一 前言
無論是低溫領域還是普冷領域對非共沸混合工質自動復疊制冷循環(huán)都有著濃厚的興趣。采用混合工質可以實現(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動混合工質節(jié)流制冷具有很高的可靠性、效率和很強的適應性，從而廣泛應用于醫(yī)療、軍工、食品、生物等高科技領域內。本文介紹了帶精餾塔的自動復疊制冷循環(huán)系統(tǒng)的實驗裝置，針對不同混合工質配比情況，分別進行實驗，通過對實驗結果的分析，認識到混合工質不同配比時對系統(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，壓縮機的吸氣壓力為150kPa，壓比10，冷凝器出口溫度為28℃，混合工質中R13和R22的質量比是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混合工質的系統(tǒng)。
在混合工質自動復疊制冷循環(huán)中，從壓縮機出來的高溫高壓混合工質經冷凝器冷凝后，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*，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料口進入精餾塔，在精餾塔的上部有一個蛇型盤管冷凝器，冷凝器盤管內流動的是經過節(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揮發(fā)，通過精餾塔精餾后從塔頂流出。
三 實驗結果及分析
3.1 不同配比時系統(tǒng)的降溫情況
工質配比是R13:R22=1:3和R13:R22=1:2時系統(tǒng)運行的降溫曲線?？梢钥闯觯S著制冷系統(tǒng)的正常運行，蒸發(fā)器進口溫度T14和低溫箱內的溫度T18有相同的降溫趨勢。在開始運行的半小時之內系統(tǒng)降溫速度很快，隨著箱內溫度達到一定的低溫，系統(tǒng)降溫速度趨于緩和，并逐漸達到一個穩(wěn)定的zui低溫度。配比為1:3時，蒸發(fā)器入口溫度達到-65℃以下，低溫箱能較好的保持在-58℃以下；當配比為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配比情況下的變化曲線。系統(tǒng)內工質的組成不同影響著壓力的變化情況。隨著R13質量濃度的增加，在系統(tǒng)開啟時，壓縮機的吸氣壓力上升的速度加快，同時，所能達到的zui高吸氣壓力也變大。當工質配比為R13:R22=1:3時，zui高排氣壓力為2.2MPa；當工質配比為R13:R22=1:2時，zui高排氣壓力達到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，當工質配比分別為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的配比，既能確保所要達到的制冷效果，也要確保壓縮機的正常運轉。
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果。從圖中可以看出，無論制冷劑的配比如何，隨著低溫箱內溫度的上升，系統(tǒng)的制冷量和COP都不同程度的呈上升趨勢。
3.3.1 混合物的配比為R13:R22=1:3時
當系統(tǒng)中制冷劑的配比為R13:R22=1:3時，控制低溫箱內的溫度從-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
當系統(tǒng)中制冷劑的配比為R13:R22=1:2時，控制低溫箱內的溫度從-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 結論
實驗表明：系統(tǒng)能達到的zui低蒸發(fā)溫度隨著系統(tǒng)中低沸點工質含量的增加而降低，當系統(tǒng)中工質配比分別是R13:R22=1:3和R13:R22=1:2時，低溫箱內溫度分別達到-58℃和-70℃；工質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，當工質中低沸點組元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，當系統(tǒng)中制冷劑的配比為R13:R22=1:3時，控制低溫箱內的溫度從-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。
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