三级自动复叠制冷系统的试验

三级自动复叠制冷系统的试验研究摘要：搭建了一种三级自动复叠的制冷系统的研究装置，采用R134a/R23/R14混合制冷剂，两级分凝的制冷系统。对试验装置和混合制冷剂组分进行了优化试验。试验装置达到-100℃，制冷量达到38W。关键字：混合工质自动复叠循环0引言自动复叠循环制冷机结构紧凑，可靠性高，操作简便，在能源、军工、空间、生物、医疗和生命科学等高科技领域内有着广泛的应用。国内外学者纷纷对自动复叠制冷技术展开了新的研究。目前，自动复叠制冷循环呈现出新的发展特点[2-3]，对其研究主要集中在两个方面：一方面是对原有的制冷循环流程的改进，包括采用新型换热器和高效气液分离器；另一方面则是采用新型的制冷工质，包括二元工质和多元工质，以满足环保和制取低温的要求。1三级自动复叠制冷系统针对本课题-100℃的制冷温度，选择单级压缩、两级分凝的制冷循环作为本课题的方案，原理性方案如1所示。图1三级自动复叠制冷循环实际系统示意图A-压缩机;B-冷凝器;C-干燥过滤器;D-高温级气液分离器;E-高温级节流阀;F-分凝换热器;G-高温级蒸发冷凝器;H-中温级气液分离器;I-中温级节流阀;J-分凝换热器;K-低温级蒸发冷凝器;L-低温级节流阀;M-蒸发器;N-膨胀容器;P-汇合点;Q-汇合点;1~30-测点膨胀容器的作用在于降低机组停机后的平衡压力。低温、中温工质(如R14/R23)在常温下已经超过其临界温度，全部以气态形式存在，这会导致管道内平衡压力非常高，平衡压力过高带来如下后果：制冷管路破裂的可能性增大。压缩机启动时“油击”的几率增大。启动压力过高。分凝换热器的主要作用两个：一是进一步提纯低温组分的纯度，另一个是实现润滑油的分离。混合工质饱和气体的组分和温度的高低密切相关，温度越低其低温工质组分含量越高。2制冷剂的选择用于自动复叠循环的非共沸混合工质在循环过程中有其独特性的一面：自动实现各组分的分凝、分离和混合的过程，这决定了其循环过程完全不同于用于节能和环保目的的一般混合工质。复叠式制冷循环的高温部分使用的制冷剂，一般为R134a、R22、R502，也可使用R1270(丙烯)或R290(丙烷)。低温部分使用的制冷剂有：R23、R14、R1150(乙烯)和R170(乙烷)。对于复叠式制冷循环，R23适用的蒸发温度范围是-70～-110℃,R14适用的蒸发温度范围是-110～-140℃。综合考虑结合本文课题-100℃的制冷温度，选择了三种工质：R134a、R23、R14，其主要热物性质如表1所示[4]。这三种工质中均不含对臭氧层有破坏作用的Cl原子，R134a和R23的标准沸点相差55.9℃，R23和R14的标准沸点相差45.8℃。表1三种工质的主要热物性参数眼工质辩分子式放分子量铃ODP故GWP冠标准沸桂点怒℃悦凝固温捕度吴℃建临界温疮度稼℃扰临界压程力售MPa东等熵指数柔R134鄙a搭C会2鞋H逢2决F蜓4葬102.氧00存0省0.2豆-26.箱2盗-101考.0璃101.号1样4.06蹈1.11恨R23慰CHF固3丈70.0习1馅0晌1480福0孩-82.富1棕-160嘱.0衰25.9揭4.68业1.19位R14差CF馅4革88.0顷1挠0掘N/A链-127趣.9煮-184泳.0刷-45.钱5寒3.75椅1.223实验台的搭建主要部件的设计选型，选用了Danfoss114H5534冷凝机组，在常规冷柜箱体的基础上，重新设计制作了内胆用于保温改造，制作了符合实验条件的低温箱体。节流设备的选择与匹配和混合工质的换热计算是本章的两大难点，在理论计算指导与前期两级系统的经验相结合的基础上完成了毛细管和套管式换热器的选型。制冷循环运转期间需要实时记录30路温度数据和2路压力数据，整个测量系统的设计以实现这32个参数的自动记录、数据图像显示和数据库保存为目标。数据采集系统包含电量参数测量部分。AN7931A本身内置微控制器，可以实现与上位PC的基于RS-232协议的串行通讯。AN7931A仪表通过一根RS-232通讯电缆与主计算机的串行口连接。同样的，基于VisualBasic6.0语言我们设计了相应的软件程序。4实验与实验结果分析循环系统启动后，R134a流、R23流、R14流的柜内温度如图4所示。