【技術(shù)篇】關(guān)于高低溫濕熱試驗(yàn)箱你知道多少？

摘要：R404A和R23為制冷劑的復(fù)疊制冷機(jī)組，不但滿足了制取-80℃的低溫要求，還具有環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。通常我們的高低溫箱采用的是復(fù)疊式制冷系統(tǒng)，那么我們下面對復(fù)疊機(jī)組設(shè)計(jì)中涉及到的幾個關(guān)鍵問題及其解決方法進(jìn)行分析和闡述：

一、組成：

復(fù)疊式制冷機(jī)組通常由兩個部分(也可由三個部分) 組成 ,分別稱為高溫部分及低溫部分。高溫部分使用中溫制冷劑 ,低溫部分使用低溫制冷劑 ,而每一部分都是一個完整的單級或雙級壓縮制冷系統(tǒng)。高溫部分系統(tǒng)中制冷劑的蒸發(fā)是用來使低溫部分系統(tǒng)中制冷劑冷凝 ,而只有低溫部分系統(tǒng)的制冷劑在蒸發(fā)時才制取冷量。高溫部分和低溫部分用一個冷凝蒸發(fā)器聯(lián)系起來 ,它既是高溫部分的蒸發(fā)器 ,又是低溫部分的冷凝器。

低溫部分 :A. 壓縮機(jī) ;D. 冷凝器 ; G. 節(jié)流閥 ; E. 蒸發(fā)器

二、機(jī)組主要性能指標(biāo)

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

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

總功率 (kW) : N = N d + N g = 17. 74KW

性能系數(shù) : CO P = Q0/ N = 0. 56。

2.1 相關(guān)熱力計(jì)算

復(fù)疊式制冷循環(huán)的熱力計(jì)算可分別對高溫部分及低溫部分單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算中令高溫部分的制冷量等于低溫部分的冷凝熱負(fù)荷加上冷損。計(jì)算方法與單級或兩級壓縮制冷循環(huán)的熱力計(jì)算相同。

2.2中間溫度的確定：

復(fù)疊式制冷循環(huán)中中間溫度的確定應(yīng)根據(jù)制冷系數(shù)最大或各個壓縮機(jī)壓力比大致相等的原則。前者對能量利用經(jīng)濟(jì) ,后者對壓縮機(jī)氣缸工作容積的利用率較高 (即輸氣系數(shù)較大) 。由于中間溫度在一定范圍內(nèi)變動時對制冷系數(shù)影響并不大 ,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合理。

我們以可以根據(jù)邁勒普拉薩特公式 ,理論計(jì)算下低溫復(fù)疊機(jī)組的中間溫度 (低溫段冷凝溫度) ：

式中：

Δ T 為冷凝蒸發(fā)器傳熱溫差 ( K) ; 

Te 為蒸發(fā)溫度( K) 。

- 33 ℃。

2.3傳熱溫差的確定

冷凝蒸發(fā)器傳熱溫差的大小不僅影響到傳熱面積和冷量損耗，而且也影響到整個制冷機(jī)的容量和經(jīng)濟(jì)性，一般Δt = 5～10 ℃，溫差選得大 ，冷凝蒸發(fā)器的面積可小些，但卻使壓力比增加 ，循環(huán)經(jīng)濟(jì)性降低。

系統(tǒng)中高溫段采用熱氣旁通到膨脹閥與蒸發(fā)器之間的調(diào)節(jié)閥 ,旁通的熱氣通過一個氣液混合器混合后進(jìn)入蒸發(fā)器 ,相當(dāng)于熱氣為蒸發(fā)器提供了一個“虛負(fù)荷",達(dá)到減載的目的 ,同時盡管實(shí)際負(fù)荷較低 ,熱力膨脹閥仍能控制向蒸發(fā)器的供液量充足 ,以保證蒸發(fā)器中有足夠的制冷劑流速 ,不會出現(xiàn)回油困難。

