1、级联式二氧化碳和氨原型制冷系统制冷过程应用的实验性探究摘要：使用氨和二氧化碳作为串联式制冷系统的制冷剂的原型机已经设计制造出来。这种原型机能够在蒸发温度设置为 50 摄氏度的情况下，相当于能够提供 9 kW 制冷量水平的制冷剂机。这种原型机包括一特殊的控制系统和数据收集系统。该实验性探究在在设置好的参数下据真实情况进行的。紧接着，围绕四种二氧化碳四种蒸发温度（-50C,-45C, -40C and -35 C）进行多组实验，在每一组评估的蒸发温度下，二氧化碳的冷凝温度从-17.5C t 到 -7.5 C 变化，并且每一组实验的最佳冷凝温度已经确定了。对实验结果的讨论包括实验参数对串联式系统效率
2、的影响。另外，实验还对两个普通的使用氨制冷剂的双极制冷系统进行了比较。关键词：制冷系统 串联系统 二氧化碳 氨发展 原型实验引言最近，由于合成制冷剂对臭氧层的负面作用或被认为是全暖变暖的始作俑者，制冷业正经历重要的变化。在不久的未来有些已经被禁止使用或者正在被取缔的过程中，或者限制使用。为了更好的长期替换它们，Lorentzen (1994)建议使用天然的物质如氨，二氧化碳，碳氢化合物作为制冷剂，在这个领域引起了全新的研究热潮。在上世纪初另一个天然物质，二氧化碳被用作制冷剂。这是在 1900 年中更换的由目前禁止人工制冷剂（金等人。 ，2004） 。最近发表的研究由 Lorentzen（199
3、4）和Pearson（2005）指出，要重新开始使用的 CO2 作为制冷剂时，具有高潜力的优势在二氧化碳制冷系统，能够在低温下使用的，它是环保，无无毒，无爆炸，容易获得，并且可以在制冷过程中使用的温度范围内的范围（从 50） 。此外，它与一般的使用在实际制冷系统中的油（宝莲和玉峰，2007 年）兼容。当其压力等级高耦合的制冷元件尺寸缩小允许（卡韦略等。 ，2008） ，它提供了低气压比和低噪声。二氧化碳作为制冷剂的主要缺点是高工作压力（30 7.2 兆帕） 。Lorentzen（1994 年）奠定了对 reinitiating 的 CO2 作为制冷剂的跨临界循环使用高潜力和复叠式制冷系统的特殊
4、重视。相对着第一种情况，从制冷系统获得的实验结果研制的原型汽车工业（Brown 等，2002;。Liu 等人，2005 年。 ） ，并在热泵及从国内使用的制冷剂中实验性验证中获得，同合成的制冷剂相比（Neksa，2002 年国内申请制冷系统;黄禹锡和 Radermacher，1999 年;Hrnjak 等，2000） ，显示类似的 COP 值。格罗尔和金（2007）在过去的纪念中进行了一个对有关 CO2 跨临界系统中广泛使用得到的结果研究开发，进行编制。关于复叠式制冷系统中 CO2 的使用，二氧化碳和氨一直是近年来开发的许多研究关注的中心，产生很高的期望。 Eggen 和 Aflekt（199
5、8 年） ，Pearson和 Cable（2003 年） ，与 Van Riessen（2004 年）显示，在超市冷却制冷系统的梯级利用的实际例子。 Eggen 和 Aflekt（1998 年）的重点是为 amediumsized 超市 inNorway制冷系统样机开发他们的制冷系统。Pearson 和 Cable（2003）从一家（阿斯达）超市中收集数据。凡 Riessen（2004）苏格兰超市本地安装了制冷系统中所收集的数据进行冷却系统的经济和技术可行性，介绍给一个荷兰超市使用。这项研究最主要的领域便是对二氧化碳串联式原型制冷系统 在蒸发温度为 50 摄氏度下提供 9 kW 制冷量水平的制
6、冷剂机的设计，制造。这项实验装置由控制系统保持运行条件为常数。原型设计包括为基础和 PCwhich 允许实时读取和必要的变量的存储，计算和分析操作参数，勾勒出样机的性能和它的主要组件的数据采集系统的 16 位数据采集卡。包括对级联系统的性能的操作参数的影响所获得的实验结果的讨论，最后，从原型获得的实验结果同两种常见的采用氨作为制冷剂，并以同样的工作条件工作的双级制冷系统进行了比较。实验原理这种串联式制冷系统有两个独立的制冷系统组成，一个串联式热交换器将这两个单独的系统连接起来。这两个独立的系统个分别为低温制冷该系统和高温制冷系统，低温系统中的制冷气体是 CO2，高温系统中的制冷气体是 NH3。
