部分结霜下的液体冷媒除霜性能研究

部分结霜下的液体冷媒除霜性能研究
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。