【技術篇】關(guan) 於(yu) 高低溫濕熱試驗箱你知道多少？

摘要：R404A和R23為(wei) 製冷劑的複疊製冷機組，不但滿足了製取-80℃的低溫要求，還具有環保的優(you) 點。通常我們(men) 的高低溫箱采用的是複疊式製冷係統，那麽(me) 我們(men) 下麵對複疊機組設計中涉及到的幾個(ge) 關(guan) 鍵問題及其解決(jue) 方法進行分析和闡述：

一、組成：

複疊式製冷機組通常由兩(liang) 個(ge) 部分(也可由三個(ge) 部分) 組成 ,分別稱為(wei) 高溫部分及低溫部分。高溫部分使用中溫製冷劑 ,低溫部分使用低溫製冷劑 ,而每一部分都是一個(ge) 完整的單級或雙級壓縮製冷係統。高溫部分係統中製冷劑的蒸發是用來使低溫部分係統中製冷劑冷凝 ,而隻有低溫部分係統的製冷劑在蒸發時才製取冷量。高溫部分和低溫部分用一個(ge) 冷凝蒸發器聯係起來 ,它既是高溫部分的蒸發器 ,又是低溫部分的冷凝器。

低溫部分 :A. 壓縮機 ;D. 冷凝器 ; G. 節流閥 ; E. 蒸發器

高溫部分 :B. 壓縮機 ;C. 冷凝器 ;D. 蒸發器 ; F. 節流閥

二、機組主要性能指標

R404A 高溫部分：蒸發溫度 te = - 38 ℃，蒸發壓力 Pe = 1. 454 bar ,采用回熱器 ,吸氣過熱度為(wei) 15 ℃;冷凝溫度 tc = 40 ℃,冷凝壓力 Pc = 18. 157 bar ,過冷度 5 ℃;壓縮機消耗功率 Ng = 11. 47 kW。

R23 低溫部分 :蒸發溫度 te = - 85 ℃,蒸發壓力Pe = 0. 851 bar ,吸氣過熱度為(wei) 30 ℃;壓縮機排氣被水冷換熱器冷卻降溫至 40 ℃, 中間溫度 tm = - 33 ℃,對應壓力 Pm = 9. 138 bar ;製冷量 Q0 = 10 kW ; 冷凝蒸發器熱負荷 Qc = 13 kW ;電機消耗功率 N d = 6. 27 kW 。

總功率 (kW) : N = N d + N g = 17. 74KW

性能係數 : CO P = Q0/ N = 0. 56。

2.1 相關(guan) 熱力計算

複疊式製冷循環的熱力計算可分別對高溫部分及低溫部分單獨進行計算。計算中令高溫部分的製冷量等於(yu) 低溫部分的冷凝熱負荷加上冷損。計算方法與(yu) 單級或兩(liang) 級壓縮製冷循環的熱力計算相同。

2.2中間溫度的確定：

複疊式製冷循環中中間溫度的確定應根據製冷係數最大或各個(ge) 壓縮機壓力比大致相等的原則。前者對能量利用經濟 ,後者對壓縮機氣缸工作容積的利用率較高 (即輸氣係數較大) 。由於(yu) 中間溫度在一定範圍內(nei) 變動時對製冷係數影響並不大 ,故按各級壓力比大致相等的原則來確定中間溫度似乎更為(wei) 合理。

我們(men) 以可以根據邁勒普拉薩特公式 ,理論計算下低溫複疊機組的中間溫度 (低溫段冷凝溫度) ：

式中：

Tm 為(wei) 中間溫度 ( K) ;

Δ T 為(wei) 冷凝蒸發器傳(chuan) 熱溫差 ( K) ;

Tc 為(wei) 冷凝溫度 ( K) ;

Te 為(wei) 蒸發溫度( K) 。

這裏 , 取Δ T = 5 K , Tc = 273. 15 + 40 = 313. 15 K , Te = - 85 + 273. 15 = 188. 15 K。於(yu) 是 ,計算 Tm = 240. 25 K = - 32. 9 ℃。這裏 ,取 Tm =

- 33 ℃。

2.3傳(chuan) 熱溫差的確定

冷凝蒸發器傳(chuan) 熱溫差的大小不僅(jin) 影響到傳(chuan) 熱麵積和冷量損耗，而且也影響到整個(ge) 製冷機的容量和經濟性，一般Δt = 5～10 ℃，溫差選得大 ，冷凝蒸發器的麵積可小些，但卻使壓力比增加 ，循環經濟性降低。

