R22/R23/R14三级自动复叠制冷系统的实验研究

　　自动复叠制冷是实现-60~-150 ℃温区的主要方式之一. 其在国防军事、现代工业、生物医学及科学研究等领域，有着重要的应用. 国内外学者纷纷对自动复叠制冷技术展开了新的研究. 目前，自动复叠制冷循环呈现出新的发展特点[1 -2]，对其研究主要集中在2个方面: 一方面是对原有的制冷循环流程的改进，包括采用新型换热器和高效气液分离器; 另一方面则是采用新型的制冷工质，包括二元工质和多元工质，以满足环保和制取低温的要求. 本文提出一种新型三级自动复叠的制冷系统并进行实验研究，并将对其混合制冷剂的降温特性进行详细的分析.

　　1 三级自动复叠制冷系统

　　如图1所示，为非共沸混合工质自动复叠制冷系统设计时采用的循环流程图. 具体流程描述为:一定配比的非共沸混合工质在压缩机A 中被压缩成高温高压状态后经过冷凝器B冷凝，大部分高沸点工质R22 被冷凝成液体，而大部分的中沸点工质R23 和低沸点工质R14 仍为气体.混合物流经贮液式分离器D，在分离器内分离成气液两相.其中含R22 组分的液体从分离器底部流出，经过换热器F1和热力膨胀阀后进入冷凝过滤分离器E1里的蛇形盘管蒸发，把分离罐E1内的温度控制在-30 ℃左右. 从D顶部逸出的混合气体进入分离罐E1，在罐内大部分R23 气体被冷凝成液体，再由重力使R23 液体与R14 气体分离，R23 液体从罐E1底部经过板式换热器 F2及热力膨胀阀后进 E2内蒸发，把罐E2内的温度控制在-70 ℃左右. 从罐 E1顶部逸出的气体则大部分为R14 气体，在分离罐E2中R14 气体大部分被R23 冷凝成液体，被冷凝后的R14 液体经过板式换热器F3过冷后再经过节流到达蒸发器蒸发，使蒸发器的温度达到- 80℃. 蒸发器的回气依次经过板式换热器F1、F2、F3到达气液分离器后进入压缩机吸气口，完成一个完整的制冷循环.

　　2 制冷剂的选择

　　根据所要达到的制冷温度，再依据正常蒸发温度、凝固点温度以及临界压力和工作压力来选取适当的制冷工质. 在低温区供选择的制冷工质有:R13、R14、R23、R50、R1150、R744; 中间温区可供选择的制冷工质有: R12、R22、R116、R1270、R290 等;高温区组元可供选择的有: R600、R600a 等. 组成混合物的各组元之间应该相容，但不形成共沸混合物[3 -6]. 本文实验装置的设计蒸发温度为- 90 ℃ ，冷凝温度为30 ℃，两者温度相差约120 ℃，依据沸点差值基本相等，且在40 ～80 ℃之间，并综合考虑其他的制冷剂选配原则，我们选用了三种非共沸工质，分别是R22、R23 和R14 工质，见表1.

　　3 实验台的搭建

　　本文采用了一套自主研发设计的自动复叠式制冷系统，原理图如图1所示. 压缩机选择了比泽尔公司生产的比泽尔4DC -5. 2-40S 型半封闭式压缩机，其功率为3. 68kW.本实验装置用板式换热器来代替水冷冷凝器，最终采用了江苏宝得公司生产的型号为: H014 -H3 系列的的板式换热器，换热面积为1.5 m²，满足要求.