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復(fù)疊式低溫冷凍機(jī)組制冷的原理及突出的特點(diǎn)-上海諾冰冷凍
復(fù)疊式低溫冷凍機(jī)組制冷循環(huán)原理
復(fù)疊式低溫冷凍機(jī)組制冷由兩個(gè)或三個(gè)獨(dú)立的制冷循環(huán)組成，分別稱為高溫部分和低溫部分，復(fù)疊式低溫冷凍機(jī)組每一個(gè)循環(huán)都是完整的單級(jí)或兩級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)。復(fù)疊式低溫冷凍機(jī)組高溫部分使用中溫制冷劑，復(fù)疊式低溫冷凍機(jī)組低溫部分使用低溫制冷劑，兩部分用一只蒸發(fā)一冷凝器聯(lián)系起來，高溫部分制冷劑的蒸發(fā)用來使低溫部分制冷劑冷凝，兩部分之間靠蒸發(fā)一冷凝器來實(shí)現(xiàn)傳熱。復(fù)疊式低溫冷凍機(jī)組高溫部分的制冷劑再通過自己系統(tǒng)的冷凝器釋放給環(huán)境介質(zhì)一一水或空氣，復(fù)疊式低溫冷凍機(jī)組低溫部分通過自己系統(tǒng)的蒸發(fā)器來吸收被冷卻對(duì)象的熱量。
圖2-37是由兩個(gè)單級(jí)壓縮制冷循環(huán)組成的復(fù)疊式制冷循環(huán)原理圖。它的高溫部分使用R12制冷劑，低溫部分使用R13制冷劑，蒸發(fā)溫度可達(dá)-80～-90C。從圖上可以清楚地看到兩個(gè)循環(huán)過程和熱量的流向。圖2-38為該循環(huán)的lgp-i圖，其中1--2--3--4--1為高溫部分循環(huán)，1'-2'-3' -4'-1為低溫部分循環(huán)，低溫部分的冷凝溫度必須高于高溫部分的蒸發(fā)溫度，這個(gè)溫差就是蒸發(fā)---冷凝器的傳熱溫差。
圖2-39是采用復(fù)疊式低溫冷凍機(jī)組的低溫箱系統(tǒng)圖，分別由兩臺(tái)單級(jí)壓縮機(jī)構(gòu)成高溫和低溫制冷循環(huán)，高溫部分采用R22制冷劑，低溫部分采用R13制冷劑。在高溫循環(huán)中，進(jìn)入蒸發(fā)--冷凝器的R22液體，吸收了低溫循環(huán)中壓縮機(jī)排出的R13蒸氣的熱量而汽化，汽化后被壓縮機(jī)吸入并壓縮，再排入油分離器分離潤滑油，再進(jìn)入水冷式冷凝器冷凝成R22液體。從冷凝器出來的R22液體，經(jīng)過干燥過濾器、熱交換器、電磁閥、熱力膨脹閥后重新進(jìn)入蒸發(fā)一冷凝器汽化，如此不斷循環(huán)。在低溫循環(huán)中，R13液體在低溫蒸發(fā)器內(nèi)吸收了被冷卻對(duì)象的熱量后汽化，汽化后的R13被壓縮機(jī)吸入并壓縮，然后進(jìn)油分離器，分離后的R13蒸氣進(jìn)入蒸發(fā)一冷凝器，放熱后冷凝成R13液體，出來后再經(jīng)過過濾器、換熱器、電磁閥、熱力膨脹閥重新進(jìn)入蒸發(fā)器汽化制冷，然后繼續(xù)循環(huán)。