7、在低温系统中，CO2从一个水平放置的不锈钢平板冷冻室中蒸发出来，这个平板冷冻室里面充满了液态CO2，充当着驱逐器和膨胀设备的角色，允许来自于液态 CO2 隔离室中的液态气体再循环。在这个平板冷冻室中，达到气化温度的 CO2 从制冷行业中经常用到的冷却罐中吸收冷却负荷，并进入到液态 CO2 隔离室中。随后， CO2 从液态气体隔离器中北释放出来而被压入到半球形的压缩机中。从压缩装置中释放出来的 CO2 气体进入到串联式热交换器中，在这里 CO2 被浓缩降温，向使用 NH3 制冷的系统中释放热量，随之，CO2 进入到一个液体储备槽中，从这个液体储备槽中，CO2 流通过一种内置于液体隔离器中的线圈进
8、入制冷过程，被冷却的 CO2 通过阀门进入到可以将液态 CO2 变为气态的驱逐设备中 。CO2 饱和溶液的第二道液流从液气隔离器中流出，流入达到驱逐设备中与其中第一道 CO2 液流混合，结果混合液流进入到平板冷冻室中，在这里等待蒸发。在本次实验装置中所用到的所有温度传感器均为 Apt100，嵌入直径为 3 毫米的不锈钢管中的那种，压力传感器的型号为 WIKA ECO 1，精确到误差范围仅为 0.5%的幅度（40bar） ，低温制冷系统的液态 CO2 的集中流量用 Coriolis ow-meters 来测量，误差范围经测量为 0.25%，高温制冷系统中 NH3 的单位流量用 electroma
9、gnetic ow-meters 来测量，误差范围经测量为 2%，制冷气体的流量被相应系统内置在驱逐器中的阀门控制。当实验设备失控时，低温制冷系统中的气压将被制冷负荷所控制，制冷负荷将用内置在液态气体隔离器中的线圈来冷却 CO2 制冷系统，经过串联式冷却系统实验的估计，做为设备重要组成部分和高低温制冷系统以及通过实验所能计算出来的 COPwere 的参数均具有可操作性。之前提到的形成于气流与能量之间平衡的参数的计算成为每一部件的原型的重要应用。另一方面，实验误差的详细分析根据 ISO (1995).而得到，该分析显示，典型误差估计的最大值如下：Qe，CO2 为 0.35%，Qc ，CO2 为
10、0.43% ，Qe,NH3 为 1.84%， Qc,NH3 为 1.83%，COPCO2 为 2.02%，COPNH3 为 2.72%，COPCO2/NH3 为1.67%，误差范围已经被包括在表 Figs. 4e6 中，显示各种情况的典型误差机数据分析对复叠式制冷系统的实验评估中，主要组成设备的运行参数，以及高，低温系统和全球 COP 值均是从实验测量的数据计算。根据质量和能量平衡，前面提到的参数计算，应用到每个主要原型部件。在另一方面，根据 ISO（1995）对实验的不确定性进行了详细分析。这项分析显示，典型不确定性最大因素估计为， Qe,CO2 为 0.35% ,Qc,CO2 为 0.43
11、% , Qe,NH3 为 1.84% , Qc,NH3 为 1.83% , COP CO2 为 2.02% , COP NH3 为 2.72% 和 COP CO2/NH3 为 1.67% 。结论分析原型机的制冷能力，从 9.45 kW, Tc,CO2 ，17.5 , 到 8.07 kW, Tc,CO2 ，10 ，逐渐减弱。当二氧化碳处在最佳的参数时，制冷量为 9.31 kW，比设定的参数下制冷能力高 3.4%。氨冷凝器容量同在氨压缩机在相同的电力消耗情况显示类似的行为。在这种情况下，该值从 17.17 千瓦至 14.93 千瓦下降。从冷凝和蒸发器的级联计算能力的实验结果显示，在所有这些案件进行评估可以接受的能量平衡。在 Tc,CO2 at 12.5 情况下，测得的绝对最高不平衡 0.58 千瓦。结论本文论述了在一个具有二氧化碳和氨制冷系统的实验样机级联平稳条件下，实验估值供应蒸发温度在 50 C 是 9 千瓦的名义制冷量水平板冰柜的设计，施工。
