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復疊式低溫冷凍機(ji)組制冷的(de)(de)原(yuan)理及突出的(de)(de)特點(dian)-上海諾冰冷(leng)凍
復疊式低溫(wen)冷凍(dong)機組制冷循環原(yuan)理
復疊式低溫冷凍機組制冷由兩個或三個獨立的制冷循環組成，分別稱為高溫部分和低溫部分，復疊式低溫冷凍機組每一個循環都是完整的單級或兩級壓縮制冷系統。復疊式低溫冷凍機組高溫部分使用中溫制冷劑，復疊式低溫冷凍機組低溫部分使用低溫制冷劑，兩部分用一只蒸發一冷凝器聯系起來，高溫部分制冷劑的蒸發用來使低溫部分制冷劑冷凝，兩部分之間靠蒸發一冷凝器來實現傳熱。復疊式低溫冷凍機組高溫部分的制冷劑再通過自己系統的冷凝器釋放給環境介質一一水或空氣，復疊式低溫冷凍機組低溫部分通過自己系統的蒸發器來吸收被冷卻對象的熱量。
圖(tu)2-37是由兩個單級壓縮制冷循環組成的復(fu)疊式制冷循環原理圖。它的高溫部(bu)分使用R12制(zhi)冷(leng)劑，低溫部分(fen)使用R13制冷(leng)劑(ji)，蒸(zheng)發溫度可(ke)達-80～-90C。從(cong)圖(tu)上可以(yi)清楚地看到(dao)兩(liang)個(ge)循環(huan)過程和熱量的流(liu)向。圖(tu)2-38為(wei)該(gai)循環的lgp-i圖，其中1--2--3--4--1為高(gao)溫部分循環，1'-2'-3' -4'-1為低溫(wen)部分(fen)循環，低溫(wen)部分(fen)的冷凝溫(wen)度必須高于高溫(wen)部分(fen)的蒸發(fa)溫(wen)度，這個溫(wen)差就是(shi)蒸發(fa)---冷凝器的傳熱(re)溫差。
圖2-39是采用復疊式低溫冷凍機組的低溫箱系統圖，分別由兩臺單級壓縮機構成高溫和低溫制冷循環，高溫部分采用R22制冷劑，低溫部分采(cai)用R13制冷(leng)劑。在高溫循環中，進入蒸發--冷(leng)凝器的(de)R22液(ye)體，吸收了低(di)溫(wen)循環中壓縮機排出的R13蒸(zheng)氣的(de)熱量而汽(qi)化，汽(qi)化后被壓縮(suo)機吸(xi)入并(bing)壓縮(suo)，再(zai)排入油分離(li)器分離(li)潤滑(hua)油，再(zai)進入水冷式冷凝器冷凝成R22液體。從冷凝器(qi)出來的R22液體(ti)，經(jing)過干燥(zao)過濾器(qi)、熱(re)交換器(qi)、電磁(ci)閥(fa)、熱(re)力膨脹閥(fa)后重新進入蒸(zheng)發一冷(leng)凝器(qi)汽化，如此(ci)不斷循環。在低溫循環中(zhong)，R13液體在低溫(wen)蒸發器內吸收了(le)被冷卻對象的(de)熱量后汽化，汽化后的(de)R13被壓(ya)縮(suo)機吸(xi)入(ru)并壓(ya)縮(suo)，然后(hou)進(jin)油分離(li)器，分離(li)后(hou)的R13蒸氣(qi)進入(ru)蒸發一冷(leng)凝(ning)(ning)器，放熱后冷(leng)凝(ning)(ning)成R13液體，出來(lai)后再經過過濾(lv)器、換熱器、電磁閥、熱力膨脹(zhang)閥重新(xin)進入蒸(zheng)發(fa)器汽化制冷(leng)，然后繼續循環。
在低溫部(bu)分的壓縮機(ji)排氣管道上裝了(le)一只(zhi)水(shui)冷卻器，這是為了(le)降低R13蒸氣的(de)過熱度，以減少蒸發一冷凝器的(de)熱負(fu)荷。在制冷系(xi)統停(ting)機后，為了防止低溫部(bu)分系(xi)統中的(de)R13液體汽化而導(dao)致(zhi)系統壓力過高，專門設(she)置了一個膨脹(zhang)容器。這是因為停機后，低沸點制(zhi)冷劑R13的溫(wen)(wen)度要逐步升(sheng)高(gao)至環境溫(wen)(wen)度，并全部(bu)汽化為過(guo)(guo)熱蒸氣，壓(ya)(ya)力(li)(li)會增加到大于(yu)安全值，這(zhe)是不(bu)允許(xu)的，系統內有了(le)膨(peng)脹容器(qi)后，過(guo)(guo)熱蒸氣有了(le)額外的貯存容積(ji)，壓(ya)(ya)力(li)(li)上升(sheng)不(bu)致過(guo)(guo)高(gao)，保證了(le)安全。另外，在(zai)系統重新(xin)啟動時(shi)，膨(peng)脹容器(qi)可起到平衡低溫(wen)(wen)部(bu)分壓(ya)(ya)縮機(ji)的排(pai)出壓(ya)(ya)力(li)(li)，避免R13的(de)冷(leng)凝壓力過高。
復疊式低溫冷凍機組應用領域
