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高温制冷恒温槽试制

点击次数:1719  发布时间:2016-01-21

    低温恒温水槽广泛用于石油、化工、电子仪表、物理、化学、生物工程、医药卫生、生命科学、轻工食品、物性测试及化学分析等研究部门,高等院校,企业质检及生产部门,为用户工作时提供一个热冷受控,温度均匀恒定的场源,对试验样品或生产的产品进行恒定温度试验或测试,也可作为直接加热或制冷和辅助加热或制冷的热源或冷源。

低温恒温槽主要部件及运行原理:

1、低温恒温槽部件:压缩机、冷凝器、蒸发器、 风机、(内、外)循环水泵、不锈钢内胆、加热管、PID智能温控表。

2、低温恒温槽内部运行原理:压缩机运转后经吸气-压缩-排气-冷凝-节流-再低温蒸发吸热汽化。使槽内液体降至温控表所设定的温度。如温控表设定温度高于槽内温度,温控表内接触器自动工作,给予固态继电器电压信号,固态继电器导通,加热管开始工作,在低温恒温槽工作时,可利用整机的进口和出口做机内水源内循环或者外循环,也可将机内水源外引,在低温恒温槽体外做第二恒温场。

    低温恒温槽的核心部件压缩机正常运转时,内部电机会产生热量,这部分热量主要依靠压缩机吸气口的低温回气带走,当由于某种原因压缩机热量不能被带走时,压缩机主体的温度会急剧上升达到某一温度时,会触发压缩机过热保护开关启动,关闭压缩机,严重情况下会损坏压缩机,因此常规低温恒温槽为了保护压缩机一般禁止在槽内温度高于40℃。但也有部分用户或者行业因为某种原因(1.高温时能够快速将至所设定的较低温度;2.高温时能够有一定量的制冷量输出)需要在高温时开启制冷压缩机。本文试制产品即为上海交通大学定制恒温槽,要求恒温槽在5~99℃均可开启制冷压缩机,同时保证恒温槽在20℃时制冷量为2KW。

   上文提到压缩机正常运行时产生的热量主要有低温的回气来带走,但是当恒温槽内液体温度较高时,压缩机吸气口的回气将会有很大的过热度(一般比槽内温度低10℃左右),回气将无法带走压缩机的热量,此时就需要对制冷系统进行改进,将部分将要进入槽内盘管的制冷剂液体经过毛细管旁通至压缩机的吸气口处与高温的回气混合,以降低压缩机吸气口温度,保证压缩机温度保持在合理范围内。

   由于不同槽内温度压缩机吸气口温度不尽相同,因此不同温度点时的旁通制冷剂流量也不尽相同,下面进行理论计算。

    首先进行理论计算的假设,假设1. 通过液槽内制冷剂单位时间质量流量为M1,流出液槽时温度为槽内温度减10℃,与旁通的制冷剂混合后温度为10℃;2. 旁通制冷剂节流后干度为0.6,旁通制冷剂单位时间质量流量为M2,旁通制冷剂节流后温度为-16℃,与槽内流出制冷剂混合后温度为10℃;3. 温度为T时的制冷剂焓值为HT。

   通过能量守恒原理可知使液槽内制冷剂降温的能量等于使旁通制冷剂升温的能量。则有下面等式:

水槽温度40℃时,制冷剂流出槽内时为30℃

M1(H30-H10)=M2(H10-)          è

M1(399.6-382)=M2(382-245.4)        è

M2/M1=0。13

说明此温度点下,旁通喷液的流量只需为进入液槽内流量的0。13即可。

 

可据此依次计算出50℃时质量流量比为0.2,60℃时质量流量比为0.27。

    恒温槽随着温度槽内温度较高时制冷量会相应增大,由于客户仅要求制冷量大于2000W即可,此时多余的制冷量就需要依靠自带加热器抵消,考虑到防止整机功率过大以及节约能耗,机器在水槽内温度较高时将通过调节流入槽内的制冷剂流量来调节制冷量。首先假设在槽内温度为70℃时将流量降温原来的2/3,在槽内温度为90℃时将流量降温原来的1/3。下面进行计算。

水槽温度70℃时,制冷剂流出槽内时为60℃

(H60-H10)=M2(H10-)          è

(427.5-382)=M2(382-245.4)        è

M2/M1=0。22   

可据此依次计算出80℃时质量流量比为0。32,90℃时质量流量比为0。19。

    通过以上计算暂将喷液毛细管定为三只,每只毛细管流量为进入液槽内毛细管流量的0.1,将进入液槽的毛细管同时也等分为3份,初步设想根据槽内温度控制方式为:

1. 槽内温度低于40℃时喷液毛细管不开启、进入液槽的毛细管全部开启;

2。 槽内温度高于40℃小于50℃时喷液毛细管开启一根、进入液槽的毛细管全部开启;

3. 槽内温度高于50℃小于60℃时喷液毛细管开启两根、进入液槽的毛细管全部开启;

4. 槽内温度高于60℃小于70℃时喷液毛细管开启三根、进入液槽的毛细管全部开启;

5. 槽内温度高于70℃小于90℃时喷液毛细管开启三根、进入液槽的毛细管开启两根;

6. 槽内温度高于90℃时喷液毛细管开启三根、进入液槽的毛细管开启一根;(注:毛细管的开启通过温度开关控制与毛细管串联电磁阀的通断来实现,通过计算可知上述控制方式压缩机吸气口回气温度将在10℃上下波动,但足以带走压缩机热量)

    经过理论计算,本机进入实际试制阶段,在样机调试阶段,通过测量压缩机的各项运行参数都在合理范围内,整机性能指标能满足设计要求,样机试制结束可以交付客户使用。

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