基本信息
- 项目名称：
- 单级压缩非共沸工质低温制冷装置的研究
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本装置采用R22/R23混合工质时，当以1：2配比的情况下对实验装置进行了一系列试验研究，成功地使冷柜温度稳定在-62.0℃，并且系统性能稳定。
- 详细介绍：
- 通过对国内外文献检索、分析，针对多元混合工质自动复叠循环制冷技术的研究现状进行理论分析，进一步深入研究单级压缩非共沸工质低温制冷循环的机理。首次提出了一种新型的多级冷凝过滤分离制冷循环，采用该循环实现了非共沸混合工质高、低沸点组元的高效分离。经过多次实验运行和装置改进，在装置改进的过程中提出了一种应用于复叠制冷系统中的液位自动控制的新型方法，设计并制作了虹吸式液位自动控制管，解决了自动复叠系统中暂时缺液现象。当采用R22/R23混合工质时，以1：2配比的情况下对实验装置进行了一系列试验研究，成功地使冷柜温度稳定在-62.0℃，并且系统性能稳定。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 随着高新技术的发展，各种新型试验、食品的冷藏冷冻以及医疗部门等行业都对特定的低温环境有了迫切的需要，许多行业学科需要-40℃以下的低温环境。要获得-40℃以下低温环境就必须采用单一工质的多级压缩制冷、混合工质的节流制冷或者复叠式制冷等制冷方式。 单级压缩非共沸工质低温制冷装置是利用非共沸混合工质的自然分离，单机单级实现-40℃以下低温的新型复叠制冷循环装置（又称为自动复叠制冷装置）。本装置的制冷循环以非共沸混合制冷剂R22和R23作为制冷工质，只使用一台单级蒸汽制冷压缩机，采用多级冷凝过滤分离装置(正在申报专利，申报号：200820091113.7)，实现高低沸点组分及润滑油的有效分离，同时提出了一种应用于复叠制冷系统中的液位自动控制的新型方法，设计并制作了虹吸式液位自动控制管(正在申报专利，申报号：200820091112.2)，解决了自动复叠系统中暂时缺液现象，并对该循环的性能从理论和实验两方面作了较系统的研究。
科学性、先进性
- (1)与常规的双级压缩制冷循环或者经典的复叠制冷循环相比，单级压缩非共沸工质低温制冷装置由于只采用了一台单级压缩机，从而降低了制造成本。并且低温端没有运动部件使其振动很小，结构简单紧凑，设计简单灵活，单级制冷压缩机的运行平稳，制造工艺己非常成熟，在普冷工况下运行也非常可靠，具有令人满意的可靠性和寿命长的特点。 (2)与以往的制冷循环相比，本装置充分利用混合工质的变温特性，使得它与变温热源之间实现最佳的温差匹配，减小由于传热温差引起的不可逆损失并使得系统的 得到提高。 (3)系统采用多级冷凝过滤分离装置，实现高低沸点组分的很好分离。另外，润滑油也在组分分离的过程中随高沸点组分制冷剂返回到压缩机，不会进入低温系统造成堵塞，影响系统运行。 （参考文献见研究报告）
获奖情况及鉴定结果
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
作品可展示的形式
- 实物 图片 录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1、多级冷凝过滤分离装置的应用 本实验装置采用了多级冷凝过滤分离装置对非共沸混合工质R22和R23进行分离，实验表明，在仅开启一级冷凝过滤分离器的情况下，R22和R23就有了很好的分离效果，并且使实验装置达到了较低的蒸发温度。 2、虹吸液位控制 本装置提出了一种应用于复叠制冷系统中的液位自动控制的新型方法，设计并制作了虹吸式液位自动控制管，解决了自动复叠系统中暂时缺液现象。当采用R22/R23混合工质时，以1：2配比的情况下，成功地使冷柜温度稳定在-62℃。 3、系统阻力优化 为了使实验装置中各个设备在系统调试的过程中便于操作，系统中设置了许多截止阀，增大了系统的阻力。减少系统局部阻力损失，是提高系统热力性能的有效措施。 自动复叠制冷循环的出现为低温温区的应用领域提供了一个崭新的方向。随着该技术的不断成熟，其在各个领域的运用将会越来越广泛。因此，这是一项值得投入人力和物力开发的新技术，可以取得良好的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 近年来，随着物理研究和材料科学的发展，每一类新体系的出现都会促使人们首先对其进行物理方面的实验探索。制冷技术是为了满足人们对低温条件的需要而产生和发展的。自1834年英国人Perkins发明了世界上第一台人工制冷机以来，制冷技术的发展迄今已经有一百多年的历史了。 2005年，浙江大学制冷与低温研究所的王生龙通过对精馏塔和回热器的改进，提高了精馏效果，减小了回热器中的阻力损失，提高了系统性能。并研究了阀门开度对系统的影响，发现主阀存在一个最佳开度，此时精馏效果最好，箱温最低，偏离此开度箱温升高、 COP降低。随着主阀开度增大，低压升高、压比变小。同样底阀也存在一个最佳开度，越偏离此开度，则压比越大，箱温越升高，COP越低，精馏效果一直随其开度的增大而变好。 2006年，上海理工大学刘训海采用R23/R134a混合工质，通过改变系统中混合工质配比得出各组分百分含量对制冷系统的蒸发压力、冷凝压力、冷柜的最低中心温度等有较大影响，在R23冲灌比例在40%左右时，制冷系统性能达到最佳。 2006年，天津商学院的姜春英、申江采用非共沸R22/R23混合制冷剂作为制冷工质，用精馏装置实现高低沸点组分及润滑油的有效分离。当配比为R23:R22=1:3,蒸发温度为-60.8℃时，COP值为0.096，当混合工质配比为R23:R22=1:2,蒸发温度为-61.1℃时，COP值为0.17。 综合国内外对混合工质应用研究，可以得出以下几个结论: （1）国内对混合工质的研究集中在替代现有单一制冷工质，主要针对替代混合工质对制冷机循环性能的影响与沸腾换热系数的研究等，较少涉及混合工质自然复叠制冷循环方面的研究。自然复叠制冷循环方面的文献成果主要集中在少数高校等科研单位。 （2）有关混合工质自然复叠制冷循环方面的研究的文章主要介绍自然复叠循环的应用，或者以某个公司的产品为例介绍自然复叠循环，均没有涉及到深层次的循环参数分析研究，这也是实现自然复叠循环所需解决的技术难题。 （3）对于自然复叠制冷循环系统的研究还处于初步阶段，国内研究的自然复叠系统的能效比与稳定性未能达到国际先进水平。
