再循环式制冷机

作者：吴长锋 来源：科技日报3月26日，安徽大学物质科学与信息技术研究院单磊教授、王绍良研究员团队自主研发的“量子计算用国产极低温稀释制冷机”项目，顺利通过鉴定委员会鉴定。专家认为，研制的极低温稀释制冷机满足量子计算需求，连续稳定运行的最低温度为8.5mK，项目创造了已公开报道的连续运行最低温度和制冷量两项国内纪录。安徽大学供图“量子计算用国产极低温稀释制冷机”是一种能够提供接近绝对零度低温环境的高端科研仪器，是现代量子科学研究与量子技术发展的关键核心设备之一。由领域内知名专家组成的鉴定委员会听取了项目工作汇报，审阅了技术报告和相关技术资料，考察了实验现场，查看了系统运行状况；经质询、答疑和讨论，一致认为：针对无液氦、极低温、大冷量、大空间、高稳定性等量子计算需求，单磊教授、王绍良研究员团队成功研制出无液氦型量子计算用极低温稀释制冷机，连续循环运行最低温度达到8.5mK。相关成果增强了我国相关基础科学和技术领域的原始创新能力，进一步解决了大摩尔流量条件下极低温流体热交换效率低的技术难题，研发出具有超大比表面积的极低温高效换热部件，同时实现了相关核心部件的完全自主研发，扭转核心技术“卡脖子”的被动局面。据悉，去年12月31日，这台机器已经获得在100毫K具有435微瓦和120毫K具有671微瓦的制冷量，达到国际主流产品的水平，满足量子计算的温度和冷量需求。

冷水机的制冷循环有单级压缩制冷循环和双级压缩制冷循环。单级压缩制冷循环比较常用，在此就不再解释了。 那么什么是 冷水机的双级压缩制冷循环呢？所谓双级，是指：从蒸发压力到冷凝压力通过两级进行压缩的机械式压缩制冷循环，主要是通过双级压缩型工业冷水机来实现的。 冷水机的双级压缩制冷循环是在单级压缩制冷循环的基础上发展起来的。双级压缩型工业冷水机的工作原理：压缩过程分为两个阶段，第一个阶段：来自蒸发器的制冷剂蒸气在低压级压缩机中进行压缩，然后进入中间冷却器进行冷却；第二阶段，制冷剂蒸气进入高压级压缩机压缩到冷凝压力。 冷水机的双级压缩制冷循环的组成可按以下两种方式： 1、单机双级压缩机：由一台压缩机组成，其中几个气缸作为高压缸，其余几个气缸作为低压缸，这种缸数的比例一般是1:3，或者是1:2，这类压缩机通常称为单机双级压缩机。 2、双机双级系统：由两台压缩机组成的，其中一台为低压级，另一台为高压级； 按照节流和冷却方式，冷水机双级压缩制冷循环的可以分为：双级压缩一级节流循环和双级压缩两级节流循环。一级节流：是指冷凝压力直接节流到蒸发压力。两级节流：是指制冷剂先从冷凝压力节流到中间压力，然后由中间压力节流到蒸发压力。 对于工业冷水机组制冷循环的中间完全冷却，则是指将低压级的排气冷却成中压下的干饱和蒸气，如果只降低温度而并没有达到饱和状态时，我们称之为中间不完全冷却。 采用一级节流时制冷工质液体直接从冷凝压力节流到蒸发压力，故可以利用其压力差实现远距离或高处供液，而且也便于调节，因此它的应用较为广泛。 文章原创:上海田枫实业有限公司 www.tfsye.com上海田枫实业有限公司,专业生产各类制冷设备，包括层析冷柜,冻干机，冷水机，超低温冰箱，恒温槽等，一流的专业，一流的服务，上海田枫是您的最佳选择！

