方的位置。所以这种制冷方式目前应用最为广泛,尤其是在中小型的制冷系统中。这种供液方式为单倍供液,即制冷剂的供液量必须不超过蒸发器的蒸发量。压差式供液制冷有以下优点:(1)制冷系统较为简单,负荷波动不激烈的条件下,可以不用气液分离器。较小系统还可以不需要制冷机房,制冷机组就近设于冷间的屋面。节省空间,也节省制冷系统的初始投资。(2)制冷系统单倍供液,在制冷负荷波动比较小的条件下,系统可无需设置气液分离器,并采用较小甚至无需贮液器。这可以使整个制冷系统制冷剂的充注量达到极少的水平。(3)由于压差式供液制冷往往用于规模较小的制冷系统,故蒸发器融霜多采用电热方式而不是热气或水冲霜形式,制冷系统的排热也可采用风冷式而不是蒸发式冷凝器,整个制冷系统就不需要循环水和补水装置。(4)由于系统简单,制冷系统很容易实现全自动运行,无需操作管理人员同时避免了人为因素干扰。当然压差式供液制冷方式也有许多不利的方面。下面是针对该种方式的弊端及采取的一些措施,供大家借鉴。(1)压差式供液制冷方式为使系统简单,蒸发器融霜往往采用电加热形式,造成耗电量的增加,不利节能。因此,如果制冷系统总的电热融霜负荷较大时,可以采用水冲霜或热气融霜代替。(2)由于热力膨胀阀的结构所限,蒸发器出口必须保持7℃～8℃左右的过热度。另外回气管内流动的是过热气体,如果距离较远使制冷机组入口端气体的过热度进一步增大,致气体比容增加,系统中制冷剂循环量减少,从而降低制冷效率;还有通常情况下热力膨胀阀进出口两端至少需要不低于0.4MPa的压差,即在一定工况的蒸发压力下,系统冷凝压力必须要大于该蒸发压力0.4MPa的值,才能保证热力膨胀阀的正常工作。而较高的冷凝压力(往往使用风冷式冷凝器)不利于制冷效率提高。为了其能在较低的冷凝压力下平稳地制冷运行,在条件允许时,建议使用电子膨胀阀为宜。(3)氟利昂制冷系统必须考虑蒸发器的回油。通常系统回气管路必须保持一定的带油速度,虽然较低的回气速度能减少回气管的压力损失,但不利于回油,所以为使顺利回油,必须保持较高回气流速,在距离较长时这又增大了回气的压力降和过热度,对制冷效率不利。更为严重的是回气过热度过大,对压缩机冷却作用就会相应减小,导致制冷机组的排气温度升高,润滑油逐渐变稀,润滑质量逐渐降低,制冷机组的工作状态恶化,从而严重影响制冷机组的工作寿命。压差式制冷方式回油除了通常使用的双立管外,对于回气管径较大的系统,由于存油弯头积蓄的液量较大,为防止这部分存液对压缩机的冲击,也可以采用以下图示2回油:(4)制冷系统供液管路即使有一定的过冷度,经热力或电子膨胀阀节流后仍能闪发相当容量的无效蒸汽伴随液体进入蒸发器。相对于泵供多倍循环制冷方式提供给蒸发器多倍的饱和液体,膨胀阀压差式供液制冷方式大大降低蒸发器的传热系数。为减少闪发气体的产生,蒸发器供液管尽可能过冷并使用电子膨胀阀。图3是某冷风机的传热系数与供液循环倍率的曲线(假设膨胀阀供液视为单倍供液):综上所述,压差式供液制冷方式适合中小型的制冷系统。对大中型制冷系统尽量避免使用采用这种方式。如果条件所限必须使用,建议划分成几个独立的相对较小的制冷系统为宜。3系统运行维护管理方面对于大中型制冷系统,往往采用氟泵供液制冷方式。氟泵供液为多倍或称余量循环供液。高压液体制冷剂经节流进入低压循环桶,被分离出来的低温液态制冷剂经过氟泵,升压后输送至蒸发器,而分离出来的气体则被压缩机吸走。氟泵供液方式有以下几点优势:(1)由于是多倍供液,蒸发器的内表面湿润性能非常好,蒸发器末端及出口处没有过热气体,且蒸发器盘管表面内不容易积油,传热效果大大优于压差式供液制冷方式。(2)可以实现向远距离(可以达到200多米)的蒸发器供液,且同时对多台蒸发器供液时都能比较均匀。同时从蒸发器返回的回气为气液两相流体,不会有过热气体产生,对制冷机组起一定保护作用。(3)由于制冷系统有低压循环桶存在,很容易对蒸发器实现热气融霜,而不像电热融霜那样消耗电能,也不像水冲霜那样必须使用水泵、循环水池等循环水系统装置。(4)不像压差供液方式那样必须保持一定大小的冷凝压力,对整个制冷系统的高效运行非常有利。当然氟泵供液制冷方式制冷系统也一些缺点。比如:(1)制冷系统比较复杂,需要各种辅助设备、氟泵及必要的控制元件等。