关于氨制冷技术的研究

1、国内外氨制冷技术的应用现状

应用领域：1876～1877年间，Linde制造的氨压缩机就配置在慕尼黑的斯巴坦布罗啤酒厂，用于麦芽和发酵桶的冷却；1890年英国采用氨直接膨胀供液方式并在墙上设置冷却盘管保存肉类制品，从此，氨制冷技术在食品冷冻冷藏领域逐步得到了快速发展。除了啤酒生产和食品的冷冻加工、食品冷冻贮藏、食品保鲜贮藏、冰激凌的制作以及大型制冰等应用了氨制冷系统外，氨制冷技术也为化工领域、建筑领域、水利建设、远洋捕捞及特种实验场所提供制冷服务。

2、应用现状

2.1制冷系统

氨制冷系统在食品冷冻冷藏领域多为直接制冷系统，但也有少量间接制冷系统。采用间接制冷系统主要是从安全角度考虑，在特大型的贮藏果蔬的冷库中，为防止氨制冷剂泄漏于冷却物冷藏间内、且尽量减少系统的用氨量，采用有以氨为制冷剂、乙二醇为载冷剂的间接制冷系统，如烟台复发中记装配式冷库。近年来，欧洲和美国已开始应用NH3和CO2的复叠式制冷系统，其高温级采用NH3，低温级采用CO2，避免了因地震等意外原因可能导致的氨在库房内意外泄漏而影响贮存食品的安全问题，同时也减少了整个制冷系统的用氨量，提高了冷库系统的安全性。

在国外，氨制冷系统的供液方式多为直接膨胀供液、重力供液和氨泵强制供液，且系统自控能力较强。

我国在上个世纪50年代以前，为食品冷冻冷藏配置的氨制冷系统多为直接膨胀供液，由于自控系统落后，一般采用人工调节，因劳动强度过大、不安全因素极多；从70年代开始，随着我国自行研制的制冷自控元件的问世以及引进国外自控元件，直接膨胀供液逐步被重力供液和氨泵强制供液所取代；80年代后，随着计算机微电子控制技术的不断发展，国内出现了以可编程序控制器（PLC）及用PLC组成的集散式控制系统（DCS控制系统）控制的采用氨泵强制供液方式的全自动或半自动氨制冷系统，2000年，我国在大连的一座水产品加工厂的氨制冷系统中第一次采用了DANFOSS公司的氨电子膨胀阀，从而再次实现了直接膨胀供液，与50年代前期的制冷膨胀供液相比，系统的安全性和控制方式及自动化程度得到了极大的提高。但由于当时尚无与氨互溶的合成润滑油，制冷系统仍配置的油分离系统，未能实现制冷系统的完全简化。即使如此，也使系统的用氨量大大的降低。氨制冷系统在化工、大型空调系统、啤酒厂、制药厂中多为间接制冷系统，如我国于1988年在南京开发出利用工业废热的双级氨水吸收式制冷机，并应用于-20e和-30e两个蒸发温度制冷系统。

2.2制冷部件

目前，在氨制冷系统中，制冷压缩机多为活塞式和螺杆式制冷压缩机。前者出现较早，使用也最为广泛，其优点在于：使用方便、运行可靠、管理经验成熟，冷量范围大、单位制冷量耗电量较低，加工较简单，造价较为低廉；其缺点是压缩机体积大、耗金属多、占地面积大，易损部件多，维护费用高，单机产量不能太大，能量无级调节比较困难。而螺杆式压缩机机的结构简单、体积小、易损部件少、重量轻，振动小，容积效率高、对湿压缩不敏感，能实现无级调节；其缺点是单位冷量耗电比活塞式稍高，喷油冷却使得滑油系统复杂而庞大，耗油高，噪声大，螺杆的加工精度要求高。相对而言，因螺杆式压缩机能方便地控制排气温度，在氨制冷系统中将会更加广泛地应用。

3、氨制冷技术的发展趋势

氨制冷系统中的应用已有百余年历史，应该说，人们对其优、缺点都有足够的认识。当前，为推进我国制冷空调产业可持续发展和环保、节能步伐，氨作为一种性能优良的天然制冷剂，在CFCs替代方面具有很强的优势。氨制冷技术在安全应用的基础上将会有很大的发展空间。

3.1氨制冷设备的质量和能效将得到提高

随着研究工作的不断深入，一些科研成果、专利技术不断涌现。据文献介绍，国外有关公司已研制出100HP以下的全封闭氨制冷压缩机，而对100HP以上的机组已研制出高效密封机构；新型钎焊型热交换器和相溶性冷冻油的应用，使换热量比此前使用矿物油时增加了160%，体积大大减小。可以预见，随着对氨制冷剂强化传热技术、氨用金属材料和润滑油、高效氨用压缩机等科研成果的完善和加工工艺的进一步改进，氨制冷设备的整体质量将更有保障，运行能效比也将不断提高。

3.2氨制冷系统将机组化、小型化

小型氨商用制冷系统在30～40年前曾相当普及，但时至今日，没有较大的实质性改进，而当时那种简陋的系统决不可能为今天的市场所接受。为促进氨制冷系统的广泛使用，必须进行氨用换热器的强化传热研究，缩小换热器尺寸，研发氨用电子膨胀阀和小型全封闭氨压缩机，同时通过优化设计，简化与完善制冷循环，实现氨制冷装置的机组化和小型化。

3.3大型氨制冷系统将进一步简化

与氨相溶的润滑油开发成功后，在设计中，就可省去油氨分离器、集油器以及相应的管路和阀门；通过氨膨胀阀或氨电子膨胀阀，便可省去低压循环桶和氨等一些附属设备。如此，设计师们便可采用氟利昂制冷系统的设计思路来进行氨制冷系统设计，并在氨制冷系统的高压侧采用机电一体化的设计思路，氨制冷系统便可以得到进一步的简化。

3.4氨制冷系统控制将更趋自动化

21世纪的控制技术、计算机网络技术、远程监控等为系统的自动控制提供了相应的技术支持和保证，也为氨制冷系统的全自动控制提供了发展空间。自动化问题涉及到油的开发、氨用电子节流阀的研制、系统循环设计、制冷系统的静态与动态特性等问题，而这些问题的逐步解决，将推进氨制冷系统的自动化进程，对制冷系统的高效节能运行、制冷系统的安全使用和安全防护、降低生产成本等都将带来新的变革。

3.5氨制冷系统的安全性、可靠性将更加完善

安全使用是一项技术应用的前提。由于氨具有一定的毒性、且在一定的条件存在爆炸的可能性，因此采用氨制冷系统时，保证系统安全和不发生泄漏是至关重要的。

4、结束语

近年来，由于发现氟利昂类制冷剂对大气臭氧层有破坏作用以及能产生温室效应等环境问题，国际上已达成完全禁用CFC、逐渐限制使用HCFC类制冷剂的共识。在全球积极研究氟利昂替代技术以解决对臭氧层破坏及温室效应问题，天然制冷剂受到了越来越多的制冷科技工作者的青睐，人们对氨制冷剂开始重新评价，并已投入大量的人力物力，致力于氨的安全性能和制冷系统及其设备技术的研究。一些具有核心技术的氨制冷设备、控制元器件等已研发成功并批量生产，为氨制冷的技术进步创造了有利条件。如何更广泛地加快氨制冷系统的研究与应用，已成为全世界制冷科技工作者的重要课题之一。