超低温制冷

超低温系统用于实现实验室使用的低温浴或箱子,药物或生物样品的储存,金属的低温制造或极端温度的环境测试。

单级制冷系统实际可达到的**低温度约为-40**-50˚F。单级系统受压缩机的压缩比和必须冷凝制冷剂的环境温度的限制。只能通过使用级联制冷系统经济地实现从-50降**-120˚或更低的温度。

在典型的级联系统中,在“高侧”使用标准制冷系统以在级联冷凝器中产生低温。“低压侧”系统能够在-20**-30°的温度下冷凝,并在可用制冷剂进入真空之前蒸发**低**-120˚。较大的系统倾向于具有某种油分离器和油管理系统以将油保持在压缩机中。当系统关闭时,一些系统还使用膨胀罐来保持制冷剂在室温下不产生极端压力。

传统的高端制冷剂是CFC-12,HCFC-22和CFC-502。替代高端制冷剂是HFC-134a,HFC-404A和HFC-507。

传统的低端制冷剂是CFC-13和CFC-503。替代低端制冷剂是HFC-23和HFC-508B。

油循环

标准冷冻机油在低温下会变得非常厚,并且不会在系统周围回流到压缩机。如果压缩机变得太冷,则油会在压缩机油池内胶化,而不会提供润滑。许多系统依靠制冷剂浸入油中并将其移动到系统周围。这种油循环方法可以很好地工作到蒸发器温度约-100˚。另外,运行时间短的系统将允许蒸发器变暖时机油返回压缩机。

在较低温度下运行时间较长或涉及复杂管路的系统需要在低级压缩机后使用油分离器。

另外,通常将碳氢制冷剂添加到系统中,以便它们可以浸入油中并使其在非常低的温度下保持流体。所用烃的量通常为5**10重量%。可以使用的所有HC(全部由国家制冷剂供应)中有-170(乙烷),-1150(乙烯),-600(丁烷),-600a(异丁烯),-290(丙烷)和戊烷液体。

湿气

在级联系统中去除水分比在更高的温度范围更重要。R-22和R-404A等制冷剂可以吸收并携带比10 ppm规格更多的水和30**50 ppm的视液位指示水平。相反,估计R-13只能在-80°下保持约0.1ppm的水。

过量的水分肯定会与制冷剂分离并堵塞毛细管或导致其他问题。在级联系统的低阶段,干燥器的维护是非常重要的。

扩张量

在低温阶段,制冷剂必须在非常低的温度下维持压缩机的正常运行压力。这些制冷剂将在110**160 psig的压力下冷凝约-30**-20°。当这些制冷剂升温**室温时,饱和压力或某些情况下的临界压力可能超过700 psig。

不需要花费建筑系统来承受这些压力,而是提供膨胀箱或其他系统体积。电荷扩展到额外的体积,允许所有的液体完全沸腾蒸气。简单的气体法则规定需要多少体积来将充气保持在通常不超过250psig的气体压力下。因此,系统通常只需将空系统置于静态压力下即可充电。

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