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在復(fù)疊式制冷系統(tǒng)中尚有一種特殊的上海形式,稱為自動(dòng)復(fù)疊制冷。浦東這種系統(tǒng)中充灌了兩種制冷劑,慶聲如R23和R22,新型它們?cè)谙嗤母叩屠淠龎毫驼舭l(fā)壓力下工作,因而在系統(tǒng)中只需要一臺(tái)壓縮機(jī)。溫試制冷系統(tǒng)利用了R23的驗(yàn)箱冷凝溫度遠(yuǎn)低于R22的冷凝溫度這一特性。
自動(dòng)復(fù)疊制冷系統(tǒng)采用一個(gè)普通低溫壓縮機(jī)制取很低的上海溫度,其奧妙在于“一級(jí)壓縮,浦東多級(jí)復(fù)疊,慶聲自動(dòng)分離”,新型即混合工質(zhì)一次壓縮后,高低在多級(jí)復(fù)疊管路中的溫試多個(gè)冷凝蒸發(fā)器中逐級(jí)分離,使沸點(diǎn)的驗(yàn)箱制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器,制取預(yù)定的上海低溫。簡(jiǎn)單的自動(dòng)復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)圖如圖2-2所示。當(dāng)混合的制冷劑進(jìn)入冷凝器時(shí),
通常的冷卻水溫度(或空氣溫度)不足以使R23冷凝,故R23仍保持氣體狀態(tài)。氣態(tài)的R23進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器中,該處的溫度低至可使R23冷凝成液體,再經(jīng)過(guò)節(jié)流閥進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)低溫制冷。對(duì)于R22,由于其冷凝溫度較高,在冷凝器內(nèi)被冷卻水(或空氣)冷凝成液體,冷凝液體經(jīng)節(jié)流閥后進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器,產(chǎn)生較低的溫度使R23冷凝成液體。制冷劑R22吸收了R23冷凝時(shí)放出的熱量變成蒸氣,與來(lái)自蒸發(fā)器的R23蒸氣相匯合,進(jìn)入壓縮機(jī)中。嚴(yán)格地講,在R23的回路中混有少量的R22,在R22的回路中也混有少量的R23。自動(dòng)復(fù)疊制冷循環(huán)實(shí)際上也就是制冷原理中的分凝循環(huán)。分凝循環(huán)有單級(jí)分凝和多級(jí)分凝循環(huán)。
一、單級(jí)壓縮一次分凝循環(huán)
用R22/R23混合工質(zhì)的單級(jí)壓縮一次節(jié)流制冷機(jī)的系統(tǒng)圖。在壓縮機(jī)A中壓縮后的蒸氣排到冷凝器B,在這里大量中溫組分R22及少量低溫組分R23組成的冷凝液體經(jīng)儲(chǔ)液器C和節(jié)流閥D到達(dá)冷凝蒸發(fā)器蒸發(fā);而大量低溫組分R23及少量R22組成的未冷凝蒸氣,由冷凝器上部引入冷凝蒸發(fā)器E,在這里被管內(nèi)蒸發(fā)的液體冷凝。冷凝液流入儲(chǔ)液器F,然后由下部引出經(jīng)節(jié)流閥I去蒸發(fā)器H蒸發(fā)制冷。為了減少損失,在系統(tǒng)中還裝設(shè)了一個(gè)回?zé)崞鱃。 雖按單級(jí)壓縮循環(huán)工作,但由于引入了低溫制冷劑R23及采用了分凝過(guò)程,從而可以達(dá)到比較低的蒸發(fā)溫度,其溫度范圍低于采用純工質(zhì)的兩級(jí)壓縮循環(huán)。同時(shí)因?yàn)檎舭l(fā)器中R23的液體(含少量R22)蒸發(fā),其蒸發(fā)壓力較一般的中溫制冷劑高,改善了壓縮機(jī)的工作條件。上述優(yōu)點(diǎn)在應(yīng)用純工質(zhì)的常規(guī)制冷系統(tǒng)中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
二、單級(jí)壓縮兩級(jí)分凝循環(huán)
應(yīng)用混合工質(zhì)單級(jí)壓縮一次分凝循環(huán)可得到較低的溫度,但是這種循環(huán)的效率還不很高。因此提出了單級(jí)壓縮多次分凝混合工質(zhì)循環(huán)(圖2-4)。這種循環(huán)是基于同一臺(tái)壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)疊循環(huán)的思想,在它的換熱器中,混合工質(zhì)的冷凝與蒸發(fā)有合適的溫差及焓差,同時(shí)也消除了常規(guī)復(fù)疊式循環(huán)的級(jí)間損耗,因而效率較高。單級(jí)壓縮兩次分凝循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)有一個(gè)冷凝器及兩個(gè)冷凝蒸發(fā)器。壓縮氣體先進(jìn)入冷凝器中冷凝,然后進(jìn)入氣液分離器被分為氣態(tài)和液態(tài)兩部分。其中含大
量R22及少量R23的液體經(jīng)節(jié)流閥減壓降溫,進(jìn)入套管式冷凝蒸發(fā)器的管間蒸發(fā),用以冷卻進(jìn)入管內(nèi)的混合氣體,并使之分凝。管間蒸發(fā)的氣體被壓縮機(jī)吸入,管內(nèi)的氣液混合物則被引到氣液分離器又分為氣態(tài)和液態(tài)兩部分。其中含較多量R23的及少量R22的液體經(jīng)毛細(xì)管節(jié)流降壓,進(jìn)入管間蒸發(fā),以冷卻管內(nèi)的混合氣體。管間蒸發(fā)的氣流被壓縮機(jī)吸入;管內(nèi)冷凝下來(lái)的液體已基本上是R23(含有微量R22),經(jīng)毛細(xì)管節(jié)流后進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)制冷。這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)入蒸發(fā)器的液體是經(jīng)過(guò)兩次氣液分離后得到的,故在低溫端不會(huì)出現(xiàn)油霧凍結(jié)而產(chǎn)生的液堵;同時(shí),因吸氣連續(xù)經(jīng)過(guò)幾個(gè)換熱器,溫度回升較高,使循環(huán)效率提高,壓縮機(jī)也不會(huì)結(jié)霜。
