一 前言

無(wú)論是低溫領(lǐng)域還是普冷領(lǐng)域?qū)Ψ枪卜谢旌瞎べ|(zhì)自動(dòng)復(fù)疊制冷循環(huán)都有著濃厚的興趣。采用混合工質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)非常寬的制冷溫區(qū)，而且采用單級(jí)油潤(rùn)滑商用壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)混合工質(zhì)節(jié)流制冷具有很高的可靠性、效率和很強(qiáng)的適應(yīng)性，從而廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、軍工、食品、生物等高科技領(lǐng)域內(nèi)。本文介紹了帶精餾塔的自動(dòng)復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，針對(duì)不同混合工質(zhì)配比情況，分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，認(rèn)識(shí)到混合工質(zhì)不同配比時(shí)對(duì)系統(tǒng)的一系列影響情況。

二 實(shí)驗(yàn)裝置

本實(shí)驗(yàn)裝置采用R13和R22的混合物作為制冷工質(zhì)，壓縮機(jī)的吸氣壓力為150kPa，壓比10，冷凝器出口溫度為28℃，混合工質(zhì)中R13和R22的質(zhì)量比是1:3，即R13的摩爾成分為21.6%，R22的摩爾成分為78.4%。

本裝置選用了德國(guó)丹佛斯SC18CM型，功率為200W的單級(jí)油潤(rùn)滑全封閉活塞式壓縮機(jī)。適用于該壓縮機(jī)的制冷劑是R22和R502，潤(rùn)滑油是礦物油，也適用于R13和R22混合工質(zhì)的系統(tǒng)。

在混合工質(zhì)自動(dòng)復(fù)疊制冷循環(huán)中，從壓縮機(jī)出來(lái)的高溫高壓混合工質(zhì)經(jīng)冷凝器冷凝后，絕大部分高沸點(diǎn)組分被冷凝成液態(tài)，而低沸點(diǎn)組分依然保持氣態(tài)。采用合適的氣液分離裝置將不同沸點(diǎn)的組分分離，利用高沸點(diǎn)組分的節(jié)流蒸發(fā)制冷來(lái)冷卻低沸點(diǎn)組分。由于氣液分離的效果直接影響著循環(huán)運(yùn)行制冷的制冷效果，高低沸點(diǎn)的組分在氣液分離器中分離得越徹底，循環(huán)所獲得的制冷效果越好。所以本文提出采用精餾裝置替代傳統(tǒng)的氣液分離方式，從而達(dá)到提高分離效果的目的。精餾塔有板式塔和填料塔兩類，本實(shí)驗(yàn)裝置選用了填料塔。由R22和R13組成的氣液混合物從中部的進(jìn)料口進(jìn)入精餾塔，在精餾塔的上部有一個(gè)蛇型盤管冷凝器，冷凝器盤管內(nèi)流動(dòng)的是經(jīng)過(guò)節(jié)流后的高沸點(diǎn)組分液體。該冷凝器一方面確保混合在低沸點(diǎn)組分R13中的少量高沸點(diǎn)組分R22能冷凝下來(lái)，另一方面也冷凝一定量的R13作為回流液。在精餾塔的塔釜，加一個(gè)蛇型盤管再沸器，再沸器中從水冷冷凝器出來(lái)的制冷劑氣液混合物與塔釜的高沸點(diǎn)組分發(fā)生熱交換，使得少量的低沸點(diǎn)工質(zhì)揮發(fā)，通過(guò)精餾塔精餾后從塔頂流出。

三 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 不同配比時(shí)系統(tǒng)的降溫情況

工質(zhì)配比是R13:R22=1:3和R13:R22=1:2時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行的降溫曲線。可以看出，隨著制冷系統(tǒng)的正常運(yùn)行，蒸發(fā)器進(jìn)口溫度T14和低溫箱內(nèi)的溫度T18有相同的降溫趨勢(shì)。在開始運(yùn)行的半小時(shí)之內(nèi)系統(tǒng)降溫速度很快，隨著箱內(nèi)溫度達(dá)到一定的低溫，系統(tǒng)降溫速度趨于緩和，并逐漸達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的最低溫度。配比為1:3時(shí)，蒸發(fā)器入口溫度達(dá)到-65℃以下，低溫箱能較好的保持在-58℃以下;當(dāng)配比為1:2時(shí)，蒸發(fā)器入口溫度更低，降到-75℃，低溫箱的溫度能達(dá)到-70℃。

