三級(jí)自動(dòng)復(fù)疊制冷系統(tǒng)的試驗(yàn)研究.

1、三級(jí)自動(dòng)復(fù)疊制冷系統(tǒng)的試驗(yàn)研究0 引言 自動(dòng)復(fù)疊循環(huán)制冷機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，操作簡(jiǎn)便，在能源、軍工、空間、 生物、醫(yī)療和生命 科學(xué) 等高 科技 領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的 應(yīng)用 。國(guó)內(nèi)外學(xué)者紛 紛對(duì)自動(dòng)復(fù)疊制冷技術(shù)展開了新的研究。 目前 ，自動(dòng)復(fù)疊制冷循環(huán)呈現(xiàn)出新 的 發(fā)展 特點(diǎn)2-3，對(duì)其研究主要集中在兩個(gè)方面：一方面是對(duì)原有的制冷循環(huán) 流程的改進(jìn)，包括采用新型換熱器和高效氣液分離器；另一方面則是采用新型 的制冷工質(zhì)，包括二元工質(zhì)和多元工質(zhì)，以滿足環(huán)保和制取低溫的要求。1 三級(jí)自動(dòng)復(fù)疊制冷系統(tǒng) 針對(duì)本課題-100C的制冷溫度，選擇單級(jí)壓縮、兩級(jí)分凝的制冷循環(huán)作為本課 題的方案，原理性方案如 1 所示

2、。圖 1 三級(jí)自動(dòng)復(fù)疊制冷循環(huán)實(shí)際系統(tǒng)示意圖A- 壓縮機(jī); B- 冷凝器; C- 干燥過(guò)濾器; D- 高溫級(jí)氣液分離器 ; E- 高溫級(jí)節(jié)流閥 ; F-分凝換熱器；G-高溫級(jí)蒸發(fā)冷凝器；H-中溫級(jí)氣液分離器；I-中溫級(jí)節(jié)流閥；J-分凝換熱器；K-低溫級(jí)蒸發(fā)冷凝器；L-低溫級(jí)節(jié)流閥；M-蒸發(fā)器；N-膨脹容器；P-匯合點(diǎn)；Q-匯合點(diǎn)；130-測(cè)點(diǎn)膨脹容器的作用在于降低機(jī)組停機(jī)后的平衡壓力。低溫、中溫工質(zhì) (如 R14/R23)在常溫下已經(jīng)超過(guò)其臨界溫度， 全部以氣態(tài)形式存在， 這會(huì)導(dǎo)致 管道內(nèi)平衡壓力非常高，平衡壓力過(guò)高帶來(lái)如下后果：制冷管路破裂的可能性 增大。壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)“油擊”的幾率增大。 啟

3、動(dòng)壓力過(guò)高。 分凝換熱器的主要 作用兩個(gè)： 一是進(jìn)一步提純低溫組分的純度，另一個(gè)是實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑油的分離?；?合工質(zhì)飽和氣體的組分和溫度的高低密切相關(guān)，溫度越低其低溫工質(zhì)組分含量 越高。2 制冷劑的選擇 用于自動(dòng)復(fù)疊循環(huán)的非共沸混合工質(zhì)在循環(huán)過(guò)程中有其獨(dú)特性的一面：自動(dòng)實(shí) 現(xiàn)各組分的分凝、 分離和混合的過(guò)程， 這決定了其循環(huán)過(guò)程完全不同于用于節(jié) 能和環(huán)保目的的一般混合工質(zhì)。復(fù)疊式制冷循環(huán)的高溫部分使用的制冷劑，一般為R134a R22 R502,也可使用 R1270（丙烯）或 R290（丙烷）。低溫部分使用的制冷劑有：R23 R14R1150 （乙烯）和 R170 （乙烷）。 對(duì)于復(fù)疊式制冷循環(huán)，

4、R23 適用的蒸發(fā)溫度范圍是 -70-110C,R14 適用的蒸發(fā)溫度范圍是-110-140C。綜合考慮結(jié)合本文課 題-100C的制冷溫度，選擇了三種工質(zhì)：R134a R23 R14,其主要熱物性質(zhì)如表 1 所示4。這三種工質(zhì)中均不含對(duì)臭氧層有破壞作用的Cl 原子，R134a 和R23 的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)相差 55.9C,R23 和 R14 的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)相差 45.8C。表 1 三種工質(zhì)的主要熱物性參數(shù)工質(zhì)分子式分子量ODPGWP標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)C凝固溫度C臨界溫度C臨界壓力 MPa 等熵指數(shù)R134aC2H2F4102.0000.2-26.2-101.0101.14.061.11R23CHF370.01014

5、800-82.1-160.025.94.681.19R14CF488.010N/A -127.9 -184.0 -45.5 3.75 1.223 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的搭建主要部件的設(shè)計(jì)選型，選用了 Danfoss 114H5534 冷凝機(jī)組，在常規(guī)冷柜箱體的 基礎(chǔ)上，重新設(shè)計(jì)制作了內(nèi)膽用于保溫改造，制作了符合實(shí)驗(yàn)條件的低溫箱 體。節(jié)流設(shè)備的選擇與匹配和混合工質(zhì)的換熱 計(jì)算 是本章的兩大難點(diǎn)，在 理 論 計(jì)算指導(dǎo)與前期兩級(jí)系統(tǒng)的 經(jīng)驗(yàn) 相結(jié)合的基礎(chǔ)上完成了毛細(xì)管和套管式換 熱器的選型。制冷循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)期間需要實(shí)時(shí)記錄 30 路溫度數(shù)據(jù)和 2 路壓力數(shù)據(jù)， 整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)這 32 個(gè)參數(shù)的自動(dòng)記錄、數(shù)據(jù)圖像顯示和數(shù)據(jù)庫(kù)保 存為目標(biāo)（圖 2）。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含電量參數(shù)測(cè)量部分。 AN7931A 本身內(nèi)置微 控制器，可以實(shí)現(xiàn)與上位 PC 的基于 RS-232協(xié)議的串行通訊。AN7931A 儀表通 過(guò)一根 RS-232 通訊電纜與主 計(jì)算機(jī) 的串行口連接。同樣的，基于 Visual Basic6.0 語(yǔ)言 我們?cè)O(shè)計(jì)了相應(yīng)的 軟件 程序。圖 2 溫度壓力采集系統(tǒng)硬件圖4 實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果 分析循環(huán)系統(tǒng)啟動(dòng)后，R134a 流、R23 流、R14 流的節(jié)流溫度變化如圖 3 所示和柜內(nèi) 溫度如圖 4 所示。圖 3 R134a 流、R23