p style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: " times new roman" "适应温度环境试验箱的制冷剂显然应该满足温度环境试验的基本要求，包括： /span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: " times new roman" "strong1）标准气化温度（ts)/strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: " times new roman" "制冷剂从液态蒸发成为气态的温度由其工作压力所决定，在标准大气压下制冷剂由液态蒸发成为气态的温度称为制冷剂的标准气化温度（ts)，如R22的标准气化温度ts=-40.8° C；R502的标准气化温度ts=-45.6° C；R404A的标准气化温度ts=-47.6° C；R23的标准气化温度ts=-82.2° C。制冷剂工作压力越低，其气化温度也越低，反之，如果要求某制冷剂（如R12）的蒸发温度到达某个低温值（-40° C），则必须调整其工作压力低于某个相应的压力（如0.6MPa)，称该压力值为饱和蒸汽压力。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: " times new roman" "为了避免空气渗入到制冷系统内降低制冷效率，温度试验箱制冷系统正常运行压力(如蒸发压力，冷凝压力，吸气压力等）一般都应稍高于当地的大气环境压力，因此制冷剂的标准气化温度（ts）是温度试验箱可能达到的最低极限温度。考虑到蒸发器传热的温差要求，温度试验箱可能达到的最低温度一般应比制冷剂的标准气化温度(ts)高3° C~7° C。 /span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: " times new roman" "strong2）冷凝压力Pk不能太高/strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: " times new roman" "冷凝压力Pk是从压缩机排出的高温高压的蒸汽在冷凝中被冷却为液态的工作压力，这个压力受冷却介质的温度和压缩机排气压力所制约。压缩机排气压力越高，冷却介质的温度越低，则制冷剂的蒸气越容易冷凝。但是提高压缩机的排气压力不仅会加大压缩机的功耗，缩短压缩机的工作寿命，而且容易出现工质的泄漏。另一方面，冷却介质的温度受大气环境温度（风冷）和冷却水温度（水冷）的限制不可能太低，通常情况下，冷却介质进入冷凝器的入口温度为24° C~29° C，冷凝器出口处冷却的温度为40° C~50° C，冷却介质的平均温度在30° C~50° C范围内，例如制冷剂R502的冷凝压力Pk大体是1.5MPa~2.0MPa,由于工质在管道内流动的压阻损失，压缩机的排气压力必须高于冷凝压力Pk，所以使用制冷剂R502的压缩机排气压力必须是1.8MPa~2.2MPa。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: " times new roman" "strong 3）制冷剂的溶油性与溶水性/strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: " times new roman" "制冷剂应该有一定的溶油性和溶水性。制冷剂中溶入润滑油后，有利于制冷系统中各种运转零部件的润滑，特别是在冷凝器中具有溶油性的液态制冷剂会带走因冷凝效应凝聚在冷凝器内壁上的油膜，可以降低贴符在冷凝器内壁上油膜对冷凝器热交换效率的影响。但是当液态制冷剂带着溶油进入蒸发器后，随着液态制冷剂的蒸发，气化，会在蒸发器内在实际的制冷系统中，压缩机的排气口之后都加装有油气分离器，限制制冷剂中的溶油量。同时在蒸发器的安装中采取一些回油的措施，如复叠式制冷机组中的蒸发冷凝器通常采用盘管式蒸发器，液态制冷剂从盘管的上部进入蒸发冷凝器，气化后的蒸汽从下部返回压缩机吸气口，吸附在蒸发器的内壁的油液也会在重力与压缩机吸气负压的作用下返回压缩机的油池中。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: " times new roman" "对于壳管式蒸发器，回气管道安装时必须向压缩机吸气口方向有一定的倾斜度，便于残留的油液依靠重力的集油作用，被压缩机的吸气负压吸回压缩机内。制冷系统中渗入水汽会在低温段的局部地方形成“冰塞”，阻挡制冷剂的顺利流动，所以在制冷系统中无一例外地在冷凝器之前都安装有“干燥过虑器”，吸收可能渗入制冷系统中的水分，并且在安装和维修制冷系统时，适当增加抽真空的时间，以有利于制冷系统中残留水分在真空状态下加速蒸发、排除。但这些措施不能完全清除渗入制冷系统中的水汽。为确保制冷系统正常工作，采用具有溶水性的制冷剂可以携带极少量残余的水汽循环运行。例如采用溶水性能好的氨作为制冷工质的制冷系统，基本上无“冰塞”之忧，而采用溶水性能差的氟利昂作为制冷工质的制冷系统必须特别重视“干燥”除水的要求，及时更换“干燥”过滤器的滤芯。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: " times new roman" "strong4） 制冷剂单位容积的制冷量/strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: " times new roman" "此外，还希望制冷剂单位容积的制冷量大，可减小制冷机组的尺寸；具有较高的导热系数，可减少冷凝器和蒸发器的换热的面积；黏度低且密度较小，可降低管道流动中的阻力，减少管路压降；化学及物理性能稳定，无腐蚀性，无毒，不燃烧，不爆炸，具有一定的抗电性能等。在实际工程中，温度环境试验箱最低极限温度一般为：-40° C~-35° C或-75° C~-70° C，采用大气环境温度的风和地表的水为冷却介质的冷凝器进口温度通常不高于30° C，故温度试验箱制冷系统最常使用的制冷剂是R404A和R23(R508B)。/span/p