图4低温箱体的降温曲线实验台的性能测试在30℃环境温度下进行，系统启动4.5h后，柜温降至-100℃，制冷量为38W，运行COP=0.056。撤循环系统染中有两个架汇合暗点舰P饭和沾Q况，增R134系a裹流和低温井混合流估在炒P袍点汇合成向高温混合晚流怨，压R2阔3茧流格和唯R1睁4织流斯在瞧Q幕点汇合成希低温混合遍流。两股判流体汇合恩时，如果贴不发生化小学反应，船得到的汇说合流的温猪度介于两拖股支流的路温度之间爪。开机运酿行逆约恨90mi骡n砍内，高温按混合流的末温煤度功t衡24闲始终低于崭其两个支草流的温羞度期t展22史和汪t异23鬼，坦90mi拌n锁以后，才钩介于两者坟之间。汇庙合之后混战合物流体拆的温度决尾定于两个痕因素：焓劣值和成分糟，相同条块件下，焓档值越高，显温度越高花；混合物私中低温组掌分含量越糠多，温度脆越低。通冻过妖图汗9石来说明这若个问题，很低温混合霸流题(抬t云22冶)鄙汇纵入市R134爹a饰流祸(喇t旋23胡)卡后，对其刺温度的影红响有两个针方面：一匀方面由于秧增大了其贡焓值，导巷致温度有晓升高的趋头势，另一梅方面由于购增大了其伏中低温组食分恩(R23趣/R14偿)给的含量，灿导致温度嘱有降低的骗趋势；而扁当后者的请影响大于律前者的影螺响时，综寻合作用结恩果是降低挎其温度。止表现在图布上就是高苹温混合流醋的温伐度吸(夸t罩24别)福始终低桨于笑R134厚a编流的温俗度镰(总t岔23扑)聚，并且在室前家90mi残n叨内，低于惜其两个支煤流的温哭度坏t坊22标、伏t掠23芦。柳R1胡4役流汇另入闷R2谈3排流后对其座温度的影多响经历了因不同的过勇程，在启岁动后崭约荒150m辫i酱n千时间内，展综合作用面效果表现渗为温度升拐高锣(艳t称17岭>t截16仙)北；之后的瞒运行过程李中，综合颈作用效果尸表现为温沉度降嘉低形(崖t城17限<t絮16优)堤。肌5小潮结论与讨牲论默自动复叠宾循环能够个实现低温亲制冷，并传不是单纯识地依靠降微低蒸发压斩力，而是夺利用了非逼共沸混合漠工质在各膛组分沸点俗相差很大柳的条件下葱所表现出善来的特性届，采用相永分离器来转实现混合况工质的分翁流，通过该特殊布置变的流程来抹实现复叠孔循环。常秤规压缩机查完全胜任邪驱动自动如复叠循环祸，其运行假时的启动诱工况、排话气压力、冲排气温度械均在常规丰压缩机的爱允许范围海之内，运鞭行相当可伶靠，这对伯自动复叠罗制冷机的规商业化生戏产具有十蹲分重要的币意义。俱自动复叠端循环本身烘可以实现荣压缩机的难高效回油豆。合理布旱置的中间跌换热器流苏程可以保锣证润滑油境的分离效懒果，混合康工质的多煎次分流可锋以保证分桑离出来的壁润滑油随绒高温级组垦分回到压羡缩机，避宏免了可能常的在低温减下脱蜡、悠凝固堵塞被系统的问礼题。头非共沸混朋合工质在莫自动复叠垮循环中的只应用中有喊其独特性节的一面：批根据沸点组的高低不粘同而自动详实现各组坛分的分流完，这种特迎性就决定乳了不同的障成分组成秩和配比组歼成会表现磨出不同的抖循环特性激。非共沸赛混合工质璃的节流温蕉度不仅与津组成成分偷、蒸发温迫度有关，胸而且与过造冷度有关姿：相同条挑件下，节凑流前冷凝鸡液的过冷津度越大，药节流后混伤合物的蒸听发温度越魂低。衣常规压缩葬机完全胜矿任驱动自励动复叠循径环，其运踢行时的启降动工况、削排气压力庸、排气温拦度均在常宋规压缩机伯的允许范独围之内，律运行相当闲可靠，这侍对自动复扯叠制冷机茶的商业化东生产具有刮十分重要垫的意义。参考文献婆1.K1斑eeme犹nkoA阶P蜘.氧One丽flow羽cas匙cade窝cyc旅le兽.检The怜proc权eedi蔬ngo葱fth喜ein饥tern洽atio刻nalc厨onfe滩renc摸eof浑ref溉rige闻rati和on,犯195高9莲，绒1-a-郊6仗：睁3纸4匆—邮39迎2.Mi仁sssi夹mer莫DJ述.境Ref境rige百rant意con敲vers望ion蔑Auto润-Ref饲rige快rati妄onC团asca鸦de(A泻RC)s桑yste锐m愧.逐Int方JR损efr辣i满，帽199弊7仿，暗20(3锹)船：餐201-扫207邮3.Sh统anka险rV