一 前言

無論是低溫領(lǐng)域還是普冷領(lǐng)域?qū)Ψ枪卜谢旌瞎べ|(zhì)自動復(fù)疊制冷循環(huán)都有著濃厚的興趣。采用混合工質(zhì)可以實現(xiàn)非常寬的制冷溫區(qū)，而且采用單級油潤滑商用壓縮機驅(qū)動混合工質(zhì)節(jié)流制冷具有很高的可靠性、效率和很強的適應(yīng)性，從而廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、軍工、食品、生物等高科技領(lǐng)域內(nèi)。本文介紹了帶精餾塔的自動復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)的實驗裝置，針對不同混合工質(zhì)配比情況，分別進(jìn)行實驗，通過對實驗結(jié)果的分析，認(rèn)識到混合工質(zhì)不同配比時對系統(tǒng)的一系列影響情況。

二 實驗裝置

本實驗裝置采用R13和R22的混合物作為制冷工質(zhì)，壓縮機的吸氣壓力為150kPa，壓比10，冷凝器出口溫度為28℃，混合工質(zhì)中R13和R22的質(zhì)量比是1:3，即R13的摩爾成分為21.6%，R22的摩爾成分為78.4%。

本裝置選用了德國丹佛斯SC18CM型，功率為200W的單級油潤滑全封閉活塞式壓縮機。適用于該壓縮機的制冷劑是R22和R502，潤滑油是礦物油，也適用于R13和R22混合工質(zhì)的系統(tǒng)。

在混合工質(zhì)自動復(fù)疊制冷循環(huán)中，從壓縮機出來的高溫高壓混合工質(zhì)經(jīng)冷凝器冷凝后，絕大部分高沸點組分被冷凝成液態(tài)，而低沸點組分依然保持氣態(tài)。采用合適的氣液分離裝置將不同沸點的組分分離，利用高沸點組分的節(jié)流蒸發(fā)制冷來冷卻低沸點組分。由于氣液分離的效果直接影響著循環(huán)運行制冷的制冷效果，高低沸點的組分在氣液分離器中分離得越徹底，循環(huán)所獲得的制冷效果越好。所以本文提出采用精餾裝置替代傳統(tǒng)的氣液分離方式，從而達(dá)到提高分離效果的目的。精餾塔有板式塔和填料塔兩類，本實驗裝置選用了填料塔。由R22和R13組成的氣液混合物從中部的進(jìn)料口進(jìn)入精餾塔，在精餾塔的上部有一個蛇型盤管冷凝器，冷凝器盤管內(nèi)流動的是經(jīng)過節(jié)流后的高沸點組分液體。該冷凝器一方面確保混合在低沸點組分R13中的少量高沸點組分R22能冷凝下來，另一方面也冷凝一定量的R13作為回流液。在精餾塔的塔釜，加一個蛇型盤管再沸器，再沸器中從水冷冷凝器出來的制冷劑氣液混合物與塔釜的高沸點組分發(fā)生熱交換，使得少量的低沸點工質(zhì)揮發(fā)，通過精餾塔精餾后從塔頂流出。

三 實驗結(jié)果及分析

3.1 不同配比時系統(tǒng)的降溫情況

工質(zhì)配比是R13:R22=1:3和R13:R22=1:2時系統(tǒng)運行的降溫曲線。可以看出，隨著制冷系統(tǒng)的正常運行，蒸發(fā)器進(jìn)口溫度T14和低溫箱內(nèi)的溫度T18有相同的降溫趨勢。在開始運行的半小時之內(nèi)系統(tǒng)降溫速度很快，隨著箱內(nèi)溫度達(dá)到一定的低溫，系統(tǒng)降溫速度趨于緩和，并逐漸達(dá)到一個穩(wěn)定的最低溫度。配比為1:3時，蒸發(fā)器入口溫度達(dá)到-65℃以下，低溫箱能較好的保持在-58℃以下;當(dāng)配比為1:2時，蒸發(fā)器入口溫度更低，降到-75℃，低溫箱的溫度能達(dá)到-70℃。

