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    適用于疫苗低溫保存冷庫的空氣壓縮制冷系統(tǒng)性能研究

    2022-10-20 08:44:00張靖鵬羅介霖李勇華
    制冷學(xué)報(bào) 2022年5期

    王 勤 張靖鵬 羅介霖 李勇華 王 輝

    (1 浙江大學(xué)制冷與低溫研究所 浙江省制冷與低溫技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 杭州 310027;2 中國船艦研究設(shè)計(jì)中心 武漢 430064)

    空氣作為空氣壓縮制冷系統(tǒng)的制冷劑,無毒無味,不燃燒不爆炸,來源充足且環(huán)境性能優(yōu)良。因此,空氣壓縮制冷系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠,同時(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,制冷量及用冷溫度易于調(diào)節(jié),因而被廣泛關(guān)注[1]。

    蘇兵等[7-8]對制冷溫度范圍為-120~-70 ℃的開式空氣制冷系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性能測試,研究了系統(tǒng)性能與部件性能(如回?zé)崞餍省⑴蛎洐C(jī)效率)、系統(tǒng)參數(shù)(如制冷溫度等)的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)對特定設(shè)計(jì)工況存在最優(yōu)壓比使系統(tǒng)性能獲得最佳值。S. K.Tyagi等[9]對帶回?zé)崞鞯脑贌崾侥娌祭最D循環(huán)進(jìn)行了建模研究,采用有限熱力學(xué)的方法研究了最大輸出功和最大效率工況下各部件的運(yùn)行狀況。趙碩等[10-12]搭建了低溫空氣速凍系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)研究了回?zé)崞鲗ρh(huán)性能的影響,在膨脹機(jī)出口溫度為-50 ℃時(shí)可以獲得4 kW的制冷量。他們還研究了不同回?zé)崃鞒虒ε蛎洐C(jī)進(jìn)口空氣含濕量的影響。何升等[13]研制了空氣循環(huán)制冷實(shí)驗(yàn)臺,最低制冷溫度可達(dá)-86 ℃,可在20 min內(nèi)降溫至-30 ℃,同時(shí)可以獲得6 kW的制冷量。

    雖然目前空氣制冷的研究已獲知一些設(shè)計(jì)參數(shù)(如制冷溫度)及部件效率(膨脹機(jī)、回?zé)崞?等對性能的影響,但一些實(shí)際的因素如空壓機(jī)總壓、送風(fēng)壓差,特別是環(huán)境溫度對性能的影響尚較少見于文獻(xiàn),而在冷庫的實(shí)際應(yīng)用中,這些因素的影響至關(guān)重要。

    現(xiàn)代醫(yī)療保存技術(shù)需要較低的溫度(-40 ℃以下),單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)受壓比和制冷劑物理特性的限制,兩級壓縮又受到蒸發(fā)壓力過低和制冷劑凝固點(diǎn)的限制,而多級壓縮和復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)過于復(fù)雜,維護(hù)、維修困難[14]??諝庵评溲h(huán)系統(tǒng)雖然在普通制冷空調(diào)領(lǐng)域COP明顯低于蒸氣壓縮制冷系統(tǒng),但在-80~-50 ℃范圍內(nèi)兩者相差較小,系統(tǒng)卻簡單得多[15],同時(shí)無需除霜過程。將空氣制冷系統(tǒng)應(yīng)用于低溫冷庫中,與傳統(tǒng)的蒸氣壓縮制冷裝置相比,具有節(jié)能環(huán)保與可靠的雙重優(yōu)勢[16]。

    例如,不同種類和功能的疫苗需要在不同溫度下貯藏,所需的貯藏溫度范圍較廣:如一般的甲肝、乙肝疫苗貯藏溫度為2~8 ℃,輝瑞& BioNTech新冠病毒疫苗需要-70 ℃[17]的長期貯藏溫度。除了貯藏溫度外,疫苗冷庫的溫度波動會對疫苗的品質(zhì)產(chǎn)生較大影響,一般要求溫度波動度<±2 ℃[17],溫度波動越小,疫苗儲存效果越好。對疫苗儲存溫度波動有較大影響的因素有環(huán)境溫度變化[18]和系統(tǒng)除霜過程[19]等。

