带满液式蒸发器的直接膨胀供液氨制冷系统

在已有的制冷剂中，氨具有作为制冷剂的优良理化性质和热力学性质，是一种值得推荐为替代工质进行研究的物质。氨作为替代工质，具有以下优点：1、氨是天然工质，有良好的环境指标，即使泄漏，在大气层逗留的时间极短，不会影响大气的臭氧层和产生温室效应；2、氨作为制冷剂使用已有一百多年的历史，其理化和热力性能已经过广泛和长期的研究，为研究人员十分熟识。在再研究开发过程中，需投入的研究成本可大大减少，而且开发研究的预见性要比对新开发制工质的预见性来得正确、有效；3、氨有较大的汽化潜热，和常用的氟利昂工质相比，达到同一单位制冷量所需的工质质量流量，氨仅是其1/7―1/10.见表1.使用氨作制冷剂的制冷装置要比采用CFCS和HCFCS作制冷剂的制冷装置，体积小得多，重量也轻得多，运行费用也可得到很大的节省。4、氨的粘性小，工质流经管道的压力降也较小；氨与CFCS和HCFCSX质相比，价格也便宜得多。5、氨的临界温度高（1331C），凝固点较低（-77.71C），标准沸点为-33.31C，在常温和在普冷范围内压力比较适中，是一种优良的中温、中压型制冷剂。

尽管氨工质有这些优点，但要作为CFCS和HCFCS工质的替代品被接受，还有许多问题要解决。

其中主要的问题是：1、氨具有强烈的刺激性和较大的毒性，特别在空调等人员比较集中的场所使用受到限制；2、氨的绝热压缩指数较大，当制冷压缩机的吸入气体稍有过热，就会引起较高的压缩机压缩终了制冷剂气体温度。当长期处于高排气温度下工作，制冷压缩机的运行可靠性和使用寿命将受到影响；3、氨与润滑油的互溶性几乎为零，系统要解决润滑油的分离和回收，才能有效地保证冷凝器、蒸发器等热交换设备的传热效率。

表1当tk=35r产生100kW冷量时，采用不同制冷剂所需质量流ft对照表制冷剂名称质量流量kg/s与氨流量比率现有的氨制冷系统为防止氨泄漏，增添了许多装置、设备和管道阀门，结果使整个系统变得复杂。而实际上要防止氨的泄漏，提高氨制冷系统的安全性，靠增设紧急泄氨器等消极的方法是不能从根本上解决问题的。增设的设备越多，管道系统越复杂，造成泄漏的可能性就越大；系统越庞大，系统内充注的工质也就随之增加，系统的安全性就受到更大的威胁。

减少工质充注，简化系统是使系统的安全性得到提高的有效途径。

为解决氨制冷压缩机的排温过高，在氨制冷系统，通常采用再循环满液式蒸发器，这些蒸发器能使冷凝器蒸发器冷凝器制冷压缩机气低压储液器热交换器蒸发器制冷压缩机吸入的蒸气为干饱和状态。但是用这些蒸发器的制冷系统庞大，有气液分离器、氨泵等。为使系统简单，一般不宜选用满液式蒸发器的氨泵强制供液制冷循环或重力供液制冷循环，而采用直接膨胀供液的制冷循环使用的蒸发器通常为干式蒸发器，无法控制蒸发器出口处的蒸气恰好处于干饱和状态。

要使氨作为CFCS和HCFCS工质的替代品，一个简单、便于实现控制、高效的制冷循环是必不可少的。

欧洲各国在以氨为CFCS工质的替代物的研究做了大量的工作，并提出了一些有效的方法。现介绍一种带有满液式蒸发器的直接膨胀供液氨制冷系统。该系统结构非常简单明了，仅由制冷压缩机、冷凝器、带热交换器的低压储液器、蒸发器、电磁阀等几部分组成，没有氨系统中常见的高压储液器、油分离器等设备。见。在该系统中制冷剂的存在方式和循环方式如所示。

低压储液器电磁阀热交换器-采用满液式蒸发器的直接膨胀供液氨制冷系统原理图个气+液系统内氨制冷剂流向图该系统中的蒸发器为满液式，是通过低压储液器和热交换器实现的。在整个系统中仅有的储液装置是低压储液器，流体控制阀对制冷剂流量不作节制，能使制冷压缩机所输送的制冷剂量全部通过，进入蒸发器。系统工作时，氨制冷剂从蒸发器出来，为气液混合物，这些气液混合物在被制冷压缩机吸入之前先经过低压储液器，进行气液分离。分离出来的干饱和气体由制冷压缩机吸走，而分离出来的制冷剂液滴则沉积下来，经底部的连通管流入热交换器，在热交换器内吸收由冷凝器出来的高压液态制冷剂的热量，蒸发成干饱和气体，重新回到低压储液器，和低压储液器内分离出来的干饱和气体一起被压缩机吸走。从冷凝器出来的高压液体制冷剂在流经热交换器时，放出热量成为过冷液体。在该系统中蒸发器出口的制冷剂状态是气液混合物，这就保证了蒸发器在制冷系统工作时，整个传热面都保持湿润的“满液”状态。这种系统尽管蒸发器存在过盈蒸发量的液体制冷剂，但是不需要充注过量的液体制冷剂，而是利用热交换器的回热效应来实现流量稳定的。在热交换器内，蒸发器出口的那些未蒸发的制冷剂液体吸收了高压液体制冷剂的热量蒸发后被制冷压缩机吸走，高压制冷剂液体得到过冷。过冷的液体制冷剂把那些在蒸发器里未蒸发的液体制冷剂继续蒸发所产生的热量又带回到蒸发器，使蒸发器所需制冷量和制冷剂蒸发所产生的制冷量一致，使经过蒸发器的制冷剂质量流量与经过制冷压缩机的质量流量一致，保证在低压储液器内存液稳定。

这系统的特点是：1、系统比较简单，这种系统在构造上除了构成制冷循环必不可少的四大部件外，仅增添了一个带液-液热交换器的低压储液器，整个系统的结构减少到最小限度，这在防止氨系统的泄漏问题上是很有利的；2、系统有较高的制冷效率。虽然系统采用直接膨胀供液，但蒸发器是满液式的，所以制冷效率较高；3、运行安全可靠。系统采用满液式蒸发器，但和采用重力供液和液泵供液的系统不同，不需要超蒸发量供液。系统中又有足够的气液分离空间，分离出来的液体制冷剂在热交换器内吸热气化，不会积聚，占据容积影响气液分离的效果。制冷压缩机保证能在汽体为干饱和状态下工作，系统运行安全可靠。4、便于实现控制。系统中动力设备少，控制系统简单，而且运行安全可靠，给系统实现自动控制提供了一个好的基础。5、在系统中装上四通阀，也可以方便地实行高低压间的换向运行。

这些系统的结构特点使氨系统在运行性能上具有和氟利昂制冷系统相似的特点，改变原来氨制冷系统结构复杂，难以控制的状况，还体现出比氟利昂制冷系统更高的制冷效率。在欧洲，这种系统已成功地用于低温冷藏系统，并得到良好的回报。据资料介绍，这种系统与传统的制冷循环系统相比较，每年每立方米库容可节省能量约16kWh.这种系统也能运用于空调，也能和COz制冷系统组成复迭式制冷系统，应用于更广泛温度范围的制冷场合。由此可见，氨制冷系统当有良好的设计和维护时，完全可以在当前氟利昂制冷剂使用的场合使用，并且能够实现安全、高效。

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