技術探討：製冷設備中液泵（bèng）增效是否（fǒu）可行？（過冷度獲得法）

 本（běn）期，我們繼續來探討下製冷設備液泵增效（xiào）是否（fǒu）可行？接上期（技術探討：製冷設備中液泵增效是否可行？（冷凝（níng）的真相）），我們先將來分享過冷度（dù）獲得的兩個方法。

過冷度（dù）獲得的（de）可能方法

1、為什麽需要過冷度？

過冷度的定（dìng）義：液體壓力（lì）對（duì）應的飽和溫度（dù）與液體的實際溫度的（de）差值，即Δtsc=ts(P)-tL。

在製（zhì）冷機（jī）中，使從（cóng）冷凝器出來的液體帶有過冷度是有益的。其顯而易見的好處是增大製冷（lěng）量、提升機組能效、抵消液（yè）體管路壓降從而避免EXV閥前閃發、減小蒸發器入口（kǒu）幹度。所以製冷機（jī）中從冷凝器出（chū）來的液體，帶有一定的過冷度是必需的。

現在又產生了一個問題（tí）：究竟多大的過（guò）冷度是合適的？很大的過（guò）冷度值得追求嗎？

但（dàn）是（shì），在ORC發電機（jī）中，從冷凝（níng）器出來的過冷度是有害的，應盡量（liàng）避免。

2、獲得過冷度的兩（liǎng）種方法

通過仔細地推敲過冷（lěng）度的定義（yì），獲得（dé）液體過冷度可（kě）以有兩種（zhǒng）方法：降溫（wēn）法和升壓（yā）法。

最常用的一種方法是降溫法：

即冷卻冷凝液體，使液體的溫度低於液體壓（yā）力對應的飽和溫度。降溫既可（kě）以（yǐ）利用機（jī）組本身的（de）冷卻水進水溫度（本（běn）文命名為冷卻水法），也可以采用經濟（jì）器（經濟器（qì）法）、或外部附加冷源（外（wài）部（bù）冷源法）來實現。由於經濟器法和外部冷源（yuán）法都是串聯一個單獨的過冷器（qì），本報告隻討（tǎo）論過冷區與冷凝區集成在冷凝器中的冷卻水法。

我們要意識（shí）到，集成在冷凝器中的冷卻水法（fǎ）隻能獲（huò）得中等程度的過冷度，不要期望獲得太大的過冷度，否則既（jì）不能實（shí）現也不經濟。筆者推斷，冷卻水法可（kě）能獲得（dé）的過冷（lěng）度等於(Tsat–(ti+1))，這就（jiù）是所謂中等程度過冷的（de）上限（xiàn）。對（duì）於（yú）水冷（lěng）冷凝器，其可能過冷度為7℃。根據筆者的（de）經驗，采用冷卻水（shuǐ）法一般能做到（dào）或者隻需做到2倍自（zì）然（rán）過冷度就行了，即：水冷冷凝器3~5℃。

但是還有另外一（yī）種不太常（cháng）用的方法，稱為升壓法（fǎ）：

即（jí）通（tōng）過升高液體的壓力從而使其對（duì）應壓力的飽（bǎo）和溫度高於液體溫（wēn）度的（de）實際溫度（dù），從而也（yě）類似（sì）地使冷凝液體獲得過冷度。

可以（yǐ）用R134a壓焓圖來說明這兩種獲得過（guò）冷度方法的原理

升壓法獲得過冷度的顯而易見（jiàn）的用途是：

給一（yī）個液體泵提供汽蝕餘量NPSH,或為緩衝罐（guàn）或為儲存罐冷卻（què）一種產品（pǐn）。

升壓法的（de）評價

1、升壓法原理

升壓法獲得過冷的原（yuán）理很（hěn）簡單，就是在冷凝器出口增加一個製冷劑液體泵（bèng），提升製冷劑液體的壓力

很明顯，提升（shēng）液體壓力需要增加泵的（de）功耗，此點可能（néng）使得升壓法（fǎ）得不償失。7.0節中展望了一種利（lì）用節流膨脹功來實現免費升壓（yā）的方法，從而（ér）有望完全（quán）免除液體泵的功率增（zēng）加，值得（dé）持續進行設計上的關注。

需要提醒的是，如果（guǒ）液體泵使用（yòng）離心泵（bèng），因（yīn）為泵前必需一定的汽蝕餘量（NPSH），所（suǒ）以泵（bèng）前要有一定的（de）吸入高度，需要在冷（lěng）凝器中集成創造滿（mǎn）足NPSH消耗的過冷度。

通過3.3節的分析，我們可以發現，升壓法消耗的泵功（gōng）其實是（shì）很小的。

2、升壓法特性分析

本節定量（liàng）比較兩種方法的液體溫（wēn）度和焓值等特（tè）性。

表6通過模擬和計（jì）算對比了升壓法和降溫法獲得過（guò）冷度的特性。表6基於以下假設得到：

A．升壓法是從現有EWRS0200的包括過冷（lěng）區和過熱區的冷凝器模擬得到（dào）的冷凝飽和（hé）液體壓力開始升壓；

B．為（wéi）了便於比較，采用升壓法獲得的過冷度與降溫（wēn）法相同，從而湊出了液體泵的揚程（標黃）。但實際上如果更大（dà）揚程的液體泵，可以獲得更大的（de）過冷度；