製冷劑的溫度越低 ,傳(chuan) 熱溫差引起的不可逆損失越大 ,故蒸發器的傳(chuan) 熱溫差因蒸發溫度很低而應取較小值 ,最好不大於(yu) 5 ℃。

2. 4　油分離器

低溫段 ,在低溫區域 ,潤滑油易從(cong) 製冷劑中分離並凝結 ,會(hui) 堵塞膨脹閥、板式換熱器 ,也會(hui) 影響蒸發器的換熱 ,所以應盡可能使油氣分離 ,在低溫段采用了二級高效油分離器。

2.5 回熱器

對於(yu) 采用活塞壓縮機的係統最好配備氣液分離器 ,以免負荷變化和啟動時出現帶液現象。本係統有回熱器 ,故可省去氣液分離器。

三、複疊機組的能量調節問題

製冷機在運行時 ,受使用條件的變化以及工況變化影響 ,需要的輸氣量隨之變化。通常 ,采用輸氣量調節的方法進行能量卸載。主要原理是將吸排氣腔連通 ,壓縮機排氣直接返回吸氣腔 ,此時 ,吸氣壓力與(yu) 排氣壓力幾乎相同 ,壓縮機隻需克服吸排氣閥彈簧預緊力 ,就可將吸氣變為(wei) 排氣。主要有內(nei) 部旁通和外部旁通兩(liang) 種方式。

本設計采用外部旁通閥調節能量 ,旁通能量調節閥實質上是一種閥後恒壓閥。當製冷裝置熱負荷減小 ,壓縮機吸氣壓力下降至預先調定值時 ,旁通調節閥開啟 ,吸氣壓力越低 ,閥的開度越大 ,製冷劑從(cong) 排氣側(ce) 旁通量也越多 ,使吸氣壓力下降速度減慢

係統中高溫段采用熱氣旁通到膨脹閥與(yu) 蒸發器之間的調節閥 ,旁通的熱氣通過一個(ge) 氣液混合器混合後進入蒸發器 ,相當於(yu) 熱氣為(wei) 蒸發器提供了一個(ge) “虛負荷",達到減載的目的 ,同時盡管實際負荷較低 ,熱力膨脹閥仍能控製向蒸發器的供液量充足 ,以保證蒸發器中有足夠的製冷劑流速 ,不會(hui) 出現回油困難。

低溫段由於(yu) 調節閥體(ti) 材料使用溫度的限製 ,采用了熱氣旁通到吸氣管的能量調節閥來改變壓縮機的有效排氣量的方法 ,采用這種能量調節閥 ,會(hui) 導致吸氣過熱 ,需要對壓縮機采用噴液冷卻係統。

四、膨脹容器

複疊機組停止運轉時 ,由於(yu) 係統內(nei) 的溫度升高到了環境溫度 ,低溫製冷劑全部氣化成過熱蒸汽 ,並且將高於(yu) 規定的最大工作壓力 ,這種情況是不允許的。因此要在係統中接入一個(ge) 膨脹容器 ,以便在停機後大部分的製冷劑蒸汽進入膨脹容器中 ,膨脹容器可以接到吸氣管上 ,也可以接到排氣管上 ,接到吸氣管上時 ,膨脹容器所需要的容積較小 ,因而比較合理

式中 :

V d 為(wei) 不計膨脹容器容積時 ,低溫部分的製冷係統總容積 (m3) ;

vp 為(wei) 設計溫度、設計壓力下低溫係統製冷劑過熱氣體(ti) 比容 (m3/ kg) ;

vd 為(wei) 設計溫度、吸氣壓力下低溫係統製冷劑過熱氣體(ti) 比容(m3/ kg) ;

Gd 為(wei) 不計膨脹容器容積時 ,低溫係統製冷劑充注量 (kg) 。

本設計取設計溫度 38 ℃,設計壓力 1. 5 MPa。

五、總結：

在當前和今後的製冷係統設計中 ,要盡可能考慮到環保問題 ,盡量選用環保的製冷劑 ,即使犧牲部分性能也是值得的。複疊機組因其蒸發溫度很低 ,設計中要全麵考慮到回油問題、冷量調節問題、膨脹容器的設計、製造材料的選用等一係列問題。筆者就 R404A/ R23 複疊機組設計中的一些問題的處理做了粗淺的分析和說明 ,不當之處請各位專(zhuan) 家指正。

