空气制冷技术的相关应用与发展思考

空气制冷技术的相关应用与发展思考

摘要：作为一种现代化的制冷技术，空气制冷技术的合理应用，在提高人们

生活舒适性方面，发挥着十分重要的作用。本文重点针对空气制冷技术在低温领域、制冷空调领域中的应用与发展进行了详细的分析，旨在促进空气制冷领域的

发展，以供参考。

关键词：空气制冷技术，低温领域，制冷空调领域

空气是一种取之不尽用之不竭的资源，空气制冷技术是一种环境友好型的制

冷技术，在提高人们生活品质方面意义重大。对空气制冷技术的应用与发展进行

研究具有十分重要的意义，可以采取更加科学合理的措施，挖掘空气制冷技术的

应用潜力。

一、空气制冷技术在低温领域中的应用与发展

对空气制冷技术进行应用，可以为相关人员制取低温提供极大地便利。而且，空气制冷机，以空气制冷技术为基础，在相对较大的冷却负荷范围和低温条件下，可以维持相对良好的运行性能。即便是工况变化较大，或者外界环境温度相对较低，空气制冷技术的运行质量也不会明显的影响。

分析我国现代食品行业的发展趋势，发现食品冷冻和冷藏工艺的低温化发展

趋势日益明显。食品的类型不同，需要使用的冷藏工艺或者冷冻工艺也不同。大

多数情况下，需要根据实际需求在0～100℃范围内，对温度进行灵活的调节。同时，制冷系统应当可以长期在-30℃的低温环境中维持稳定运行状态。但是，如

果仅使用单级蒸汽压缩制冷方式，制冷系统根本无法在-30℃的低温环境中运行

太长时间[1]。而如果使用复叠式压缩制冷方式或多级压缩空气制冷方式，不仅会

增加制冷系统的运行成本，还会明显降低制冷系统的COP。而应用空气制冷技术，则可以避免以上各种问题的出现。因为空气制冷系统可以在低温宽温度范围内保

持稳定的运行状态，且在快速制冷的同时，还不会产生任何有害物质，所以在食

品冷冻冷藏领域中有着广泛的应用。现阶段，人们直接将带有蓄冷器的开式制冷

系统直接安装到了冷库当中，借此调整冷却空气和室外空气的混合比例，进而对冷藏间和冷冻间的温度进行灵活的调节，使相应的制冷需求得到满足。这种制冷技术十分符合我国大力倡导的节能减排发展理念。

除了食品加工领域之外，天然气液化、工业易挥发有机物的回收、制药等领域也属于低温领域。空气制冷技术在这些领域中，均有着极为广泛的应用前景。

二、空气制冷技术在制冷空调领域中的应用与发展

（一）提高空气制冷循环效率

在制冷空调领域中，空气制冷技术的应用面临着突出的空气制冷循环效率偏低问题。只有不断的提高空气制冷循环效率，才能够进一步加强空气制冷技术的应用，促进空气制冷技术的发展。对此，建议采取以下几大措施。首先，当增压比相同时，多级压缩的功耗明显小于单级压缩的功耗，所以可以优先选择两级压缩空间空气冷却空气的加压方式，借助电动机对一级压缩机进行驱动，借助膨胀机对二级压缩机进行驱动[2]。这样，就可以在膨胀机运行过程中，对膨胀功进行有效的回收。其次，对能量回收和回热技术进行有效的应用，可以在空气制冷系统运行过程中，同时进行供热和供冷。所以在热水温度和蒸汽温度均不超过80℃的条件下，对空气制冷循环比进行应用，就可以最大限度的控制住燃油锅炉和天然气的能量消耗。

在对空气制冷技术进行应用的过程中，系统供冷一层可以有效获取-100℃的低温空气。而这一技术，可以在有着制冷和制热需求的食品领域中得到广泛的应用。需要注意的是，空气制冷技术有着不同的应用流程形式。根据具体的应用流程形式，制定出相应的节能措施，就可以在达到预期制冷效果的同时，加强制冷过程中能量消耗的控制。例如，针对一些特殊的制冷场所，需要在负压状态下使用开式空气制冷循环时，就可以通过低压空气中喷水的方式，提升整个系统的运行性能，降低系统运行过程中的能量消耗。

