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co2制冷系统技术应用


第七届全国食品冷藏链大会
The 7th China Cold Chain Conference

CO2系统技术的应用
烟台冰轮 姜韶明 2010年9月 ? 青岛

烟台冰轮
——制冷系统集成专家

冰轮以创造人类舒适环境为 已任,涉及商业冷冻、工业冷 冻、中央空调及制冷空调应用 系统集

成、工程成套服务。

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冰轮工业园

冰轮芝罘工业园

冰轮福山区工业园

冰轮总部
Head office
冰轮开发区工业园 冰轮莱山区工业园

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海外生产基地

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冰轮营销事业

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海外市场布局

25个海外办事处

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中国最大的产品性能实验室

国内最大,功能最全的实验室正在兴建中
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转子磨削与检测

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冰轮技术的发展方向
公司市场战略定位: “在气温控制技术领域,成为国际知名的系统解决方案供应商” 1、“在气温控制领域”:包含所有对温度需要控制的各种需求 的领域,或者是要满足低、中、高各种不同温度、或者是满 足温度控制精度、或者是满足各种特殊环境等等,个性化的 需求尽在其中,这就要求技术的发展必须跟随市场的行业性。 2、“系统解决方案供应商”:指明冰轮并不是销售产品,而就 是卖技术。 3、“国际知名”:需要技术先进、产品质量可靠、服务一流。

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压缩机型谱
空压机 LG双机撬块 LG单机双级 高压压缩机 BF半封 BFD低温半封
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无油压缩机

工艺压缩机

膨胀机

LG单机

BF半封单机双机
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后氟里昂时代
?

?

2007年9月,蒙特利尔议定书第十九次缔约方大会通过加 速淘汰HCFCs调整案 A5国家HCFCs淘汰时间表:
— 2013年冻结在2009-2010年的平均水平 —2015年削减基线水平的10% —2020年削减35% —2025年削减67.5% —2030-2040年允许2.5%的维修用量

?

发达国家同意为A5国家淘汰HCFCs提供稳定和充足的资 金支持和优惠的技术转让

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制冷剂的选择
京都议定书
R404A

蒙特利尔协议

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制冷剂的选择
CO2
NH3
HC (碳氢化合物)
HFO (低GWP)

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CO2作制冷工质的优势
?CO2 是自然工质(ODP=0, GWP=1) ?优良的经济性,无回收问题 ?良好的安全性,无毒,不可燃 ?良好的化学稳定性,相关材料化学反应少 ?蒸发潜热较大,单位容积制冷量高 ?优良的流动和传热特性

?最大的缺点是压力高
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CO2在制冷领域的应用范围





-25℃~ -55℃

热 泵 65℃~ 95℃

作为载冷剂 传递能量

CO2临界现象和临界乳光
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CO2的热力性质
温度℃ -55 -50 -45 -40 -35 -30 -25 压力Bar 5.546 6.836 8.336 10.067 12.048 14.303 16.852 温度℃ -20 -15 -10 -5 0 5 10 压力Bar 19.72 22.929 26.504 30.47 34.857 39.693 45.01

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CO2与常用制冷剂的比较
制冷剂名称 消耗臭氧潜值(ODP) 全球变暖潜值(GWP) 临界点 温度(℃) 压力(MPa) R744 0 1 31.1 7.372 -56.55 -78.4 3.49 22600 0.1 R717 0 0 133.0 11.42 -77.7 -33.3 0.429 4384 0.2 R134a 0 1300 101.7 4.055 -26.2 0.293 2860 3-5 R22 0.055 7100 112.0 4.113 -160 -40.8 0.50 4344 1 R12 1 1700 96.0 4.974 -158 -29.8 0.309 2740 1

凝固点(℃) 标准沸点(℃) 0℃饱和压力(MPa) 单位容积制冷量 (kJ/m3) 相对价格

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0-10 ℃时与常用工质相比
蒸发压力是R134a的11倍;是R22的7倍。 单位容积制冷量是R134a的7.9倍;R22的5.2倍。 蒸气密度是R134a的6.7倍;R22的4.7倍 液体密度比氟利昂工质小40%,与润滑油相似。 表面张力是氟利昂工质的50%。

? ? ? ? ?