六、實際案例：

我們(men) 上一次課程，得到的負荷求和，我們(men) 再乘以一個(ge) 餘(yu) 量1.2；得到最後的結果如下：

我們(men) 用以上的結果，來設計一套-70℃的高低溫箱的製冷係統：

選擇低溫級的設計參數：

excel進行自動的熱力計算，結果如下：

選擇高溫級的設計參數：

Excel自動計算出結果：

以上為(wei) 本套高低溫箱熱力計算的數據。

製冷工作原理

高低溫試驗箱製冷循環均采用逆卡若循環，該循環由兩(liang) 個(ge) 等溫過程和兩(liang) 個(ge) 絕熱過程組成，其過程如下：製冷劑經壓縮機絕熱壓縮到較高的壓力，消耗了功使排氣溫度升高，之後製冷劑經冷凝器等溫地和四周介質進行熱交換將熱量傳(chuan) 給四周介質。後製冷劑經截流閥絕熱膨脹做功，這時製冷劑溫度降低。未尾製冷劑通過蒸發器等溫地從(cong) 溫度較高的物體(ti) 吸熱，使被冷卻物體(ti) 溫度降低。此循環周而複始從(cong) 而達到降溫之目的;

製冷係統及壓縮機

為(wei) 了保證試驗箱對降溫速率和MIN溫度的要求，高低溫試驗箱的製冷係統采用進口壓縮機所組成的複疊式製冷係統，該製冷係統具有匹配合理、可靠性高、使用維護方便等優(you) 點;

製冷方式

雙機複迭式製冷;除霜方式

高低溫試驗箱低溫室自動除霜，經過電磁閥自動轉換將壓縮機排氣端高溫高壓氣體(ti) 引入製冷蒸發器，使得蒸發器表麵溫度升高，凝結水排出室外;

能量調節

高低溫試驗箱製冷係統的設計應用能量調節技術，一種行之有效的處理方式既能保證在製冷機組正常運行的情況下又能對製冷係統的能耗及製冷量進行有效的調節，使製冷係統的運行費用下降到較為(wei) 經濟的狀態

高低溫試驗箱加溫係統軟件一般選用鎳鉻合金電加熱器絲(si) 立即加溫，機器設備工作中時，循環係統電扇使櫃內(nei) 氣體(ti) 造成熱對流，帶去電阻絲(si) 造成的發熱量，進而做到對櫃內(nei) 氣體(ti) 加溫的實際效果;自動控製係統根據全智能調整，操縱電阻絲(si) 的通斷時間，加溫發熱量與(yu) 耗損發熱量做到穩定平衡，保持溫度控製的目地。

高低溫試驗箱製冷機原理：
為(wei) 了確保環境試驗箱對降熱速度和溫度的規定，本高低溫試驗箱的製冷機組選用進口製冷壓縮機所構成的複疊式製冷機組，該製冷機組具備配對有效、可信性高、應用維護保養(yang) 便捷等優(you) 勢。
高低溫試驗箱是檢驗商品是不是耐高低溫試驗，實驗能夠取得成功進行，在其中一項關(guan) 鍵要素就是說製冷機組，人們(men) 的製冷機組采用的是製冷壓縮機，願意保證超低溫，務必要具有製冷壓縮機。
1、製冷原理：製冷機循環係統均選用逆卡若循環係統，該循環係統由2個(ge) 等溫過程和2個(ge) 絕熱過程構成，其全過程以下：冷媒經製冷壓縮機隔熱縮小到較高的工作壓力，耗費了功使排氣管溫度上升，以後冷媒經冷卻器等溫地和四周物質開展熱交換器將發熱量發送給四周物質。後冷媒經截流閥絕熱變形作功，這時候冷媒溫度減少。冷媒根據空調蒸發器等溫地從(cong) 溫度較高的物塊吸熱反應，使被水冷卻物塊溫度減少。此循環係統循環反複進而做到降熱之目地;
2、製冷係統及製冷壓縮機：為(wei) 了確保高低溫試驗箱對降熱速度和低溫度的規定，本環境試驗箱的製冷機組選用進口製冷壓縮機所構成的複疊式製冷機組，該製冷機組具備配對有效、可信性高、應用維護保養(yang) 便捷等優(you) 勢;
3、製冷係統的設計方案運用動能調整技術性，一種切實可行的處理過程即能確保在冷凍機組一切正常運作的狀況下又能對製冷機組的耗能及空調製冷量開展合理的調整，使製冷機組的運作花費降低到比較經濟發展的情況。

