自复叠制冷技术研究进展

自复叠制冷技术在低温领域的应用十分广泛。本文首先介绍了自复叠制冷技术的原理,并与单级压缩、多级压缩及复叠制冷技术进行比较,指出了自复叠制冷技术具有结构简单、制冷温区宽的优势。从自复叠制冷系统的循环特性、混合工质的选择和配比优化、系统流程优化三方面,对当前自复叠制冷技术的研究进行分析总结。最后,展望该技术的发展前景,为拓宽该技术的应用提供参考。

自复叠制冷系统及其组分分离、迁移与调控研究进展

自复叠制冷技术因具有较宽的制冷温区、结构简单且运行可靠等优势,在普冷及深冷领域具有广阔的应用前景。对自复叠制冷循环的新流程构建与混合工质多元化的研究已较为广泛,但如何主动调控系统内混合工质的组分质量分数进而提升系统性能一直是技术瓶颈和研究难点。首先综述了国内外关于自复叠制冷系统的总体研究现状,阐述了其循环流程构建的发展历程。然后,总结了影响系统效率的组分分离与组分偏移特性两方面的研究进展。文中从制冷循环改进与关键元件—气液分离器性能讨论了组分分离方面的研究,并总结了组分迁移的原因、组分迁移特性的研究现状及相积存的理论计算模型。在此基础上,介绍了现有研究中对于自复叠制冷系统工质组分质量分数调控的方法。通过总结自复叠制冷技术在以上4方面的研究现状,提出未来领域内应重点关注的研究方向——组分优化调控,为进一步提升自复叠制冷系统性能提供借鉴与参考。

基于废热驱动吸收-压缩复叠制冷系统的4E分析与优化

为了营造船舶、冷藏重型卡车的低温环境,提高发动机低品位废热的利用效率,提出发动机废热驱动的吸收-压缩复叠制冷系统,从能量、[火用]、经济和环境的角度建立模型,并进行模拟研究。通过多目标优化,将低温级蒸发温度、低温级冷凝温度、高温级冷凝温度、复叠传热温差作为决策变量,得到系统的最优运行参数。结果表明,在最优运行工况下,系统COP为1.55,[火用]效率为0.246,总成本为15055.23美元/年。

R1150/R600a自复叠制冷循环开机动态特性实验研究

搭建带分凝器的自复叠制冷循环实验台,采用环境友好非共沸混合工质R1150/R600a,通过实验分析了带分凝器的自复叠制冷循环和传统自复叠制冷循环在不同蒸发压力和组分配比下的开机动态特性。研究表明,随着蒸发压力降低,两种循环制冷温度均降低、排气压力均升高,带分凝器的自复叠制冷循环温降更大,蒸发器进口温度最低可达到-73.8℃;开机后,带分凝器的自复叠制冷循环更快达到稳定制冷温度,低温箱温降速率更快。R1150/R600a组分配比为0.3∶0.7时,蒸发器进口温度最低可达到-77.2℃,较传统循环低5.6℃。随着低沸点组分增大,两种循环降温速率更快,但压缩机的排气温度升高,带分凝器的自复叠制冷循环压缩机排气温度较传统自复叠制冷循环高25.0~36.0℃。

适用于不同农产品贮藏的CO_(2)多温区复叠制冷系统性能分析

为评估多温区制冷系统性能,探究其在农产品冷库贮藏中应用的可行性,设计了低碳环保型多温区复叠制冷系统。该研究以CO_(2)双温区与三温区复叠制冷系统为研究对象,通过设置压力调节阀(简称节流系统)和增压压缩机(简称增压系统)解决不同并联温区间的压差问题,建立两类制冷系统的热力学模型,分析了双温区和三温区复叠制冷系统运行参数对其性能系数(coefficient of performance,COP)与?效率的影响,并在参考工况下对双温区和三温区复叠制冷系统的两种运行模式进行了对比。结果表明:增压系统性能系数与?效率均高于节流系统,参考工况下双温区与三温区增压系统相对于节流系统性能系数分别提升30.4%和23.4%;双温区与三温区复叠制冷系统各部件中,冷凝器具有最大的?损,采用压力调节阀给节流系统带来了更大的能量损失;同工况下,该研究所设计的双温区和三温区增压系统性能系数是CO_(2)/R134a单温区复叠系统的1.5和2.3倍;经济性对比发现,双温区与三温区复叠制冷循环增压系统年度总成本比节流系统分别节省6554和8156美元。因此,多温区增压系统在热力性能与经济性上均优于节流系统,研究结果可为CO_(2)多温区复叠制冷系统的开发与应用提供理论基础。

