三级复叠式制冷系统回热优化仿真研究

通过建立热力学模型,结合MATLAB软件,对回热优化效果进行仿真研究。研究分析了回热器对压缩机排气温度、压缩机单位质量制冷量和制冷剂质量流量以及系统COP的影响。实验结果显示,随着回热器效率ε在0.1~0.9范围内逐渐增大,高、低温两级压缩机的排气温度逐渐升高,单位质量制冷量qe逐渐增大,而制冷剂质量流量却逐渐减小。此外,系统的COP随低温级回热器效率的增大而减小,随高温级回热器效率的增大而增大。所得结果具有一定的参考价值,可为三级复叠制冷系统的优化研究提供依据。

中温循环制冷剂对三级复叠式制冷系统性能的影响

为研究R1150/R23/R161三级复叠式制冷系统中温循环制冷剂替代的可行性方案,对采用R1150/R41/R161,R1150/R170/R161和R1150/R23/R161的三级复叠式制冷系统进行热力学分析。结果表明:蒸发温度在-120^-80℃范围内,系统处于最优运行效率时,R1150/R41/R161,R1150/R23/R161和R1150/R170/R161的系统性能系数、压缩机输入功率和系统损失相差不大;在压缩机排气温度、热力学完善度和效率上,R1150/R170/R161和R1150/R41/R161的表现优于R1150/R23/R161。综合来看,采用R41或R170在三级复叠式制冷系统中取代R23的制冷剂替代方案是可行的。

一种替代三级复叠式制冷系统的方案分析

以提高-120℃^-80℃温度区间内运行的制冷系统能效为目标,对采用R1150/R41/R717的制冷剂组的三级复叠式制冷系统进行分析,提出采用R1150/R717制冷剂组的双级压缩复叠式制冷系统的替代方案,对系统的排气温度、压缩机输入功率、COP、热力学完善度、?效率、?损失及部件?损失所占比例进行理论分析。研究结果表明:在-120℃^-80℃蒸发温度范围内,双级压缩复叠式制冷系统的压缩输入功率比三级复叠制冷系统的压缩功低1.3 kW^3 kW。双级压缩复叠式制冷系统COP和热力学完善度比三级复叠式制冷系统COP高约12.8%~14.7%。双级压缩复叠式制冷循环的?效率大于三级复叠式制冷系统的?效率,双级压缩复叠式制冷循环的?损失小于三级复叠式制冷系统的?损失。综上所述,在-120℃^-80℃蒸发温度范围内,采用双级压缩复叠式制冷系统替代三级复叠制冷系统的技术方案是可行的。

内部换热器对三级复叠式制冷系统性能影响的热力学分析

为研究内部换热器对三级复叠式制冷系统性能的影响,本文以采用制冷剂组R1150/R170/R717与R50/R170/R717的三级复叠式制冷系统为研究对象,将带有低温级内部换热器、中温级内部换热器、中低温级内部换热器的三级复叠式制冷系统和无内部换热器的制冷系统对比分析。分析结果表明:当蒸发温度为-120℃^-80℃,无内部换热器时,制冷剂组R1150/R170/R717的COP高于R50/R170/R717系统。在有内部换热器的系统中,对于R1150/R170/R717,内部换热器的使用均不利于提高COP,但是仍高于R50/R170/R717系统的COP。当蒸发温度为?100℃时,相比无内部换热器的系统,带有中温级内部换热器、低温级内部换热器、中低温级内部换热器的三级复叠式制冷循环的COP分别降低0.57%、1.53%和3.58%。对于R50/R170/R717,中温级内部换热器的使用均使COP降低,低温级内部换热器的使用只有在蒸发温度为-115℃^-100℃时才有利于提高系统COP,但提高幅度不到1%。因此当三级复叠式制冷系统使用R1150/R170/R717和R50/R170/R717时,不推荐使用内部换热器。