1為什么要采用復疊式系統(tǒng)

隨著科研和生產(chǎn)對低溫的要求越來越高,如需要 -70℃~-120℃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,當吸氣壓力低于0.01 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 ℃和- 128℃;
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),稱復疊式制冷循環(huán)。
2復疊式系統(tǒng)原理
1、系統(tǒng)原理圖以及壓焓圖:
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2、系統(tǒng)組成:
1)高壓系統(tǒng):高壓壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥、冷凝蒸發(fā)器;
2)低壓系統(tǒng):低壓壓縮機、冷凝蒸發(fā)器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器;
3復疊式系統(tǒng)流程
我們以R134a/C02復疊式制冷系統(tǒng)為例子;
R134a/C02復疊式制冷系統(tǒng)是由兩個單級的蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)組合而成,其低溫級是單級C02蒸氣壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng),高溫級是單級R134a蒸氣壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng),高、低溫級制冷回路通過冷凝蒸發(fā)器復疊而成。
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上圖為R134a/C02復疊式制冷系統(tǒng)原理圖
系統(tǒng)理論循環(huán)具體描述為:
高溫級制冷劑R134a由高溫級壓縮機壓縮(圖中5—6過程);
排出的高溫高壓蒸氣在高溫級冷凝器中冷卻、冷凝(6—7過程);
之后進入節(jié)流裝置節(jié)流(7—8過程)降壓后;
在冷凝蒸發(fā)器中與高溫高壓C02氣體進行熱交換(8—5過程);
后進入高溫級壓縮機;
氣態(tài)C02制冷劑經(jīng)冷凝蒸發(fā)器放熱(2—3過程);
經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流(3—4過程);
并在C02蒸發(fā)器蒸發(fā)(4—1過程)后;
進入低溫級壓縮機壓縮(1—2過程)完成系統(tǒng)循環(huán)。
4實際運用
下圖是采用復疊式制冷的低溫箱系統(tǒng)圖:
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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。
1、高溫系統(tǒng):
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)。
2、低溫系統(tǒng):
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)。
注意:
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液體汽化而導致系統(tǒng)壓力過高,專門設置了一個膨脹容器。
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。