在低溫部分的壓縮機(jī)排氣管道上裝了一只水冷卻器，這是為了降低R13蒸氣的過熱度，以減少蒸發(fā)一冷凝器的熱負(fù)荷。在制冷系統(tǒng)停機(jī)后，為了防止低溫部分系統(tǒng)中的R13液體汽化而導(dǎo)致系統(tǒng)壓力過高，專門設(shè)置了一個(gè)膨脹容器。這是因?yàn)橥C(jī)后，低沸點(diǎn)制冷劑R13的溫度要逐步升高至環(huán)境溫度，并全部汽化為過熱蒸氣，壓力會(huì)增加到大于安全值，這是不允許的，系統(tǒng)內(nèi)有了膨脹容器后，過熱蒸氣有了額外的貯存容積，壓力上升不致過高，保證了安全。另外，在系統(tǒng)重新啟動(dòng)時(shí)，膨脹容器可起到平衡低溫部分壓縮機(jī)的排出壓力，避免R13的冷凝壓力過高。
復(fù)疊式低溫冷凍機(jī)組應(yīng)用領(lǐng)域
隨著科研和生產(chǎn)對(duì)低溫的要求越來越高，如需要-70～-120C的低溫箱，低溫冷庫等。由于采用中溫制冷劑的雙級(jí)壓縮制冷裝置所能得到的最低點(diǎn)蒸發(fā)溫度，也受到蒸發(fā)壓力過低帶來一系列問題的限制，如R12、R22在-80℃時(shí)，蒸發(fā)壓力巳低于0.01 MP．而氨在-77. 7℃時(shí)，已經(jīng)凝固了。
蒸發(fā)壓力過低會(huì)帶來下列問題：
(1)蒸發(fā)器與外界的壓差增大，空氣滲入系統(tǒng)的可能性增加，影響系統(tǒng)的正常工作。
(2)吸氣比容大，實(shí)際吸入氣缸的氣體減少，增加了氣缸的尺寸。
(3)對(duì)于活塞式壓縮機(jī)，因閥門自動(dòng)啟閉特性，當(dāng)吸氣壓力低于0.01～0.ois MPa時(shí)，難于克服吸氣閥彈簧力，影響壓縮機(jī)的正常工作。
由于上述原因，當(dāng)需要的蒸發(fā)溫度低于-70（：時(shí)，就要采用低溫制冷劑。它在常壓下有較低的蒸發(fā)溫度，如R13和R14在常壓下的蒸發(fā)溫度分別為-81.5 C和- 128C，因此使低溫下的蒸發(fā)壓力得到提高，R13在蒸發(fā)溫度為-100℃時(shí)，蒸發(fā)壓力接近0.04 MPa。但是，低溫制冷劑的冷凝溫度要求較低，用一般的水冷和空氣冷卻無法凝結(jié)成液體，必須用一種人工冷源來冷凝低溫制冷劑，這就出現(xiàn)了同時(shí)采用兩種制冷劑的制冷系統(tǒng)，稱復(fù)疊式制冷循環(huán)。
復(fù)疊式低溫冷凍機(jī)組有如下特點(diǎn)：
(1) 復(fù)疊式低溫冷凍機(jī)組低溫部分壓縮機(jī)的氣缸容積比雙級(jí)壓縮低溫部分壓縮機(jī)氣缸容積小得多。這對(duì)減少整機(jī)的重量、尺寸有利。例如蒸發(fā)溫度為- 60C時(shí)，Rl2和R13組成的覆疊式制冷機(jī)與R12的雙級(jí)壓縮制冷機(jī)比較，總的氣缸容積可減少65%，而且可減少能耗10%以上。
(2)系統(tǒng)內(nèi)保持正壓力，空氣不易漏入系統(tǒng)，使運(yùn)行穩(wěn)定而安全。
(3) 復(fù)疊式低溫冷凍機(jī)組不僅可以用不同的制冷荊組合，而且可用不同的制冷方式加以組合。例如，低溫部分用離心式制冷機(jī)，高溫部分用吸收式制冷機(jī)。如果有鹽水冷源時(shí)，高溫部分不再設(shè)制冷機(jī)，而用低溫鹽水來冷卻低溫部分的冷凝器，使系統(tǒng)簡化。 |
