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冷熱沖擊試驗機復疊式制冷機組設計的關鍵點
一、復疊制冷機組
武漢華威冷熱沖擊試驗機復疊式制冷機組通常由兩個部分(也可由三個部分) 組成,分別稱為高溫部分及低溫部分。高溫部分使用中溫制冷劑,低溫部分使用低溫制冷劑, 而每一部分都是一個完整的單級或雙級壓縮制冷系統。高溫部分系統中制冷劑的蒸發是用來使低溫部分系統中制冷劑冷凝,而只有低溫部分系統的制冷劑在蒸發時才制取冷量。高溫部分和低溫部分用一個冷凝蒸發器起來,它既是高溫部分的蒸發器,又是低溫部分的冷凝器.
1.制冷劑選擇
當前,低溫復疊制冷機組大都以R22/R13為制冷劑為滿足環保要求,武漢華威冷熱沖擊試驗機采用R404A/ R23作制冷劑。其中, R404A 由R125(標準沸點-49℃)、R143a (標準沸點- 47.2℃) 和R134a (標準沸點-26.1℃)按質量分數44∶52∶4 混合而成,具有與 R22 (標準沸點-40.8℃)較為相近的熱物理性質,標準沸點為-46.6℃,ODP和CLP值為零,無毒,安全性高,GWP值為4540。有試驗表明:以R404A 為制冷劑的制冷機組與以R22為制冷劑的同一機組相比較,其制冷量會稍微增大但其消耗功率會增大更多,綜合來看其COP比R22機組要小一些,這是不利的一方面[223 ];R23標準沸點-82.1℃,ODP 和CLP為零,無毒,安全性高,GWP 稍高,約為14800。
2.機組主要性能指標
R404A 高溫部分:蒸發溫度te=-38℃,蒸發壓力Pe=1.454bar,采用回熱器,吸氣過熱度為15℃;冷凝溫度tc=40℃,冷凝壓力Pc=18.157bar,過冷度5℃;壓縮機消耗功率Ng =11.47kW。R23低溫部分:蒸發溫度te=-85℃,蒸發壓力Pe=0.851bar,吸氣過熱度為30℃;壓縮機排氣被水冷換熱器冷卻降溫至40℃,中間溫度tm=-33℃,對應壓力Pm=9.138bar;制冷量Q0= 10kW;冷凝蒸發器熱負荷Qc=13kW;電機消耗功率Nd=6.27 kW總功率(kW):N=Nd+N=17. 74性能系數:COP=Q0/N=0.56。
二、系統設計關鍵點
1.相關熱力計算
復疊式制冷循環的熱力計算可分別對高溫部分及低溫部分單獨進行計算。計算中令高溫部分的制冷量等于低溫部分的冷凝熱負荷加上冷損。計算方法與單級或兩級壓縮制冷循環的熱力計算相同。
2.中間溫度的確定
武漢華威檢測設備復疊式制冷循環中中間溫度的確定應根據制冷系數zui大或各個壓縮機壓力比大致相等的原則。前者對能量利用,后者對壓縮機氣缸工作容積的利用率較高(即輸氣系數較大)。由于中間溫度在一定范圍內變動時對制泠系數影響并不大,故按各級壓力比大致相等的原則來確定中間溫度似乎更為合理。根據邁勒普拉薩特公式,低溫復疊機組的中間溫度(低溫段冷凝溫度):
Tm=(Tc·Te)0.5-0.5ΔT+0.125ΔT2/(Tc·Te)0.5式中,Tm 為中間溫度(K);ΔT為冷凝蒸發器傳熱式中,Tm為中間溫度(K);ΔT為冷凝蒸發器傳熱溫差(K);Tc為冷凝溫度(K);Te為蒸發溫度(K)。這里,取ΔT=5K,Tc=273.15+40=313.15 K,Te=-85+273.15=188.15K。于是,計算Tm=240.25K=-32.9℃。這里,取Tm=-33℃。
3.傳熱溫差的確定
冷凝蒸發器傳熱溫差的大小不僅影響到傳熱面積和冷量損耗,而且也影響到整個制冷機的容量和經濟性,一般Δt = 5～103