制冷系統(tǒng)是恒溫恒濕試驗箱的關(guān)鍵部分之一.一般來說,試驗箱的制冷方式都是機械制冷以及輔助液氮制冷:機械制冷采用蒸汽壓縮式制冷.它們主要由壓縮機、冷凝器、節(jié)流機構(gòu)和蒸發(fā)器組成. 低溫水槽由于我們試驗的溫度低溫要達到-55℃,單級制冷難以滿足滿足要求,因此試驗箱的制冷方式一般采用復(fù)疊式制冷.我司(上海尚群電子科技有限公司)生產(chǎn)的恒溫恒濕箱的制冷系統(tǒng)由兩部分組成.分別稱為高溫部分和低溫部分,每一部分是一個相對獨立的制冷系統(tǒng).高溫部分中制冷劑的蒸發(fā)吸收來自低溫部分的制冷劑的熱量而汽化;低溫部分制冷劑的蒸發(fā)則從被冷卻的對象(試驗箱內(nèi)的空氣)吸熱以獲取冷量.高溫部分和低溫部分之間是用一個蒸發(fā)冷凝器聯(lián)系起來,它既是高溫部分的冷凝器,也是低溫部分的冷凝器.STH系列試驗箱的高溫部分制冷劑采用中溫制冷劑,低溫部分制冷劑是采用低溫制冷劑,箱內(nèi)溫度能達到-70-150℃.
1.制冷劑熱物理特性的限制.
現(xiàn)在恒溫恒濕試驗箱中單級制冷循環(huán)基本上采用的中溫制冷劑是R404A,在一個大氣壓下其蒸發(fā)溫度是-46.5℃(R22/-40.7℃).但空氣冷卻式冷凝器傳熱溫差通常取10℃左右(在強制送風(fēng)散熱循環(huán)下，蒸發(fā)器和內(nèi)箱的溫差),就是說箱內(nèi)只能制取-36.5℃的低溫.當(dāng)然,通過調(diào)低壓縮機的蒸發(fā)壓力,可以將R404A制冷劑的最低蒸發(fā)溫度降低到-50℃.所以要獲取－50℃及以下的低溫時必須采用中溫制冷劑與低溫制冷劑復(fù)疊式的制冷循環(huán).制取－50℃～－80℃的低溫,低溫制冷劑一般選用R23它在一個大氣壓下的蒸發(fā)溫度是-81.7℃.
2.單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)壓比的限制
單級蒸氣壓縮式制冷機的最低蒸發(fā)溫度,主要取決于它的冷凝壓力及壓縮比.制冷劑的冷凝壓力由制冷劑的類別和環(huán)境介質(zhì)(如空氣或水)的溫度決定.在通常情況下,它處于0.7~1.8Mpa范圍內(nèi),壓縮比與冷凝壓力和蒸發(fā)壓力有關(guān).當(dāng)冷凝壓力一定時,隨著蒸發(fā)溫度的降低,蒸發(fā)壓力也相應(yīng)下降,因而使壓縮比上升.它將引起壓縮機排氣溫度的升高、潤滑油變稀、使?jié)櫥瑮l件變壞、嚴重時甚至?xí)霈F(xiàn)結(jié)炭和拉缸現(xiàn)象.另一方面,壓縮比的增大將導(dǎo)致壓縮機的輸氣系數(shù)降低、制冷量減少、實際壓縮過程偏離等熵過程越遠、壓縮機功耗增加、制冷系數(shù)下降、經(jīng)濟性降低，將出現(xiàn)以下一些影響.
a.任何制冷劑蒸發(fā)溫度越低,則蒸發(fā)壓力也就越低.過低的蒸發(fā)壓力,有時可能造成壓縮機難以吸氣,或者使外界的空氣進入制冷系統(tǒng).
b.當(dāng)蒸發(fā)溫度過低時,某些常用制冷劑已達凝固溫度,無法實現(xiàn)制冷劑的流動、循環(huán).
c.蒸發(fā)壓力降低,制冷劑的制冷量大大下降、體積增大、質(zhì)量流量也會減少.為了獲得所需制冷量,必須增大吸氣容積,使壓縮機體積過于龐大.
3.壓縮機線圈散熱的限制
單級壓縮機工作時,在做-35℃左右.因為壓縮機的線圈是旋空在壓縮機中間的,這就產(chǎn)生一個問題:-35℃時,壓縮機的低壓是為負數(shù)值,也就是產(chǎn)生了一個真空度,這樣線圈的頂端熱量就沒有辦法散去,這樣就會使壓縮機表面是十分涼,可是實際上內(nèi)部過高!(因為真空是最好的隔熱介質(zhì))
由上可見:恒溫恒濕試驗箱針對-40℃機型可以采用單級制冷循環(huán),也可以采用復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng).但單級制冷循環(huán)是靠調(diào)小壓縮機的膨脹閥開啟度,減小制冷劑流量限流來調(diào)低蒸發(fā)壓力(約0.7個大氣壓),從而獲得更低的蒸發(fā)溫度.這樣的設(shè)計是以犧牲系統(tǒng)的制冷量來達到的(制冷量約只有標(biāo)準的0.7～0.8),導(dǎo)致制冷效率低并加大了壓縮機的負載,而且易引起壓縮機線圈過熱影響了壓縮機的壽命.
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