三、自動(dòng)復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)及原理
超低溫試驗(yàn)箱的自動(dòng)復(fù)疊制冷循環(huán)實(shí)驗(yàn)原理,R22/R23混合工質(zhì)從壓縮機(jī)高壓排出,在冷凝器中被部分冷凝。由于制冷劑R22、R23的沸點(diǎn)不 同,在冷凝器中大部分高沸點(diǎn)組分R22被冷凝成液體,制冷劑中大部分低沸點(diǎn)組分R23仍然為蒸氣,混合制冷劑進(jìn)入氣液分離器中。在氣液分離器中,由于氣液分離器的截面積比管路的截面積大得多,致使制冷劑流速驟降,在減速和轉(zhuǎn)向的雙重作用下,制冷劑分為R23含量少的液體和R23含量多的蒸氣,其中制冷劑液體部分經(jīng)過(guò)一級(jí)節(jié)流裝置后,與從蒸發(fā)器出來(lái)的溫度較低的蒸氣混合進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器E并和主要成分為R23的蒸氣部分進(jìn)行熱交換。主要成分為R23的蒸氣被冷凝為液體后,經(jīng)二級(jí)節(jié)流裝置進(jìn)入蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)制冷。后,從蒸發(fā)器出來(lái)的低沸點(diǎn)組分與從一級(jí)節(jié)流裝置出來(lái)的高沸點(diǎn)組分混合后進(jìn)入壓縮機(jī),從而完成整個(gè)循環(huán)。
四、自動(dòng)復(fù)疊制冷循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域
自動(dòng)復(fù)疊制冷循環(huán)充分利用了非共沸混合工質(zhì)的特性,從以下幾方面可以看出,與經(jīng)典復(fù)疊制冷循環(huán)相比,該循環(huán)的采用是一個(gè)重大的改進(jìn)。 首先,它可以提高系統(tǒng)的熱力學(xué)效率。在逆流熱交換器中,假如其中流動(dòng)的是純質(zhì),因?yàn)槔錈崃黧w的熱容不同造成熱交換器兩端溫差不同,終導(dǎo)致了系統(tǒng)有較大的熵差。而如果在熱交換器中流動(dòng)的是非共沸混合工質(zhì),其變溫特性使得它與變溫?zé)嵩粗g可實(shí)現(xiàn)的溫差匹配,有效地改變了循環(huán)中高低壓氣流的水當(dāng)量匹配,減少回?zé)釗p失,改善熱交換器中溫度分布,減少了由溫差引起的不可逆損失,降低了節(jié)流前的溫度,大大減少了節(jié)流損失,從而使系統(tǒng)的熵增減少,系統(tǒng)的效率得到提高。
其次,自動(dòng)復(fù)疊制冷循環(huán)具有良好的適應(yīng)性,在對(duì)硬件部分不做重大改變的情況下,通過(guò)選擇合適的混合物組成,不但可以獲得從-40℃~ -180℃較廣的制冷溫度區(qū)間,而且可以采用對(duì)臭氧無(wú)破壞作用的綠色工質(zhì),滿足環(huán)保的需要。
其三,充分利用了混合物熱物性的特點(diǎn)使其具有優(yōu)于其它低溫制冷器的許多優(yōu)點(diǎn),增大制冷能力、降低運(yùn)行壓力,減少降溫時(shí)間。
此外,自動(dòng)復(fù)疊制冷循環(huán)由于采用單級(jí)油潤(rùn)滑制冷壓縮機(jī),而且不需要油分離器,油分離裝置是內(nèi)含于氣液分離器的?;旌瞎べ|(zhì)中較高沸點(diǎn)的制冷劑與潤(rùn)滑油能夠互溶,在氣液分離后,含有大量高沸點(diǎn)組分的液體把潤(rùn)滑油帶回到壓縮機(jī),系統(tǒng)中蒸發(fā)器不會(huì)因?yàn)闇粲写罅康臐?rùn)滑油而使效率降低;而且低溫端沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件使其振動(dòng)很小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊,設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單靈活,使其更具有高可靠性和低造價(jià)的特點(diǎn)。
自動(dòng)復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)與常規(guī)復(fù)疊制冷系統(tǒng)相比費(fèi)用較低。常規(guī)復(fù)疊制冷循環(huán)需要幾臺(tái)壓縮機(jī)串聯(lián)達(dá)到制冷要求,而自動(dòng)復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)用一臺(tái)壓縮機(jī),單級(jí)壓縮就可以獲得較低的制冷溫度,從而降低了制造成本。
自動(dòng)復(fù)疊制冷循環(huán)還可用一臺(tái)壓縮機(jī)得到多個(gè)不同的蒸發(fā)溫度,作多種不同的用途。當(dāng)蒸發(fā)冷凝器中的冷量不完全用來(lái)冷卻含較多低沸點(diǎn)的制冷劑蒸氣時(shí),剩余的一部分冷量可以用于其他溫區(qū)的制冷。
(作者:產(chǎn)品中心)