结霜工况下重力供液与直接膨胀供液制冷系统运行特性图文百度精.docx

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结霜工况下重力供液与直接膨胀供液制冷系统运行特性图文XX精

低温与超导

第37卷第7期制冷技术RefrigerationCryo.&Supercond.Vo.l37No.7

收稿日期:

2009-05-31作者简介:

孙志利（1984-,男,硕士研究生,主要研究方向为制冷系统节能及优化。

结霜工况下重力供液与直接膨胀供液制冷

系统运行特性

孙志利1,臧润清2,马玉草3

（1.天津制冷技术重点实验室,天津300134;2.天津商业大学制冷与低温工程系,天津300134;

3.内蒙古工业大学土木工程学院,呼和浩特010051

摘要:

以R404A为工质,用热平衡法测试结霜工况下直接膨胀供液制冷系统以及重力供液制冷系统在不同蒸发器供液高度时的系统的运行特性,并进行比较。

研究表明:

在重力供液制冷系统中,蒸发温度和压力高于直接膨胀供液制冷系统,且受供液高度和环境温度影响;在不同供液高度时,重力供液制冷系统压缩机吸气压力高于直接膨胀供液制冷系统压缩机吸气压力,供液高度的增加,吸气压力升高,压缩机的排气压力的变化趋势与蒸发压力相似;重力供液制冷系统制冷量高于直接膨胀供液制冷系统制冷量,且随蒸发温度升高而增大,但制冷量的增加幅度却有着相反的变化趋势。

供液高度为1200mm时,制冷量最大增幅达到35.59%;重力供液制冷系统COP大于直接膨胀供液制冷系统COP,重力供液制冷系统存在最佳供液高度。

关键词:

制冷系统;结霜工况;热平衡;运行特性

Operatingcharacteristicsexperimentofrefrigerationsystemwithsupplyliquidrefrigerantby

gravityanddirectexpansioninfrostformationoperatingmode

SunZhili1,ZangRunqing2,MaYucao3

（1.TianjinKeyLaboratoryofRefrigerationTechnology,Tianjin300314,China;

2.Dept.ofRefrigeraion&Cryogenics,TianjinUniversityofCommerce,Tianjin300314,China;

3.SchoolofArchitecturalandCivilEngineering,InnerMongoliaUniversityofTechnology,Hohhot010051,China

Abstract:

UsingthermalbalancemethodandR404Aasrefrigerant,theoperatingcharacteristicsofrefrigerationsystemwithsupplyliquidrefrigerantbygravity（RSSLRGanddirectexpansionhavebeenanalyzedbyexperimentalmethodinfrostformationoperatingmode.TheexperimentsindicatethattheevaporatingtemperatureandpressureofRSSLRGarehigherthanthatofdirectexpansionsystemandaffectedbyevaporatingtemperatureandsupplyingheight.IndifferentsupplyingheightofRSSLRG,thesuctionpressureanddischargepressurearehigherthanthatofdirectexpansionsystemandchangedwithsupplyingheightandenvironmenttemperature.TherefrigeratingcapacityofRSSLRGislargerthanthatofdirectexpansionsystemandincreasingwithevaporatingtemperature,buttheadditionalmagnitudehasoppositechangetrends.Whensupplyingheightish1=1200mm,themaxadditionalmagnitudeis35.59%.Inaddition,theCOPofRSSLRGishigherthanthatofdirectexpansionsystem,anditremarksthattheRSSLRGexitsanoptimalsupplyingheight.

Keywords:

Refrigerationsystem,Frostformationoperatingmode,Heatbalance,OperatingCharacteristics

1引言

重力供液制冷系统是制冷系统形式的重要组

成部分,与直接膨胀供液制冷系统相比,具有避免

压缩机湿压缩、提高蒸发器传热效率等优点。

但

由于对重力供液制冷系统认识不足、对系统形式

选择存在盲目性以及对系统能耗重视不够,导致

该系统形式很少被采用[1]

。

然而在提倡节约能源、提高效率的社会发展背景下,不能忽视重力供液制冷系统对于提高制冷系统效率的作用。

在不增加能耗的基础上,重力供液制冷系统利用热虹吸原理实现制冷剂在蒸发器中再循环,增大制冷剂侧流速,它与扩大传热表面、增大扰动等强化换热方法具有叠加性,可增大传热系数,大比例提高蒸发器效率[1-3]。

图1重力供液制冷系统的原理图及相应的测试点

Fig.1Refrigerationsystemwithsupplyliquidrefrigerantbygravityandcorrespondingtestpoint

课题研究是在室外环境温度一定的情况下,用热平衡法测量重力供液制冷系统和直接膨胀供液制冷系统的制冷量,得到不同室内温度时直接膨胀供液制冷系统及重力供液制冷系统不同供液高度时的运行特性,并进行比较。

