2016-01-21
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低溫恒溫水槽廣泛用于石油、化工、電子儀表、物理、化學(xué)、生物工程、醫(yī)藥衛(wèi)生、生命科學(xué)、輕工食品、物性測試及化學(xué)分析等研究部門，高等院校，企業(yè)質(zhì)檢及生產(chǎn)部門，為用戶工作時提供一個熱冷受控，溫度均勻恒定的場源，對試驗樣品或生產(chǎn)的產(chǎn)品進行恒定溫度試驗或測試，也可作為直接加熱或制冷和輔助加熱或制冷的熱源或冷源。
低溫恒溫槽主要部件及運行原理：
1、低溫恒溫槽部件：壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、 風(fēng)機、(內(nèi)、外)循環(huán)水泵、不銹鋼內(nèi)膽、加熱管、PID智能溫控表。
2、低溫恒溫槽內(nèi)部運行原理：壓縮機運轉(zhuǎn)后經(jīng)吸氣-壓縮-排氣-冷凝-節(jié)流-再低溫蒸發(fā)吸熱汽化。使槽內(nèi)液體降至溫控表所設(shè)定的溫度。如溫控表設(shè)定溫度高于槽內(nèi)溫度，溫控表內(nèi)接觸器自動工作，給予固態(tài)繼電器電壓信號，固態(tài)繼電器導(dǎo)通，加熱管開始工作，在低溫恒溫槽工作時，可利用整機的進口和出口做機內(nèi)水源內(nèi)循環(huán)或者外循環(huán)，也可將機內(nèi)水源外引，在低溫恒溫槽體外做第二恒溫場。
低溫恒溫槽的核心部件壓縮機正常運轉(zhuǎn)時，內(nèi)部電機會產(chǎn)生熱量，這部分熱量主要依靠壓縮機吸氣口的低溫回氣帶走，當(dāng)由于某種原因壓縮機熱量不能被帶走時，壓縮機主體的溫度會急劇上升達到某一溫度時，會觸發(fā)壓縮機過熱保護開關(guān)啟動，關(guān)閉壓縮機，嚴(yán)重情況下會損壞壓縮機，因此常規(guī)低溫恒溫槽為了保護壓縮機一般禁止在槽內(nèi)溫度高于40℃。但也有部分用戶或者行業(yè)因為某種原因（1.高溫時能夠快速將至所設(shè)定的較低溫度；2.高溫時能夠有一定量的制冷量輸出）需要在高溫時開啟制冷壓縮機。本文試制產(chǎn)品即為上海交通大學(xué)定制恒溫槽，要求恒溫槽在5~99℃均可開啟制冷壓縮機，同時保證恒溫槽在20℃時制冷量為2KW。
上文提到壓縮機正常運行時產(chǎn)生的熱量主要有低溫的回氣來帶走，但是當(dāng)恒溫槽內(nèi)液體溫度較高時，壓縮機吸氣口的回氣將會有很大的過熱度（一般比槽內(nèi)溫度低10℃左右），回氣將無法帶走壓縮機的熱量，此時就需要對制冷系統(tǒng)進行改進，將部分將要進入槽內(nèi)盤管的制冷劑液體經(jīng)過毛細管旁通至壓縮機的吸氣口處與高溫的回氣混合，以降低壓縮機吸氣口溫度，保證壓縮機溫度保持在合理范圍內(nèi)。
由于不同槽內(nèi)溫度壓縮機吸氣口溫度不盡相同，因此不同溫度點時的旁通制冷劑流量也不盡相同，下面進行理論計算。
首行理論計算的假設(shè)，假設(shè)1. 通過液槽內(nèi)制冷劑單位時間質(zhì)量流量為M1，流出液槽時溫度為槽內(nèi)溫度減10℃，與旁通的制冷劑混合后溫度為10℃；2. 旁通制冷劑節(jié)流后干度為0.6，旁通制冷劑單位時間質(zhì)量流量為M2，旁通制冷劑節(jié)流后溫度為-16℃，與槽內(nèi)流出制冷劑混合后溫度為10℃；3. 溫度為T時的制冷劑焓值為HT。
通過能量守恒原理可知使液槽內(nèi)制冷劑降溫的能量等于使旁通制冷劑升溫的能量。則有下面等式：
水槽溫度40℃時，制冷劑流出槽內(nèi)時為30℃
M1（H30-H10）=M2（H10-） è
M1（399.6-382）=M2（382-245.4） è
M2/M1=0.13
說明此溫度點下，旁通噴液的流量只需為進入液槽內(nèi)流量的0.13即可。
可據(jù)此依次計算出50℃時質(zhì)量流量比為0.2，60℃時質(zhì)量流量比為0.27。
恒溫槽隨著溫度槽內(nèi)溫度較高時制冷量會相應(yīng)增大，由于客戶僅要求制冷量大于2000W即可，此時多余的制冷量就需要依靠自帶加熱器抵消，考慮到防止整機功率過大以及節(jié)約能耗，機器在水槽內(nèi)溫度較高時將通過調(diào)節(jié)流入槽內(nèi)的制冷劑流量來調(diào)節(jié)制冷量。首先假設(shè)在槽內(nèi)溫度為70℃時將流量降溫原來的2/3，在槽內(nèi)溫度為90℃時將流量降溫原來的1/3。下面進行計算。
水槽溫度70℃時，制冷劑流出槽內(nèi)時為60℃
（H60-H10）=M2（H10-） è
（427.5-382）=M2（382-245.4） è
M2/M1=0.22
可據(jù)此依次計算出80℃時質(zhì)量流量比為0.32，90℃時質(zhì)量流量比為0.19。
通過以上計算暫將噴液毛細管定為三只，每只毛細管流量為進入液槽內(nèi)毛細管流量的0.1，將進入液槽的毛細管同時也等分為3份，初步設(shè)想根據(jù)槽內(nèi)溫度控制方式為:
1. 槽內(nèi)溫度低于40℃時噴液毛細管不開啟、進入液槽的毛細管全部開啟；
2. 槽內(nèi)溫度高于40℃小于50℃時噴液毛細管開啟一根、進入液槽的毛細管全部開啟；
3. 槽內(nèi)溫度高于50℃小于60℃時噴液毛細管開啟兩根、進入液槽的毛細管全部開啟；
4. 槽內(nèi)溫度高于60℃小于70℃時噴液毛細管開啟三根、進入液槽的毛細管全部開啟；
5. 槽內(nèi)溫度高于70℃小于90℃時噴液毛細管開啟三根、進入液槽的毛細管開啟兩根；
6. 槽內(nèi)溫度高于90℃時噴液毛細管開啟三根、進入液槽的毛細管開啟一根；（注：毛細管的開啟通過溫度開關(guān)控制與毛細管串聯(lián)電磁閥的通斷來實現(xiàn)，通過計算可知上述控制方式壓縮機吸氣口回氣溫度將在10℃上下波動，但足以帶走壓縮機熱量）
經(jīng)過理論計算，本機進入實際試制階段，在樣機調(diào)試階段，通過測量壓縮機的各項運行參數(shù)都在合理范圍內(nèi)，整機性能指標(biāo)能滿足設(shè)計要求，樣機試制結(jié)束可以交付客戶使用。
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