    目前的疫苗冷庫系統(tǒng)主要采用蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)[20],對于2~8 ℃和-20 ℃疫苗冷庫采用單級蒸氣壓縮系統(tǒng)。對于-70 ℃疫苗冷庫,一般采用復(fù)疊式制冷系統(tǒng)。此外,也有用于-70 ℃的液氮冷庫。疫苗的運(yùn)輸一般采用保溫箱(蓄冷或主動制冷)、冷藏車(機(jī)械制冷、液氮系統(tǒng)、蓄冷系統(tǒng))和冷藏集裝箱(機(jī)械制冷)。

    隨著新冠疫情的肆虐,亟需高效、穩(wěn)定可靠的疫苗冷庫用于大批量低溫保存和運(yùn)輸,而空氣制冷系統(tǒng)采用安全環(huán)保且來源充沛的空氣作為制冷劑,具有制冷劑可就地取材、泄漏后易補(bǔ)充的優(yōu)勢,同時(shí)規(guī)避了蒸發(fā)器除霜問題。因此,空氣制冷系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性都很高,在-70 ℃溫區(qū)具有較為優(yōu)越的綜合性能,特別適用于疫苗運(yùn)輸?shù)睦洳剀嚭屠洳丶b箱等冷鏈物流的疫苗冷庫中。然而,在-70 ℃疫苗冷庫的研究中,目前還未見采用空氣制冷系統(tǒng)方面的研究文獻(xiàn),對其應(yīng)用潛力缺少全面的評估。

    本文以-70 ℃庫溫(用于低溫疫苗冷庫)的工況為例,研究了環(huán)境溫度對空氣制冷循環(huán)的影響,并與蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)進(jìn)行了對比。此外,還給出了實(shí)際應(yīng)用中較為重要的參數(shù)(空壓機(jī)壓比、回?zé)崞鲓A點(diǎn)溫差、送風(fēng)壓差)對空氣制冷循環(huán)的影響規(guī)律,為空氣制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供參考。

    1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)與模型

    1.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

    疫苗冷庫主要由空氣制冷系統(tǒng)、庫房系統(tǒng)和測控系統(tǒng)組成,冷庫的系統(tǒng)流程如圖1所示。

    圖1 疫苗冷庫空氣制冷系統(tǒng)流程圖Fig.1 Vaccine cold storage air refrigeration system

    空氣進(jìn)入空壓機(jī)后被壓縮至高壓狀態(tài)儲存于氣罐中,當(dāng)需要被使用時(shí)氣罐打開,空氣在常溫下經(jīng)過過濾器D1粗濾,濾去空氣中的粉塵等雜質(zhì)以免造成后續(xù)過程的管路堵塞,在換熱器E中空氣被由工作空間(即庫房)中返回的冷氣預(yù)冷至露點(diǎn)之下,排除空氣中的部分水分,避免在降溫過程由于結(jié)冰導(dǎo)致管路堵塞,預(yù)冷后的空氣經(jīng)過由過濾器D2/D3和空氣干燥器F組成的過濾干燥裝置進(jìn)一步降低雜質(zhì)和水分含量。在流量計(jì)G和減壓閥H的控制下,預(yù)冷后的空氣以一定的流量和壓力輸出至膨脹機(jī)I,通過膨脹過程空氣降壓降溫至庫房系統(tǒng)所需的最低溫度,隨后進(jìn)入庫房實(shí)現(xiàn)冷卻功能,排風(fēng)攜帶的冷量可用于空氣的預(yù)冷環(huán)節(jié),回收冷量。膨脹機(jī)做功可通過同軸用于空壓機(jī)壓縮或用于發(fā)電回收電能。最后空氣被空氣壓縮機(jī)再次吸入,完成整個(gè)制冷循環(huán)。其中,冷庫送風(fēng)和排風(fēng)應(yīng)保證冷庫內(nèi)具有一定正壓,以防止外界空氣從門封等進(jìn)入。因此,在空氣壓縮機(jī)的吸氣口設(shè)置了連通大氣的排氣口和進(jìn)氣口,以保證空氣壓縮機(jī)吸氣口的壓力維持在穩(wěn)定范圍。故整個(gè)系統(tǒng)總體上是半開式的,基本屬于閉式系統(tǒng)。系統(tǒng)中設(shè)有多個(gè)壓力傳感器和溫度傳感器,可對制冷過程進(jìn)行檢測和自動控制。

