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(cè)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(shí)提供一個(gè)熱冷受控，溫度均勻恒定的場(chǎng)源，對(duì)試驗(yàn)樣品或生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行恒定溫度試驗(yàn)或測(cè)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(yùn)行原理：
1、低溫恒溫槽部件：壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、 風(fēng)機(jī)、(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(yùn)行原理：壓縮機(jī)運(yùn)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(dòng)工作，給予固態(tài)繼電器電壓信號(hào)，固態(tài)繼電器導(dǎo)通，加熱管開(kāi)始工作，在低溫恒溫槽工作時(shí)，可利用整機(jī)的進(jìn)口和出口做機(jī)內(nèi)水源內(nèi)循環(huán)或者外循環(huán)，也可將機(jī)內(nèi)水源外引，在低溫恒溫槽體外做第二恒溫場(chǎng)。
低溫恒溫槽的核心部件壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)部電機(jī)會(huì)產(chǎn)生熱量，這部分熱量主要依靠壓縮機(jī)吸氣口的低溫回氣帶走，當(dāng)由于某種原因壓縮機(jī)熱量不能被帶走時(shí)，壓縮機(jī)主體的溫度會(huì)急劇上升達(dá)到某一溫度時(shí)，會(huì)觸發(fā)壓縮機(jī)過(guò)熱保護(hù)開(kāi)關(guān)啟動(dòng)，關(guān)閉壓縮機(jī)，嚴(yán)重情況下會(huì)損壞壓縮機(jī)，因此常規(guī)低溫恒溫槽為了保護(hù)壓縮機(jī)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?yàn)槟撤N原因（1.高溫時(shí)能夠快速將至所設(shè)定的較低溫度；2.高溫時(shí)能夠有一定量的制冷量輸出）需要在高溫時(shí)開(kāi)啟制冷壓縮機(jī)。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(kāi)啟制冷壓縮機(jī)，同時(shí)保證恒溫槽在20℃時(shí)制冷量為2KW。
上文提到壓縮機(jī)正常運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量主要有低溫的回氣來(lái)帶走，但是當(dāng)恒溫槽內(nèi)液體溫度較高時(shí)，壓縮機(jī)吸氣口的回氣將會(huì)有很大的過(guò)熱度（一般比槽內(nèi)溫度低10℃左右），回氣將無(wú)法帶走壓縮機(jī)的熱量，此時(shí)就需要對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，將部分將要進(jìn)入槽內(nèi)盤管的制冷劑液體經(jīng)過(guò)毛細(xì)管旁通至壓縮機(jī)的吸氣口處與高溫的回氣混合，以降低壓縮機(jī)吸氣口溫度，保證壓縮機(jī)溫度保持在合理范圍內(nèi)。
由于不同槽內(nèi)溫度壓縮機(jī)吸氣口溫度不盡相同，因此不同溫度點(diǎn)時(shí)的旁通制冷劑流量也不盡相同，下面進(jìn)行理論計(jì)算。
首行理論計(jì)算的假設(shè)，假設(shè)1. 通過(guò)液槽內(nèi)制冷劑單位時(shí)間質(zhì)量流量為M1，流出液槽時(shí)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(shí)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(shí)的制冷劑焓值為HT。
通過(guò)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(shí)，制冷劑流出槽內(nèi)時(shí)為30℃
M1（H30-H10）=M2（H10-） è
M1（399.6-382）=M2（382-245.4） è
M2/M1=0.13
說(shuō)明此溫度點(diǎn)下，旁通噴液的流量只需為進(jìn)入液槽內(nèi)流量的0.13即可。
可據(jù)此依次計(jì)算出50℃時(shí)質(zhì)量流量比為0.2，60℃時(shí)質(zhì)量流量比為0.27。
恒溫槽隨著溫度槽內(nèi)溫度較高時(shí)制冷量會(huì)相應(yīng)增大，由于客戶僅要求制冷量大于2000W即可，此時(shí)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(jī)功率過(guò)大以及節(jié)約能耗，機(jī)器在水槽內(nèi)溫度較高時(shí)將通過(guò)調(diào)節(jié)流入槽內(nèi)的制冷劑流量來(lái)調(diào)節(jié)制冷量。首先假設(shè)在槽內(nèi)溫度為70℃時(shí)將流量降溫原來(lái)的2/3，在槽內(nèi)溫度為90℃時(shí)將流量降溫原來(lái)的1/3。下面進(jìn)行計(jì)算。
水槽溫度70℃時(shí)，制冷劑流出槽內(nèi)時(shí)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(jì)算出80℃時(shí)質(zhì)量流量比為0.32，90℃時(shí)質(zhì)量流量比為0.19。
通過(guò)以上計(jì)算暫將噴液毛細(xì)管定為三只，每只毛細(xì)管流量為進(jìn)入液槽內(nèi)毛細(xì)管流量的0.1，將進(jìn)入液槽的毛細(xì)管同時(shí)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(shí)噴液毛細(xì)管不開(kāi)啟、進(jìn)入液槽的毛細(xì)管全部開(kāi)啟；
2. 槽內(nèi)溫度高于40℃小于50℃時(shí)噴液毛細(xì)管開(kāi)啟一根、進(jìn)入液槽的毛細(xì)管全部開(kāi)啟；
3. 槽內(nèi)溫度高于50℃小于60℃時(shí)噴液毛細(xì)管開(kāi)啟兩根、進(jìn)入液槽的毛細(xì)管全部開(kāi)啟；
4. 槽內(nèi)溫度高于60℃小于70℃時(shí)噴液毛細(xì)管開(kāi)啟三根、進(jìn)入液槽的毛細(xì)管全部開(kāi)啟；
5. 槽內(nèi)溫度高于70℃小于90℃時(shí)噴液毛細(xì)管開(kāi)啟三根、進(jìn)入液槽的毛細(xì)管開(kāi)啟兩根；
6. 槽內(nèi)溫度高于90℃時(shí)噴液毛細(xì)管開(kāi)啟三根、進(jìn)入液槽的毛細(xì)管開(kāi)啟一根；（注：毛細(xì)管的開(kāi)啟通過(guò)溫度開(kāi)關(guān)控制與毛細(xì)管串聯(lián)電磁閥的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)計(jì)算可知上述控制方式壓縮機(jī)吸氣口回氣溫度將在10℃上下波動(dòng)，但足以帶走壓縮機(jī)熱量）
經(jīng)過(guò)理論計(jì)算，本機(jī)進(jìn)入實(shí)際試制階段，在樣機(jī)調(diào)試階段，通過(guò)測(cè)量壓縮機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)都在合理范圍內(nèi)，整機(jī)性能指標(biāo)能滿足設(shè)計(jì)要求，樣機(jī)試制結(jié)束可以交付客戶使用。
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