制冷系统经济器是个什么鬼？

       很多制冷系统会采用螺杆压缩机，而为了在不改变压缩机的情况下想提高其制冷量和能效比，配置经济器就成为目前制冷系统中的主流方案，然而并非所有的工况设置经济器都是最佳方案，如低温工况。        

1、制冷系统的组成及原理  

 

制冷系统工作中，液氨在蒸发器中与热媒发生热量交换后，汽化为低温低压的氨气，进入压缩机入口，经过压缩机压缩后变成高位高压的氨气，压缩后的氨气经过与冷凝器中的冷媒热交换后由高温高压的氨气变为高压的氨液。之后，经节流阀节流为低温低压的氨液，再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。

 

以上过程就是氨制冷的一个循环过程。其中经济器提升了过冷度，同时也消耗一部分制冷压缩机的功，但是由于冷量的增加大于压缩机增加的能耗，因此其能效比得到提高。

而且对于不同的制冷剂经济器的使用效果也不同，一般来讲制冷剂为 R134a 的效果要好于制冷剂为R22的效果。另外目前国内广泛采用的经济器主要分为闪发式经济器、直接膨胀型经济器和管壳式经济器3类，不同的类型的经济器适用于不同的工况。

 2 、经济器的工作原理、分类及适用情况  

2.1  经济器的原理和分类   

经济器的原理是从冷凝器出来的液态制冷剂无法满足要求，因此就需要与温度更低的物质进行热交换满足要求。在制冷系统中，一般进入经济器的液态制冷剂分为两部分，一部分通过膨胀阀进行减压降温与另一部分液态制冷剂在经济器中换热，换热后液态制冷剂汽化返回到压缩机进入下一个循环，另一部分制冷剂过冷后通过供液阀向下游供液。

目前国内广泛采用的经济器有三类： 闪发式经济器； 直接膨胀型经济器； 管壳式经济器；

闪发式经济器：

把流经冷凝器形成的高温高压的液相介质进行首次膨胀后具有存储功能的一个容器，将经过首次膨胀后的液相制冷剂送往二次节流的蒸发器中，而这一过程中产生的气相制冷剂返回到压缩机的补气口以减少能量的损耗。   图 2 为闪发经济器的外形图。

 

直接膨胀型经济器：

把高温高压的液相制冷剂经过膨胀阀节流后过冷同时可以控制节流后产生的部分气相制冷剂的过热度，通过热交换器对另一路高温高压的制冷剂过冷。

管壳式经济器：

比较简单，仅通过控制热交换器的壳程液面高度来完成控制。

2.2  经济器的适用情况  

闪发式经济器适用于有二次过冷要求的大型制冷压缩机中，同时适用于多机组共用；直接膨胀型经济器主要应用于小型的制冷压缩机，同时多数情况一对一配置经济器，不适用于多机组共用；管壳式经济器适用于中大型制冷压缩机。

3、工艺装置中经济器的选用  

3.1  蒸发温度与制冷量的关系  

根据某制冷压缩机厂提供的以氨为制冷剂的螺杆压缩机的不带经济器、带闪发式经济器及直接膨胀型经济器机组的制冷量及螺杆制冷压缩机组电机功率绘制统计表 1 和表 2，根据表 1 可以得出以氨为制冷剂的某型号螺杆制冷压缩机组在蒸发温度在-20~0 ℃、冷凝温度在 36 ℃时带经济器的螺杆制冷压缩机组的制冷量要高约10%~15%，而闪发式经济器要比直接膨胀型经济器的制冷量提高约1.5%左右，由于闪发式经济器多为二次过冷，而直接膨胀型经济器为一次过冷，二次过冷要比一次过冷冷量增加约 1.5%左右。

 

而二次过冷不仅仅体现在制冷量的增加上，同时二次过冷要比一次过冷产生的气相制冷剂要少许多，因此可以更有效地利用低压容器的分离空间。而根据表2 螺杆制冷压缩机组电机功率随着制冷量的增加功率增加约 6%~8%，功率的增加小于制冷量的增加，因此在蒸发温度在-20~0℃、冷凝温度 36  ℃时设置经济器是比较合理的，而闪发式经济器的效率要好于直接膨胀型经济器。然而在蒸发温度-30  ℃时制冷量的增加小于螺杆制冷压缩机组电机功率的增加，因此此时设置经济器是不合适的。

3.2  不同制冷剂的制冷效果  

根据研究表明，不同制冷剂对于制冷压缩机组的制冷量增长率有着直接的影响，以制冷剂R134a 和R22为例，制冷压缩机组的冷量增加率如图3所示。从图3 中可以明显看出，经济器在以R134a 为制冷剂时要比R22为制冷剂时制冷效果更佳明显。