    1.2 空氣制冷系統(tǒng)熱力學(xué)模型

    疫苗冷庫的空氣制冷系統(tǒng)熱力循環(huán)如圖2所示。

    圖2 疫苗冷庫的空氣制冷系統(tǒng)熱力循環(huán)圖Fig.2 Thermodynamic cycle diagram of the air refrigeration system of the vaccine cold storage

    1.3 假設(shè)條件

    對于空氣制冷循環(huán)熱力學(xué)計(jì)算,假設(shè)條件如下:

    1)給定環(huán)境溫度TH;

    2)給定庫溫T0;

    3)空壓機(jī)采用三級壓縮,1點(diǎn)為進(jìn)口空氣狀態(tài)點(diǎn),絕熱壓縮至2、2′、2″點(diǎn),每一級壓縮后都將空氣等壓冷卻至T3;

    4)空氣進(jìn)入回?zé)崞鞅坏葔豪鋮s至T4后進(jìn)入膨脹機(jī),忽略回?zé)崞鞯穆幔?/p>

    5)膨脹機(jī)中為絕熱膨脹;

    6)從膨脹機(jī)出來的空氣T5進(jìn)入冷庫;

    7)冷庫中的氣體T6進(jìn)入回?zé)崞?,等壓升溫至T1進(jìn)入空壓機(jī),忽略回?zé)崞鞯穆峒案鲹Q熱器阻力,送風(fēng)壓差給定。

    1.4 熱力學(xué)模型

    空氣制冷循環(huán)的計(jì)算過程:

    空壓機(jī)進(jìn)口溫度:

    T1=T3-ΔT

    (1)

    冷卻器出口溫度:

    T3=TH+15

    (2)

    冷卻器按能把空壓機(jī)出口空氣冷卻至高于環(huán)境溫度15 ℃設(shè)計(jì)。

    每一級空壓機(jī)的壓比:

    Π3=p2″/p1

    (3)

    壓縮機(jī)出口焓:

    h2=h1+(h2s-h1)/ηc

    (4)

    膨脹機(jī)進(jìn)口壓力:

    p4=p2″

    (5)

    膨脹機(jī)進(jìn)口溫度:

    T4=T6+ΔT

    (6)

    膨脹機(jī)出口焓:

    h5=h4+(h5s-h4)ηe

    (7)

    膨脹機(jī)出口壓力:

    p5=p6+Δp

    (8)

    每千克空氣在冷庫中的吸熱量即為單位質(zhì)量空氣的制冷量:

    q0=h6-h5=cp(T6-T5)

    (9)

    由此也可以根據(jù)空壓機(jī)吸氣口的空氣密度ρ1得到單位容積制冷量:

    qv=q0/ρ1

    (10)

    給定負(fù)荷Q0,空氣質(zhì)量流量:

    m=Q0/q0

    (11)

    所需空壓機(jī)排量:

    Vm=m/ρ1

    (12)

    壓縮機(jī)功耗:

    Wc=m(h2-h1)=mcp(T2-T1)

    (13)

    膨脹機(jī)做功:

    WT=m(h3-h4)

    (14)

    循環(huán)凈功:

    Wnet=Wc-WT

    (15)

    循環(huán)COP:

    COP=Q0/Wnet

    (16)

    逆卡諾循環(huán)效率:

    ηC=(273.15+T0)/(TH-T0)

    (17)

    1.5 計(jì)算模型的檢驗(yàn)

    在進(jìn)行計(jì)算分析之前,為了保證計(jì)算分析的可靠性,根據(jù)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)及模擬文獻(xiàn)的條件使用模型進(jìn)行計(jì)算,并將計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行對比。

    由表1可知,文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算結(jié)果與本模型在相同條件下計(jì)算出的COP偏差小于5%。因此,證明熱力學(xué)模擬可以準(zhǔn)確地預(yù)測空氣制冷循環(huán)的性能。

    表1 計(jì)算模型的驗(yàn)證[21-22]Tab.1 Validation of calculation model[21-22]

    2 空氣制冷系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能分析

    根據(jù)以上空氣制冷系統(tǒng)熱力學(xué)模型,對影響系統(tǒng)性能的主要變量:庫溫T0、環(huán)境溫度TH、總壓比θ、回?zé)崞鲓A點(diǎn)溫差ΔT、送風(fēng)壓差Δp進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能分析。

    給定具體的分析條件如下:

    1)庫內(nèi)壓力p0=101.3 kPa;

    2)選用3臺無油螺桿壓縮機(jī)進(jìn)行三級空氣壓縮,等熵效率ηc均為0.7;

    3)渦輪膨脹機(jī)等熵效率ηe=0.7;

    4)空壓機(jī)吸氣壓力p1=100.3 kPa。

    參考文獻(xiàn)及試算結(jié)果,給定了基準(zhǔn)工況的主要變量及假設(shè)值如表2所示。取60 kW的熱負(fù)荷工況進(jìn)行計(jì)算。

    表2 空氣制冷性能模擬基準(zhǔn)工況Tab.2 Air refrigeration performance simulation benchmark conditions

    根據(jù)冷庫用戶需求,確定T0、TH、θ、ΔT、Δp等主要變量在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能分析中在合理范圍內(nèi)變化。

    在穩(wěn)態(tài)性能分析中,僅改變T0、TH、θ、ΔT、Δp中基準(zhǔn)工況的一個(gè)參數(shù),固定其它4個(gè)參數(shù)不變,確定COP、qv、Vm及T5的變化趨勢。

    常規(guī)冷庫所用雙級復(fù)疊式制冷系統(tǒng)作為對比,計(jì)算假設(shè)條件如表3所示。

    表3 雙級復(fù)疊式制冷系統(tǒng)性能模擬基準(zhǔn)工況Tab.3 Two-stage cascade refrigeration performance simulation benchmark conditions

    2.1 總壓比對系統(tǒng)循環(huán)性能的影響

    對于空氣制冷系統(tǒng),壓縮機(jī)的總壓比是影響性能的關(guān)鍵因素之一。壓縮機(jī)的壓比會影響COP和制冷量,同時(shí)還會受到最高壓力限制及排氣溫度限制。

    固定基準(zhǔn)工況中的T0、TH、ΔT、ΔP不變,僅改變θ,得到不同θ下COP和qv、Vm和T5的變化,分別如圖3及圖4所示。

    圖3 COP、qv隨θ的變化Fig.3 Variations of COP and volumetric cooling capacity with pressure ratio

    圖4 Vm、T5隨θ的變化Fig.4 Variations of air flow and expander exhaust temperature with pressure ratio

    由圖3和圖4可知,隨著θ的增大,COP不斷減小,在θ最小時(shí)具備最大COP,但此時(shí)qv小,空氣流量較大,所需的設(shè)備較大。目前的商用無油螺桿空壓機(jī)排氣壓力大多為0.7~1.3 MPa。為減小設(shè)備,并在一定程度上保證COP,壓縮機(jī)排氣溫度又不至于過高,同時(shí)空壓機(jī)壓比與膨脹比是相等的,考慮到商用膨脹機(jī)的膨脹比限制,將θ定在8,采用三級壓縮的空壓機(jī)較為合適。