低溫段由于調(diào)節(jié)閥體材料使用溫度的限制 ,采用了熱氣旁通到吸氣管的能量調(diào)節(jié)閥來改變壓縮機(jī)的有效排氣量的方法 ,采用這種能量調(diào)節(jié)閥 ,會導(dǎo)致吸氣過熱 ,需要對壓縮機(jī)采用噴液冷卻系統(tǒng)。

四、膨脹容器

復(fù)疊機(jī)組停止運(yùn)轉(zhuǎn)時 ,由于系統(tǒng)內(nèi)的溫度升高到了環(huán)境溫度 ,低溫制冷劑全部氣化成過熱蒸汽 ,并且將高于規(guī)定的最大工作壓力 ,這種情況是不允許的。因此要在系統(tǒng)中接入一個膨脹容器 ,以便在停機(jī)后大部分的制冷劑蒸汽進(jìn)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

V d 為不計(jì)膨脹容器容積時 ,低溫部分的制冷系統(tǒng)總?cè)莘e (m3) ; 

vd 為設(shè)計(jì)溫度、吸氣壓力下低溫系統(tǒng)制冷劑過熱氣體比容(m3/ kg) ; 

本設(shè)計(jì)取設(shè)計(jì)溫度 38 ℃,設(shè)計(jì)壓力 1. 5 MPa。

五、總結(jié)：

在當(dāng)前和今后的制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)中 ,要盡可能考慮到環(huán)保問題 ,盡量選用環(huán)保的制冷劑 ,即使?fàn)奚糠中阅芤彩侵档玫?。?fù)疊機(jī)組因其蒸發(fā)溫度很低 ,設(shè)計(jì)中要全面考慮到回油問題、冷量調(diào)節(jié)問題、膨脹容器的設(shè)計(jì)、制造材料的選用等一系列問題。筆者就 R404A/ R23 復(fù)疊機(jī)組設(shè)計(jì)中的一些問題的處理做了粗淺的分析和說明 ,不當(dāng)之處請各位專家指正。

六、實(shí)際案例：

我們上一次課程，得到的負(fù)荷求和，我們再乘以一個余量1.2；得到最后的結(jié)果如下：

我們用以上的結(jié)果，來設(shè)計(jì)一套-70℃的高低溫箱的制冷系統(tǒng)：

選擇高溫級的設(shè)計(jì)參數(shù)：

Excel自動計(jì)算出結(jié)果：

以上為本套高低溫箱熱力計(jì)算的數(shù)據(jù)。

高低溫試驗(yàn)箱制冷循環(huán)均采用逆卡若循環(huán)，該循環(huán)由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成，其過程如下：制冷劑經(jīng)壓縮機(jī)絕熱壓縮到較高的壓力，消耗了功使排氣溫度升高，之后制冷劑經(jīng)冷凝器等溫地和四周介質(zhì)進(jìn)行熱交換將熱量傳給四周介質(zhì)。后制冷劑經(jīng)截流閥絕熱膨脹做功，這時制冷劑溫度降低。未尾制冷劑通過蒸發(fā)器等溫地從溫度較高的物體吸熱，使被冷卻物體溫度降低。此循環(huán)周而復(fù)始從而達(dá)到降溫之目的;

為了保證試驗(yàn)箱對降溫速率和MIN溫度的要求，高低溫試驗(yàn)箱的制冷系統(tǒng)采用進(jìn)口壓縮機(jī)所組成的復(fù)疊式制冷系統(tǒng)，該制冷系統(tǒng)具有匹配合理、可靠性高、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn);

制冷方式

高低溫試驗(yàn)箱低溫室自動除霜，經(jīng)過電磁閥自動轉(zhuǎn)換將壓縮機(jī)排氣端高溫高壓氣體引入制冷蒸發(fā)器，使得蒸發(fā)器表面溫度升高，凝結(jié)水排出室外;

