低温蓄冷系统设计与应用分析(3)
压缩式制冷机可分为螺杆式制冷机、活塞式制冷机和离心式制冷机。其中螺杆式制冷机结构简单、易损件少、使用寿命长、单级压缩比高，在大中型制冷量范围内有取代活塞式的趋势。
1.2.1.2 制冷剂
目前广泛使用的低温制冷剂有R23、R22、R404A、R502、R507A、R290及CO2。其物理性质如表1.1所示。其中R23、R22、R404A、R502和R507A的GWP值远高于150,所以从环保角度看,它们必然将被淘汰。R290是一种天然制冷剂,其物理性质与R22很接近,且GWP值小于20,是一种环保制冷剂,另外，R290的潜热比约是R22的2倍,所以其设备所需要的制冷剂充注量也可以大幅度降低。而CO2作为另一种天然工质的代表,同样具有很好的环保特性,并且CO2的潜热比R290还高。
表1.1 制冷剂物理性质比较
R23 R22 R404A R502 R507A R290 CO2
相对分子质量 70.01 86.48 97.6 111.63 98.859 44.1 44.01
标准沸点/℃ -82.10 -40.84 -46.56 -45.4 -47.1 -42.09 -78.4
临界温度/℃ 25.90 96.13 72.14 82.2 70.617 92.42 30.98
临界压力/MPa 4.84 4.986 3.735 4.08 3.705 4.25 7.377
0.1MPa时，潜热比/（kJ/kg） 240.0 233.9 200.3 173.4 196.95 430.38 590.34
ODP 0 0.055 0 0.221 0 0 0
GWP 12000 1700 3800 4500 3900 <20 1
1.2.2 蓄冷
1.2.2.1 蓄冷循环
封装式蓄冷装置是较早研究和使用的蓄冷设备，其基本原理为：将水或者其他相变蓄冷材料封装在一个腔体之内，凝固点低于封装体内相变材料凝固点的流体在腔体外部流动，使得腔体内相变蓄冷材料通过封装体壁面与外部流体换热，从而使得内部相变材料发生凝固或者融解，实现蓄冷和释冷。
盘管式蓄冷装置是借助一个载冷剂系统进行换热，实现蓄冷剂的凝固或融解。但对盘管而言，载冷剂在盘管中流动，盘管需放在相变蓄冷剂槽内，当蓄冷时相变材料会凝固附着在盘管外壁，融解取冷时可以使具有较高温度的载冷剂流过盘管内使管外凝结层从内表面开始融化，将冷量传给管内的载冷剂带走，称内融化方式；也可利用蓄冷材料槽内的液体流动促使管外的凝结层从外表面开始融化供冷，称之为外融化方式。
对于本次设计而言，其原理是：蓄冷过程中,蓄冷管内的制冷剂与管外的蓄冷剂进行热交换。热交换过程中把制冷剂带来的冷量通过换热管管壁传递给蓄冷剂,升温后的制冷剂回到压缩机再次被压缩,如此往复循环。
1.2.2.2 蓄冷剂
蓄冷剂是冷量储存的媒介物质,它可在低温下吸收并储存大量冷量，而在温度较高时又能放出大量冷量，较长时间保持自身及周围小范围内的低温环境。
蓄冷技术按照蓄冷剂的不同主要可分为水蓄冷、冰蓄冷和共晶盐蓄冷。由于水蓄冷和冰蓄冷可达到的最低温度为0℃，故不适用于本次设计所要求的-50℃的低温蓄冷系统中。