    2.2 庫溫對系統(tǒng)循環(huán)性能的影響

    固定基準(zhǔn)工況中的θ、TH、ΔT、Δp不變,僅改變T0,得到不同T0下COP與qv的變化,分別如圖5和圖6所示,圖6同時(shí)給出了復(fù)疊式制冷的COP和qv隨T0的變化。

    圖5 兩種制冷系統(tǒng)的COP隨T0的變化Fig.5 Variations of COP for the two refrigeration system with storage temperature

    圖6 兩種制冷系統(tǒng) qv隨T0的變化Fig.6 Variations of volumetric cooling capacity for the two refrigeration system with storage temperature

    由圖5可知,隨著T0的減小,空氣制冷與復(fù)疊制冷的COP與qv均不斷減小。但空氣制冷系統(tǒng)的COP與qv隨T0降低的減小程度相比于復(fù)疊式制冷更小。在蒸發(fā)溫度較高時(shí),空氣制冷的COP明顯小于蒸氣壓縮制冷,而T0為-70 ℃時(shí)空氣制冷的COP相比于復(fù)疊制冷差距縮小至25.8%,已接近復(fù)疊制冷的COP水平。

    因此,空氣制冷系統(tǒng)可作為-70 ℃新冠疫苗冷庫潛在的較優(yōu)選擇,因?yàn)榭諝庾鳛橹评鋭┚哂邪踩h(huán)保、來源充沛且可就地取材的優(yōu)點(diǎn),特別適用于疫苗運(yùn)輸?shù)拇笮屠洳剀嚭屠洳丶b箱等冷鏈物流設(shè)備。

    2.3 環(huán)境溫度對系統(tǒng)循環(huán)性能的影響

    保持固定基準(zhǔn)工況中的θ、T0、ΔT、Δp不變,僅改變TH,得到不同TH下COP和qv的變化,如圖7所示。

    圖7 兩種制冷系統(tǒng)的COP隨TH的變化Fig.7 Variations of COP for the two refrigeration system with ambient temperature TH

    隨著TH升高,T1升高,COP降低,T2升高,導(dǎo)致冷卻器負(fù)荷增加,壓縮機(jī)功耗增大,工況越不利。因此TH升高會影響空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行,在高溫下需做好設(shè)備的冷卻,避免設(shè)備在高溫下運(yùn)行,對系統(tǒng)長期安全穩(wěn)定運(yùn)行尤為重要。

    TH變化,由于回?zé)崞骼涠诉M(jìn)口溫度恒為-20 ℃,回?zé)崞鞯臒岫顺隹跍囟葹?15 ℃,即對膨脹機(jī)的運(yùn)行工況沒有影響,膨脹機(jī)的出口溫度恒為-95.1 ℃,即冷庫進(jìn)出口的狀態(tài)參數(shù)恒定(進(jìn)出口焓差恒定),但壓縮機(jī)吸氣口的空氣密度會下降(每升高10 ℃,降低3%)。而制冷量最終為空壓機(jī)排量、吸氣口密度與冷庫進(jìn)出口空氣焓差的乘積。因此,TH的上升會帶來制冷量的下降。

    對于圖7和圖8所示的復(fù)疊式制冷系統(tǒng)工況,當(dāng)TH上升10 ℃(由30 ℃升至40 ℃),COP降低15%,qv降低8%;而空氣制冷系統(tǒng)COP降低5%,qv下降3%(吸氣密度下降導(dǎo)致)。

    圖8 兩種制冷系統(tǒng)qv隨TH的變化Fig.8 Variations of volumetric cooling capacity for the two refrigeration system ambient temperature

