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復(fù)疊式低溫冷凍機組制冷的原理及突出的特點-上海諾冰冷凍
復(fù)疊式低溫冷凍機組制冷循環(huán)原理
復(fù)疊式低溫冷凍機組制冷由兩個或三個獨立的制冷循環(huán)組成，分別稱為高溫部分和低溫部分，復(fù)疊式低溫冷凍機組每一個循環(huán)都是完整的單級或兩級壓縮制冷系統(tǒng)。復(fù)疊式低溫冷凍機組高溫部分使用中溫制冷劑，復(fù)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(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)一冷凝器來實現(xiàn)傳熱。復(fù)疊式低溫冷凍機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)疊式低溫冷凍機組低溫部分通過自己系統(tǒng)的蒸發(fā)器來吸收被冷卻對象的熱量。
圖2-37是由兩個單級壓縮制冷循環(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-80～-90C。從圖上可以清楚地看到兩個循環(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)疊式低溫冷凍機組的低溫箱系統(tǒng)圖，分別由兩臺單級壓縮機構(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，進入蒸發(fā)--冷凝器的R22液體，吸收了低溫循環(huán)中壓縮機排出的R13蒸氣的熱量而汽化，汽化后被壓縮機吸入并壓縮，再排入油分離器分離潤滑油，再進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)吸收了被冷卻對象的熱量后汽化，汽化后的R13被壓縮機吸入并壓縮，然后進油分離器，分離后的R13蒸氣進入蒸發(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)置了一個膨脹容器。這是因為停機后，低沸點制冷劑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)重新啟動時，膨脹容器可起到平衡低溫部分壓縮機的排出壓力，避免R13的冷凝壓力過高。
復(fù)疊式低溫冷凍機組應(yīng)用領(lǐng)域
隨著科研和生產(chǎn)對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壓縮制冷裝置所能得到的最低點蒸發(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，蒸發(fā)壓力巳低于0.01 MP．而氨在-77. 7℃時，已經(jīng)凝固了。
蒸發(fā)壓力過低會帶來下列問題：
(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，實際吸入氣缸的氣體減少，增加了氣缸的尺寸。
(3)對于活塞式壓縮機，因閥門自動啟閉特性，當(dāng)吸氣壓力低于0.01～0.ois MPa時，難于克服吸氣閥彈簧力，影響壓縮機的正常工作。
由于上述原因，當(dāng)需要的蒸發(fā)溫度低于-70（：時，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，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)疊式低溫冷凍機組有如下特點：
(1) 復(fù)疊式低溫冷凍機組低溫部分壓縮機的氣缸容積比雙級壓縮低溫部分壓縮機氣缸容積小得多。這對減少整機的重量、尺寸有利。例如蒸發(fā)溫度為- 60C時，Rl2和R13組成的覆疊式制冷機與R12的雙級壓縮制冷機比較，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)，使運行穩(wěn)定而安全。
(3) 復(fù)疊式低溫冷凍機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，高溫部分用吸收式制冷機。如果有鹽水冷源時，高溫部分不再設(shè)制冷機，而用低溫鹽水來冷卻低溫部分的冷凝器，使系統(tǒng)簡化。 |