高低溫試驗(yàn)箱制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用能量調(diào)節(jié)技術(shù)，一種行之有效的處理方式既能保證在制冷機(jī)組正常運(yùn)行的情況下又能對制冷系統(tǒng)的能耗及制冷量進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，使制冷系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用下降到較為經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)

高低溫濕熱試驗(yàn)箱低溫控制方式：制冷循環(huán)均采用逆向卡諾循環(huán)，該循環(huán)由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成，其過程如下：制冷工質(zhì)從冷庫定壓氣化吸熱后（此時工質(zhì)通常為干飽和蒸氣或接近干飽和蒸氣），再進(jìn)入壓縮機(jī)在絕熱狀態(tài)下壓縮，溫度超過環(huán)境溫度，然后進(jìn)入冷凝器向環(huán)境介質(zhì)等壓散熱；在冷凝器內(nèi)，過熱的制冷劑蒸氣先等壓降溫到對應(yīng)于當(dāng)前壓力的飽和溫度，然后繼續(xù)等壓（同時也是等溫）冷凝成飽和液狀態(tài)，進(jìn)入節(jié)流閥，在節(jié)流閥處絕熱節(jié)流降溫、降壓至對應(yīng)于循環(huán)起始壓力的濕飽和蒸氣狀態(tài)，再進(jìn)入冷庫氣化吸熱，完成循環(huán)，和四周介質(zhì)進(jìn)行熱交換將熱量傳給四周介質(zhì)

適用于航空航天產(chǎn)品、信息電子儀器儀表、材料、電工、電子產(chǎn)品、各種電子元器件，在高溫、低溫或濕熱環(huán)境下的各項(xiàng)性能指標(biāo)的檢驗(yàn)。

在熱環(huán)境下暴露的可降解塑料可能發(fā)生多種物理和化學(xué)變化。暴露時間的長短和溫度的高低決定了發(fā)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(dǎo)期，這個過程會發(fā)生抗氧劑和增塑劑的消耗。物理性能如拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、伸長率和模量可能在誘導(dǎo)期內(nèi)引起變化；然而，這些變化通常不是由于分子量的降低，而僅僅是一種隨溫度變化的響應(yīng)，如結(jié)晶度增加或揮發(fā)物減少或二者同時發(fā)生。

一般情況下，塑料在高溫下的短期暴露會釋放出易揮發(fā)物質(zhì)，如水分、溶劑或增塑劑；減少模塑應(yīng)力；增進(jìn)熱固性塑料固化；提高結(jié)晶度；并使增塑劑或著色劑或二者均發(fā)生顏色變化。通常，隨著揮發(fā)物的減少或進(jìn)一步的聚合反應(yīng)將會出現(xiàn)進(jìn)步收縮。某些塑料，如PVC，可能會由于增塑劑的損失或聚合物分子鏈的斷裂面變化。聚丙烯及其共聚物在分子發(fā)生降解時往往會變得非常脆，而聚乙烯則會在拉伸強(qiáng)度和伸長率變小和脆化之前變?nèi)彳?。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(shè)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(chǎn)品在高溫氣候環(huán)境下儲存、運(yùn)輸、使用的適應(yīng)性的方法。試驗(yàn)的嚴(yán)苛程度取決于高溫的溫度和曝露持續(xù)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(yàn)、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(huán)境更高的溫度下暴露，以期在短時間內(nèi)獲得橡膠自然老化的效果。耐熱試驗(yàn)是指試樣暴露在與橡膠使用環(huán)境相同的溫變下的試驗(yàn)。

