[i=s]本帖最后由lzb4017700于2010-11-2520:31编辑[/i]
1引言
一85℃低温保存箱广泛应用于血站、医院、生
物实验室，主要保存血浆、组织、生物样本等；在电子、材料研究领域也得到越来越多的应用，用于电子器件和特殊材料的低温实验等。单级自复叠与二元单级复叠循环是一80℃以下低温产品所采用的两种主要制冷方式，虽然国内对这两种制冷循环研究较多，但产品商业化还存在着许多技术难点，使得该类型产品长期依靠进口。
在充分调研国外现有产品性能与安全可靠性指标基础上，选用二元单级复叠制冷循环成功开发出一86℃低温保存箱，并进行了系列化扩展。该产品的研制成功，彻底打破了国外产品长期垄断的局面。以380L立式柜为例，对产品开发中的关键问题进行探讨。
2制冷循环：
高温工质经高温压缩机A压缩后，进入冷凝器C冷凝成液体，并进人节流阀D节流，然后在冷凝蒸发器E中蒸发为低温侧排气降温冷凝，蒸发后的气体回到高温压缩机吸气管路，经气液分离器F后进入高温压缩机，完成整个循环。低温工质气体混合物经过低温压缩机B压缩后进人油分离器G，在在重力作用下润滑油下落到油分离器底部被重新吸回低温压缩机，气态制冷剂则进入冷凝蒸发器E，冷凝成液体后进人节流阀K节流，然后在蒸发器H中蒸发制冷，蒸发后工质变为气态进入吸气管路，回到低温压缩机，完成整个循环。
2．2制冷剂的选择高、低温制冷系统各自独立循环，高温部分使用的制冷剂有R500、R22、R502、R404A等；低温部分使用的制冷剂有R503、RL3、R23、R508等。从环保方面考虑，制冷剂选用R404A／R23，这两种制冷剂无毒、安全性高，ODP和CLP均为零。
2．3主要设计参数低温箱为立式结构，内部尺寸：高1220mm，宽500ram，深620mm，有效容积380L。高温部分：蒸发温度t。=一39℃，蒸发压力P|=139．4kPa，吸气过热度20℃；冷凝温度t。=38℃，冷凝压力P。=1729．7kPa，压比为12．4。低温部分：蒸发温度‘。=一90℃，蒸发压力62．49kPa，吸气过热度为50℃，中间温度(冷凝温度)t．=一360C，冷凝压力Pc=822．08kPa，压比。
3系统设计关键点
蒸发器、冷凝蒸发器、低温段节流装置、安全保护等是该系统设计的重点与难点所在，高温段制冷量以低温段热负荷为依据，其热力计算方法比较成熟，在此不多做介绍。
3．1蒸发器的设计
在蒸发器外表面对空气的换热过程中，自然对流的表面传热系数较小(一般在10W／m2·K以下)，因此辐射换热相对来说不可忽视。综合计算空气侧的表面传热系数％必须同时考虑对流和辐射，计算公式如下：
式中：Or。，a。一空气侧的表面传热系数和辐射传热系数，单位为w／(m2·K)；沙一曝光系数，对于平板可取为1．0。
低温保存箱内温度较低，在低温状态下自然对流对箱内温度均匀性会有大的影响。空气温度不均匀对温度要求较高的物品保存不利，缩短保存期限。为了减少在高度方向上的温差，主要从以下两个方面进行优化。
一方面，改进蒸发器布置方式。在利用CFD软件对箱内温度场模拟仿真的基础上，对蒸发器结构进行优化布置。蒸发器工质流动方向为上进下出，并采取上密下疏的布置方式，这种布置方式蒸发器盘管大部分换热面积集中在低温箱上部，使上部冷壁面附近的空气得到迅速和较强烈的冷却，加强箱内自然对流强度，提高温度均匀性。
另一方面，减少温差改善箱内温度分布的均匀性。内胆选用不锈钢板，蒸发器盘管与内胆之间均匀涂抹导热硅脂，这些措施强化了低温箱内壁的传热过程，使得内壁面温度接近蒸发温度。
(a)蒸发器优化前箱内温度：
蒸发器优化后箱内温度：
图2是在压缩机正常启停条件下，蒸发结构优化前后箱内温度分布的试验对比。可以看出优化前箱内温度均匀性比较差，在箱内设定温度为一gOT；时，上下温差最大值为7．4″C，其主要原因是箱内上层温度偏高。优化后在同样设定温度下，箱内温差最大值降为4．5℃，温度均匀性得到
较大改善。
3．2冷凝蒸发器
冷凝蒸发器选用套管式换热器，内部为踟．
35×0．75ram紫铜管，外部为Or2．7×0．$mm紫铜管，采用逆流形式，内部为低温级制冷剂冷凝通道，外部为高温级制冷剂蒸发通道。冷凝蒸发器设计的关键是传热温差和中间温度的确定，确定出中间温度后可根据换热量计算其传热面积及其长度。
3．2．1传热温差的确定复叠式制冷为增加单位制冷量，减少换热设
备的火用损，应该尽量改善设备换热条件，降低传热温差⋯。冷凝蒸发器传热温差的大小影响到传热面积和冷量损耗，温差选得大，冷凝蒸发器的面积可小些，但却使压力比增加，循环经济性降
低心】，本设计传热温差选3℃。
3．2．2中间温度的确定复叠式制冷循环中间温度的确定应根据制冷
系数最大或各个压缩机压力比大致相等的原则，前者对能量利用最经济，后者对压缩机气缸工作容积的利用率较高(即输气系数较大)。由于中间温度在一定范围内变动时对制冷系数影响并不大，故按各级压力比大致相等的原则来确定中间温度。
顶！学习中。。。。。
lzb4017700研究的很透彻，不过箱体温度均匀性还需要再提高一些，计量标准要求低温在±3℃内。不知道你测温度用的是什么探头？
有可能降不下去，你开箱门后，结了这么多冰霜。1.水和冰的比热很大，降温效果不佳；2。低温制冷系统蒸发器被冰封住，不能很好的热传递。
在低温下开箱门对箱子寿命影响还是很大的
楼主的东西确实不错呀，但是有个使用中的问题我这里说下吧。。
就是在箱体温度已经稳定在-85度的时候我要开门拿东西的话会不会导致温度降不下去的后果呢？（某国外品牌的可就降不下去了。。。）
`帮顶一下.
