带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统优化探究

张坤坤

宁波奥克斯电气股份有限公司 315191

摘要：带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统是现阶段常用的制冷方式，但在其使用过程中，还需要对其进行进一步的优化以保证使用性能及使用稳定性，其中，最主要的优化目标便是补气压力及补气比。基于此，本文开展了对带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统优化的研究，希望对相关人员有所启示。

关键词：带闪蒸器；喷气增焓式；制冷系统补气压力；补气比

引言：现如今，传统的制冷系统存在制冷不稳定、能耗高的问题，而带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统能够促使机组稳定在最佳的制冷系统性能系数，大幅度提高了制冷系统的运行稳定性。但在实际使用过程中，需要对带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统进行进一步的优化，促使其补气压力及补气比在保持在最佳的状态。因此，本文开展了对带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统优化的研究，以期进一步提升带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统的使用性能。

1. 带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统研究

现如今，伴随着我国社会科技的发展，我国航天航空、生物医学等领域也得到了快速的发展，而在航天航空、生物医学等领域中，需要制冷系统保持较低的温度来完成科学研究及产品的制作，这就对制冷系统提出了更高的要求。据笔者调查研究显示，通常情况下，带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统的蒸发温度为-30~-10℃，本文研究带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统的制冷剂选择R410A制冷剂，蒸发器制冷循环流量为300kg/h^[1]。总体而言，带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统主要分为两种，一种为单级压缩式制冷系统，而另一种则是二次节流循环制冷系统，其主要与制冷系统的补气方式有关，当制冷系统为中间补气时则为二次节流循环系统，当制冷系统为其他补气形式时则为单级压缩式制冷系统。带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统的是由制冷剂提供制冷功能，起初，制冷剂会在压缩机内进行压缩，制冷剂在压缩机中进行高压、高温处理，随后进入冷凝器当中。制冷剂在冷凝器中进行换热处理，冷凝放热之后的制冷剂以液体的形式进入节流阀中，通过节流阀流向闪蒸器。在单级压缩式制冷系统当中，制冷剂进入压缩机当中，从而进入补气回路，而在二次节流循环系统当中，制冷剂则进入蒸发器当中，制冷剂吸收热源能量从而完成制冷工作^[2]。下图为带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统的压焓曲线图。

图1 带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统的压焓曲线图

通过上图分析可知，带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统无论是过热度还是过冷度均为5℃，故在理想状态下进行理论分析时可做出如下假设：

第一：带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统处于稳定运行的状态，不考虑制冷剂流动阻力等造成的能量损失，制冷剂在系统内稳定流动。

第二：实际上，在带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统运行的过程中，压缩机、节流阀等组建在使用过程中均会产生一定热量而导致系统的温度、压力产生变化，但产生的变化较小，故而忽略不计。

第三：假设节流过程为绝热节流，即在节流的过程中，不会对系统内热量产生影响。

第四：压缩机的等熵效率取值为0.67。

故带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统制冷过程的补气比计算公式如下：

其中， 为闪蒸器入口比焓， 为压缩机补气入口比焓， 为闪蒸器液体出口比焓。

制冷系统性能系数计算公式为：

其中， 为制冷系统性能系数， 为压缩机一级压缩吸气口比焓， 为二次节流蒸发器入口比焓， 为补气量， 为压缩机二级压缩终点的比焓， 为一级压缩终点比焓， 为中间腔比焓。

查阅相关数据资料显示，带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统的最佳补气压力计算公式为：

其中， 为蒸发压力 为冷凝压力。

2. 补气压力和补气比对带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统性能的影响

2.1补气压力的影响

为了更好的分析补气压力对带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统性能的影响，选择在同一工况下调整补气压力，并分析补气比对补气压力的影响。下图为补气压力对补气比的影响。

图2 补气压力对补气比的影响变化图

通过对该图的分析可知，当补气压力增大时，补气比将会降低，这是由于补气压力越大，中间腔的补气温度便会越高，而当温度升高时，流经中间腔的制冷剂便会进行换热处理，故而将会消耗一部分制冷剂的制冷量，故而在制冷剂流量始终保持稳定的情况下，需要减小补气压力，以提高补气比。同时，补气比不仅与补气压力有关，还与冷凝温度有关，当补气压力不变时，提升冷凝温度则会导致冷凝压力升高，而当温度升高时，补气压力便会降低，故而为了保证补气压力的稳定，则需要增加补气量，而此时，补气比将会增大。

补气压力也会对排气温度产生影响。在同一工况下，伴随着补气压力的增加，排气温度呈现先减小、后增加的趋势，故在进行带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统的优化时，选取排气温度最低的补气压力作为最佳。下图为补气压力对排气温度的影响变化图。

图3 补气压力对排气温度的影响变化图

据笔者调查研究显示，补气压力越高，耗功越低，这是由于当补气压力增加时，蒸发温度便会降低，故而功率消耗便会降低，下图为补气压力对耗功的影响变化图。

图4 补气压力对耗功的影响变化图

此外，当补气压力增加时，制冷系统性能系数先增加、后减小，这是由于补气压力增加时，制冷量将会先降低后又趋于稳定，但功率消耗会逐步降低，故制冷系统性能系数呈现先增加后降低的趋势，且当蒸发温度不变时，制冷系统性能系数随冷凝温度增加而降低。下图为补气压力对制冷系统性能系数的影响变化图。

图5 补气压力对制冷系统性能系数的影响变化图

2.2补气比的影响

在同一工况下，伴随着排气温度的升高，补气比呈现先减小后增大的趋势。当冷凝温度不变是，蒸发温度越低，补气比越大，当补气比增大时，制冷系统性能系数先增大、后减小，故存在最佳补气比使制冷系统性能系数最大，当制冷系统性能系数最大时，便是系统的制冷效果、效率均达到最佳状态。

3. 最佳补气压力分析

通过上文分析可知，在同一工况下，在冷凝温度分别为35、40、43、45、48、50℃时，蒸发温度为-30℃，利用最佳补气比计算公式计算知，当制冷温度为42℃时，制冷系统性能系数最大，此时，补气压力在1.20-1.30MPa之间，最佳补气比为0.30-0.41，最佳补气比差值最小为0.046MPa，最大为0.210MPa。

结论：综上所述，在带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统中，补气压力对补气比、排气温度及耗功均存在着一定的影响，伴随着补气压力的增加，补气比呈现逐年降低的趋势，排气温度呈现先减小、后增加的趋势，而耗功呈现快速降低后趋于稳定的形式，且补气比对排气温度及制冷系统性能系数也会产生影响，补气比越大，排气温度越高，制冷系统性能系数先增加、后减小。通过分析之后，认为带闪蒸器的喷气增焓式制冷系统的最佳补气压力为1.20-1.30MPa，最佳补气比为0.30-0.41。

参考文献：

1. 陈立宁,王蓉,赵光辉.大藤峡水利枢纽右岸主体工程拌和楼制冷系统设计与实践[J].广西水利水电,2021(01).

2. 唐毓,蒋意珏,罗维.大容量短轴型和长轴型高温超导电机的制冷系统设计和电磁特性对比分析[J].电气技术,2019,20(08):49-53+58.