补气方式对冷冻系统性能的影响.pdf

(9):17-19.NO.092023交通行业节能六节能ENERGYCONSERVATION补气方式对冷冻系统性能的影响李海军1蔡夏苏之勇1弓张青阁1王瑞1许琦袁铁锁楚雪靖（1.中原工学院能源与环境学院，河南郑州4 50 0 0 7；2.河南万佳建设工程有限公司，河南郑州4 50 0 0 7）摘要：为了解决物流车在高温环境下压缩机排气温度高、容积效率偏低、系统性能低等问题，提出以R404A为工质的准双级压缩系统，搭建试验台，对在不补气和中压补气方式下的系统的压缩机排气温度、制冷量、压缩机功率、COP进行研究。结果表明：中压补气模式下的排气温度比不补气模式下的排气温度降低17.34%20.40%；中压补气模式下的制冷量比不补气模式下的制冷量增加13.10%2 3.6 0%，压缩机功率提高了11.10%16.70%；中压补气模式下的COP比不补气模式下的COP提高了2.52%6.35%。关键词：中压补气；排气温度；低温工况；COP中图分类号：TB657文献标志码：A文章编号：10 0 4-7 9 4 8（2 0 2 3）0 9-0 0 17-0 3doi:10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.005引言随着生活水平的逐渐提高，人们对蔬菜、肉、蛋等食品的保鲜程度要求也逐渐提高，对物流车运输食品的保鲜度有了更高的要求-3。在运输食品时，为了保证食品的新鲜度，物流车一直处于低温工况下。但长时间的低温运行会使压缩机排气温度上升、换热器性能下降，从而导致系统制冷量下降，满足不了物流车保证食品新鲜度的要求 4 。为了解决物流车在冷冻工况下排气温度过高的问题。李海军 5 等研究中压补气在纯电动客车热泵系统中的性能；刘明康 6 等对电动汽车在低温工况的制热性能进行了研究；宋培刚 7 等采用补气增恰技术对多联机制热性能进行研究；齐亚茹8 等基于准二级压缩的强化补气技术，使热泵应用于低温环境中；周光辉(9-10 等、苏之勇等研究客车在大温差环境中带中压补气技术的热泵空调性能。Xingl12等研究带喷射器的制冷循环，结果表明，带喷射器的过冷循环可以有效提高系统的COP。苏梅3 等研究补气增烩技术中的中压补气的控制方式，结果表明，补气增烩技术可以提高系统制冷量，降低压缩机排气温度10%18%。易博 14 等研究喷气增烩技术对多联机制热性能的影响，结果表明，具有喷气增烩技术的多联机机组的制热性能可以提高15%2 0%，系统的除霜性能比常规系统提高2.1%3.5%。谭希 15 等研究带中压补气的涡旋压缩机在低温环境下对热泵的制热性能和稳定性的影响，结果表明，中压补气技术可以有效提高热泵系统的制热量并降低压缩机排气温度。高飞6 等研究在不同压缩机转速下开启和关闭中间补气对变速涡旋式压缩机功率、COP和制热性能的影响，结果表明，与不开启中间补气相比，开启中间补气时的压缩机性能提升，压缩机功率提高5%10%，制热能力提高8%36%，制热COP提高约3%2 4%。上述文献说明，中压补气技术可以降低系统低温环境下的排气温度，保证系统安全有效地运行。文中根据准双级压缩原理增加了中压补气回路，采用中间换热器技术对低温环境下的压缩机排气温度进行试验研究。1中压补气理论分析1.1系统理论循环物流车冷冻系统原理如图1所示。车外换热器80风机四通换向阀主路电子膨胀阀单向阀压缩机中间换热器干燥过滤器08截止阀气液分离器风机车内换热器补路电子膨胀阀储液器单向阀图1物流车冷冻系统原理冷冻系统循环过程为：车外换热器流出的液态制冷剂经过储液干燥器和中间换热器换热后分为两路，一路为补路制冷剂，经过补路电子膨胀阀再次进入中间换热器吸收之前进入中间换热器的液态制冷剂，最后变成饱和气态制冷剂进入压缩机补气口；另一路为主路制冷剂，经过主路电子膨胀阀节流后进入车内，流经换热器换热变为低温低压的气态制冷剂，经过四通换向阀进入压缩机补气口与补路制冷剂汇合，然后经过压缩机压缩变为高温高压的气态制冷剂，进行下一个循环。