部分结霜下的液体冷媒除霜性能研究

发布时间：2020-06-12 11:03

【摘要】：对于液体冷媒除霜系统,它是指以高压储液器中的液体制冷剂为热源,对结霜冷风机进行除霜的方法。边制冷边除霜,减小库温波动,保证食品储藏质量;液体制冷剂被霜层携带的冷量过冷,可以提高制冷系统效率;除霜时液体制冷剂的温度不高,对冷风机的损害小;并且为部分除霜方法,可以增加除霜频率,减小翅片间距,缩小冷风机体积,减少制冷剂的充注量。但系统的控制过程复杂,没有完整的控制理论,因此本课题针对部分结霜条件下的除霜过程进行除霜过程探究,并且希望通过装置的结构和控制过程的优化,进一步的减小库温的波动,扩大应用范围,加速推广。模拟阶段,建立了完整的制冷过程(结霜过程)模型和除霜过程模型。制冷过程模型包括:压缩机模型、冷凝器模型、热力膨胀阀模型、冷风机模型和管道模型;除霜过程模型分为:预热阶段、除霜阶段、除霜水气化阶段和干加热阶段。通过模拟得出实验难以测量的结霜质量和结霜厚度随时间的变化关系。并分析除霜过程四个阶段的特点,制定合理的控制方案,为实验研究提供理论依据。实验准备阶段,漏冷实验测量出冷库的总的传热系数为0.34129 W(m~2 K)。同时测量冷库系统的制冷量,先求解出冷库系统的总热容值,再根据热平衡关系式,计算出制冷量。这种方法的优点在于对实验设备的要求较低,而且能够得到制冷量的连续变化曲线。对于冷库的总热容的计算,这里提出了三种求解方法。制冷装置结构优化研究。首先对冷风机进行改造,冷风机外包板全部加保温棉,出风口设置百叶,回风口设置了回风罩和电动风阀。在除霜时,关闭风机,百叶自然下垂,同时关闭电动风阀,形成封闭空间,加快除霜速率,并减少除霜时的热量对冷库温的影响。除霜完成后风机开启,百叶被吹起,同时电动风阀开启。本课题还实验研究了分流器和集管哪个更适合液体冷媒除霜系统,结果发现:库温在-5℃时采用分流器的除霜时间为11.7min,最大温升为5.5℃;而采用集管所需的除霜时间为9.6min,最大温升为4℃。分流器虽然可以提高换热性能,但其节流作用会降低除霜制冷剂的压力和温度,因此采用集管要好于分流器。控制过程研究。本课题主要从除霜开始、除霜结束、两台冷风机投入运行的时间差和排液时间(风机延时开启)这四个方面进行控制研究。(1)除霜开始采用风压差控制,当风压差小于50Pa时开始除霜。对于部分结霜条件下除霜的液体冷媒除霜系统,这个风压差的具体数值要根据实际要求进行设定。(2)除霜结束采用回气温度控制。在环境温度为22℃,结霜质量为3kg时进行除霜实验,结果发现:库温为0℃、-5℃、-10℃、-15℃、-20℃和-25℃对应的除霜结束时的回气温度分别为3.0℃、4.0℃、5.0℃、6.4℃、7.4℃和10℃。(3)为了防止两台冷风机结霜厚度相同,导致除霜过程的控制紊乱,需要将两台冷风机投入除霜的时间错开。先采用手动控制的方式,当两台冷风机交替制冷和除霜后,再采用风压差除霜。(4)在库温为-25℃,环境温度为22℃的条件下进行实验,结果表明:除霜后冷风机延时开启,可以防止库温的迅速升高,而且当冷风机内的温度降低至与库温相同时开启风机的效果最好,库温波动值最小。在结霜质量分别为1kg、2kg和3kg的条件下,库温升高值分别从6.8℃、6.1℃和6.3℃降至3.9℃、4.2℃和5.0℃。风机延时开启后压缩机的回气温度高于冷风机的回气温度,有一定的过热度,防止压缩机的湿压缩。应用范围研究。分别在-5℃、-15℃和-20℃三种工况下进行除霜实验,库温升高值分别0.7℃、2.1℃和4.6℃。随着温度的降低,除霜时单台冷风机制冷效果变差,很难维持库温不变。但温度越低的冷库,温度波动对冷藏物的影响越小。因此该系统可应用于空调工况下的恒温恒湿机中;可用于小型冷库系统(高温库和低温库)中;还可以用于要求制冷过程连续的速冻机中。
【图文】：

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第一章绪论C 提出了一种每个回路周期性关闭的热泵除霜方法[60]。（3）水或盐水除霜，是通过水泵系统将水或盐水直接喷洒在冷风机表面的除霜方法。这种除霜方法的优点是除霜时间短而且设备的初投入成本低，但排水不及时增加二次结霜的速率。Moallem E 和 Padhmanabhan S 等研究了翅片式微通道换热器的结霜特性，主要来研究结霜时间和结霜速度的原因[61]。提出了一种测量霜层厚度和霜层质量的新方法。实验主要测量结霜质量、霜层的增长速率、换热管的传热效果和制冷剂的压降。结果发现，冷风机的翅片管的表面温度和环境温度是影响结霜速率的主要因素。滞留水和风速是结霜性能影响第二因素。（4）开关除霜（空气除霜）不属于系统除霜，而是将冷风机整体移出冷库进行除霜的方法。如图 1-1 所示，，冷风机最初安装在一个密闭空间内，制冷时打开朝向库内的送风侧电动门，进行制冷送风；在除霜时将送风侧的电动门关闭，用移动装置将冷风机移出冷库进行自然除霜。这种除霜方法利用自然环境的热量，节约能源和能耗。但这种除霜方法只适用于全年气温较高的地区，而且初投资较大。

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压缩机依然正常运行，而两种模式的转换是通过 8 个电磁阀的通断电来进行流程的转变。在制冷条件下，两台冷风机并联连接，同时进行制冷。打开电磁阀①②⑤⑥，压缩机排出的气体制冷剂依次经过冷凝器、高压储液器和干燥过滤器。然后制冷剂分成两路：一路依次经过电磁阀②、热力膨胀阀、冷风机 A 和电磁阀⑥返回到压缩机；另一路经过电磁阀①、热力膨胀阀、冷风机 B 和电磁阀⑤返回到压缩机。当冷风机 A 需要除霜时，冷风机 A 转为除霜模式，冷风机 B 依然为制冷模式，两台冷风机串联连接。这时④⑤⑧号电磁阀开启，其他电磁阀关闭。压缩机排出的气体制冷剂，依次经过冷凝器、高压储液器和干燥过滤器后不再经过热力膨胀阀，通过电磁阀④直接进入冷风机 A 进行除霜。这时冷风机 A 相当于过冷器，过冷的制冷剂液体依次通过电磁阀⑧、单向阀和热力膨胀阀进入冷风机 B。最后通过电磁阀⑤返回到压缩机。当冷风机 B 除霜时，冷风机 B 转为除霜模式，冷风机 A 为制冷模式，两台冷风机同样为串联连接。这时③⑥⑦号电磁阀开启，其他电磁阀关闭，具体的流程与冷风机 A除霜时相同。
【学位授予单位】：天津商业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB657

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