高低溫濕熱試驗箱低溫控製方式：製冷循環均采用逆向卡諾循環，該循環由兩(liang) 個(ge) 等溫過程和兩(liang) 個(ge) 絕熱過程組成，其過程如下：製冷工質從(cong) 冷庫定壓氣化吸熱後（此時工質通常為(wei) 幹飽和蒸氣或接近幹飽和蒸氣），再進入壓縮機在絕熱狀態下壓縮，溫度超過環境溫度，然後進入冷凝器向環境介質等壓散熱；在冷凝器內(nei) ，過熱的製冷劑蒸氣先等壓降溫到對應於(yu) 當前壓力的飽和溫度，然後繼續等壓（同時也是等溫）冷凝成飽和液狀態，進入節流閥，在節流閥處絕熱節流降溫、降壓至對應於(yu) 循環起始壓力的濕飽和蒸氣狀態，再進入冷庫氣化吸熱，完成循環，和四周介質進行熱交換將熱量傳(chuan) 給四周介質

適用於(yu) 航空航天產(chan) 品、信息電子儀(yi) 器儀(yi) 表、材料、電工、電子產(chan) 品、各種電子元器件，在高溫、低溫或濕熱環境下的各項性能指標的檢驗。

高低溫測試有著什麽作用和意義呢

在熱環境下暴露的可降解塑料可能發生多種物理和化學變化。暴露時間的長短和溫度的高低決(jue) 定了發生變化的程度和類型。高溫短暴露周期通常就足以縮短可氧化降解塑塑料的誘導期，這個(ge) 過程會(hui) 發生抗氧劑和增塑劑的消耗。物理性能如拉伸強度、衝(chong) 擊強度、伸長率和模量可能在誘導期內(nei) 引起變化；然而，這些變化通常不是由於(yu) 分子量的降低，而僅(jin) 僅(jin) 是一種隨溫度變化的響應，如結晶度增加或揮發物減少或二者同時發生。

一般情況下，塑料在高溫下的短期暴露會(hui) 釋放出易揮發物質，如水分、溶劑或增塑劑；減少模塑應力；增進熱固性塑料固化；提高結晶度；並使增塑劑或著色劑或二者均發生顏色變化。通常，隨著揮發物的減少或進一步的聚合反應將會(hui) 出現進步收縮。某些塑料，如PVC，可能會(hui) 由於(yu) 增塑劑的損失或聚合物分子鏈的斷裂麵變化。聚丙烯及其共聚物在分子發生降解時往往會(hui) 變得非常脆，而聚乙烯則會(hui) 在拉伸強度和伸長率變小和脆化之前變柔軟。因此，研究塑料、橡膠、色漆和清漆、高分子材料以及電路板等元件設備在高溫下的性能是十分必要的。

高低溫測試是用來確定產(chan) 品在高溫氣候環境下儲(chu) 存、運輸、使用的適應性的方法。試驗的嚴(yan) 苛程度取決(jue) 於(yu) 高溫的溫度和曝露持續時間。塑料、橡膠、色漆和清漆等高分子材料的高低溫測試主要包括熱空氣老化、耐熱試驗、耐熱性的測定等。熱空氣加速老化是指試樣在比橡膠使用環境更高的溫度下暴露，以期在短時間內(nei) 獲得橡膠自然老化的效果。耐熱試驗是指試樣暴露在與(yu) 橡膠使用環境相同的溫變下的試驗。

高低溫測試主要針對的範圍包括電工、電子產(chan) 品，以及其原器件，及其它材料，測試的嚴(yan) 格程度取決(jue) 於(yu) 高低溫的溫度和持續測試時間。高低溫可能使產(chan) 品過熱,影響使用安全可靠性，甚至損壞，如：

· 由於(yu) 各種材料的膨脹係數不同，導致材料之間的粘結和遷移

· 使材料性能發生變化

· 使元器件電性能下降

· 彈性元件的彈性或機械性能強度降低,縮短產(chan) 品使用壽命

· 加速高分子材料和絕緣材料劣化和老化過程,縮短產(chan) 品使用壽命。

· 橡膠等柔韌性材料的彈性降低，並產(chan) 生破裂；

· 金屬和塑料脆性增大，導致破裂或產(chan) 生裂紋；

· 使材料變脆,如塑料、鋼鐵在低溫下容易發生脆裂損壞,橡膠材料硬度增大,彈性下降等。

　　因此，高低溫測試的意義(yi) 重大，而且也很重要！

高低溫濕熱試驗室的操作細節

高低溫濕熱試驗室采用平衡調溫調濕方式，可獲得準確的溫濕度環境。具有穩定、平衡的加熱加濕性能，可進行高精度、高溫度的溫濕度控製。裝備智能化的溫度調節器，溫濕度采用彩色液晶觸摸顯示屏，可進行各種複雜的程序設定，程序設定采用對話方式，操作簡單、迅速製冷回路自動選擇，自控裝置具有隨溫度的設定值自動選擇運轉製冷回路的性能，實現高溫度狀態下的直接啟動製冷，直接降溫。

