NH3/CO2制冷系統(tǒng)熱氣融霜實驗研究及解決方案

劉昌豐，韓獻軍，于志強

（煙臺冰輪股份有限公司，山東煙臺 264000）

0 引言

近年來，隨著人們對制冷系統(tǒng)系統(tǒng)安全、環(huán)保和節(jié)能的認識與要求不斷提高，NH3/CO2制冷系統(tǒng)在行業(yè)內(nèi)備受關(guān)注并且發(fā)展迅速。NH3/CO2制冷系統(tǒng)已經(jīng)在歐洲和美國取得了很好的應(yīng)用[1]。NH3/CO2復(fù)疊制冷系統(tǒng)及載冷劑制冷系統(tǒng)以及兩者的混合型系統(tǒng)，全面滿足了一般商業(yè)冷凍領(lǐng)域的基本應(yīng)用。目前NH3/CO2制冷系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用在多個商業(yè)冷凍工程中，其安全性高、運行能效低和系統(tǒng)穩(wěn)定性好等特點已經(jīng)得到業(yè)內(nèi)的普遍認可。

眾所周知，融霜是制冷設(shè)備在冷凍冷藏過程中的重要環(huán)節(jié)，工質(zhì)熱氣融霜一直是最為節(jié)能高效的融霜方式。為了使 NH3/CO2制冷系統(tǒng)更加符合商業(yè)冷凍領(lǐng)域的應(yīng)用需求，迫切需要對 NH3/CO2制冷系統(tǒng)融霜方式進行研究，特別是工質(zhì)熱氣融霜，本文搭建了NH3/CO2復(fù)疊制冷系統(tǒng)及NH3/CO2載冷劑制冷系統(tǒng)的工質(zhì)熱氣融霜實驗臺，并分別對其融霜方案及過程進行研究，取得了滿意效果。實驗中所獲得的重要經(jīng)驗及結(jié)論可以直接應(yīng)用于NH3/CO2制冷系統(tǒng)工質(zhì)熱氣融霜設(shè)計，并在行業(yè)內(nèi)加以推廣。

1 NH3/CO2制冷系統(tǒng)工質(zhì)熱氣融霜實驗流程

圖1所示為NH3/CO2復(fù)疊制冷系統(tǒng)工質(zhì)熱氣融霜示意圖。圖2所示為NH3/CO2載冷劑制冷系統(tǒng)工質(zhì)熱氣融霜示意圖。

圖中所示融霜循環(huán)為：融霜壓縮機從低壓循環(huán)桶抽氣經(jīng)壓縮機增壓后進入末端融霜設(shè)備，熱氣冷凝后節(jié)流降壓后進入低壓循環(huán)桶。本文中融霜實驗系統(tǒng)為手動操作系統(tǒng)。工程應(yīng)用中采用自動型系統(tǒng)較好，既可避免人為失誤，同時提高融霜效率。

圖1 NH3/CO2復(fù)疊制冷系統(tǒng)工質(zhì)熱氣融霜流程

圖2 NH3/CO2載冷劑制冷系統(tǒng)工質(zhì)熱氣融霜流程

2 NH3/CO2制冷系統(tǒng)工質(zhì)熱氣融霜實驗

2.1 融霜壓力控制

工質(zhì)熱氣融霜需要控制融霜壓力達到 10 ℃對應(yīng)的飽和壓力，對于 CO2，這時的工作壓力為45 bar[2]。為保證恒定的45 bar融霜壓力，同樣在融霜回液總管上需要設(shè)置恒壓調(diào)節(jié)閥。為了確保融霜壓縮機的穩(wěn)定運行，需要在融霜壓縮機前設(shè)置CVC/ICS系列吸氣壓力調(diào)節(jié)閥以控制合適的除霜壓縮機吸氣壓力[3]。

2.2 融霜過程控制

融霜開始：關(guān)閉供液管路后延時(3～5) min再對融霜設(shè)備進行抽空。（此過程非常關(guān)鍵，既可以避免熱氣進入引起的壓力沖擊，也可以縮短融霜整體時間；根據(jù)末端設(shè)備類型的不同，確定不同的抽空時間。）

融霜過程：采用時間控制，簡單可靠。

融霜完成：逐步開啟回氣管路閥門，避免因此而造成的吸氣壓力沖擊及“液錘”風(fēng)險。

綜上所述，整個融霜過程的控制方法與熱氨融霜的控制方法完全相同。熱氨融霜的成功控制經(jīng)驗同樣可以采用。

2.3 融霜效果

考慮到蒸發(fā)設(shè)備外表面霜層經(jīng)過反復(fù)“凍融循環(huán)”，為充分驗證其融霜效果，特制作一組頂排，鋼管直徑25 mm，通過制冷降溫使其表面掛冰，直至冰層厚度達到25 mm厚度，開始熱氣融霜。圖3所示為CO2排管表面結(jié)霜情況。圖4所示為工質(zhì)熱氣融霜過程中排管表面冰層脫落情況。

融霜壓力45 bar，融霜過程30分鐘，冰層均自動脫落。圖5和圖6所示為融冰后脫落的冰層。

圖3 排管表面結(jié)霜情況

圖4 融霜排管冰層脫落情況

圖5 冰層厚度測量

圖6 冰層截面

3 結(jié)論

通過對 NH3/CO2復(fù)疊制冷系統(tǒng)及載冷劑制冷系統(tǒng)工質(zhì)熱氣融霜的實驗研究，可得出以下結(jié)論。

1) 熱氣融霜方案在 NH3/CO2復(fù)疊制冷系統(tǒng)及載冷劑系統(tǒng)中都能成功應(yīng)用。

2) 熱氨融霜的成功經(jīng)驗同樣適用于 NH3/CO2制冷系統(tǒng)。

[1] 金嘉瑋, 葉尉南, 楊一凡. CO2/NH3復(fù)疊式制冷系統(tǒng)在美國大型冷庫的應(yīng)用實例[J]. 冷藏技術(shù), 2007(2): 1-9.

[2] REULENS W. Natural Refrigerant CO2[M]. Diepenbeek:KHLim vzw, 2009.

[3] 于志強, 劉昌豐. NH3/CO2復(fù)疊制冷系統(tǒng)的控制方案及分析[J]. 制冷與空調(diào), 2012, 6(3): 128-131.