结果容易产生各个“漏点”,且往往不易发觉。对施工和验收以及今后系统运行维护管理的要求更为严格。(2)除了辅助设备较多外,由于是多倍供液,在制冷运行期间,蒸发器、回气管液态制冷剂的组份较大;同时氟利昂制冷剂气化潜热相对较低,需要较大管径的管路来输送,所以整个制冷系统制冷剂的充注量比起压差式供液制冷大幅度增加。(3)由于多倍供液,制冷剂与润滑油混合在一起,氟泵供液制冷系统的回油难度加大,不像压差式制冷,氟泵供液系统必须要专门的回油装置。目前最常用的回油方式有下面几种(见图4-6,由于篇幅所限,这里不便赘述这几种回油方式各自的利弊):(4)因为是多倍供液,从蒸发器至压缩机的回气管是气液两相流体。如果低压循环桶的位置高于蒸发器,必然造成一定的静液柱压力,从而相应提高了蒸发器的蒸发温度。这种影响要是较大时,必须在蒸发器和低压循环桶之间增设中间气液分离装置。这无疑加大了制冷系统的复杂性。由于氟泵供液制冷方式以上这些弊端,中小型制冷系统不建议采用这种方式。尤其其需要更多的制冷剂充注量,在环境保护呼声越来越高的今天,世界各国均已提出2020年后温室气体减排目标。中美两国最近达成温室气体减排协议,中国将力争实现温室气体排放量从2030年左右开始减少。即使使用所谓的“环保”制冷剂R507,其变暖潜值GWP=4600之高,在大型制冷工程中大量使用氟利昂制冷剂,欧美等发达国家基本上已经弃用。如果我们还依旧这么采用,这与世界环保的潮流背道而驰,因而在工程方案设计时,对这方面的考虑需要我们慎之又慎!4重力供液方式的选择重力供液方式是靠一定液面高度的制冷剂所形成静液柱压力向蒸发器供液。它的气液分离方式与氟泵供液的相似,只不过它不需靠泵运行。由于重力供液的气液分离器位置须超出蒸发器一定高度,所以在空间使用上受到很大限制。重力供液方式很早就开始使用,但接下来随着氟泵供液方式的出现和普及,重力供液方式一段时间曾经销声匿迹。正如以上所述的氟泵供液需要较多的制冷剂充注量,而如今要求减少制冷系统制冷剂充注量的呼声越来越高,制冷剂充注量相对较少的重力供液方式,这种曾经一度被冷落的供液方式又重新回到人们的视线。当然现在所说的此重力供液方式并非彼重力供液方式,现在所采用的重力供液制冷方式不是集中式的,即整个制冷系统集中设置一台或若干台气液分离器。而是相对分散式的,即在每一台或两三台蒸发器边分别设置一个袖珍型的气液分离器,蒸发器出气口流体在此气液分离。分离后的低压液体借静液柱压力重返蒸发器内,分离后的气体则被压缩机抽回。这样的气液分离器其重力供液方式的有其独特的优点:(1)进入蒸发器的是蒸发温度下的饱和液体,其对蒸发器传热效果可以与泵供方式相媲美。远远高于压差式制冷的传热效率。(2)由于制冷机房至蒸发器管路也属于单倍供液,至蒸发器的供液管横截面大小与压差式供液方式的几乎一样,都比氟泵供液的小(如果氟泵是3倍循环供液,那么前者的供液管横截面是后者的三分之一,以此类推)。(3)微型的气液分离器存有很少液体,且回气管流动的几乎是干式气体。整个制冷系统制冷剂充注量远远低于氟泵供液方式。(4)可以较容易地设计热气融霜方式,热气融霜效果比压差式供液的好。总之,这种重力供液方式兼顾了压差供液和氟泵供液两者的优点。当然这种重力供液方式也有其自身的缺点。(1)尽管气液分离器较小,但数量较多且每一气液分离器都得设置液位控制元件,加大了初始设备投入成本。(2)每一小型气液分离器均没有设油分离装置,润滑油无法实时排回压缩机,制冷运行时间过长后,容易积累较多润滑油,影响蒸发器盘管内表面的传热效率。所以无论蒸发器是否已结霜,运行一段时间后,都应该及时要融霜排油。所以使用这种方式的制冷系统其压缩机组宜设置高效双级油分离装置。(3)重力供液同样也会受到静液柱的影响。过低的静液柱降低蒸发器内流动的制冷剂循环倍率,对换热效率不利;过高虽然能提高循环倍率,但同时却提高了蒸发器内制冷剂的蒸发压力或者蒸发温度,对换热效率也是无益。以R404A为例,重力供液的静液柱宜设定在800mm～1000mm之间。尽管这种重力供液方式有某些不足。但由于其兼顾压差式和氟泵式供液方式的优点,经过我们的改进和完善,有很好的发展潜力,在实际制冷