　　底座采用槽鋼焊接成網式框架，以便於(yu) 在水平條件下能承受室體(ti) 及人員試件的重量，而不產(chan) 生室體(ti) 底麵凹凸不平及開裂等。室體(ti) 分為(wei) 六個(ge) 室體(ti) 麵及一扇雙開或單開式室體(ti) 大門，室體(ti) 材料為(wei) 內(nei) 膽不鏽鋼板，外膽為(wei) 彩鋼板，保溫介質為(wei) 聚氨脂硬質發泡隔熱，質輕耐抗擊，大門材料同樣為(wei) 彩鋼板製成，大門拉手為(wei) 內(nei) 外開啟式，以便於(yu) 試驗人員從(cong) 封閉的室內(nei) 自由開啟大門。

　　該試驗室可以實現試驗過程的全程記錄和追溯，每台電機均配置過流保護/加熱器設置短路保護，確保了設備運行期間的風量及加熱的高可靠性，配備USB接口、以太網通訊功能，使得通訊和軟件擴展功能滿足客戶的多種需要。選用流行的製冷控製模式，較傳(chuan) 統的加熱平衡控溫模式耗能減少30%，節能省電。箱體(ti) 通常由圍護結構、風道係統、控製係統、室內(nei) 測試架構等組成。

為(wei) 了更好地確保高低溫濕熱試驗室對減溫速度和溫度的規定，製冷機組選用進口製冷壓縮機所構成的複疊式製冷機組，該製冷機組具備搭配有效、可信性高、應用維護保養(yang) 便捷等優(you) 勢。

在使用時，這些細節不能忽略，具體(ti) 是哪些呢？一起來跟著小編看看吧。

1、嚴(yan) 格遵守係統操作規程，避免他人違章操作係統。

2、非技術人員不可對本機器進行拆裝修理，如需拆裝修理，須在確保斷電以及有人員陪同監護的情況下進行操作，以免發生意外事故。

3、開關(guan) 門時或從(cong) 試驗箱內(nei) 取放測試物時，不得讓測試物品和箱門或箱沿的膠邊接觸，以防膠邊被磨損。

4、周圍地麵要隨時保持清潔，以免大量灰塵吸入機組內(nei) 惡化工作條件及降低使用性能。

5、使用中應注意保護，不可受到利器或鈍器的碰撞。在試驗室內(nei) 放置的試驗產(chan) 品離空氣調節通道的吸、排風口應有一定的距離，以免妨礙空氣的流通。

6、長時間停機不用，會(hui) 影響係統的有效使用壽命，因此，係統每10天至少要開機運行一次。不要在短時間內(nei) 反複地使係統。運行一停止，每小時啟動次數應小於(yu) 5次，每次開-停的時間間隔不小於(yu) 3min。不要在低溫時打開大門，以防止損壞門密封帶。

7、堅持每次試驗完畢後，將溫度設定在環境溫度附近，工作30分鍾左右，再切斷電源，並擦幹淨工作室內(nei) 壁。

8、定期（每3個(ge) 月）清洗蒸發（除濕）器：因試品的潔淨等級各異，在強製風循環作用下，蒸發（除濕）器上會(hui) 凝聚很多塵埃等小顆粒物體(ti) ，應定期進行清洗。

9、冷凝器應定期保養(yang) ，保持清潔。灰塵粘糊冷凝器會(hui) 使壓縮機散熱不佳導致高壓開關(guan) 跳脫而產(chan) 生誤報警，冷凝器應定期保養(yang) 。

10、加濕器定期清洗，以免產(chan) 生水垢影響加濕器的工作效率和使用壽命，以及造成供水管路的堵塞。清洗時拆開工作室蒸發器擋板，使用軟質刷子洗刷加濕器，用清水衝(chong) 洗後及時排幹。

11、濕球的測試布要經常檢查，當測試布表麵不幹淨或變硬，須予以更換，否則會(hui) 影響到控製係統對濕度感測試的準確性。測試布一般三個(ge) 月更換一次，更換時先把積水頭清洗幹淨，用清潔布將測溫體(ti) 擦拭幹淨再換上測試布，更換新測試布時應保證手部清潔。

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