作者简介：李海军（19 7 5一），男，博士，教授，研究方向为制冷空调节能新技术基金项目：河南省研究生教育改革与质量提升工程项目（项目编号：YJS2021JD08）收稿日期：2 0 2 2-11-0 2引用本文：李海军，蔡夏，苏之勇，等.补气方式对冷冻系统性能的影响 J.节能，2 0 2 3，4 2NO.092023节能ENERGYCONSERVATION18一交通行业节能1.2中压补气原理理论中压补气的循环原理如图2 所示。压缩机排气经过冷凝器换热（过程2 3），制冷剂经过中间换热器换热（过程3 3）后分成两路，主路制冷剂经过节流后经过换热器与外界环境换热（过程3 5 1），补路制冷剂经过节流后经过中间换热器吸收来自主路制冷剂的热量（过程3 4 6），过程6 7、过程7 8 为制冷剂在压缩机补气口汇和，制冷剂被压缩机压缩成高温高压的气态制冷剂（过程7 2），由此完成1个循环。33224678550h图2中压补气循环原理1.3热力计算公式车内蒸发侧制冷量Q1为：Qi=mi(hi-hs)(1)式中：m制冷剂质量流量，kg/s；h制冷剂烩值，kJ/kg；下标数字一一所在状态点序号。车外冷凝侧制热量Q2为：Q2=(mi+m2)(h2-h3)(2)中间换热器换热量Q3为：Q:=m2(h6-h4)(3)压缩机功率W为：W=mi(hg-hi)+m2(h2-h)(4)冷冻系统制冷性能系数COP为COP:(5)W2冷冻系统性能实验2.1实验设备针对纯电动物流车冷冻系统特点建立实验台，该实验在恰差实验室进行。对整个系统的性能进行分析与研究，并通过试验验证系统的可行性和可靠性。按照系统的设计要求，纯电动物流车冷冻系统试验使用的压缩机是海立公司生产的HIGHLY-DBH250LPB5型压缩机，适配R404A制冷剂，转速调节范围为18 0 0 54 0 0 r/min；最大制冷量为6.8 kW；车内换热器采用管翅式，尺寸为634mm460mm170mm，为单排两流程；车外换热器采用平行流式，尺寸为52 4 mm450mm25mm；中间换热器采用上海泰达生产TDHE-0305套管式换热器2.2实验工况根据道路运输食品与生物制品冷藏车安全要求及试验方法（G B2 9 7 53一2 0 13）、保温车、冷藏车技术条件及试验方法（QC/T4492010）设置实验工况。实验过程中，车外环境干球为32，车外湿球温度为2 4，压缩机转速为4 0 0 0 r/min，车内风机转速为150 0 r/min，车外风机转速为30 0 0 r/min，主阀过热度为6 K，补阀过热度为2 5K。实验工况如表1所示。本次系统根据充注量试验确定的最佳充注量为2.55kg。表1实验工况工况车内环境湿球温度/补气方式1-10不补气2-153-18中压补气4-233实验结果与分析不同补气方式下排气温度随车内环境温度的变化如图3所示。中压补气时压缩机排气温度明显低于不补气时压缩机排气温度。车内环境温度从-2 3升高到-10 时，在不补气模式下系统的压缩机排气温度从8 4.2 降低到74.5，在中压补气的模式下系统的压缩机排气温度从69.6降低到59.3。在车内温度为-10、-15、-18、-2 3时，中压补气系统的压缩机排气温度与不补气系统的压缩机排气温度相比降低了17.34%2 0.4 0%。这是由于使用中压补气技术后，补路上未饱和制冷剂和车内换热器出口制冷剂在压缩机内汇合，汇合制冷剂在压缩机内减少过热度而使压缩机排气温度下降。中压补气可以大幅度降低压缩机排气温度，在车内温度和车外温度相差大情况下，能够保证系统的稳定运行。85不补气80中压补气7570656055-25-20-15-10车内环境温度/图3不同补气方式下排气温度随车内环境温度的变化不同补气方式下制冷量随车内环境温度的变化如图4所示。