复叠制冷系统技术进展

为进一步提高复叠制冷系统的热力性能并满足环境保护的要求,对复叠制冷系统的关键技术进展进行了综述。重点整理并分析了制冷剂工质对的选择,总结了冷凝蒸发器和压缩机的选型和节能发展方向,指出采用虹吸制冷剂冷却压缩机电机和润滑油方法,其可使系统的COP值提高约5.76%,并对系统结构整体优化及回热器、喷射器对系统性能的影响进行论述,归纳了保证系统安全运行的措施,探讨了复叠系统和载冷系统相结合的复合制冷形式,指出通过提高载冷段的蒸发温度可进一步提高系统的运行效率,并展望了复叠制冷系统进一步发展和研究方向。

R410A单工质复叠制冷系统变工况㶲分析

本文搭建R410A单工质复叠制冷系统实验台,研究了蒸发温度(t_(e))和冷凝温度(t_(k))对制冷量、性能系数(COP),各组成部件及系统㶲损和㶲效率的影响。结果表明:当t_(e)从-30℃增至-10℃,系统总㶲损减小了0.722 kW,COP增大了0.75,系统总㶲效率先增大后减小,减小了2.68%。t_(k)从30℃增大至50℃,系统总㶲损增大了1.392 kW,COP减小了0.632,系统总㶲效率减小了22.01%。系统各部件中压缩机㶲损、低温级压缩机㶲损、高温级压缩机㶲损和冷凝蒸发器㶲损较大,且受t_(e)和t_(k)的影响较大,是系统薄弱部位所在。减小t_(k),增大t_(e)有利于降低系统的㶲损,提高系统的㶲效率和COP。

水冷式复叠制冷系统的在线动态模拟与优化

针对某装置的乙烯-丙烯复叠式制冷系统和循环水冷却系统耦合而成的复杂换热系统(水冷式复叠制冷系统),使用Unisim建立了严格的动态机理模型,并利用OPC技术实现了现场数据的实时获取,从而建立了在线动态模拟系统。通过在线动态模拟实现了模型与现场装置的同步跟随,在线动态模型可反映现场装置的当前运行状态,从而得到了一个高精度的数字孪生模型。此外,为解决系统能耗高的问题,以系统总功耗最小为目标函数,循环上水温度为决策变量,进行了全局模拟优化。其中,对于风机功率的计算,通过利用工厂一年的历史数据回归得到了风机功率的预测模型,从而解决了优化过程中功率计算的问题。最后,将优化结果在数字孪生模型进行了在线验证计算,并预测了优化效果。优化后系统总计节省功耗772.69MW,合计每年节省费用56.4万元,为企业带来了显著的经济效益。

应用型自动复叠制冷技术研究

自动复叠制冷可以比两级压缩在-60℃左右制冷时节能30～50%。作者创新了自动复叠制冷技术的理论,制作了小型试验机组试验,证明了理论的正确。又制作应用型试验样机试验,取得成功,为该技术的推广应用打下了基础,可在食品、石油、化工等企业推广应用,节能减排效果显著,技术市场潜力巨大。

一个改进自行复叠制冷循环的实验研究

自行复叠制冷循环以其结构简单、可靠性高、适应性强等特点 ,在能源、生物、医学和生命科学等领域得到了日益广泛的重视和应用。针对一个改进的自行复叠制冷循环 ,建立了该制冷循环的实验台 ,进行了不同配比的二元混合工质和三元混合工质的自行复叠制冷循环性能实验 ,得出了改进自行复叠制冷循环的降温特性图以及性能系数COP和制冷量与制冷温度的关系。

一种三级自动复叠制冷系统的试验研究

本文提出一种三级自动复叠的制冷系统,搭建了相应的研究装置,采用R134 a/R23/R14混合制冷剂,对试验装置和混合制冷剂组分的优化试验。并对降温过程中制冷系统中混合制冷剂合流特性进行了分析。

R22/R23自动复叠制冷循环的特性研究

通过一个两级自动复叠制冷循环系统来研究R2 2 /R2 3混合工质的循环特性 ,在一系列合理简化的基础上讨论了其组分的充注比例和循环比例的关系 ,分析了循环比例的计算方法 ,并给出了循环系统中各点参数的计算结果和空间压焓图。

船舶多温冷库新型自复叠制冷循环的研究

针对传统船舶一机多温冷藏系统在不同蒸发压力下提供不同蒸发温度所存在的问题,提出将改进的自复叠制冷循环用于船舶多温冷库.新型自复叠制冷循环使用非共沸混合工质,可以在相同的蒸发压力下提供不同的蒸发温度.根据船舶双温冷库的间室温度,选取R600a和R32组成的非共沸混合工质作为制冷剂,并对系统进行了流程设计、模拟计算,得到了设计工况下蒸发压力、冷凝压力、压缩机压缩比和性能系数随R600a质量分数变化的曲线,发现当R600a/R32的质量分数为0.7/0.3时系统的综合性能最优.为了更好地满足船舶储存食物的温度要求,设计了自复叠三温冷库的流程图,为进一步研究三温冷库提供了新方法.