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

· 使材料性能發(fā)生變化

· 彈性元件的彈性或機(jī)械性能強(qiáng)度降低,縮短產(chǎn)品使用壽命

· 橡膠等柔韌性材料的彈性降低，并產(chǎn)生破裂；

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

高低溫濕熱試驗(yàn)室采用平衡調(diào)溫調(diào)濕方式，可獲得準(zhǔn)確的溫濕度環(huán)境。具有穩(wěn)定、平衡的加熱加濕性能，可進(jìn)行高精度、高溫度的溫濕度控制。裝備智能化的溫度調(diào)節(jié)器，溫濕度采用彩色液晶觸摸顯示屏，可進(jìn)行各種復(fù)雜的程序設(shè)定，程序設(shè)定采用對話方式，操作簡單、迅速制冷回路自動選擇，自控裝置具有隨溫度的設(shè)定值自動選擇運(yùn)轉(zhuǎn)制冷回路的性能，實(shí)現(xiàn)高溫度狀態(tài)下的直接啟動制冷，直接降溫。

　　該試驗(yàn)室可以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程的全程記錄和追溯，每臺電機(jī)均配置過流保護(hù)/加熱器設(shè)置短路保護(hù)，確保了設(shè)備運(yùn)行期間的風(fēng)量及加熱的高可靠性，配備USB接口、以太網(wǎng)通訊功能，使得通訊和軟件擴(kuò)展功能滿足客戶的多種需要。選用流行的制冷控制模式，較傳統(tǒng)的加熱平衡控溫模式耗能減少30%，節(jié)能省電。箱體通常由圍護(hù)結(jié)構(gòu)、風(fēng)道系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、室內(nèi)測試架構(gòu)等組成。

在使用時，這些細(xì)節(jié)不能忽略，具體是哪些呢？一起來跟著小編看看吧。

2、非技術(shù)人員不可對本機(jī)器進(jìn)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(jiān)護(hù)的情況下進(jìn)行操作，以免發(fā)生意外事故。

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

6、長時間停機(jī)不用，會影響系統(tǒng)的有效使用壽命，因此，系統(tǒng)每10天至少要開機(jī)運(yùn)行一次。不要在短時間內(nèi)反復(fù)地使系統(tǒng)。運(yùn)行一停止，每小時啟動次數(shù)應(yīng)小于5次，每次開-停的時間間隔不小于3min。不要在低溫時打開大門，以防止損壞門密封帶。

8、定期（每3個月）清洗蒸發(fā)（除濕）器：因試品的潔凈等級各異，在強(qiáng)制風(fēng)循環(huán)作用下，蒸發(fā)（除濕）器上會凝聚很多塵埃等小顆粒物體，應(yīng)定期進(jìn)行清洗。

10、加濕器定期清洗，以免產(chǎn)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(fā)器擋板，使用軟質(zhì)刷子洗刷加濕器，用清水沖洗后及時排干。

11、濕球的測試布要經(jīng)常檢查，當(dāng)測試布表面不干凈或變硬，須予以更換，否則會影響到控制系統(tǒng)對濕度感測試的準(zhǔn)確性。測試布一般三個月更換一次，更換時先把積水頭清洗干凈，用清潔布將測溫體擦拭干凈再換上測試布，更換新測試布時應(yīng)保證手部清潔。

• 上海卷柔儀器設(shè)備有限公司是一家高科技合資企業(yè),生產(chǎn)銷售鹽霧箱、恒溫恒濕機(jī)、冷熱沖擊機(jī)、振動試驗(yàn)機(jī)、機(jī)械沖擊機(jī)、跌落試驗(yàn)機(jī)的環(huán)境試驗(yàn)儀器的公司，研發(fā)生產(chǎn)銷售經(jīng)營各類可靠性環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備。經(jīng)驗(yàn)豐富，并得到許多國內(nèi)外廠商的信賴與支持。