3.2 不同配比時(shí)系統(tǒng)吸、排氣壓力以及中間壓力的變化情況

吸、排氣壓力以及中間壓力在兩種不同的工質(zhì)配比情況下的變化曲線。系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的組成不同影響著壓力的變化情況。隨著R13質(zhì)量濃度的增加，在系統(tǒng)開啟時(shí)，壓縮機(jī)的吸氣壓力上升的速度加快，同時(shí)，所能達(dá)到的最高吸氣壓力也變大。當(dāng)工質(zhì)配比為R13:R22=1:3時(shí)，最高排氣壓力為2.2MPa;當(dāng)工質(zhì)配比為R13:R22=1:2時(shí)，最高排氣壓力達(dá)到2.6MPa。從圖中還可以看出，R13濃度大的系統(tǒng)中間壓力的穩(wěn)定值也相對(duì)較高，當(dāng)工質(zhì)配比分別為R13:R22=1:3和 R13:R22=1:2時(shí)，中間壓力Pm分別為0.75MPa和0.87MPa。而這兩種不同的配比對(duì)壓縮機(jī)的吸氣壓力影響并不大。為此，要確保系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定合理，必須合理選擇混合工質(zhì)的配比，既能確保所要達(dá)到的制冷效果，也要確保壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.3 制冷量和COP隨低溫箱溫度的變化情況

系統(tǒng)在不同的混合工質(zhì)配比情況下測(cè)量得到的系統(tǒng)制冷量、系統(tǒng)COP隨低溫箱溫度變化而變化的結(jié)果。從圖中可以看出，無(wú)論制冷劑的配比如何，隨著低溫箱內(nèi)溫度的上升，系統(tǒng)的制冷量和COP都不同程度的呈上升趨勢(shì)。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

3.3.1 混合物的配比為R13:R22=1:3時(shí)

當(dāng)系統(tǒng)中制冷劑的配比為R13:R22=1:3時(shí)，控制低溫箱內(nèi)的溫度從-59℃變化到-49℃。從圖5-15可以看出，系統(tǒng)的制冷量和COP都隨著增加。其中制冷量從11.27W增加到19.43W，系統(tǒng)的COP也隨著低溫箱內(nèi)溫度的升高而從0.221上升到0.247。

3.3.2 混合物的配比為R13:R22=1:2時(shí)

當(dāng)系統(tǒng)中制冷劑的配比為R13:R22=1:2時(shí)，控制低溫箱內(nèi)的溫度從-71℃變化到-61℃。從圖5-16可以看出，系統(tǒng)的制冷量和系統(tǒng)的COP也都隨著增加。其中制冷量從6.5W增加到14.39W，系統(tǒng)的COP從0.172上升到0.21。

四 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)表明：系統(tǒng)能達(dá)到的最低蒸發(fā)溫度隨著系統(tǒng)中低沸點(diǎn)工質(zhì)含量的增加而降低，當(dāng)系統(tǒng)中工質(zhì)配比分別是R13:R22=1:3和R13:R22=1:2時(shí)，低溫箱內(nèi)溫度分別達(dá)到-58℃和-70℃;工質(zhì)的配比對(duì)壓縮機(jī)的排氣壓力和系統(tǒng)中間壓力影響較大，但對(duì)吸氣壓力的影響不大，當(dāng)工質(zhì)中低沸點(diǎn)組元R13的含量從25%增加到33.3%時(shí)，排氣壓力從1.23MPa增大到1.32MPa，系統(tǒng)中間壓力從0.75MPa上升到0.87MPa;隨著低溫箱內(nèi)溫度的上升，系統(tǒng)的制冷量和COP都不同程度的呈上升趨勢(shì)，當(dāng)系統(tǒng)中制冷劑的配比為R13:R22=1:3時(shí)，控制低溫箱內(nèi)的溫度從-59℃變化到-49℃，系統(tǒng)的制冷量從11.27W增加到19.43W，系統(tǒng)的COP從 0.221上升到0.247。