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制冷系统是如何工作的?

日期: 2020 年 6 月 26 日

阿德里亚诺·弗朗西斯科·龙佐尼,

Nidec Global Appliance 研发经理 

 

世界制冷日创建于 2019 年,旨在提高国际社会对 HVAC-R 在社会中的作用的认识。几个世纪以来,人类完全依靠自然来产生寒冷。从中国皇帝始皇帝(公元前 220 年)用陶土环制成的食品和饮料保存地下系统,到 19 世纪中叶哈德逊河的冰场,制冷技术的出现受到限制冬季月份天然冰的可用性(Gantz,2015)。 

可以说,我们今天所知道的冷链业务领域起源于美国纽约哈德逊河的“冰场”,从那里通过称为冰收集的过程提取冰块.在冬季的几个月里,这些冰块被切碎、移走,然后用船运到不同的地方,存放在冰屋(具有隔热功能的仓库,以保存从大自然中提取的冰)。制造人造冰的第一次尝试归功于爱丁堡大学的威廉·卡伦,他在 1755 年制造了冰,在装有挥发性液体的容器中产生真空。直到 1834 年,由英国发明家和工程师 Jacob Perkins(英国专利 6.662)完成了包含四个基本过程(压缩、冷凝、膨胀和蒸发)的完整制冷系统的首次描述。从那时起,我们已经取得了长足的进步,获得了新技术,使我们能够在全球范围内扩展业务和提高生活质量。但是基本的制冷系统是如何工作的呢?

冰箱保养 

制冷系统的工作原理 

绝大多数冰箱基于蒸汽压缩原理工作。一个典型的制冷系统由四个基本部件组成:压缩机、冷凝器、膨胀装置和蒸发器。挥发性流体(制冷流体)流经制冷系统,在该系统中反复转化为液体和蒸汽形式。压缩机负责将过热蒸汽从低压(蒸发压力)压缩到高压(冷凝压力)。之后,高压高温的制冷液流向冷凝器。 

什么是冷凝器功能?冷凝器是一种在高压和高于系统所在环境温度的温度下运行的热交换器。这样,冷凝器能够将来自制冷剂流体的热量排放到环境中。这种散热过程减少了制冷剂流体的总能量,将其从过热蒸汽状态转变为热交换器出口中的过冷液体状态。 

液态的制冷剂流体通常流经过滤干燥器,负责从系统中去除最终存在的湿气。在离开过滤干燥器的过程中,制冷剂随后在膨胀装置(例如毛细管或膨胀阀)中膨胀,其压力降低,这导致部分制冷剂相变(从液态变为气态)。

正是将制冷剂从液体转变为蒸气的过程导致流体温度降低。制冷系统通常依靠中间热交换器,或所谓的 CT-SL HX(毛细管吸入管路热交换器)。一般而言,该换热器具有降低蒸发器入口焓(比制冷量增益)和提高压缩机吸入制冷剂温度的功能,减少管路出汗或液体回流到压缩机等问题。 

当离开膨胀装置时,制冷剂流体在蒸发压力下处于两相状态(蒸汽+液体)。正是制冷剂在低温下流过热交换器(蒸发器),从而将能量从冷藏环境(例如家用冰箱的冷冻室)中带走。当从冷藏环境中吸收能量(降低冷冻机的温度)时,制冷剂结束其蒸发过程,通常,所有剩余的液体都转化为蒸汽,流向压缩机吸入口,循环重复。

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根据回油压力更换压缩机 

压缩机应用通常根据系统的蒸发温度水平进行分类。压缩机分为三类: 

  • (i) LBP(低背压), 

  • (ii) MBP(中背压) 

  • (iii) HBP(高背压)

LBP 压缩机(低背压)适用于蒸发温度约为 -35°C 至 -10°C 的应用,如超市和便利店中常见的卧式冷冻机、立式冷冻机和冷藏岛式售货机。 

MBP 压缩机(中背压)适用于蒸发温度大约在 -20°C 和 0°C 之间的应用,例如超市或面包店和乳制品商店中使用的冰箱。这些产品中的一些甚至可以在正的隔间温度下工作,以保持食物的新鲜度并避免冷冻损坏。 

HBP 压缩机(高背压)适用于蒸发温度约为 -15°C 至 10°C 的应用,如酒柜和饮水机。

 

对压缩机更换产生影响的特性 

了解制冷系统的主要特性以便进行适当的压缩机更换非常重要。制冷剂流体类型、油类型和电气元件特定于每种应用。在进行任何更改之前,请务必咨询 Embraco 的工具箱应用程序。除了影响系统性能外,错误的替换也会带来风险。 

为特定应用指定压缩机时的另一个相关点是其冷却能力。必须足以满足运行过程中的系统需求,例如系统首次开机时快速降低箱体温度(称为下拉),开门后温度恢复甚至引入热货物后在系统中(例如罐头、瓶子或热食)。恩布拉科的产品组合旨在提供理想的冷却能力和最高的能源效率。 

当主题是所需的冷却能力时,系统绝缘具有核心作用,因为它可以避免能量从环境渗透到冷藏室。更好的隔热意味着更少的冷却能力和更经济的系统。 

在超市常见的售货员中,门的引入大大减少了敏感(热和干燥空气)和潜在(湿度)热负荷的渗透,这可以减少高达 40% 的能源消耗,具体取决于测试条件(Ligthart ,2007 年和 Heidinger 等人,2019 年)。

正如我们所看到的,制冷涉及很多技术,它已成为我们生活方式的基本组成部分。因此,冷链行业处于不断快速发展的过程中,需要该领域的专业人士,从零部件制造商到技术人员和安装人员,都需要同样的节奏。这就是为什么我们能够为世界制冷日的设立感到荣幸,并确保我们的工作领域对世界产生重大影响。


参考:

(1) GANTZ, C.,制冷:历史,北卡罗来纳州:麦克法兰公司,2015 年。
(2)LIGTHART,F.A.T.M.封闭式超市冰箱和冷冻柜。可行性研究。荷兰:N. p.,2008。
(3) 海丁格, G., NASCIMENTO, S., 加斯帕, 佩德罗;席尔瓦,佩德罗。 (2019)。比较温和和热带外部环境下的开放式和封闭式立式冷藏展示柜。 10.18462/iir.icr.2019.1296。

 

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