[i=s]本帖最后由lzb4017700于2010-11-2520:30编辑[/i]
根据迈勒普拉斯特公式，中间温度(低温段冷凝温度）
3．3节流装置设计毛细管因其结构简单、工作可靠、价格低廉等优点而越来越多地用于各种小型制冷设备中。在普通制冷设备设计时毛细管内径一般取lmm以内，但本产品低温工质在毛细管内流动时温度较低(一36℃一一90℃)，残余的润滑油在低温环境极易凝结形成油堵。为了降低毛细管油堵风险，所选毛细管内径应比传统毛细管大些，在此毛细管内径取I．5mm。可采用计算法、图解法或类比法估算毛细管的长度，同时毛细管长度在估算基础上通过试验进行调整。计算法选配毛细管的公式很多，采用的公式如下：
式中：G一制冷剂流量，g／s；AP一毛细管进、出口压力差，MPa；L一毛细管长度，nl；D一毛细管的内直径，m／n。
3．4油分离措施在低温段由于蒸发温度较低，润滑油易从制冷剂中分离并凝结，低温保存箱长期运行会使润滑油过多的存人毛细管、冷凝蒸发器、蒸发器中，堵塞毛细管，影响换热器换热效果。所以应尽可能的使油气彻底分离，在低温段需设置高效油分离器。
在低温段吸气过热较大压缩机排气温度较高，在高排气温度下油分离器分油效果变差。一方面尽量减少低温机吸气过热度；另一方面增设风机对压缩机排气部分进行强制风冷，这样不仅能改善排气过高分油效果不良问题，还降低了压缩机温度，提高了排气冷凝效果。，
3．5安全性设计
安全陛设计主要从防止压缩机液击、降低停机系统内压力、排气压力保护、电压保护等方面考虑。
3．5．I气液分离器由于空间限制在高温与低温段均不设回热器，低温段由于蒸发温度与环境温度相差悬殊，吸气极易过热不会出现吸气带液现象；在高温段由于不设回热器，则必须设置气液分离器，避免启动或负荷变化较大时液击。
3．5．2膨胀容器：
在设备停止运转时，由于系统内的温度升高到了环境温度，低温制冷剂全部气化为过热蒸汽，存在着系统压力高于规定压力的情况，这种情况是不允许的。
膨胀容器的容积可按如下方法计算：
低温段制冷剂灌注量不大，且油分离器与较长的蒸发器管路增大了内部容积，不存在停机过压问题，故不需要设置膨胀容器，但是膨胀容器设置与否要根据系统情况通过计算确定。
3．5．3排气压力保护在设备运转过程中高温机异常或者停机，会造成低温机排气温度、排气压力压力显著提高；在启动阶段，如果高温机降温不充分低温机便启动，也会造成低温机排气压力过高现象。为了防止排气压力过高损坏低温压缩机，在低温排气管路上需设置压力保护开关。
3．5．4电压保护电压稳定是保证低温保存箱长期可靠运行的关键，为了保护压缩机以及增加压缩机使用寿命，一般是在低温保存设备用电前端加设稳压电源，这无形增加了用户的成本。本设计在电路上增加电压调节系统，当电网电压波动使得电压降(或升)至一定幅度时，该变压器接人相应幅度的增
压(或减压)，以保持压缩机工作电压的平稳。从而避免因电网电压波动造成的压缩机不能达到设计工况而造成性能下降、启动不良等问题。当输入电压降低至180V，超过电压调节装置调节能力时，自动停机保护压缩机及附件。
4.运行结果：
设备降温曲线：
本机选用两台丹佛斯SC21CLLBP的全封闭式压缩机，箱内有效容积380L，经过测试箱内最低温度达到了一86℃，并实现正常启停。经过试验和用户试用，该产品制冷性能、可靠性、安全性等指标均满足《低温保存箱》国家标准要求。
5总结与讨论
产品设计是一个复杂的过程，不仅满足性能还要兼顾成本、寿命、安全、环保、可靠性等诸方面。低温保存箱因蒸发温度低，设计中要全面考虑回油、系统安全压力、保温材料选用、箱内温度均匀性等一系列问题。保温材料选用、密封结构设计在本文没有提及，将在以后的研究中进行深入讨论。另外，由于传热损失影响，在高温侧设计计算时其制冷量要在低温侧热负荷的基础上增加15%—20%.
望各位看贴的大虾积极的提出各方面的意见！！！！