3.2 不同配比時系統(tǒng)吸、排氣壓力以及中間壓力的變化情況

吸、排氣壓力以及中間壓力在兩種不同的工質(zhì)配比情況下的變化曲線。系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)的組成不同影響著壓力的變化情況。隨著R13質(zhì)量濃度的增加，在系統(tǒng)開啟時，壓縮機的吸氣壓力上升的速度加快，同時，所能達(dá)到的最高吸氣壓力也變大。當(dāng)工質(zhì)配比為R13:R22=1:3時，最高排氣壓力為2.2MPa;當(dāng)工質(zhì)配比為R13:R22=1:2時，最高排氣壓力達(dá)到2.6MPa。從圖中還可以看出，R13濃度大的系統(tǒng)中間壓力的穩(wěn)定值也相對較高，當(dāng)工質(zhì)配比分別為R13:R22=1:3和 R13:R22=1:2時，中間壓力Pm分別為0.75MPa和0.87MPa。而這兩種不同的配比對壓縮機的吸氣壓力影響并不大。為此，要確保系統(tǒng)的運行穩(wěn)定合理，必須合理選擇混合工質(zhì)的配比，既能確保所要達(dá)到的制冷效果，也要確保壓縮機的正常運轉(zhuǎn)。

3.3 制冷量和COP隨低溫箱溫度的變化情況

系統(tǒng)在不同的混合工質(zhì)配比情況下測量得到的系統(tǒng)制冷量、系統(tǒng)COP隨低溫箱溫度變化而變化的結(jié)果。從圖中可以看出，無論制冷劑的配比如何，隨著低溫箱內(nèi)溫度的上升，系統(tǒng)的制冷量和COP都不同程度的呈上升趨勢。#p#分頁標(biāo)題#e#

3.3.1 混合物的配比為R13:R22=1:3時

當(dāng)系統(tǒng)中制冷劑的配比為R13:R22=1:3時，控制低溫箱內(nèi)的溫度從-59℃變化到-49℃。從圖5-15可以看出，系統(tǒng)的制冷量和COP都隨著增加。其中制冷量從11.27W增加到19.43W，系統(tǒng)的COP也隨著低溫箱內(nèi)溫度的升高而從0.221上升到0.247。

3.3.2 混合物的配比為R13:R22=1:2時

當(dāng)系統(tǒng)中制冷劑的配比為R13:R22=1:2時，控制低溫箱內(nèi)的溫度從-71℃變化到-61℃。從圖5-16可以看出，系統(tǒng)的制冷量和系統(tǒng)的COP也都隨著增加。其中制冷量從6.5W增加到14.39W，系統(tǒng)的COP從0.172上升到0.21。

四 結(jié)論

實驗表明：系統(tǒng)能達(dá)到的最低蒸發(fā)溫度隨著系統(tǒng)中低沸點工質(zhì)含量的增加而降低，當(dāng)系統(tǒng)中工質(zhì)配比分別是R13:R22=1:3和R13:R22=1:2時，低溫箱內(nèi)溫度分別達(dá)到-58℃和-70℃;工質(zhì)的配比對壓縮機的排氣壓力和系統(tǒng)中間壓力影響較大，但對吸氣壓力的影響不大，當(dāng)工質(zhì)中低沸點組元R13的含量從25%增加到33.3%時，排氣壓力從1.23MPa增大到1.32MPa，系統(tǒng)中間壓力從0.75MPa上升到0.87MPa;隨著低溫箱內(nèi)溫度的上升，系統(tǒng)的制冷量和COP都不同程度的呈上升趨勢，當(dāng)系統(tǒng)中制冷劑的配比為R13:R22=1:3時，控制低溫箱內(nèi)的溫度從-59℃變化到-49℃，系統(tǒng)的制冷量從11.27W增加到19.43W，系統(tǒng)的COP從 0.221上升到0.247。