    因此,空氣制冷系統(tǒng)qv、COP隨冷凝溫度變化均遠(yuǎn)小于復(fù)疊式制冷系統(tǒng),因此在應(yīng)對環(huán)境變化時(shí)的性能穩(wěn)定性較好,不易使庫溫產(chǎn)生較大波動,這對疫苗的儲存是非常有利的。

    2.4 回?zé)崞鲓A點(diǎn)溫差對系統(tǒng)循環(huán)性能的影響

    在空氣制冷系統(tǒng)中,回?zé)崞鞯膿Q熱也會影響其循環(huán)性能。保持固定基準(zhǔn)工況中的θ、T0、TH、Δp不變,僅改變ΔT,得到不同ΔT下COP和qv的變化,如圖9所示。

    圖9 COP和qv隨ΔT的變化Fig.9 Variations of COP and volumetric cooling capacity with pinch point temperature differences of regenerators

    隨著ΔT減小,回?zé)崞鞯幕責(zé)嵝Ч儾睿h(huán)COP提高,qv增加。所以,ΔT越小,換熱效果越好,循環(huán)性能越優(yōu)。但ΔT的減小需要增加回?zé)崞鲹Q熱面積,會帶來成本和空間上的增加,在合適的成本及空間允許的范圍內(nèi),可以適當(dāng)增加回?zé)崞髅娣e以減小夾點(diǎn)溫差。

    2.5 送風(fēng)壓差值對系統(tǒng)循環(huán)性能的影響

    在冷庫中,需要保持一定的送風(fēng)壓差保持正壓以防止倒流。送風(fēng)壓差也會在一定程度上影響循環(huán)性能。

    保持固定基準(zhǔn)工況中的θ、T0、ΔT、TH不變,僅改變Δp,得到不同Δp送風(fēng)壓差下COP和qv的變化,如圖10所示。

    圖10 COP、 qv隨Δ p的變化Fig.10 Variations of COP and volumetric cooling capacity with supply air pressure difference

    由圖10可知,隨著Δp的增大,COP降低,qv降低,空氣流量增大,工況越不利。

    而對于空氣制冷系統(tǒng),空氣本身作為制冷劑,提高Δp需要提高膨脹機(jī)的出口壓力,這會提高膨脹機(jī)出口溫度(即冷庫送風(fēng)溫度),減少制冷量。即對于空氣系統(tǒng),提高Δp是以犧牲系統(tǒng)性能為代價(jià)的。因此,在滿足庫內(nèi)正壓的情況下,需要盡可能地減小Δp。疫苗這類藥品對溫度的均勻性要求很高,需要采用送風(fēng)管道對貨架送風(fēng)或孔板送風(fēng),這需要適當(dāng)增加Δp以克服管道阻力,會一定程度上降低性能。

    而采用復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的冷庫,空氣與制冷劑是不同的流路,Δp需要由風(fēng)機(jī)額外提供,也會增加較大的風(fēng)機(jī)功耗。此外,該類風(fēng)機(jī)設(shè)備在-70 ℃低溫環(huán)境下的運(yùn)行需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì),并將電動機(jī)置于冷庫外,會給復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的制造和維護(hù)帶來困難。

    綜合分析,空氣制冷系統(tǒng)可以通過調(diào)節(jié)出氣狀態(tài)來改變送風(fēng)壓差,雖然會一定程度上犧牲一定的制冷性能,但相比于復(fù)疊式制冷系統(tǒng),減少了風(fēng)機(jī)設(shè)備成本與功耗,在結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)上更加簡單。

    3 結(jié)論

    本文研究了適用于-70 ℃疫苗冷庫的空氣制冷系統(tǒng)性能,得到了環(huán)境溫度、庫房溫度和若干重要設(shè)計(jì)參數(shù)(空壓機(jī)壓比、回?zé)崞鲓A點(diǎn)溫差、送風(fēng)壓差)對空氣制冷系統(tǒng)的影響規(guī)律,并與蒸氣壓縮復(fù)疊式制冷系統(tǒng)進(jìn)行了對比。得到結(jié)論如下:

