西安交通大学制冷与低温工程系副主任 晏刚

晏刚：各位领导，各位老师，各位专家，大家好！我来介绍一下混合工质冰箱的发展状况和前景。这块是我们这个行业相对小众的，但是是未来的一个产品。
    首先我简单介绍一下这个的技术背景，在这个行业里面，我们的冰箱占了绝大多数，现在冷冻冷藏设备里面，当然是家用的冰箱，如果把家用冰箱和冷柜合起来占了80%以上，个别还有不同的场景，还有一种是厨房的冰箱，这块和我们是类似的，另外是轻商或者大型商务的设备，但是他们的占比在10%多一些。
    我们今天要讨论的最主要的是适应今后冰箱的发展，最重要的是高端的需求，我们今天讲的混合工质冰箱是拓展了原有冰箱的概念，或者适应于细分市场，关键的点是这些食品的温区扩大了，现在的冰箱同质化的色彩可能会比较严重，因为现在产量很大，大家为了追求规模和效率，这块的生产，尤其是去年国外生产不了，我们能生产，我们的产量增量大，原因在什么地方呢？经过这20、30年冰箱的发展，我们使用的冰箱都使用纯工质，很难适应于多温区，当然现在的冰箱两温区没问题，但是想升到三温区甚至更多温度就比较困难，尤其是在变负荷下，以及还在多温区下追求高能效低成本的运行，或者扩大到温区，从10到负40度以下的需求，这些往往都存在着困难。以我们现在冰箱存在的循环来看，第一种是我们最早或者现在也有相当一部分的冰箱，就是单蒸发器的，有的是制冷的，有的是风冷，双控，这个时候会引起监室食品的串味的。再发展到串联的双门，不管是冷藏还是冷冻是一个蒸发温度，造成冷藏的不可逆损失加大，后来发展到串并联的双温系统，这个同样具备冷藏的不可逆损失偏大。这里面存在冷藏室和冷冻室工质迁移的问题，同时需要控温的时候，或者供暖的时候，它的控温控制比较困难，再有，刚才推出的双动力，双引擎，双压缩，双压缩机没有什么，但是在很多原有的大批量的生产成本又是难点。
    我们为此提出了非混合工质冰箱用在冰箱里，把这块拓展到负40度一直到10度储存，适合于不同食品的温度要求，我们从简单的单温的纯工质，双温到非共沸混合工质从负40-10度调温，即便变频都很难达到零下40度的低温要求。 如果变频还好，各个温区相对使用的时候比较简谱，如果要用定速，在冷藏温区使用的时候节能很差。
    在非共沸混合工质使用到冰箱里面，我们具备了独特的优势，就是宽温区，它的瓶颈在什么地方呢？主要是相对于传统的纯质的蒸气压， 非共沸混合工质流程更多样化，现在单独的压缩机适应于非共沸混合工质的压缩机也都没有完全的，现在已经也企业在开发了，另外在运行过程中，工质浓度变化，制冷机在这里面的迁移，由于是非共沸，浓度变化等问题都需要我们进一步研究。为此，我们需要构建新的循环，或者适应于不同系统里面的制冷系统，研究普冷温区里面，以及主动调宏非共沸混合工质的组分浓度，来适应性能或者温度需求。
    简单介绍一下在混合工质循环里面，一个是linde-hampson节流制冷，是混合工质一次节流，这次的研究，或者对应的做的这些工作，从研究领域或者说从科研这块，已经做了不少，这块选用的制冷剂从23-134A，或者23，或者早先的13和12的都有，现在于是的方向都是用碳氢制冷机来实现，比如170和600A，170和600，甚至加上1150等等，这是我们的使用。从温区上最低可以达到零下60、70度没有问题，现在能做到零下80度。这块适用于低温医疗冰箱。具体的两元的混合工质节流制冷系统，这是课题组做的工作，对应的文献在下面。
    第二种是自复叠循环，linde-hampson节流制冷循环里面，这块压缩机的要求要低一些，因为它是一台压缩机实现了复叠功能，但是这里面也存在迁移的问题，这是早先用23和134A带蒸发过冷器，同时最主要它降低了压比，满足压缩机不要在过高压下运行。
    这个是自复叠，290和R170的闪蒸分离式的循环，这个拔高后面会做成PDF格式发给大家。具体我不用介绍这么仔细了。自复叠制冷循环在分离耦合的循环，这里面主要的目标，我们构建这个东西，通过节流获得不同中间压力的闪蒸过程，在这个里面最主要的是低沸点，尽可能多的液体，纯度更高一些，它有利于抬升低压的压力，起到节能的作用。