• 　　自公司成立以來,多次服務(wù)于國內(nèi)外大學(xué)和研究所等檢測機(jī)構(gòu),如清華大學(xué)、蘇州大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京工業(yè)大學(xué)、法國申美檢測、中科院物理所、中科院，SGS等**單位提供實(shí)施室方案和設(shè)備及其相關(guān)服務(wù)。努力開發(fā)半導(dǎo)體、光電、光通訊、航天太空、生物科技、食品、化工、制藥等行業(yè)產(chǎn)品所需的測試設(shè)備裝置。公司擁有一支的研發(fā)、生產(chǎn)和售後隊(duì)伍，從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務(wù)，每一個環(huán)節(jié)都以客戶的觀點(diǎn)與需求作為思考的出發(fā)點(diǎn)。

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  　　為適應(yīng)市場快速變化及客戶多樣化的要求，上海卷柔儀器設(shè)備有限公司研發(fā)了性能與可靠性**JianHuTest產(chǎn)品系列.從精密零件到電腦資訊系統(tǒng)及有線無線通訊產(chǎn)業(yè)，均可提供高品質(zhì)的設(shè)備與完善的售后服務(wù)。

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• 　　上海卷柔榮獲企業(yè)，表明上海卷柔在技術(shù)、科技成果轉(zhuǎn)化、擁有自主知識產(chǎn)權(quán)等方面得到了國家的高度認(rèn)可。卷柔一直秉承"服務(wù)以人為本"的宗旨，為廣大客戶提供精良的設(shè)備及優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，提供的送貨上門、安裝調(diào)試、一年的設(shè)備保養(yǎng)、終身維修，技術(shù)指導(dǎo)服務(wù)。始終如一的以"努力、合作、飛躍"的精神自我完善、不斷發(fā)展、讓客戶與公司實(shí)現(xiàn)雙贏局面。
  　　

• 卷柔是集設(shè)計(jì)、銷售、研發(fā)、維修服務(wù)等為一體的綜合集團(tuán)公司，從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務(wù)，每一個環(huán)節(jié)之間，都以客戶的觀點(diǎn)與需求作為思考的出發(fā)點(diǎn)，提供的環(huán)境設(shè)備。公司創(chuàng)始人從事儀器設(shè)備行業(yè)20余年，經(jīng)驗(yàn)豐富、資歷雄厚，帶領(lǐng)卷柔公司全體同仁攜手共建輝煌明天。公司成立以來，積極投入電子電工，航空，航天，生物科技，各大院校，及科研單位等行業(yè)所需的產(chǎn)品測試設(shè)備裝置。
  　　

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• 卷柔擁有一支的研發(fā)、生產(chǎn)和售后服務(wù)隊(duì)伍，從產(chǎn)品的研發(fā)到售后服務(wù)，每一個環(huán)節(jié)都以客戶的觀點(diǎn)與需求作為思考的出發(fā)點(diǎn)，目前擁有博士學(xué)位2人，碩士5人，參與環(huán)境試驗(yàn)箱國家標(biāo)準(zhǔn)起草和發(fā)行。企業(yè)制定標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)里通過ISO9001。是中國儀器儀表學(xué)會會員和理事單位。曾榮獲CCTV《中國儀器儀表20強(qiáng)品牌》殊榮，2010年入駐上海世博會民企館。卷柔自創(chuàng)辦以來，參與3項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)起草與制定，獲得40+件原創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)、軟著、集成電路)，6次獲得上海科技型中小企業(yè)稱號，合作過3200+家合作客戶(其中世界500強(qiáng)高校600家)。
  　　

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• 卷柔儀器今后必將牢記為客戶提供優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)的宗旨，不忘為行業(yè)貢獻(xiàn)前沿科學(xué)和技術(shù)的初心，再接再厲，砥礪前行！

• 【卷柔儀器簡介:成立2005年，是一家研發(fā)，生產(chǎn)，銷售及售后齊全的綜合性設(shè)備生產(chǎn)單位，多次評為科技型中小企業(yè)，并是國家，客戶遍布高分子，汽車，半導(dǎo)體，塑膠，五金，科研院校，第三方檢測等】

• 　　【公司總部

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