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恒溫恒濕試驗箱制冷原理分析
制冷系統(tǒng)是恒溫恒濕試驗箱的關鍵部分之一.一般來說,試驗箱的制冷方式都是機械制冷以及輔助液氮制冷:機械制冷采用蒸汽壓縮式制冷.它們主要由壓縮機、冷凝器、節(jié)流機構和蒸發(fā)器組成. 低溫水槽由于我們試驗的溫度低溫要達到-55℃,單級制冷難以滿足試驗要求,因此試驗箱的制冷方式一般采用復疊式制冷.生產(chǎn)的恒溫恒濕箱的制冷系統(tǒng)由兩部分組成.分別稱為高溫部分和低溫部分,每一部分是一個相對獨立的制冷系統(tǒng).高溫部分中制冷劑的蒸發(fā)吸收來自低溫部分的制冷劑的熱量而汽化;低溫部分制冷劑的蒸發(fā)則從被冷卻的對象（試驗箱內(nèi)的空氣）吸熱以獲取冷量.高溫部分和低溫部分之間是用一個蒸發(fā)冷凝器起來,它既是高溫部分的冷凝器,也是低溫部分的冷凝器.STH系列試驗箱的高溫部分制冷劑采用中溫制冷劑,低溫部分制冷劑是采用低溫制冷劑,箱內(nèi)溫度能達到-70-150℃.
1.壓縮機線圈散熱的限制
單級壓縮機工作時,在做-35℃左右.因為壓縮機的線圈是旋空在壓縮機中間的,這就產(chǎn)生一個問題:-35℃時,壓縮機的低壓是為負數(shù)值,也就是產(chǎn)生了一個真空度,這樣線圈的頂端熱量就沒有辦法散去,這樣就會使壓縮機表面是十分涼,可是實際上內(nèi)部過高!（因為真空是的隔熱介質）
由上可見:恒溫恒濕試驗箱針對-40℃機型可以采用單級制冷循環(huán),也可以采用復疊式制冷循環(huán)系統(tǒng).但單級制冷循環(huán)是靠調(diào)小壓縮機的膨脹閥開啟度,減小制冷劑流量限流來調(diào)低蒸發(fā)壓力（約0.7個大氣壓）,從而獲得更低的蒸發(fā)溫度.這樣的設計是以犧牲系統(tǒng)的制冷量來達到的（制冷量約只有標準的0.7～0.8）,導致制冷效率低并加大了壓縮機的負載,而且易引起壓縮機線圈過熱影響了壓縮機的壽命.
2.單級壓縮蒸氣制冷循環(huán)壓比的限制
單級蒸氣壓縮式制冷機的低蒸發(fā)溫度,主要取決于它的冷凝壓力及壓縮比.制冷劑的冷凝壓力由制冷劑的類別和環(huán)境介質（如空氣或水）的溫度決定.在通常情況下,它處于0.7~1.8Mpa范圍內(nèi),壓縮比與冷凝壓力和蒸發(fā)壓力有關.當冷凝壓力一定時,隨著蒸發(fā)溫度的降低,蒸發(fā)壓力也相應下降,因而使壓縮比上升.它將引起壓縮機排氣溫度的升高、潤滑油變稀、使?jié)櫥瑮l件變壞、嚴重時甚至會出現(xiàn)結炭和拉缸現(xiàn)象.另一方面,壓縮比的增大將導致壓縮機的輸氣系數(shù)降低、制冷量減少、實際壓縮過程偏離等熵過程越遠、壓縮機功耗增加、制冷系數(shù)下降、經(jīng)濟性降低，將出現(xiàn)以下一些影響.
⑴.蒸發(fā)壓力降低,制冷劑的制冷量大大下降、體積增大、質量流量也會減少.為了獲得所需制冷量,必須增大吸氣容積,使壓縮機體積過于龐大.
⑵.當蒸發(fā)溫度過低時,某些常用制冷劑已達凝固溫度,無法實現(xiàn)制冷劑的流動、循環(huán).
⑶.任何制冷劑蒸發(fā)溫度越低,則蒸發(fā)壓力也就越低.過低的蒸發(fā)壓力,有時可能造成壓縮機難以吸氣,或者使外界的空氣進入制冷系統(tǒng).
3.制冷劑熱物理特性的限制.
現(xiàn)在恒溫恒濕試驗箱中單級制冷循環(huán)基本上采用的中溫制冷劑是R404A,在一個大氣壓下其蒸發(fā)溫度是-46.5℃（R22/-40.7℃）.但空氣冷卻式冷凝器傳熱溫差通常取10℃左右（在強制送風散熱循環(huán)下，蒸發(fā)器和內(nèi)箱的溫差）,就是說箱內(nèi)只能制取-36.5℃的低溫.當然,通過調(diào)低壓縮機的蒸發(fā)壓力,可以將R404A制冷劑的低蒸發(fā)溫度降低到-50℃.所以要獲取－50℃及以下的低溫時必須采用中溫制冷劑與低溫制冷劑復疊式的制冷循環(huán).制取－50℃～－80℃的低溫,低溫制冷劑一般選用R23它在一個大氣壓下的蒸發(fā)溫度是-81.7℃.
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