NH3/CO2制冷系统热气融霜实验研究及解决方案

刘昌丰，韩献军，于志强

（烟台冰轮股份有限公司，山东烟台 264000）

0 引言

近年来，随着人们对制冷系统系统安全、环保和节能的认识与要求不断提高，NH3/CO2制冷系统在行业内备受关注并且发展迅速。NH3/CO2制冷系统已经在欧洲和美国取得了很好的应用[1]。NH3/CO2复叠制冷系统及载冷剂制冷系统以及两者的混合型系统，全面满足了一般商业冷冻领域的基本应用。目前NH3/CO2制冷系统已经成功应用在多个商业冷冻工程中，其安全性高、运行能效低和系统稳定性好等特点已经得到业内的普遍认可。

众所周知，融霜是制冷设备在冷冻冷藏过程中的重要环节，工质热气融霜一直是最为节能高效的融霜方式。为了使 NH3/CO2制冷系统更加符合商业冷冻领域的应用需求，迫切需要对 NH3/CO2制冷系统融霜方式进行研究，特别是工质热气融霜，本文搭建了NH3/CO2复叠制冷系统及NH3/CO2载冷剂制冷系统的工质热气融霜实验台，并分别对其融霜方案及过程进行研究，取得了满意效果。实验中所获得的重要经验及结论可以直接应用于NH3/CO2制冷系统工质热气融霜设计，并在行业内加以推广。

1 NH3/CO2制冷系统工质热气融霜实验流程

图1所示为NH3/CO2复叠制冷系统工质热气融霜示意图。图2所示为NH3/CO2载冷剂制冷系统工质热气融霜示意图。

图中所示融霜循环为：融霜压缩机从低压循环桶抽气经压缩机增压后进入末端融霜设备，热气冷凝后节流降压后进入低压循环桶。本文中融霜实验系统为手动操作系统。工程应用中采用自动型系统较好，既可避免人为失误，同时提高融霜效率。

图1 NH3/CO2复叠制冷系统工质热气融霜流程

图2 NH3/CO2载冷剂制冷系统工质热气融霜流程

2 NH3/CO2制冷系统工质热气融霜实验

2.1 融霜压力控制

工质热气融霜需要控制融霜压力达到 10 ℃对应的饱和压力，对于 CO2，这时的工作压力为45 bar[2]。为保证恒定的45 bar融霜压力，同样在融霜回液总管上需要设置恒压调节阀。为了确保融霜压缩机的稳定运行，需要在融霜压缩机前设置CVC/ICS系列吸气压力调节阀以控制合适的除霜压缩机吸气压力[3]。

2.2 融霜过程控制

融霜开始：关闭供液管路后延时(3～5) min再对融霜设备进行抽空。（此过程非常关键，既可以避免热气进入引起的压力冲击，也可以缩短融霜整体时间；根据末端设备类型的不同，确定不同的抽空时间。）

融霜过程：采用时间控制，简单可靠。

融霜完成：逐步开启回气管路阀门，避免因此而造成的吸气压力冲击及“液锤”风险。

综上所述，整个融霜过程的控制方法与热氨融霜的控制方法完全相同。热氨融霜的成功控制经验同样可以采用。

2.3 融霜效果

考虑到蒸发设备外表面霜层经过反复“冻融循环”，为充分验证其融霜效果，特制作一组顶排，钢管直径25 mm，通过制冷降温使其表面挂冰，直至冰层厚度达到25 mm厚度，开始热气融霜。图3所示为CO2排管表面结霜情况。图4所示为工质热气融霜过程中排管表面冰层脱落情况。

融霜压力45 bar，融霜过程30分钟，冰层均自动脱落。图5和图6所示为融冰后脱落的冰层。

图3 排管表面结霜情况

图4 融霜排管冰层脱落情况

图5 冰层厚度测量

图6 冰层截面

3 结论

通过对 NH3/CO2复叠制冷系统及载冷剂制冷系统工质热气融霜的实验研究，可得出以下结论。

1) 热气融霜方案在 NH3/CO2复叠制冷系统及载冷剂系统中都能成功应用。

2) 热氨融霜的成功经验同样适用于 NH3/CO2制冷系统。

[1] 金嘉玮, 叶尉南, 杨一凡. CO2/NH3复叠式制冷系统在美国大型冷库的应用实例[J]. 冷藏技术, 2007(2): 1-9.

[2] REULENS W. Natural Refrigerant CO2[M]. Diepenbeek:KHLim vzw, 2009.

[3] 于志强, 刘昌丰. NH3/CO2复叠制冷系统的控制方案及分析[J]. 制冷与空调, 2012, 6(3): 128-131.