    1)環(huán)境溫度為35 ℃時(shí),采用三級壓縮(總壓比為8)和回?zé)崞?夾點(diǎn)溫差為5 ℃)的空氣制冷系統(tǒng)在庫溫-70~10 ℃范圍內(nèi)的COP為0.23~0.38,基本呈線性變化。庫溫為-70 ℃時(shí),在相同的環(huán)境溫度及換熱器夾點(diǎn)溫差條件下,空氣制冷系統(tǒng)比復(fù)疊式制冷系統(tǒng)COP小25.8%。由于空氣作為制冷劑具有安全環(huán)保且可就地取材的優(yōu)點(diǎn),非常適用于疫苗運(yùn)輸?shù)睦洳剀嚭屠洳丶b箱等長途冷鏈物流設(shè)備。-90 ℃或更低溫區(qū)的冷庫,采用空氣制冷系統(tǒng)的優(yōu)勢更加顯著,值得進(jìn)一步探索。

    2)空氣制冷系統(tǒng)的制冷量和COP受環(huán)境影響小。環(huán)境溫度升高10 ℃時(shí)COP僅降低5%,制冷量下降3%,變化程度遠(yuǎn)小于復(fù)疊式制冷循環(huán)。因此環(huán)境的變化對采用空氣制冷系統(tǒng)的疫苗冷庫的庫溫波動影響很小,同時(shí)沒有除霜過程造成的庫溫波動,非常有利于疫苗儲存。

    3)空氣制冷系統(tǒng)可以通過調(diào)節(jié)出氣狀態(tài)來改變送風(fēng)壓差,對疫苗冷庫進(jìn)行均勻送風(fēng),送風(fēng)壓差越高,COP與制冷量越小。雖然提高送風(fēng)壓差會影響制冷系統(tǒng)性能,但相比于復(fù)疊式制冷系統(tǒng)減少了風(fēng)機(jī)設(shè)備成本與功耗,結(jié)構(gòu)更加簡單,調(diào)節(jié)更加方便。

    符號說明

    cp——定壓比熱容,kJ/(kg·℃)

    h1、h2——空壓機(jī)入、出口焓,kJ/kg

    h2 s——等熵壓縮的出口焓,kJ/kg

    h4、h5——膨脹機(jī)入、出口焓,kJ/kg

    h5 s——等熵膨脹的出口焓,kJ/kg

    h6——冷庫空氣的出口焓,kJ/kg

    m——空氣質(zhì)量流量,kg/s

    p1——第一級空壓機(jī)吸氣口壓力,kPa

    p2″——空壓機(jī)三級壓縮后的排氣口壓力,kPa

    p4——膨脹機(jī)進(jìn)口壓力,kPa

    Δp——空氣從膨脹機(jī)出口至冷庫的送風(fēng)壓差,kPa

    qv——單位容積制冷量,kJ/m3

    q0——單位質(zhì)量制冷量,kJ/kg

    Q0——冷庫負(fù)荷,kW

    T0——冷庫庫溫,℃

    TH——環(huán)境溫度,℃

    T1、T2——空壓機(jī)進(jìn)、出口溫度,℃

    T3——空壓機(jī)排氣冷卻后溫度,℃

    T4、T5——膨脹機(jī)進(jìn)、出口溫度,℃

    T6——冷庫出口空氣溫度,℃

    ΔT——回?zé)崞鲓A點(diǎn)溫差,℃

    Vm——空壓機(jī)排量,Nm3/min

    Wc——壓縮機(jī)功耗,kW

    WT——膨脹機(jī)做功,kW

    Wnet——循環(huán)凈功,kW

    Π——空壓機(jī)壓比

    θ——三級空壓機(jī)總壓比

    ηc——空壓機(jī)的等熵效率

    ηC——逆卡諾效率

    ηe——膨脹機(jī)的等熵效率

    ρ1——空壓機(jī)吸氣口密度,kg/m3

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