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冷热饮水机制冷系统的设计与调试

发布时间:2014-6-23 13:27:24 浏览次数:

    冷热饮水机制冷系统的设计与调试 冷热节能饮水机适用于各种中大型公共场所

 

  眼看春天就要过去,夏天也将亦步亦趋的来临。天气也在渐渐的回暖,即便现在还不是夏天,可是在南方的城市也总能看到爱美的美媚们的冰凉装备。也总能看到球场上飞驰的身影,还在临场休息的队员手拿着的冰水。

  人们的生活水平在不断的提高,对生活质量也越来越高,因而带制冷装置的冷热饮水机也越来越受到消费者的追捧。现下这种类型的饮水机采用的制冷方式有两种:、台式饮水机 b、立式饮水机。而台式饮水机由于受体积的限制都是采用半导体制冷的方式,立式饮水机就普遍都是采用压缩机形式的制冷的方法,如果要把两种方式进行比较的话,立式饮水机在制冷效率和可靠性上普遍都要比台式饮水机高。对于采用压缩机式的制冷饮水机会产生一个制冷系统的合理匹配问题,如何才能能保证冷却速度又可以降低能耗和成本,很早以前就已经成为饮水机生产商要解决的重要问题。就目前的情况来看的话,我们会发现很多饮水机生产商盲目的参照冰箱、冷柜的制冷工艺去设计,因而在技术上造成比较严重的不合理现象。现在我们将英尼康科技在冷饮水机制冷系统的设计和调试,售后维护方面的经验介绍给大家,并提出一些分析意见,仅供参考。

   一、温度蒸发和压缩机的选取

  在制冷的节能饮水机中,因为蒸发器传热面积的大小公受冷水胆有效容积的限制,所以不易改变,因此,合理的选择蒸发温度对取得压缩机的最佳工况、最大制冷量和最低电耗是最为重要的。大家都知道电冰箱冷冻室的储藏温度按国标规定必须低于-18℃,因此冰箱和冷柜的蒸发温度通常设计在-30℃以下。而冷饮水机以水为冷却对象,如果将冷饮水机水温控制在10℃~2℃,平均6℃,取10℃的传热温差,则蒸发温度为-4℃。目前市场上销售的立式冷热饮水机的冷水胆容积一般只有1.1升左右。按上海地方标准讨论稿要求,如将水温从32℃降至6℃,而时间控制在30分钟之内,所需要的冷量为  Q′=2LCPΔt×1.163=2×1.1×1×(32-6)×1.163=66.5W如果考虑10%的漏热损失,则式中:Q=Q′×110%=66.5×1.1=73.15W,Q′-不考虑漏热损失的热负荷,单位W;Q-考虑漏热损失的总热负荷,单位W;CP-水的比热,单位kcal/Kg℃;Δt-水的温差,单位℃;L-冷水胆的容积,单位升。

      二、工况条件

   冷凝温度54.4℃;吸气温度32.2℃;过冷温度32.2℃;环境温度32.2℃

大多数饮水机厂根据这个热负荷,选用小型冰箱冷柜上最常用的1/8HP型压缩机,查QD45压缩机的特性曲线(见图1)。在-30℃蒸发温度下,压缩机制冷量是能满足要求,但在这个工况下,系统内的制冷剂质量流量很小,相应的产冷量很小,制冷系数也很低。对冷饮水机而言,用这个工况来达到冷却速度要求,显然是大马拉小车,匹配极不合理,经济效果也很差。如果我们将蒸发温度从-30℃提高到-4℃,从特性曲线上看,制冷量可提高近一倍多,因此选用更小规格的压缩机就能满足制冷量的要求,匹配更趋合理,使技术指标和经济效果都得到明显的提高。所以在压缩机的选型上需注意,应选择那些适合中温工况的中低背压型小型压缩机。首先要看其使用说明书中的蒸发温度的适应范围,如日本松下“Q”及“D”系列压缩机,它的蒸发温度使用范围为-5℃~-30℃,建川-丹佛斯PW3.5~7.1系列全封闭压缩机的蒸发温度使用范围为+5℃~-40℃,这类压缩机对负荷变化适应性强,不但适应电冰箱、冷柜等低温工况下的使用,而且适应冷饮水机这样的中温工况的使用,是冷饮水机制冷压缩机的理想选择。