3.3  经济器的选用方案   

在大型制冷系统往往须要设置多台制冷压缩机组，目前有两种经济器的配置方案。

方案一：多台制冷压缩机组共用一台经济器；

方案二：每台制冷压缩机组均配置一台经济器。以上两种方案在工程实践中均有广泛应用，两种方案各有利弊，具体分析如下。

方案一由于多台制冷压缩机组共用一台经济器，投资相对较少，现场操作维护更加简单。   同时也存在以下问题：

1）由于多数情况大型制冷系统制冷压缩机组通常设置一台备用机组以便当有机组出现故障时不至于装置处于低负荷运行状态。由于冬季北方室外气温较低，可能出现一台或几台制冷压缩机组处于部分负荷运行，因此如何控制共用经济器返回每台制冷压缩机组的气量和压力以达到最佳效率是一个难题，很难实现在最佳切换点投用经济器，同时控制较为复杂。

2）此方案在多数情况下选用的经济器偏大造成浪费，同时一旦经济器出现故障当需要经济器投用时整个制冷系统的制冷量将降低，影响整个装置生产。

3）由于多数大型制冷系统制冷压缩机组的制造厂仅提供压缩机，而制冷系统中的冷凝器和储液罐等均由业主自行采购，这就造成在经济器的设计时很难达到最佳状态。通过与约克等制冷压缩机组的厂家的交流中得知，目前若冷凝器和储液罐等设备由业主自行采购，均采用一对一配置经济器的方案；若冷凝器和储液罐等设备由制造厂统一供货，则经济器设置为共用。

方案二每台制冷压缩机组均配置经济器，可确保每台制冷机组彼此相互独立，可以根据实际工艺负荷决定是否投用某一台或者某几台经济器而互不影响，操作灵活，同时有利于提高系统可靠性及效率。某台经济器出现故障需要检修时对其他机组无影响，有利于装置的稳定性。缺点为每台都配置经济器投资较高，现场操作和后期维护较为复杂。

4、经济器使用中需要注意的问题  

1、经济器多台共用  

经济器在布置时要就近布置在制冷压缩机组附近，每台制冷压缩机组配置一台经济器时，由于经济器是撬装在机体上，此问题可以忽略，在多台制冷压缩机组共用一台经济器时要注意此问题。

2、气液两相  

在实际使用中发现，由经济器内液相制冷剂之间的换热汽化的制冷剂有可能带液，也就是通常所说的气液两相，返回到制冷压缩机组的补气口，而液相进入制冷压缩机组中会增加制冷压缩机组的故障率，因此须要防止液相制冷剂进入到制冷压缩机组中，在经济器回气管道与制冷压缩机组补气口间设置一台气液分离器可解决此问题，然而实际工程中增加气液分离器是不经济的，目前工程中常用管道的布置解决此问题，管道的布置的方法是禁止出现液袋，同时管道坡向经济器，坡度为 3‰~5‰。

3、如何发挥最大效率？

在实际运行中发现，配置经济器的制冷压缩机组并不能完全发挥其作用，通过分析发现若想要经济器达到最佳效果须要控制由经济器返回压缩机补气口的气量、压力及补气口的开启时间，须要协同操作才能起到最佳效果。而在工程实践中在装置开车前仅对制冷压缩机组进行调试而忽略了经济器的调试，这就造成经济器不能完全发挥其作用，进而降低了设备的制冷效率，因此在制冷压缩机组正式运行前，要对制冷压缩机组和经济器进行联合调试，以使经济器能发挥最大的效率。

4、保证纯液体工况  

在供液节流阀的选择时设计人员仅考虑纯液体工况，这样就造成一旦供液节流阀入口液体中含有气体将会严重影响阀门的通流能力，因此在进入供液节流阀前液体要保证有足够的过冷度来保证纯液体工况。

5、结论  

本文通过理论分析同时结合工程实践提出了经济器在制冷系统中使用的一些意见和建议，可根据具体情况选用。

1）不同类型经济器使用工况及选用方法不同。

2）不是所有工况选用经济器都能达到提高制冷效率的效果，如以氨为制冷剂时当蒸发温度高于-30  ℃时配置经济器可提高制冷效率，当低于-30 ℃时配置经济器不适用。

3）不同的制冷剂设置经济器的效果不同，R134a为制冷剂时要比 R22 为制冷剂时制冷效果更佳明显。

4）大型制冷系统中通常选择共用经济器及一对一设置经济器方案。

5）共用经济器布置时要尽量靠近制冷压缩机组。

6）提出制冷压缩机组补气口带液问题的处理方法。

7）在工程实践中经济器要与制冷压缩机组共同调试。

8）供液节流阀选择时不仅考虑纯液相工况，还要保证进入供液节流阀前液体有足够的过冷度来保证纯液体工况。

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