氨气制冷机 _生活百科

氨气制冷机【氨气制冷机】以氨气为製冷剂工质的制冷机组。通常为氨吸收式制冷机。主要套用于大型工业製冷和商业冷冻冷藏领域。
基本介绍中文名：氨气制冷机
外文名：Ammonia Refrigerator
学科：能源动力
领域：製冷与低温
类型：概念
氨气製冷的发展氨(Ammonia, NH3)是一种常见的廉价无机化合物，同时也是一种天然製冷剂(R717) 。由于其具有良好的热力学性能和对大气层无任何不良效应，在製冷技术的发展进程中，一直起到重要的作用。以1859年Ferdinand Carré研发出氨吸收式制冷机为标誌，氨套用于製冷技术已有148年的历史，随后， 1872年David Byole取得氨製冷压缩机的美国专利， 1876年Carl von Linde製造出第一台氨压缩机，并于1877年对其进行了重大改进，使其效率得到大幅度提高且其质量大大减小，开创了氨蒸气压缩式製冷技术的技术路线;我国自主研发、製造氨製冷压缩机的时间较晚，是从1951年前后开始的。由于氨具有毒性和在空间积聚的浓度达到一定程度时具有潜在的爆炸危险，使其在作为製冷剂使用时，其套用场合受到限制,而主要套用于大型工业製冷和商业冷冻冷藏领域。近年来,由于发现氟利昂类製冷剂对大气臭氧层有破坏作用以及能产生温室效应等环境问题，国际上已达成完全禁用CFC、逐渐限制使用HCFC类製冷剂的共识。在全球积极研究氟利昂替代技术以解决对臭氧层破坏及“温室效应”问题的今天，天然製冷剂受到了越来越多的製冷科技工作者的青睐，人们对氨製冷剂开始重新评价，并已投入大量的人力物力，致力于氨的安全性能和製冷系统及其设备技术的研究。一些具有核心技术的氨製冷设备、控制元器件等已研发成功并批量生产,为氨製冷的技术进步创造了有利条件。如何更广泛地加快氨製冷系统的研究与套用,已成为全世界製冷科技工作者的重要课题之一。氨製冷的主要特点氨製冷剂具有优良的环境性能和热力学性能氨是一种天然的中温製冷剂,具有优良的环境性能和热力学性能。（1）氨的消耗臭氧潜能值ODP= 0 ，温室效应潜能值GWP= 0 ，是一种环境友好型製冷剂；（2）氨的临界温度和临界压力分别为132.3℃和11.33MPa ，高于R22(96.2℃ 4.99MPa)和R410A(70.2℃ 4.79MPa) ，可在较高的热源温度和冷源温度下实现亚临界製冷循环;氨的标準沸腾温度(- 33.4℃)低，在蒸发器和冷凝器中的压力适中，单位容积製冷量大,导热係数大,蒸发潜热大(- 15℃时的蒸发潜热是R22的6.4倍,是R410A的5.5倍),节流损失小，製冷係数高，在相同工作温度和製冷量的条件下，与R22等製冷系统相比，其压缩机和换热器的尺寸可以更小，可节省材料；（3）氨分子量为17 ，蒸气密度比空气小，泄漏时极易上升从屋顶逸出室外；氨极易溶于水，当遇到大量泄漏的紧急情况时容易排除，此外，氨允许的含水量为0.2%以下，即使有微量水存在，也不会像氟利昂容易出现“冰塞” ，故对氨製冷系统管路系统的乾燥要求不如氟利昂那样严格；（4）氨的来源广泛、价格低廉,在相同充注体积下，其充注成本仅为R22的1 10左右；比R410A则更为廉价。氨製冷剂存在缺点氨製冷剂并不十全十美，也存在以下缺点：（1）氨的绝热指数较大(k= 1.40) ，在蒸发温度较低、冷凝温度较高时压缩机的排气温度较高，为保证润滑油的润滑特性，必须採取相应的冷却措施；（2）氨与矿物基润滑油和PAO润滑油不相容，且因氨的密度比润滑油小，润滑油沉积在製冷系统的管道、容器的底部，故通常採用满液式蒸发器和氨泵供液形式，并结合採用油分离器和集油器等设备，通过手动与自动控制使润滑油安全返回压缩机；（3）氨对钢铁、铝等金属材料无腐蚀作用，但当氨中含有水分时，则对锌、铜、铜合金(磷青铜除外)有腐蚀作用，故在氨製冷系统的设备、管道、仪表、阀门具有“避铜”要求；（4）氨具有刺激性气味且有一定的毒性和可燃性，在其安全性分类中属于B2类製冷剂。当其在某一空间积聚的浓度达到一定限度时，若人暴露在其中，将会对人的身体产生一定的危害；只有在较高温度下，氨和空气混合物体积浓度达到16%～ 25%时遇明火可引起爆炸；故在《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规範》中规定为II AT级，在《建筑设计防火规範》中规定为乙类[8],即氨属于最低爆炸危险等级。这些缺点都使其套用受到了一定的限制,不宜用于民用建筑的空调冷源系统。国内外氨气制冷机的套用现状1876～ 1877年间， Linde製造的氨压缩机就配置在慕尼黑的斯巴坦布罗啤酒厂，用于麦芽和发酵桶的冷却；1890年英国採用氨直接膨胀供液方式并在墙上设定冷却盘管保存肉类製品，从此，氨製冷技术在食品冷冻冷藏领域逐步得到了快速发展。