系统的制冷量随环境温度的降低而减小，在相同工况下，中压补气系统的制冷量比不补气系统的制冷量有所提高。车内环境温度从-2 3升高到-10 时，在不补气模式下系统的制冷量从0.9 6 kW升高到1.7 5kW，在中压补气模式下系统的制冷量从1.13kW升高到1.9 3kW。在车内温度为-10、-15、-18、-2 3时，中压补气系统的制冷量与不补气系统的制冷量相比提高了13.10%23.60%。这是由于通过中压补气使制冷剂温度降低，蒸发器蒸发温度降低，蒸发器制冷剂与车内环境的换热效率提高，蒸发器进出口差变大，从而使中压补NO.092023节能ENERGYCONSERVATION19交通行业节能气制冷量增大。2.22.0一一不补气一中压补气1.81.61.41.21.00.8-25-20-15-10车内环境温度/图4不同补气方式下制冷量随车内环境温度的变化不同补气方式下压缩机功率随车内环境温度的变化如图5所示。系统压缩机功率随着环境温度的提高而提高。其他参数相同时，中压补气模式下压缩机功率比不补气模式有所提高。车内温度从-10 降低到-2 3时，在不补气模式下压缩机功率从1.10 kW降低到0.8 1kW，在中压补气模式下压缩机功率从1.2 2 kW降低到0.9 3kW。在车内温度为-10、-15、-18、-2 3时，系统在中压补气时的压缩机功率比不补气时的压缩机功率提升11.10%16.7 0%。这是因为采用中压补气后制冷剂通过补气口进入压缩机，压缩机出口的质量流量增大，导致压缩机功率增大。1.31.2中压补气一不补气1.11.00.90.8-25-20-15-10车内环境温度/图5不同补气方式下压缩机功率随车内环境温度的变化不同补气方式下系统COP随车内环境温度的变化如图6 所示。1.8一不补气中压补气1.61.41.21.0-25-20-15-10车内环境温度/图6不同补气方式下系统COP随车内环境温度的变化由图6 可知，系统的COP随车内环境温度的升高而增大，中压补气系统的COP均大于不补气系统的COP。车内环境温度从-10 降低到-2 3时，中压补气系统的COP从1.6 3降低到1.2 2，不补气系统的COP从1.59 降低到1.18。在车内环境温度分别为-10、-15、-18 和-2 0 时，系统在中压补气时相比于不补气系统的COP提高了2.52%6.35%。这是因为采用中压补气后压缩机出口的质量流量增大，导致压缩机功率增大，而COP是压缩机功率与系统制冷量共同作用的结果，最终导致中压补气系统的COP高于不补气系统的COP。4结语物流车处在夏季高温时，车外环境温度与车内温度相差大，当车内环境温度从-10 下降到-2 3时，中压补气技术使排气温度降低了17.34%2 0.4 0%，表明中压补气可以有效地解决系统低温下压缩机排气温度偏高和物流车运输过程中食品新鲜度的问题。车内环境温度由-10降低到-2 3时，与不补气系统相比，中压补气系统压缩机功率提高了11.10%16.7 0%；中压补气系统的制冷量增加了13.10%2 3.6 0%；中压补气系统的COP提升了 2.52%6.35%。参考文献1齐馨.我国低温冷藏车研究综述 .企业技术开发,2 0 15,34(30):3-4.2】李肇芳，甘柳文.我国冷链物流行业的发展现状分析 J.内蒙古科技与经济,2 0 2 1(12)：4 1-4 2.3雷雨，乔玉洋.我国食品冷链物流现状及问题研究 .物流科技，2020,43(6):141-143.4包文俊.我国冷链物流发展问题与对策研究 J.物流工程与管理，2020,42(12):25-27.5】李海军，苏之勇，刘磊，等.中压补气型纯电动客车热泵空调系统性能试验研究 J.流体机械，2 0 19,4 7(11)：6 0-6 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