具有精馏装置的自动复叠制冷循环的试验研究

    1 引言

    近年来,自动复叠制冷循环因其结构简单、效率高和适应性强等优点引起了广泛关注[1~5]。自动复叠系统只使用1台压缩机,采用混合工质作制冷剂,用多级分凝的方法使混合工质中低温制冷剂逐步地分离出来,让最低沸点制冷剂进入蒸发器来获得低温。本文利用精馏分离的原理,用精馏装置取代多级分凝装置,实现一次分离多元非共沸混合工质的目的,使系统得到了简化。

    2 试验装置及试验流程

    试验选用空调压缩机(功率约为1.5kW),并采用套片管式空气冷却冷凝器。整个精馏装置由装有填料的柱体、釜底和柱顶内置换热器3的容器组成。精馏柱釜底的上封头和容器的下封头中间开孔,与精馏柱焊接。精馏柱内布满填料,填料的等板高度为1/14m。为了去除制冷剂中的水份、防止从精馏柱出来的杂质堵塞管道和保护压缩机,循环中放置了2个干燥过滤器。图1为试验装置流程示意图[6]。

    试验工质为五元(R600a、R134a、R290、R23、R50)非共沸混合工质。试验台按箱温为-80℃、吸气压力为362kPa、压比为4、环境温度和冷凝器出口温度分别为26.85℃和28.85℃等条件作为设计依据。低温箱体内容积为300L,内容积的宽、深、高分别为0.62m、0.52m、0.92m,保温层厚度为140mm,由聚氨酯泡沫塑料高压发泡而成。

    试验系统的工作流程为:一定配比的混合制冷工质进入压缩机压缩后高温高压的蒸汽被排入到冷凝器,大部分高沸点组元被冷凝下来。冷凝后的混合工质进入精馏装置。精馏柱内液体由上向下流动,气体由下向上流动,经过充分的热质交换,绝大部分高沸点组元、少量的中间沸点组元和润滑油的液态混合物进入釜底,低沸点组元在精馏柱内上升。从柱底引出的液态混合物,经节流阀2减压膨胀后,与从换热器2出来的制冷工质进行混合进入换热器3,冷却冷凝精馏柱内上升的气流。柱顶的冷凝液一部分作为精馏柱的回流液,充分利用填料提供的较大的汽、液接触面积和较长的接触时间条件,通过不断变换的接触表面,进行汽、液多次逆流接触,以使气相混合物中高沸点组元和气态润滑油含量越来越低,回流液中低沸点工质越来越少(经过这一过程,可使得绝大部分高沸点组元和几乎所有的气态润滑油冷凝为液体);另一部分柱顶回流液则被引出经过节流阀3,与从换热器1中出来的低温汽液两相混合工质混合,进入换热器2冷却精馏柱出口的气体混合物。从精馏柱顶出来的含有较多低沸点组元的混合工质,依次通过换热器2、1继续被冷却成液态混合物再流经节流阀1降压节流后进入蒸发器(低温箱)内蒸发制冷,再依次通过换热器1、2、3回流至压缩机,完成一个制冷循环。