（二）高效透平机械的应用

透平机械的发明，极大地提高了空气分离设备的运行效率。在空气制冷循环装置中，透平机械的应用，可以明显提高其运行效率和运行稳定性。另外，将透平膨胀机应用到制冷过程中，还可以进一步强化制冷效果。因为与热气流相比，冷气流的雷诺数更高。根据研究，在透平膨胀机的应用，可以使原有的制冷效果增强1.6%。但是，透平膨胀机的运行效率，受到叶片光洁度的影响。所以，要想将透平膨胀机的运行作用充分发挥出来，需要对叶片的光洁度予以严格的控制。另外，对气流出口的流动状态方式进行优化，也可以明显优化透平膨胀机的运行效率。

需要注意的是，在其他场合中的空气制冷循环系统中，透平膨胀机的运行效率并不高[3]。所以，为了保证透平膨胀机的运行效率，需要提前对空气制冷系统的特点进行全方位的分析，然后根据分析结果，对透平膨胀机的应用进行独立设计。

（三）透平压缩机与透平膨胀机相互匹配技术

透平压缩机与透平膨胀机的组合装置中，两种装置需要共用一根轴。如果两种装置处于平衡状态，代表着二者的运行功率和运行速度一致。但是，这两种装置的运行效率却都没有达到最佳。透平压缩机与透平膨胀机之间的不匹配问题，就会直接影响空气制冷循环系统的运行质量。要想将两种装置的运行效率达到最佳，不仅需要经过大量的试验研究和数据分析，还需要对装置进行持续性的改造和升级。

（四）透平压缩机的小型化发展

要想进一步扩大空气制冷循环装置的应用范围，并将空气制冷循环装置应用到集装箱运输和冷藏汽车当中，需要加大透平压缩机的小型化研究。而要想促进透平压缩机的小型化发展，需要将普通的电动机或内燃机作为透平压缩机的原动机，并增加一个优质的减速箱。这样，既可以减小透平压缩机的体积，又可以提高透平压缩机的运行转速。如果空调系统要安装到飞机中，那么可以选择使用喷气式发动机。因为喷气式发动机，既可以作为原动机，又可以在空气压缩方面发挥重要作用。

（五）控制系统中水分等杂质的去除

对开式空气制冷循环系统进行分析，发现空气的开口与进口都与大气环境直接相连。空气中含有水分等杂质，所以开式空调制冷循环系统在运行过程中，一旦空气湿度达到一定程度，就会出现冷凝现象。空气湿度越大，透平膨胀机、会热气高压侧排出的气体温度就越高[4]。而这，就会对开式空气制冷循环系统的运行效率产生不利影响。

例如，在特定温度条件下，出现水分凝露和冻结现象，产生的冰粒会使透平膨胀机的叶片在短时间内遭到严重的磨损。空气中的杂质和结冰还会使换热器通道出现堵塞。要想解决这些问题，可以采取以下两种措施。首先，使冷热空气交替经过一堆蓄冷器，先去除空气中的水分，再将空气送入透平膨胀机。其次，合理应用以硅胶、沸石为原材料的干燥剂，借助干燥剂表面的吸水性，对一级压缩机出来的空气进行干燥处理。

结语：

综上所述，作为一种环保、先进的制冷技术，空气制冷技术在社会发展的各个领域当中有着极为广泛的应用前景。但是，现阶段的空气制冷技术的应用还有很多不足之处，所以要想将其更好的应用到食品加工、冷藏运输、天然气液化、制药、化工等领域中，还需要对空气制冷技术进行更为深入的研究和改进。

参考文献：

[1]郭宪民,徐泽鹏,赵硕,徐瀚洲.空气制冷机的研究和发展[J/OL].制冷学报:1-15[2022-07-07].

[2]刘帅领,马国远,张海云,戴晗,许树学.空气制冷技术原理及发展现状[J].制冷与空调(四川),2021,35(03):444-450.

[3]李敏华,巫江虹.空气制冷技术的现状及发展探讨[J].制冷与空

调,2005(02):11-15.