一种四级自动复叠制冷系统混合工质组分选取及配比研究

对于多级自动复叠制冷系统,混合制冷工质的选取和组分配比具有重要的影响作用。针对四级自动复叠制冷系统,运用REFPROP8.0软件建立了混合工质种类选择及其配比研究的理论模拟方法,通过分析比较混合工质的饱和压力、蒸发温度,模拟出混合工质组分和配比:R600a/R23/R14/R740=45/21/19/16,充入该混合工质配比进行实验研究,获得了-150℃的设计柜温。研究表明,该混合工质理论模拟方法,能够有效指导实验研究,取得理想的制冷温度。

R134a/CO_2复叠制冷系统的实验研究

针对R134a/CO2复叠制冷系统搭建实验台,研究不同工况下系统性能参数的变化规律,考查了压缩机效率对系统性能的影响,并与传统R404A系统性能进行比较。研究表明:在高温级冷凝温度48℃,低温级蒸发温度-30℃,冷凝蒸发器传热温差为3℃的工况下,CO2冷凝温度为-2℃时系统COP出现最大值,并在最优值±5℃内系统性能变化不大;不同实验工况下,CO2压缩机绝热效率最大偏差不超过4%,影响系统制冷量的主要因素是压缩机的容积效率;相同工况下,R134a/CO2复叠制冷系统性能可比常规R404A系统性能高3%。

一种新型的自动复叠制冷循环

研究了一种新型的具有精馏装置的自动复叠制冷循环,采用了环保多元混合物R50/R23/R600a为制冷工质,对新循环进行了数值模拟,深入分析了循环工质配比、循环压比和精馏柱回流液的抽取率对系统COP的影响。在压缩机效率、冷凝温度和蒸发温度相同的前提条件下,进一步将新循环与未改进前的精馏循环进行了性能上的比较,发现新循环能够获得更高的COP。

CO_2/R290复叠制冷系统热经济性及最优化分析

建立CO2/R290复叠制冷系统的热经济性及分析模型并进行最优化分析。将年度投资成本与年度运行费之和(即年度成本)作为目标函数,分析系统中间冷凝温度、冷凝蒸发器温差、蒸发及冷凝温度对系统各组成部分的成本及系统效率的影响。对系统的热经济性进行最优化分析,计算并比较系统各部分的损。结果表明:在额定制冷量下,可通过最优化分析得到系统年度成本最低的最佳运行参数,与额定工况相比年度成本降低了13.9%。得到系统各部分损,为系统实际运行的优化提供理论依据。

节流阀开度对自复叠制冷循环冷凝蒸发器换热性能影响的试验研究

冷凝蒸发器的换热性能对自复叠制冷循环的性能具有显著影响,试验研究节流阀开度对冷凝蒸发器换热性能影响的规律,结果表明:自复叠制冷循环中冷凝蒸发器的损失是换热器中最大的,通过调节主流节流阀和支流节流阀的开度可以减小冷凝蒸发器换热过程的损失,冷凝蒸发器的换热窄点出现在端部,主流节流阀开度对冷凝蒸发器损失的影响比支流节流阀的要显著,稳定工况下,存在一组使冷凝蒸发器的损率最小的主流节流阀开度和支流节流阀开度。

两级分凝自复叠制冷系统特性

以两级分凝自复叠制冷系统为研究对象,分析了三元混合工质空间和平面汽液平衡特性,对三元混合工质的组分变化规律及运行特性进行了理论研究。应用混合工质物性分析软件Refprop 8.0根据冷凝蒸发器冷量平衡特性讨论了混合工质组分比例,得到比较合理的配比组成65/20/15。通过5个平面压焓图的空间变化关系分析了自复叠制冷系统工质分离、混合和运行特性。根据实验研究,循环系统高低压旁通和相分离器出口气体旁通可有效改善压缩机启动初期系统压力和温度过高的问题。对系统各级节流降温过程进行了分析,并对压缩机的吸排气温度和蒸发温度进行了研究。

R134a/R23自动复叠制冷循环的试验研究

在分析自动复叠制冷循环特点和R134a/R23混合工质特性的基础上,搭建了试验台进行了循环特性的研究。在一系列合理简化的基础上对试验结果进行了分析,并给出了循环系统中各点参数的计算结果和制冷循环的空间压焓图。