第36卷　第5期2002年5月

西　安　交　通　大　学　学　报

JOURNALOFXI′ANJIAOTONGUNIVERSITY

Vol.36　№5May2002

文章编号:0253-987X(2002)0520536205

NH3/CO2低温制冷系统研究

顾兆林,(,)

摘要:N2,其中高温部分采用NH3做工质,低温部分利用

CO2为工质.NH3/CO2复叠式制冷系统的性能进行的热力学模拟计算,分析了该循环的运行参数和性能系数在中间温度和冷凝温度改变时的变化规律,结果表明:在同一冷凝温度下,复叠式两级低温制冷系统存在一个最佳中间温度,使系统性能系数最大,在最佳中间温度的±5K范围内,性能系数降低很少;高温级冷凝温度改变时,循环性能系数也要随之变化,随冷凝温度增加,系统达到最大性能系数时的最大中间温度也增加.研究结果为该复叠式制冷系统的优化设计和实际运行提供了理论基础.

关键词:二氧化碳;氨;制冷系统;天然工质中图分类号:TB66　文献标识码:A

PerformanceofAmmonia/CarbonDioxideLow

TemperatureRefrigerationSystem

GuZhaolin,LiuHongjuan,LiYun

(SchoolofEnvironmentalandChemicalEngineering,Xi′anJiaotongUniversity,Xi′an710049,China)

Abstract:Studiedisakindofammonia/carbondioxidetwo2stagelowtemperaturerefrigerationsys2tem,inwhichammoniaisusedastherefrigerantinthehigh2temperaturestageandcarbondioxideisusedastherefrigerantinthelow2temperaturestage.Theperformanceofthesystemissimulatedandanalyzedbychangingthemeantemperatureoftheevaporator2condenserandthetemperatureofthecondenser.Themeantemperaturesoftheevaporator2condenserarecalculatedtomaximizethecoeffi2

cientofperformance(COP)ofthesystematdifferentcondensingtemperatures.Itisshownthatthereexistsanoptimummeantemperatureinevaporator2condensertomaximizetheCOPofthesystem,andthemaximalCOPofthesystemisincreasedwithloweringthecondensingtemperature.Therelation2shipbetweentheoptimummeantemperatureandthecondensingtemperatureisgiven.Keywords:carbondioxide;ammonia;refrigerationsystem;naturalrefrigerant

　　全球环境问题,如大气臭氧层的破坏及温室效应,对压缩式制冷系统产生了深刻的影响.CFCs制

冷剂的禁用和HCFC制冷剂的逐步淘汰,使得天然工质越来越受到人们的重视.天然工质,如CO2、

收稿日期:2001209211.　作者简介:顾兆林(1965～),男,博士,教授.　基金项目:国家自然科学基金资助项目

(59806010).

　第5期　　　　　　　　　　　　　　　顾兆林,等:NH3/CO2低温制冷系统研究537

NH3等,对臭氧层不产生破坏,没有或基本没有温NH3和CO2的双工质两级制冷系统代替传统的NH3低温制冷系统[8,9].图1示出了这种NH3/CO2

室效应问题,但是CO2的高压和氨气的毒性却对制冷系统的设计和单元设备提出了新的要求.

本文研究了一种NH3/CO2复叠式低温制冷系统,其中高温部分采用NH3做工质,低温部分利用CO2为工质.通过对NH3/CO2复叠式循环的热力计算,分析了该循环的运行参数和性能系数在中间温度和冷凝温度改变时的变化规律,为该复叠式制冷系统的优化设计和实际运行提供了理论基础.

两级低温制冷系统的组成简图

.

1　NH3/CO系统

1.1　CO2制冷剂

CO2作为制冷工质的优点是:无毒,不可燃;价

1:CO2制冷压缩机;2:中间热交换器(或蒸发ν冷凝器);3:NH3制

冷压缩机;4:高温级制冷循环的冷凝器;5:低温级制冷循环的蒸发器;6:低温级节流装置(毛细管或节流阀);7:液相CO2储液器;8:高温级节流装置;Q代表制冷量;Q+P代表

放热,P是两级压缩机的输入功.

格便宜,来源丰富;蒸发潜热较大,单位容积制冷量相当大;运动粘度低,与普通润滑油相容;属于自然工质,环境友好.

CO2作为制冷工质的缺点是:系统的工作压力高,最高压力达10MPa,甚至更高.

目前关于CO2制冷剂作为单一制冷剂的研究主要集中于采用跨临界制冷循环的汽车空调系统、热泵系统等[1～4].1.2　NH3制冷剂

NH3(R717)作为制冷工质的优点是:具有良好的热力学性能,与氟里昂相比,获得相同冷量的氨制冷系统可以采用较小尺寸的压缩机和换热器,功率消耗也较小;属于自然工质,环境友好.

NH3制冷剂的不足之处是:具有中等程度的毒

图1　NH3/CO2复叠式低温制冷系统示意图

　　在NH3/CO2两级低温制冷系统中,利用CO2作为低温级循环的相变冷媒[10,11],降低了低温级循环的工作压力,压缩后的CO2气体被普通的NH3制冷系统冷却及冷凝,即NH3制冷系统是该低温制冷系统的高温级.因此,NH3制冷系统也可以在远离公众的场所设置,安全问题可以完全解决.由于CO2无毒、不可燃、没有气味,且相对分子质量比空气的大,因此可以按照氢氟烃(简称NFC)制冷剂的规程处理.另外,CO2制冷剂的容积制冷量大约是NH3制冷剂的8倍,低温级制冷剂的容积流量大大降低,而且由于是利用CO2相变来制冷,因此换热性能改善,大大减小了所需换热器的面积,使得这种低温制冷系统具有很强的竞争力,系统的安装、操作和维护成本可以降低.

图2是NH3/CO2复叠式低温制冷系统的实际循环TνS图.低温级制冷剂CO2从蒸发器出来进入压缩机前存在压力损失,导致压力降低,其过程为1ν1R;进入压缩机后,制冷剂被压缩,温度和压力升高,其过程为1Rν2R;制冷剂进入蒸发ν冷凝器被冷却、冷凝,其过程为2ν3ν4;然后通过节流阀,即过程4ν5;最后进入蒸发器中蒸发,即过程5ν1,从而达到制冷目的.　　高温级NH3制冷剂与低温级的工作原理相同,不同点是高温级NH3制冷剂在蒸发ν冷凝器中蒸发,然后进入压缩机被压缩,在冷凝器 …… 此处隐藏：5609字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……