2实验系统装置

为了研究重力供液制冷系统,并将其与直接膨胀供液制冷系统进行比较,课题组搭建了如图1所示重力供液制冷系统及图2所示的直接膨胀供液制冷系统。

由于热力膨胀阀的启动特性及本身的特点,若在重力供液制冷系统使用外平衡式

图2直接膨胀供液制冷系统

Fig.2Directexpansionrefrigerationsystem

热力膨胀阀对蒸发器供液会导致汽液分离器液面难于稳定,压缩机回液过多,或制冷剂液体无法在蒸发器盘管中形成自然循环,所以使用手动膨胀阀调节蒸发器供液量。

在实验中,为解决压缩机回油及气液分离器的液面控制问题,课题组对重力供液制冷系统进行了改进。

在蒸发器入口设置抽油管路,并采用UQK型磁浮球液位控制开关与电磁阀和HH52PAC220V型继电器电路配合,实现对汽液分离器液面的控制。

3实验测试仪器和测试方法

在实验过程中,采用MX巡检仪和精度级数为2.5的高精度压力表进行温度和压力测量,此外为得到压缩机及电加热器输入功率,采用高精度电子万能表进行输入电流、电压测试。

实验测试采用空气侧热平衡法,即房间量热器热平衡法。

根据热平衡原理,冷风机的制冷量等于冷库漏冷量和加热器输入功率及风机输入功率之和,即Q=Qh+Qleak+Qfan。

冷风机安装在一个保温体内,冷库内设置电加热器,通过调压变压器进行加热负荷的调节,使冷库内的温度稳定在实验工况,此时测量输入电流和电压得到加热器的输入功率。

在实验初期,对冷库进行了漏冷实验,测量得到冷库高温情况下的漏冷数据,通过分析计算得到冷库在其它温度情况下的漏冷数据。

在此需要特别指出的是实验测试是在室外环境温度一定的情况下进行的,其设定温度为26.5。

4重力供液制冷系统与直接膨胀供

液制冷系统比较

与直接膨胀供液制冷系统相比,制冷剂再循环的重力供液制冷系统有以下优点:

（1在直接膨胀供液制冷系统的基础上增设了汽液分离器,使液体制冷剂在蒸发器与汽液分离器回路中形成再循环,实现了无泵条件下蒸发器的超倍供液。

（2由于蒸发器的超倍供液,使得蒸发器侧制冷

剂流速增大,蒸发管制冷剂侧可获得更充分的润湿,对流换热系数增大,强化了蒸发器的传热。

对于重力供液制冷系统制冷剂在蒸发器中的再循环机理及理论分析在文献[2,3]中已有详细介绍,这里就不再赘述。

5实验结果及分析5.1蒸发器运行特性比较

图3蒸发温度随室内温度的变化

Fig.3Evaporationtemperaturechangewithindoortempera

ture在重力供液制冷系统中,受液柱高度的影响,

使得其蒸发温度和蒸发压力均高于直接膨胀供液

制冷系统,如图3、图4所示。

液柱高度越高,蒸

发温度和蒸发压力越高,且随着环境温度的降低

图4蒸发压力随室内温度的变化

F

ig.4Evaporationpressurechangewithindoortemperature供液高度对蒸发压力和蒸发温度影响越大。

在供

液高度为800mm和1000mm时其蒸发温度比较

接近,但与直接膨胀供液制冷系统相比蒸发温度

明显升高。

当供液高度为1200mm时,其蒸发温

度明显高于供液高度为800mm和1000mm时的

蒸发温度。

在实验工况下,与直接膨胀供液制冷

系统相比,重力供液制冷系统的蒸发温度最大升

高1.9,对应的蒸发压力变化如图4。

5.2压缩机工作特性比较图5吸气压力随室内温度的变化Fig.5Suctionpressurechangewithindoortemperature

图6排气压力随室内温度的变化

Fig.6Dischargepressurechangewithindoortemperature

从图5中可以看出,在各个相同工况下,重力

供液制冷系统不同供液高度时,压缩机的吸气压

力都高于直接膨胀供液制冷系统压缩机的吸气压力;且随着供液高度的增加吸气压力升高。

分析可知,致使压缩机吸气压力升高的主要原因有以

下两点:

（1蒸发器的供液充足,蒸发盘管内表面可被充分润湿,制冷剂流速增大引起的传热系数增大,从而制冷剂蒸发量增大;（2静液柱的影响,系统供液高度升高,使得蒸发器压力上升,压缩机吸气压力升高。

综合考虑制冷系统排热量,即制冷量和压缩机输入功率之和,重力供液制冷系统压缩机的排气压力明显高于直接膨胀供液制冷系统,并随着供液高度升