两级自动复叠制冷系统的试验研究
1 引言
自动复叠制冷循环系统常用的常温工质有 R22、R134a 和R404A,低温工质有R23,R503,R14和R740等。制冷系统的合理配置与混合工质的选择和配比是设计的难点和重点[1,2]。混合工质是多元、多态、两相的混合物,各种组元内部之间的相互微观作用机理十分复杂。循环流程中呈气态、液态、气液平衡态制冷剂的组分随温度、压力和系统管路的改变而时刻变化,这就为确定系统中的某一点的状态参数带来很大麻烦,整个系统流程是一个封闭循环,流程中任一点的状态参数变化,会影响到整个系统的参数的变动。
混合工质的分离是在气液分离器中依靠各组分的沸点相差很大而产生的“自然分凝”来实现的,而“自然分凝”的纯度不可能达到100%的理想状态。混合工质中各组分的分离程度同时受到工质类型、混合比例、系统结构、环境、运行工况等实际因素的影响与制约。Missimer经过大量实验研究后特别指出混合工质的循环与硬件设计联系相当紧密(Hardware-to-CompositionInteraction)[2,3]。自然分离程度的不确定性给精确理论计算带来了无法克服的困难。
通过对自动复叠制冷系统的分析,建立一个试验装置,有两个回热器来提高制冷系统的制冷量。用程序初步概算混合工质的组分,试验中充注多种混合制冷工质,得到较佳制冷剂的混合比例。
2 低温冷柜的自动复叠制冷系统
冷柜制冷系统采用两级自动复叠制冷循环,制冷工质采用R22/R23,各自热物理参数如表1,饱和压力见图1。系统流程如图2所示,理论循环工作过程如下:混合工质从压缩机A 排出,进入冷凝器B 中被部分冷凝或冷却。由于混合工质的二组分的沸点不同,在冷凝器B和回热器C中制冷工质中的高沸点组分R22被冷凝成液体,而低沸点R23组分仍然为蒸汽,两种工质自然分层,因此进入气液分离器D后,在重力的作用下,R22液体同R23蒸汽实现分离。其中R22液体在气液分离器底部经节流阀F降压后进入冷凝蒸发器H开始蒸发吸热,而R23蒸汽在气液分离器顶部经管道进入冷凝蒸发器H后被R22蒸发所产生的冷量冷凝成液体,然后R23液体进入蒸发器K后进行蒸发制冷。最后,从蒸发器出来R23蒸汽和从冷凝蒸发器出来的R22蒸汽混合后最终进入压缩机,完成整个循环。
从图1可以看出,R23和R22处于两个不同的工作区域,而且部分重叠在一起。整个循环中R22/R23混合制冷剂在各部件的组分都不一样。有在相同的压力、不同的温度下冷凝,又有在相同的压力、不同的温度下蒸发。
3 试验结果与分析
制冷系统为了避免空气渗入系统,低压侧压力应该高于当地大气压,设定蒸发压力:P0= 150kPa。系统采用低温压缩机,允许最大压比15,最大冷凝压力:Pk=2200kPa。节流装置采用毛细管。在实验中制冷系统中混合工质的 R23 组分分别为 15%、20%、25%、28%。将混合工质按以上组分依次充注系统,实验调试运转,冷柜内部的温度如图3~图6所示。温度测点是300L冷柜内温度。
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