[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：
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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：
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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：
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蒸发器优化后箱内温度：
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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。
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