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全解复叠式制冷系统——基础篇

来源:比泽尔官网(www.bizeercn.com) 发表时间:2017-03-29点击量:
 1为什么要采用复叠式系统
随着科研和生产对低温的要求越来越高,如需要 -70℃~-120℃的低温箱、低温冷库等。由于采用中温制冷剂的双级压缩制冷装置,所能得到的最低点蒸发温度,也受到蒸发压力过低带来一系列问题的限制,如R12、R22在-80℃时,蒸发压力巳低于0.01 MP,而氨在-77. 7℃时,已经凝固了。
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蒸发压力过低会带来下列问题:
1)、蒸发器与外界的压差增大,空气渗入系统的可能性增加,影响系统的正常工作。
2)、吸气比容大,实际吸入气缸的气体减少,增加了气缸的尺寸。
3)、对于活塞式压缩机,因阀门自动启闭特性,当吸气压力低于0.01 MPa时,难于克服吸气阀弹簧力,影响压缩机的正常工作。
由于上述原因,当需要的蒸发温度低于-70℃时,就要采用低温制冷剂。
它在常压下有较低的蒸发温度;
如R13和R14在常压下的蒸发温度分别为-81.5 ℃和- 128℃;
因此使低温下的蒸发压力得到提高,R13在蒸发温度为-100℃时,蒸发压力接近0.04 MPa。
但是,低温制冷剂的冷凝温度要求较低,用一般的水冷和空气冷却无法凝结成液体,必须用一种人工冷源来冷凝低温制冷剂,这就出现了同时采用两种制冷剂的制冷系统,称复叠式制冷循环。
2复叠式系统原理
1、系统原理图以及压焓图:
2、系统组成:
1)高压系统:高压压缩机、冷凝器、节流阀、冷凝蒸发器;
2)低压系统:低压压缩机、冷凝蒸发器、节流阀、蒸发器;
3复叠式系统流程
我们以R134a/C02复叠式制冷系统为例子;
R134a/C02复叠式制冷系统是由两个单级的蒸气压缩式制冷系统组合而成,其低温级是单级C02蒸气压缩制冷循环系统,高温级是单级R134a蒸气压缩制冷循环系统,高、低温级制冷回路通过冷凝蒸发器复叠而成。
上图为R134a/C02复叠式制冷系统原理图
系统理论循环具体描述为:
高温级制冷剂R134a由高温级压缩机压缩(图中5—6过程);
排出的高温高压蒸气在高温级冷凝器中冷却、冷凝(6—7过程);
之后进入节流装置节流(7—8过程)降压后;
在冷凝蒸发器中与高温高压C02气体进行热交换(8—5过程);
后进入高温级压缩机;
气态C02制冷剂经冷凝蒸发器放热(2—3过程);
经节流阀节流(3—4过程);
并在C02蒸发器蒸发(4—1过程)后;
进入低温级压缩机压缩(1—2过程)完成系统循环。
4实际运用
下图是采用复叠式制冷的低温箱系统图:
分别由两台单级压缩机构成高温和低温制冷循环,高温部分采用R22制冷剂,低温部分采用R13制冷剂。
1、高温系统:
在高温循环中,进入蒸发—冷凝器的R22液体,吸收了低温循环中压缩机排出的R13蒸气的热量而汽化,汽化后被压缩机吸入并压缩,再排入油分离器分离润滑油,再进入水冷式冷凝器冷凝成R22液体。
从冷凝器出来的R22液体,经过干燥过滤器、热交换器、电磁阀、热力膨胀阀后重新进入蒸发一冷凝器汽化,如此不断循环。
2、低温系统:
在低温循环中,R13液体在低温蒸发器内吸收了被冷却对象的热量后汽化,汽化后的R13被压缩机吸入并压缩,然后进油分离器,分离后的R13蒸气进入蒸发一冷凝器,放热后冷凝成R13液体,出来后再经过过滤器、换热器、电磁阀、热力膨胀阀重新进入蒸发器汽化制冷,然后继续循环。
注意:
在低温部分的比泽尔压缩机排气管道上装了一只水冷却器,这是为了降低R13蒸气的过热度,以减少蒸发一冷凝器的热负荷。
在制冷系统停机后,为了防止低温部分系统中的R13液体汽化而导致系统压力过高,专门设置了一个膨胀容器。
这是因为停机后,低沸点制冷剂R13的温度要逐步升高至环境温度,并全部汽化为过热蒸气,压力会增加到大于安全值,这是不允许的,系统内有了膨胀容器后,过热蒸气有了额外的贮存容积,压力上升不致过高,保证了安全。
另外,在系统重新启动时,膨胀容器可起到平衡低温部分压缩机的排出压力,避免R13的冷凝压力过高。
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