隨著科(ke)研和生(sheng)產對低溫的要求越來越高，如需要-70～-120C的(de)低(di)(di)溫(wen)箱，低(di)(di)溫(wen)冷(leng)庫(ku)等。由于采用中溫(wen)制冷(leng)劑的(de)雙級壓縮制冷(leng)裝(zhuang)置所(suo)能得到的(de)最(zui)低(di)(di)點蒸(zheng)發(fa)(fa)溫(wen)度(du)，也受到蒸(zheng)發(fa)(fa)壓力過低(di)(di)帶(dai)來一系(xi)列問題的(de)限制，如R12、R22在-80℃時(shi)，蒸發壓力巳低于0.01 MP．而氨在(zai)-77. 7℃時，已經凝(ning)固了。
蒸(zheng)發壓力過(guo)低會帶(dai)來下列問題：
(1)蒸發(fa)器與外界的壓(ya)差(cha)增大，空氣滲入系統的可能性增加，影響(xiang)系統的正常工作。
(2)吸氣比容大，實際吸入氣缸(gang)的氣體減少，增加了氣缸(gang)的尺寸。
(3)對于活塞式壓(ya)縮(suo)機，因閥(fa)門自動啟閉特(te)性，當吸氣壓(ya)力(li)低于0.01～0.ois MPa時(shi)，難于(yu)克(ke)服吸氣閥彈簧力，影響壓縮(suo)機的正(zheng)常工作(zuo)。
由于(yu)上述(shu)原因，當需(xu)要的蒸發溫度低于(yu)-70（：時，就要采用(yong)低溫(wen)制冷劑。它(ta)在(zai)常壓下(xia)有較低的蒸發溫(wen)度(du)，如(ru)R13和R14在常壓下的蒸(zheng)發(fa)溫度分別為(wei)-81.5 C和- 128C，因此使低溫下的(de)蒸發壓(ya)力得到提高，R13在(zai)蒸發溫度(du)為-100℃時，蒸發壓力接近0.04 MPa。但是，低溫制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)劑(ji)的冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)溫度要(yao)求較低，用(yong)一(yi)般的水冷(leng)(leng)(leng)和(he)空氣冷(leng)(leng)(leng)卻無法(fa)凝(ning)結成液(ye)體(ti)，必須用(yong)一(yi)種(zhong)人工冷(leng)(leng)(leng)源來(lai)冷(leng)(leng)(leng)凝(ning)低溫制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)劑(ji)，這就出現了同時采用(yong)兩種(zhong)制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)劑(ji)的制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)系統，稱復疊式制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)循環。
復疊式(shi)低溫冷凍機組有如下特點(dian)：
(1) 復疊式低溫(wen)冷凍機(ji)(ji)組低溫(wen)部分(fen)壓縮(suo)機(ji)(ji)的氣缸容(rong)積比雙(shuang)級壓縮(suo)低溫(wen)部分(fen)壓縮(suo)機(ji)(ji)氣缸容(rong)積小得多(duo)。這對減少整機(ji)(ji)的重量、尺寸有(you)利。例(li)如蒸發溫(wen)度為- 60C時，Rl2和R13組成的(de)覆疊式制(zhi)冷機(ji)與(yu)R12的雙級壓縮制(zhi)冷機比(bi)較，總的氣缸容積可減少65%，而且可減少能耗10%以(yi)上。
(2)系統內保持(chi)正壓力，空氣不易漏入系統，使運行穩定而安全(quan)。
(3) 復疊式低溫(wen)冷(leng)(leng)(leng)凍(dong)機(ji)組(zu)不僅可(ke)以(yi)(yi)用不同的制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)荊(jing)組(zu)合(he)，而且可(ke)用不同的制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)方式加以(yi)(yi)組(zu)合(he)。例如(ru)，低溫(wen)部(bu)分用離心式制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)機(ji)，高(gao)(gao)溫(wen)部(bu)分用吸收式制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)機(ji)。如(ru)果有鹽水(shui)冷(leng)(leng)(leng)源時，高(gao)(gao)溫(wen)部(bu)分不再設制(zhi)(zhi)冷(leng)(leng)(leng)機(ji)，而用低溫(wen)鹽水(shui)來(lai)冷(leng)(leng)(leng)卻低溫(wen)部(bu)分的冷(leng)(leng)(leng)凝器(qi)，使系(xi)統(tong)簡化(hua)。 |