   目前,国内大多冷饮水机使用1/8HP全封闭国产压缩机,这主要是因为此类压缩机生产厂很多,质量相对比较稳定,而气缸容积小于4.5立方厘米的压缩机生产厂很少,并且价格并不低廉。但在选择1/8HP压缩机时要注意,此类压缩机原先主要是为冰箱和冷柜配套的低背压式压缩机,它的蒸发温度范围在-35℃~-15℃之间,在低温工况下,这类压缩机中的工质流量比较小,所配置的电机容量也较小,如果将蒸发温度提得过高,会造成系统内制冷剂的质量流量大幅增加,压缩机所需的轴功率加大,使电动机承受很大的负荷扭矩,若该压缩机所配置的电机容量不够的话,就会产生电机温升过高等不利因素,直接影响压缩机的使用寿命。其实,无论低温工况还是中温工况都是为了比较压缩机的特性而定的,并不限定压缩机只能在这样的工况下工作。尤其是全封闭压缩机的内置电机是用吸入蒸气来冷却的,在高蒸发温度下工作,由于质量流量大,内置电机因获得强烈的冷却而具有较大的过载能力,况且专为桶装净化水配套的冷却水制冷系统的内容积比较小,因此制冷剂的充灌量也比较小。所以在制冷饮水机制冷系统中选用那些电机容量比较大的低背压型压缩机,适当提高蒸发温度,应该是可行的。为了保险起见,在实际研制过程中,应对压缩机进行专门对比试验,在不改变冷饮水机制冷系统其它部件的情况下,对不同生产厂的压缩机进行试验,以采用那些在高蒸发温度下制冷性能好,温升低的压缩机。

   2 毛细管长度和充灌量的确定及整机调试

选择最佳的毛细管流量和制冷剂充灌量是非常重要的,它是和系统匹配设计联系在一起的。当冷凝器和蒸发器结构确定后,毛细管的长度和内径及充灌量直接决定了蒸发压力、冷凝压力的高低,以及整机电耗的大小。但这两个参数没有精确的计算公式,往往靠经验和反复试验来确定。在实际调试中,可在主要部位布置热电偶,压缩机的高低端接压力表,以确定各点状态参数,整机接功率表以监视输入功率的变化。取不同长度的毛细管作试验,观察蒸发压力和冷凝压力的变化趋势。经过反复的试验可以发现随毛细管长度的减短,蒸发压力逐渐提高,同时适当增大充灌量,使制冷剂的蒸发器内的蒸发量最大,但要注意充灌量不能过高,以避免冷凝压力过高、压缩机吸气含湿量过高、输入功率增加等不利因素。通过各点参数和试验数据,借助压焓图,基本上可得到冰热饮水机的最佳循环工况、最佳毛细管长度及充灌量。如笔者用冷水胆容积为1.1升的冷饮水机进行实验,在冷凝器和蒸发器结构不变的情况下,将原来的QD45压缩机改为QD35压缩机,毛细管长度由原来的1.7m缩短到0.9m,毛细管内径约为0.8mm,加液量约80g。这时,冷饮水机的冷却速度指标完全能达到要求,整机成本和能耗指标却比原来降低。

   3 温控器的安装位置和动作点的选择

系统调试完毕后,温控器的安装也很重要。如果温控器的感温参数和安装位置不正确,极易造成冷水胆内饮用水结冰和压缩机制冷量得不到合理利用现象。冷饮水机温控器的感温管主要有两种安装方法。

第一种方法是通过护套管直接插入水中,如图2,“A”位置。第二种方法将感温管安装在蒸发盘管中间,如图2“B”位置。由于安装位置的不同,温控器的触点断开温度和开停温差就大不相同,对于位置“A”感温管直接感应水的温度,由于水的比热比较大,水温波动小。温差可取小一点。按上海地方 标准讨论稿要求,水温需控制在2~10℃范围内,若水温最低为2℃左右,考虑到护套管和感温管之间的2℃的温差,温控器强冷点断开温度可取4℃,温差取5℃,接通温度取9℃。对于位置“B”感温管与蒸发器的接触部位以及实际运行工况都会直接影响感温参数,因此对于位置“B”的情况,必须通过多次校验才能最后确定温控器的参数。由于目前大多数饮水机的冷水胆的保温都不采用整体硬质聚氨酯发泡结构,保温性能差,使压缩机停机后感温管处的温度回升较快,容易出现压缩机频繁开机的现象,同时水中蓄存着大量的冷量,用户如不经常取水饮用,冷水胆内的水就会结冰,并且越结越厚,不但增加了电耗,也对压缩机的长期工作不利。因此位置“B”安装的温控器,温差要取得大一些。一般取10~13℃温差。以延长压缩机的停机时间。