氨制冷装置小型化难点及发展方向

氨制冷装置小型化难点及发展方向氨是一种天然制冷剂，对大气没有污染。最近几十年用的氟利昂对大气，特别是臭氧层有很大的破坏，为了找到替代品，最近又重新开始研究氨制冷系统，特别是在小型氨制冷系统方面。在查阅一些资料后，发现欧洲已开始这方面的研究。由欧盟资助的替代制冷剂研究工程已在小型氨制冷方面有了初步成果。OSCAR（小型氨制冷装置探索计划）项目也因此启动。其研究目标是研发3KW到20KW制冷量的小型氨水源热泵装置，并已作出样机，做相关实验，还获得了相关数据。在其中也发现了很多问题。以前氨制冷只使用在大型冷库，并有配套的设施，工艺复杂，附件很多。对于小型化，第一步就要简化氨制冷流程，去除配套设施。由于氨不与常用的矿物润滑油相容，这有润滑油会附着在换热器上，会严重影响系统的工作能力，由此产生了油分离器等一套配属设备。因此首要的就是要研制出能与氨互溶的润滑油。据文献叙述，目前日本研发的聚二醇可以和氨互溶，可以作为氨制冷系统的润滑油。然后这种润滑油现实中使用很好，很可能是效果不可靠和价格成本的问题儿而没被广泛使用。如果能合成能和氨互溶的价格还合适的润滑油，对小型化及普及有很大的推动。因此润滑油是该项目中的一个研究方向。纯氨能和有色金属友好相处，但只要稍微含水，就对有色金属如铜就有强烈的腐蚀性。所以就要求制冷氨制冷装置全部用不锈钢，这就要求换热器、压缩机、阀件全是不锈钢。在小型化中依然如此，特别是设备要小型化且民用，就要求使用封闭式压缩机，既可以防止制冷剂泄漏，可以提高制冷系数、降低噪音。然而里面的电机有大量的铜线圈，且不可能用铁线代替。如果不应用封闭式压缩机，就不能达到国家标准要求，不能有效解决泄漏问题，就不能小型化家庭使用，这对压缩机提出了严格的、新的要求。早在20年前就有注意到了这个问题，并且做了大量研究，并有氨制冷封闭式压缩机，但性能不可靠，经受不起长时间的使用。氨有刺激性气味，对人体呼吸道、皮肤有伤害，因此小型化要保证不发生泄漏。在OSCAR中，由于是实验，于是没有采用封闭式压缩机，而采用Bock的F2型半开式压缩机代替。这只能在实验室使用，如果要商业化，就必须解决压缩机问题。压缩机成了小型化商业化的瓶颈，但同时也发现没有合适的小功率氨制冷节流阀。目前市场上还没有专门针对20Kw以下小型氨制冷设计的恒温膨胀阀，没有合适的膨胀阀，就无法正常实现制冷。在OSCAR中，他们采用了Dafoss最近设计的恒温膨胀阀样品，通过调节流孔径，调节制冷量在3Kw到295Kw的。但缺陷很大，该装置中最大制冷量才lOKw，而该膨胀阀调节范围太大且热惯性太大，导致在使用制冷不稳定。因此，可以安装个手动膨胀阀，在系统运行开始阶段，用手动调节，等稳定后，再切换用自动调节阀。那可以考虑借鉴目前商业化的小型氟利昂制冷系统的膨胀阀，根据氟利昂和氨性质的区别，对于小型固定制冷量和固定制冷温度的装置，设计适合氨制冷的毛细管节流装置；对于工况变化的系统，就得设计小型氨制冷电子膨胀阀或改进以前使用的膨胀阀，实现自动化。小型化就要去减小装置体积，主要是减小换热器的体积。传统氨制冷都选用管式换热器，虽价格便宜，但体积庞大。今年由于板式换热器的发展，专门针对氨制冷的镍钎焊板式换热器已发展成熟，以激光焊接、浅密波纹、高NTU硬板双板式换热器（如图1）最为典型。先把两块板用激光焊接成一个有密封通道的一块板，再多块这样的板组合，之间用密封垫片密封。氨走板内，水或其他载冷剂走板外，这样就就可以有效解决密封问题。由于换热系数大，逆流时温差8在焊接流迫内汪动的流体8在焊接流迫内汪动的流体0在密封垫图液迫内流动的流体图1最小可达2°C,这样就可以提高蒸发温度或降低冷凝温度，也就可以提到COP。使用板式换热器直接膨胀蒸发，可以减少氨的罐充量，从而提高系统的安全性。板式换热器里关键是氨制冷分布器设计。如果分布不均严重影响换热质量，因此在设计中，可以自行设计分布器。在OSCAR中，他们为了避免分布器的设计，而采用了微小通道管换热器，水利直径约1.42mm，其组成的换热器如图2.&&可以很好的实现制冷剂均匀分布和回油。这是个氨制冷小型化设计方向。目前氨制冷小型的研究方向是制冷系统只有四大