除了啤酒生产和食品的冷冻加工、食品冷冻贮藏、食品保鲜贮藏、冰激凌的製作以及大型製冰等套用了氨製冷系统外，氨製冷技术也为化工领域、建筑领域、水利建设、远洋捕捞及特种实验场所提供製冷服务。如：化工厂原料生产用冷、空调系统、大坝混凝土浇筑前的冷却水或製冰用冷、船用製冷、饮料生产、製药等。另外在一些有大量余热利用的企业，如化工、冶金和轻工业部门，氨水吸收式制冷机也有较广泛的套用。氨製冷系统在食品冷冻冷藏领域多为直接製冷系统，但也有少量间接製冷系统。採用间接製冷系统主要是从安全形度考虑，在特大型的贮藏果蔬的冷库中，为防止氨製冷剂泄漏于冷却物冷藏间内、且儘量减少系统的用氨量，採用有以氨为製冷剂、乙二醇为载冷剂的间接製冷系统，如烟台复发中记装配式冷库。近年来，欧洲和美国已开始套用NH3和CO2的复叠式製冷系统，其高温级採用NH3 ，低温级採用CO2 ，避免了因地震等意外原因可能导致的氨在库房内意外泄漏而影响贮存食品的安全问题，同时也减少了整个製冷系统的用氨量，提高了冷库系统的安全性。在国外，氨製冷系统的供液方式多为直接膨胀供液、重力供液和氨泵强制供液，且系统自控能力较强。我国在上个世纪50年代以前,为食品冷冻冷藏配置的氨製冷系统多为直接膨胀供液，由于自控系统落后，一般採用人工调节，因劳动强度过大、不安全因素极多；从70年代开始，随着我国自行研製的製冷自控元件的问世以及引进国外自控元件，直接膨胀供液逐步被重力供液和氨泵强制供液所取代；80年代后，随着计算机微电子控制技术的不断发展，国内出现了以可程式序控制器(PLC)及用PLC组成的集散式控制系统(DCS控制系统)控制的採用氨泵强制供液方式的全自动或半自动氨製冷系统， 2000年，我国在大连的一座水产品加工厂的氨製冷系统中第一次採用了DANFOSS公司的氨电子膨胀阀，从而再次实现了直接膨胀供液，与50年代前期的製冷膨胀供液相比，系统的安全性和控制方式及自动化程度得到了极大的提高。但由于当时尚无与氨互溶的合成润滑油，製冷系统仍配置的油分离系统,未能实现製冷系统的完全简化。即使如此，也使系统的用氨量大大的降低。氨製冷系统在化工、大型空调系统、啤酒厂、製药厂中多为间接製冷系统，如我国于1988年在南京开发出利用工业废热的双级氨水吸收式制冷机，并套用于- 20℃和- 30℃两个蒸发温度製冷系统。氨气制冷机结构目前，在氨製冷系统中，製冷压缩机多为活塞式和螺桿式製冷压缩机。前者出现较早，使用也最为广泛，其优点在于：使用方便、运行可靠、管理经验成熟，冷量範围大、单位製冷量耗电量较低，加工较简单，造价较为低廉；其缺点是压缩机体积大、耗金属多、占地面积大,易损部件多，维护费用高，单机产量不能太大，能量无级调节比较困难。而螺桿式压缩机机的结构简单、体积小、易损部件少、重量轻,振动小，容积效率高、对湿压缩不敏感，能实现无级调节；其缺点是单位冷量耗电比活塞式稍高，喷油冷却使得滑油系统複杂而庞大，耗油高，噪声大，螺桿的加工精度要求高。相对而言，因螺桿式压缩机能方便地控制排气温度，在氨製冷系统中将会更加广泛地套用。在上世纪80年代以前，壳管式换热器套用较为普遍。但是其质量、占地面积、换热性能及拆卸灵活性等不如板式换热器。板式换热器套用于氟系统已有20余年的历史，此前未在氨系统中套用的根本原因是焊接釺料含有铜。当CFC和HCFC限制禁用后又重新使用氨时，为减少系统中氨的充灌量，人们又倾向于使用板式换热器，因此在传统板式换热器的基础上进行了大量改进，可作为冷凝器、蒸发器、油冷却器、过冷换热器和载冷剂冷却器等。如：瑞典的Alfa Laval公司实施每两片不鏽钢板片用雷射焊接成封闭模槽流道组，然后在组与组之间用橡胶封圈密封，有螺栓施加密封压力，这样就避免了传统方式中封闭氨的框线橡胶封圈，大大减少氨的渗漏；为杜绝氨的微量渗漏，该公司又研製了採用镍合金为焊料的焊接板式换热器。德国GEAECOFLREX公司在瑞典工厂生产採用99.99%铜釺料的焊接板式换热器(SUS316板片) ，在氨的流通模槽流道中採用耐氨腐蚀涂层，其最大工作压力温度分别达3.0MPa200℃ 。为减少製冷系统中氨的使用量， 90年代的欧洲和美国在氨製冷空调领域开始採用风冷冷凝器,随着蒸髮式冷凝器的节能优势及防腐除垢技术的提高，目前蒸髮式冷凝器已成为套用主流；採用乾式蒸发器取代传统的满液式蒸发器，可减少氨充灌量90%～ 95% ，在食品冷速冻装置(食品单体速冻装置、螺旋式食品速冻装置、食品平板式冻结装置、网带单体速冻装置、板带单体速冻装置、全流态化速冻装置、隧道式超低温速冻装置等)中，採用乾式蒸发器直接或间接冷却食品，将大幅度削减氨製冷剂的充灌量，提高氨製冷系统的安全性。