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            高低溫試驗箱制冷循環及制冷劑的確定

            來源:精秀熱工 瀏覽: 發布日期:2018-12-05

            高低溫試驗箱適用于工業產品高、低溫的可靠性試驗。本文以一高低溫試驗箱為對象,在完成制冷系統設計,包括制冷劑選擇、制冷系統部件選型等工作的基礎上,對高低溫試驗箱進行制冷劑充注量實驗,得到試驗箱在最佳運行狀態下的最佳充注量。


            環境試驗是驗證產品設計及質量的主要手段環境試驗設備運用人工手段,模擬出產品實際所處的環境,測試其性能指標,及時發現產品的缺陷,可使人們對產品進行有針對性的改進。研制新產品時,無需將產品放置于難以達到的實際環境中實驗,節約時間、成本、勞力和物力。環境試驗設備已成為現代高技術產品研發和驗收時必不可少的設備在眾多的環境影響因素中,溫度影響始終是所占比例最大的一類。在各類環境試驗裝置中,高低溫試驗箱是占據比例最大的一種高低溫試驗箱既能提供髙溫環境,又可提供低溫環境,有的還可以做濕度實驗,其目的是測試產品在高/低溫下的可靠性。


            受試產品經過高低溫試驗箱的加熱、冷卻過程,其產品的性能變化就顯現出來,及時發現缺陷及時加以修正,以提高產品的質量。隨著科學技術的發展制冷技術的應用越來越廣泛,頗為重要的應用之就是環境試驗設備。從近幾年發表的論文來看,對于試驗箱的研究主要集中在隔熱層傳熱特性、制冷系統方式選擇與設計、制冷量調節、系統控制等方面,而在制冷劑充注量方面的研究十分有限。


            高低溫試驗箱
            高低溫試驗箱可程式控制器


            制冷系統是高低溫試驗箱中關鍵部分,其性能直接影響試驗箱整體質量的高低。通過對比確定制冷循環為經典復疊式制冷循環,并對制冷劑的選擇情況介紹如下。


            高低溫試驗箱制冷系統選擇


            經典復疊式制冷系統是由兩個分別獨立的高、低溫級系統銜接而成,髙溫級和低溫級循環各自選取兩種合適的制冷劑,使壓縮機處于合適的壓力下工作,整個循環能在合適的壓比、蒸發溫度以及冷凝溫度下運行。相關文獻表明,在較低溫度下,兩級壓縮制冷循環的理論輸氣量約為復疊式制冷系統的(2~8)倍,其輸氣系數則比復疊式制冷系統小很多,在-70℃時,兩級壓縮制冷循環的輸氣系數下降迅速聞。復疊式制冷系統能經濟地達到-40℃~120℃低溫,所以被廣泛地應用于工業制造、航天航空、化工等行業。本高低溫試驗箱的溫度范圍為-70℃~150℃。根據以上原因,所以本高低溫試驗箱選用復疊式制冷循環。


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            由廣州精秀熱工生產制造的-高低溫試驗箱


            制冷劑的選定


            目前,國內許多生產復疊式制冷機組的制造商大多采用的是R22/R13制冷劑組,R22是氫氯氟烴類制冷劑,而R13是氯氟烴類制冷劑,按照《關于破壞臭氧層物質的蒙特利爾議定書》的規定,R22將過渡使用、最后會被淘汰,R13已被發達國家禁用。


            本課題的高低溫試驗箱選用R404A為復疊式制冷系統的高溫級制冷劑。R404A標準沸點為-46.6℃,將R125(標準沸點為-49℃)、R143a(標準沸點為-47.2℃)以及R134a(標準沸點為-26.1℃)


            按照質量分數44:52:4配比混合組成,熱物理性質與R22相近,但R404A無毒且不破壞臭氧層。文獻表明在相同工況且使用相同壓縮機的情況下R404A制冷機組的制冷量比R22高約4%~10%當環境溫度較高時,R22機組效率比R404A的略高;當環境溫度較低時,R404A效率則較高。運用在螺桿式機組中,R404A的制冷量大于R22,但其耗功增加了,綜合起來COP略有下降。運用在渦旋式機組中,R404A制冷機組的COP值、制冷量受蒸發溫度及環境溫度影響比R22大;隨著蒸發溫度和環境溫度降低,R404A的制冷量和COP顯著提高;而R404A的系統充注量比R22大。


            制冷劑


            本文選用R23作為高低溫試驗箱復疊式制冷系統的低溫級制冷劑。R13、R23以及二者的混合物R503常被選作復疊式制冷系統的低溫級制冷劑。但是由于R13為CFCs類制冷劑,已從1996年1月1日全面禁止使用,屬于被淘汰和禁用的制冷劑。而R23屬于HFCs類環保型制冷劑,不破壞臭氧層,可長期使用,被當前世界絕大多數國家認可并推薦,成為替代R13和R503的普遍選擇。作為被廣泛使用的超低溫制冷劑R23,其低溫時具有良好的熱力學性能以及能和潤滑油良好互溶再加上無毒、不可燃的優點,被廣泛應用于新冷凍設備,如環境試驗箱、生化試驗箱、超低溫冰箱等設備復疊式制冷系統的低溫級。


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