核心原理:壓縮式制冷循環(huán)
這個循環(huán)主要由四個關鍵過程組成,通過制冷劑(冷媒)在密閉系統(tǒng)中的狀態(tài)變化來實現(xiàn)熱量從試驗箱內部向外部環(huán)境的轉移:
1.蒸發(fā)(吸熱):
低溫低壓的液態(tài)制冷劑通過膨脹閥(或毛細管)節(jié)流降壓后,進入位于試驗箱內部的蒸發(fā)器。
在蒸發(fā)器盤管內,低壓液態(tài)制冷劑吸收試驗箱內空氣(或直接接觸樣品)的熱量,沸騰蒸發(fā),變成低溫低壓的氣態(tài)制冷劑。這個過程是吸熱過程,從而降低了試驗箱內部的溫度。蒸發(fā)器通常配有風機,強制使試驗箱內的空氣循環(huán)流過蒸發(fā)器盤管,加速熱交換。
2.壓縮(增壓):
低溫低壓的氣態(tài)制冷劑被壓縮機吸入。
壓縮機對氣態(tài)制冷劑做功,將其壓縮成高溫高壓的氣態(tài)制冷劑。這個過程是耗能的主要階段(電能轉化為制冷劑的熱能和壓力能)。
3.冷凝(放熱):
高溫高壓的氣態(tài)制冷劑從壓縮機排出,進入位于試驗箱外部的冷凝器。
在冷凝器(通常帶有風機或水冷系統(tǒng))中,高溫高壓的氣態(tài)制冷劑向外部環(huán)境空氣(或冷卻水)釋放熱量,冷卻并凝結成中溫高壓的液態(tài)制冷劑。這個過程是放熱過程,熱量被排放到試驗箱外部環(huán)境中。
4.節(jié)流(降壓):
中溫高壓的液態(tài)制冷劑離開冷凝器后,流經膨脹閥(或毛細管)。
膨脹閥是一個節(jié)流裝置,其作用是限制制冷劑的流量并使其壓力急劇降低。制冷劑在通過膨脹閥后,變成低溫低壓的液態(tài)(混有少量氣體)制冷劑,為重新進入蒸發(fā)器吸熱做好準備。
關鍵部件及其作用
1.壓縮機:制冷循環(huán)的“心臟”,提供動力,壓縮并驅動制冷劑循環(huán)。
2.冷凝器:將制冷劑攜帶的內部熱量釋放到外部環(huán)境(散熱)。
3.膨脹閥/毛細管:節(jié)流降壓裝置,控制制冷劑流量和壓力,為蒸發(fā)創(chuàng)造低溫低壓條件。
4.蒸發(fā)器:安裝在試驗箱內部或風道內,制冷劑在此蒸發(fā)吸熱,直接冷卻箱內空氣。
5.制冷劑:在系統(tǒng)中循環(huán)的工作介質,通過自身相變(液態(tài)-氣態(tài))傳遞熱量。常用制冷劑有R404A, R407C, R410A, R23,等,根據(jù)所需達到的*低溫度選擇。
6.控制系統(tǒng):大腦,接收溫度信號,控制壓縮機、冷凝風扇、膨脹閥等的啟停和調節(jié),確保精確控溫。
7.循環(huán)風機:強制空氣在試驗箱工作室和蒸發(fā)器之間循環(huán),保證溫度均勻性。
總結
制冷機組在試驗箱內的工作原理本質是一個基于逆卡諾循環(huán)的熱量搬運過程。它利用制冷劑在蒸發(fā)器內蒸發(fā)吸熱的特性,將試驗箱內部的熱量“抽取”出來,然后通過壓縮機做功,將這些熱量提升溫度后在冷凝器處排放到外部環(huán)境中,從而實現(xiàn)試驗箱內部的降溫。整個過程的啟動、運行和精確控制由溫度傳感器和控制系統(tǒng)共同完成,確保試驗能夠在設定的低溫條件下穩(wěn)定進行
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