制冷系统是恒温恒湿试验箱的关键部分之一.一般来说,试验箱的制冷方式都是机械制冷以及辅助液氮制冷:机械制冷采用蒸汽压缩式制冷.它们主要由压缩机、冷凝器、节流机构和蒸发器组成. 低温水槽由于我们试验的温度低温要达到-55℃,单级制冷难以满足满足要求,因此试验箱的制冷方式一般采用复叠式制冷.我司(上海尚群电子科技有限公司)生产的恒温恒湿箱的制冷系统由两部分组成.分别称为高温部分和低温部分,每一部分是一个相对独立的制冷系统.高温部分中制冷剂的蒸发吸收来自低温部分的制冷剂的热量而汽化;低温部分制冷剂的蒸发则从被冷却的对象(试验箱内的空气)吸热以获取冷量.高温部分和低温部分之间是用一个蒸发冷凝器联系起来,它既是高温部分的冷凝器,也是低温部分的冷凝器.STH系列试验箱的高温部分制冷剂采用中温制冷剂,低温部分制冷剂是采用低温制冷剂,箱内温度能达到-70-150℃.
1.制冷剂热物理特性的限制.
现在恒温恒湿试验箱中单级制冷循环基本上采用的中温制冷剂是R404A,在一个大气压下其蒸发温度是-46.5℃(R22/-40.7℃).但空气冷却式冷凝器传热温差通常取10℃左右(在强制送风散热循环下，蒸发器和内箱的温差),就是说箱内只能制取-36.5℃的低温.当然,通过调低压缩机的蒸发压力,可以将R404A制冷剂的最低蒸发温度降低到-50℃.所以要获取－50℃及以下的低温时必须采用中温制冷剂与低温制冷剂复叠式的制冷循环.制取－50℃～－80℃的低温,低温制冷剂一般选用R23它在一个大气压下的蒸发温度是-81.7℃.
2.单级压缩蒸气制冷循环压比的限制
单级蒸气压缩式制冷机的最低蒸发温度,主要取决于它的冷凝压力及压缩比.制冷剂的冷凝压力由制冷剂的类别和环境介质(如空气或水)的温度决定.在通常情况下,它处于0.7~1.8Mpa范围内,压缩比与冷凝压力和蒸发压力有关.当冷凝压力一定时,随着蒸发温度的降低,蒸发压力也相应下降,因而使压缩比上升.它将引起压缩机排气温度的升高、润滑油变稀、使润滑条件变坏、严重时甚至会出现结炭和拉缸现象.另一方面,压缩比的增大将导致压缩机的输气系数降低、制冷量减少、实际压缩过程偏离等熵过程越远、压缩机功耗增加、制冷系数下降、经济性降低，将出现以下一些影响.
a.任何制冷剂蒸发温度越低,则蒸发压力也就越低.过低的蒸发压力,有时可能造成压缩机难以吸气,或者使外界的空气进入制冷系统.
b.当蒸发温度过低时,某些常用制冷剂已达凝固温度,无法实现制冷剂的流动、循环.
c.蒸发压力降低,制冷剂的制冷量大大下降、体积增大、质量流量也会减少.为了获得所需制冷量,必须增大吸气容积,使压缩机体积过于庞大.
3.压缩机线圈散热的限制
单级压缩机工作时,在做-35℃左右.因为压缩机的线圈是旋空在压缩机中间的,这就产生一个问题:-35℃时,压缩机的低压是为负数值,也就是产生了一个真空度,这样线圈的顶端热量就没有办法散去,这样就会使压缩机表面是十分凉,可是实际上内部过高!(因为真空是最好的隔热介质)
由上可见:恒温恒湿试验箱针对-40℃机型可以采用单级制冷循环,也可以采用复叠式制冷循环系统.但单级制冷循环是靠调小压缩机的膨胀阀开启度,减小制冷剂流量限流来调低蒸发压力(约0.7个大气压),从而获得更低的蒸发温度.这样的设计是以牺牲系统的制冷量来达到的(制冷量约只有标准的0.7～0.8),导致制冷效率低并加大了压缩机的负载,而且易引起压缩机线圈过热影响了压缩机的寿命.
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