    此外，我们在自复叠系统，或者在低温里面，压比过大，我们的能量还是有一部分可以回收的。我们通过喷射器增效机制，传统的在这个系统里原来用膨胀阀，但是有一相当一部分压差比较大的时候，我们的喷射器可以起到作用，这也是课题组一个主要的研究方向，用到自复叠系统，这是我们做的喷射器，它的结构比较简单，并不复杂，但是现在投入的，在冰箱领域里面还没有应用，但是在商超领域二氧化碳制冷系统已经有应用了。
    自复叠喷射器增效循环，因为增加了一个部件，在循环的流程里面有多种流程方式，所以我们有循环一，循环二，循环三。这是我们做的实验台，当时白涛博士做的工作。这个是喷射器增效循环的性能影响因素，考虑到环境温度，节流阀，以及负荷变化，对COP应用效率的影响。
    有了喷射器，有了在自复叠循环里拉低温的情况。组分浓度的变化，这个也是真正核心或者后面关键的技术，就是组分在这个循环系统，在不同负荷，不同流量的情况下都是有变化的。同样，喷射器还有一个喷射器失效的问题，因为喷射器也是一个固定的元件，在起动，超工况大负荷的情况下存在失效，为我们在喷射器设计上做了一些基础的工作。
    刚才主要介绍的混合工质在单温的，同样用在双温的冰箱，或者为后面用在三温的冰箱，或者四温冰箱上做工作，这个是LORENZ五-MEUTZNER提出的概念，冰箱有冷冻，有冷藏，温度又不一样，光用冷冻的温度去冷藏，是不占优势的，或者损失比较大。就考虑到用混合工质来做这个工作。在他们的基础上，我们提出了自复叠的双温冰箱，现在290和600A，290和600专门做了这块。一样的，我们在这里面可以加上喷射器，对双温冰箱的性能有所提升。这个是2015年的一个工作，是是混合工质冰箱建的实验台，当时建的特别复杂，既想实现双温，又想实验单温，又想实现A循环，又想实现B循环，这里面的各种组件特别多，造成有一些想法，但是我们做的研究都是可以这样做的，这是我们热力学的分析。它的核心部件，在这里面自复叠的核心系统是这个气液分离器。这是混合工质冰箱间歇运行的特性，常规的是双温，开屏的时候，开机率比较高，但是我们做的时候开机率就下来了。
    我们看一下具体的应用案例，刚才说的做到负40度以下，一些海产品可能要求不止负40度，可能负60度，在这个基础上提出混合工质，不管是冷柜，还是以后的多温区的冰箱，在这块都能提供这样的温区，这样为我们金枪鱼，只是这一类物质储存可以延长到12个月以上，如果打折，就是半年，比现在保存的时间延长了5、6倍。对于负60度冷柜或者说冰箱的开发，在这里面实现了两元工质，而且都是我们的碳氢制冷机，在这块，它也没有用到那么复杂的自复叠循环，采用的linde-hampson节流制冷技术，就是交叉循环。整个工艺还是相对比较简单的，就能够实现负60。但是这块关键点核心的是压缩机的设计。
    负40的双温冰箱的开发节能，如果有了混合工质，290和600，这个用现在600A的变频压缩机，这块都比较合适，而且噪音也略高于现在的冰箱，大家也能接受，能够实现一些肉类低温储存，保存的时间会更长一些。这是早些提出来的最早三温的290和600，再加上变频压缩机多监。我们说的冰箱，这十多年在不断的发展，从冰温或者零界保鲜，肉类一切是负7度，后来零度保鲜，现在负2度的一周微晶保鲜，还有3.5度的肉类保鲜，既易切，又保存的时间可以延长到一个月以上。
    我们总结一下，混合工质冰箱未来的发展，我们认为：
    第一、肯定是满足碳氢类自然工质，都能控制在150甚至100g以内。构建不同的需求的循环，满足多温区的要求，或者多监室里不同温区的要求，当然，我们在这个循环里面，需要大家提早组分的迁移，如果更进一步能知道以后，能不能把这个组分在这个中间进行调控，为此，我们既实现的低温，多温，环保，同时在这么多功能的情况下，我们保证了降成本，为此实现高端化，情景化，以及对应的智能化的发展，这是我们觉得混合工质冰箱迎来了春天。
    这个工作是我们团队一起做的，是鱼剑琳，和我，30多位老师一起完成的，还有固态制冷技术，还有制冷设备共性问题，高效制冷循环，以及计算机仿真，还有应用产品开发，因为我们和在座的很多企业都有过合作，他们都是实打实的产品，要求我们完成相应的样机指标要求
    我的报告就这些，谢谢大家！