C．假設液體泵的效率為0.6。

A．隨著製冷（lěng）機壓比的增大，液體泵所要求的揚（yáng）程增（zēng）大但增大的幅（fú）度（dù）並不大。液體泵（bèng）的揚程要求（qiú）並不高，200KPA的泵揚程已經（jīng）可以涵蓋機組寬廣的運行（háng）範圍，或者在機組較低壓比時創造較大（dà）的過冷度。

B．液（yè）體泵出口液體的焓增和溫升都很小，焓增小（xiǎo）可預期升壓法對製冷量的衰減效（xiào）應小。

3、升壓法的泵功評價

升壓法的液體泵的泵功與流量（liàng）、揚程及泵效（xiào）率有關。表（biǎo）7列出EWRS0200機組（zǔ）配（pèi）用（yòng）不（bú）同效率（lǜ）的液體泵時泵功（gōng）。

A．升壓法時對泵的效率（lǜ）不敏感，這給泵（bèng）的選擇提（tí）供（gòng）了很大的可選範圍。

B．在各種工況和泵效率條件（jiàn）下，泵功相對於壓縮機的功率占比不超過（guò）2.1%。可預期升壓（yā）法對機組COP的衰減效應也很小。

4、升壓（yā）法對製冷量的影響評價

根（gēn）據表6的模（mó）擬條件，表8列出升壓法對製冷量（liàng）的影響並與降溫進行了對比。

降溫法所獲的過冷度使製冷量獲得了增大（dà）。而升壓法的（de）製冷量略（luè）有減小，這顯示了升壓（yā）法略有缺點。

5、升壓法（fǎ）對機組成本的影響

但是，升壓法去掉了昂貴（guì）的（de）過冷（lěng）換熱（rè）管束（約80元/KW過冷換熱量），可以降低冷凝器（qì）的（de）成本。當然，使（shǐ）用（yòng）液體泵也（yě）需要增加液體泵（bèng）的（de）購買成本。

已（yǐ）知EWRS0200的（de）冷凝器的過冷區（qū）管（guǎn）束的成本為2040元（未計入過冷（lěng）區的液體製冷劑（jì）、過冷盒等成本）。表（biǎo）9為（wéi）幾個公司對20米揚程/16方製冷劑液體泵的初步報價：

目前泵的采購成本可能要完全吃掉過冷區管束的成本。單純從獲（huò）得過冷的觀點（diǎn）來看（kàn），升（shēng）壓法與降溫法相比（bǐ）並無優勢。也（yě）許是目前泵（bèng）的報價偏高，使升壓法（fǎ）暫時（shí）喪失了經濟上的優勢？

6、升壓法對蒸發器液體分配器適應性的影響分析（xī）

從單冷到高（gāo）溫熱泵（bèng）工況壓（yā）比不（bú）斷增大，造成蒸汽入口液體的幹度X也不斷（duàn）增大，如表10的列示。

可以看出，升壓法比降溫法的蒸發器入口幹度變大，將更加有（yǒu）利於蒸發器液（yè）體分配器的均（jun1）勻分配。

但是，對比（bǐ）兩種方法在從單冷到高溫（wēn）熱泵（bèng）的工況變動中，兩（liǎng）種方法都會造成蒸發器（qì）液體（tǐ）分配器的（de）壓降變大，其結果可能造成蒸（zhēng）發溫度下降，或者鈑金（jīn）分配器的破裂（liè）風險變大。其中，升（shēng）壓法（fǎ）造成分配器的壓降更大些，使分配器對寬工（gōng）況的適應性稍差（chà）。

表（biǎo）10也提醒蒸發器液體分配器設計者：不管采用何種過冷度獲得方法，都要校核液體分配器（qì）對工況（kuàng）變動（dòng）的適應性，特別是高蒸發器出水溫度和（hé）/或大壓比工況（kuàng）下（xià）。

7、升壓法對全年製冷（lěng）的氣（qì）候適應性評價

全年製冷在（zài）數據中心、電網變流站或工業應用中經常存在，其特點是全年特別是在冬（dōng）季都要求製冷機組提供製冷（lěng）量以消（xiāo）除設備的發熱。

全年的冬季製冷時，由於冷凝器冷凝效果好（hǎo），係統壓（yā）差比較小，可能使從冷凝器到蒸發器的液體流動（dòng）不（bú）暢（所有壓縮機型式）、液（yè）冷（lěng）電機供液冷卻不暢（離心壓縮機和配液冷電機的螺杆壓縮機）、壓（yā）縮（suō）機供油動力不足（zú）（螺杆壓縮機）。

升壓法提供了附加的（de）壓力，明（míng）顯比降溫法對全年製冷的氣候（hòu）適應性好。

8、兩種方法的定性比較

通過前述的評（píng）價分析，我們將降溫法（fǎ）和升壓法（fǎ）的特性和影響（xiǎng）對比項目列於表11，並且（qiě）對影響項目予以打分。

從（cóng）兩種方法的定性打分初步看來，升壓法獲（huò）得過冷度與降溫法相比，具有較（jiào）大的綜合優勢。

升壓法（fǎ）有望把過冷度的獲得從（cóng）冷凝器功能中分離出來，從而縮小冷凝器的體積，並可能使標準冷凝器與熱回收冷凝器設計成一樣的結構。

翅片衝床機是（shì）次中重要的部分