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CO2压缩机转子型线
80

?转子齿数比为8/5 ?实现面对面的密封 ?接触线短 ?泄漏三角形小 ?面积利用系数大 ?易形成动力润滑油 膜 ?转矩分配合理

60

40

20

0

-20

-40

-60

-80 -72 -36 0 36 72 108 144 180

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NH3/CO2复叠系统流程图
低温级CO2
冷凝蒸发器

高温级R717 (NH3)
NH3 压缩机 油分离器 NH3气液分离器

CO2 气液分离器

CO2压缩机 油分离器

CO2 泵 CO2 节流原件

回热器

NH3 节流原件

CO2贮液器 CO2蒸发器

NH3 贮液器

NH3 冷凝器

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CO2载冷剂系统流程图

CO2气液分离器

NH3单机双 级压缩机

油分

蒸发器 CO2 泵

NH3气液分离器

NH3冷凝器

冷凝蒸发器

干燥过滤器

CO2贮液器

NH3贮液器

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CO2做载冷剂

直接冷却式(直接膨胀式)
?屋内氨泄漏的危险度 ?需要大量的氨冷媒 ?系统简单

間接冷却式
?不存在屋内泄漏的危险度 ?极少量的氨冷媒 ?系统复杂

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氨压缩冷凝机组

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作载冷剂的换热COP及电力消耗
140% 120% 100% 80% 60% 40% 20% 0% 装置COP ブラ イン 動力

100 %

107 %

136 % 67%

COPで最 高値を達成

黏度低;换热COP高 比热大;流量小

10%
塩化カルルシウム 蟻酸ブライン 炭酸ガス

?????の種類

载冷剂 氯化钙盐水(29.9wt%) 蟻酸 (FP-40) CO2

粘度 mPa?s 21.1 9.38 0.166

密度 kg/m3 1313 1375 1066

比熱 kcal/Kkg 0.629 0.624 71.43

流量 m3/hr 48.2 46.4 1.6

泵电机 kW 11 7.5 1.1

管径 A 125 125 25/32

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CO2泵供液系统
CO2压缩机 CO2气液分离器 油分 NH3压缩机 油分

CO2 泵

NH3气液分离器

NH3冷凝器

冷凝蒸发器

CO2 节流原 件

NH3贮液器

CO2贮液器 回热器

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中间带负荷系统
低压级 – CO2 高压级 - NH3

低温级压缩机

高温级压缩机

气液分离器

低温级 蒸发器
- 40 oC

中间蒸发器
- 10 oC

蒸发 冷凝器

低压级液泵
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低压级膨胀阀

高压级膨胀阀

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CO2回油系统

T

气液分离器

低温级 蒸发器

油整流器

蒸发 冷凝器

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CO2系统回油
? 与CO2互溶的POE合成油,CO2分子与润滑油分子在 气相空间形成聚集体分子,然后回到润滑油溶液 中,从而形成含有CO2的润滑油。 ? 如采用与CO2互溶的POE润滑油,由于CO2与油互溶, 则油分分离效果降低,大量润滑油进入冷凝器和蒸 发器,在换热器表面形成油膜,降低换热器的换热 效果。 ? 采用矿物油,压缩机组的油分效果好,但系统回油 需要良好的解决方案。

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CO2辅助维持冷却系统
PS

CO2 储液器

控制器

辅助冷却系统

?辅助制冷机组安装位置影响 压缩机开机时间 压缩机开机回液 ?气液分离器、贮液器体积等
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单冻机的冲霜
CO2制冷系统
ICM阀2 ON / OFF ICM阀1 ON / OFF ICS阀2 ON / OFF

CO2 气液分离器
ICS阀1 ON / OFF

CO2压缩机

冷凝蒸发器 CO2泵

充霜蒸发器器 ICM3 电动调节阀

CO2蒸发器

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单冻机的冲霜
? ? ? ? ?

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CO2冲霜采用热气冲霜的循环方式, 压缩机排出的高温高压气体进入单冻机蒸发器, 利用排气的热负荷把蒸发器表面的冰融化. 冲霜时要控制进入蒸发器内气体压力 当CO2压缩机排气压力低,对应CO2饱和温度低,不能 使蒸发器表面冰融化 当CO2压缩机排气压力高,对应CO2气体饱和温度高, 冲霜效果好 但是由于压缩机排气压力高,压缩机运行条件恶劣

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冷凝蒸发器

?采用新型壳管高效换热器,解 决了承压高的难题 ?采用U型换热管的结构型式, CO2在管内冷凝,NH3在管外蒸 发 ?采用管内使用50头大螺纹,管 外使用“T”槽的双面强化钢制换热 管,强化了传热效果 ?采用钢制换热管适用于氨和二 氧化碳的同时作用

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气液分离器\冷凝蒸发器\贮液器\维持机组

在“视图-母版-幻灯片母 版”中修改为报告人单 位及logo

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CO2压缩机

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NH3高温冷凝机组

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机房

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