氟利昂根据其要素构成分为三类:一是氯氟烃类,简称CFC,这类氟利昂分子中含有两个或三个氯离子;二是氢氯氟烃类,简称HCFC,这类氟利昂分子中含有-一个或两个氯分子:三是氢氟烃类,简称HFC,这类氟利昂中不含氯离子。根据《蒙特利尔议定书》的规定,发达国家CFC类产品1996年1月1日停用,HCFC类产品2030年1月1日停用。发展中国家CFC类产品2010年全部停止使用: HCFC类产品2016年开始受限,2040 年全部停止使用。《京都议定书》规定,二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、HFC类产品、氢氟碳化合物和六氟化硫等6类气体均属于温室气体,对发达国家提出了减少温室气体排放要求。为满足高低温交变湿热试验箱的低温环境要求,兼顾制冷系统性能及压缩机工作的可靠性,本文选择R404A作为制冷剂。R404A由HFC143、HFC125、HFC134a组成,其物理性质见表1。
图1为 高低温交变湿热试验箱装置原理图。该实验装置主要包括制冷系统、加热系统、加湿系统、控制和数据测量与采集系统。制冷系统由压缩机、;冷凝器、蒸发器、膨胀阀、干燥过滤器和蒸发压力调节阀等组成。加热系统采用鳍片式不锈钢电加热器。加湿系统采用电加热蒸汽加湿方式,减小加湿对温度波动的影响。试验箱的外型设计尺寸为950mmx 1325mmx 1850mm,内箱尺寸为750mmx755mmx850mm,容积约480L。为了使温湿度的控制精度能快速达到设定的环境要求,实验装置采用并联5组电磁阀和膨胀阀,分别承担不同温湿度条件下的功能。RC1和RC2膨胀阀起到快速降温的作用; RC3膨胀阀应用于一般除湿,RC4膨胀阀用于强除湿工况; RC5膨胀阀不经过蒸发器,直接接到压缩机进气口,保护压缩机(蒸发器出口温度在-11℃以下常闭,-11℃以上常开,冷却压缩机)。具体工作工况见表2。控制和测试系统包括温度传感器、压力表和数据采集器等组成。为了研究压缩机吸、排气的状况,在压缩机的进出口设置了压力测试点。另外,在高低温交变湿热试验箱内、压缩机进出口和压缩机外壳等设置测温点。
图2为试验箱制冷系统I作过程中压缩机的吸气和排气压力变化情况。图2表明,机组启动后,吸气压力迅速下降,然后吸气压力逐渐稳定;排气压力先迅速升高,然后逐渐下降后稳定。575 秒后制冷系统压缩机的排气压力稳定在0.9MPa 左右,吸气压力在0.1MPa左右,压缩机的压比大约为9,表明压缩机工作稳定。
图4为试验箱低温工况的降温曲线,实验设定温度条件是-40℃,由于是低温工况,不控制湿度。制冷系统启动后,试验箱内温度随时间逐渐降低,开始时段的降温速率明显大于后面时段的降温速率。当试验箱内温度接近设定温度,加热器在PID控制下开始输出热量,温度逐渐稳定,经过约3200s,温度稳定在-40℃,温度波动在±0.2℃以内。
高温和低温工况都是典型的不控制湿度的工况,图5~图7是3组典型的温湿度同时控制条件下的试验箱温湿度实验结果。图5是温度设定为20℃、湿度为98%RH高湿工况实验结果,试验箱内温度随时间逐渐降低并稳定,湿度随时间逐渐上升。实验开始时段的升湿速率明显大于后面时段的升湿速率。图5同时表明温度稳定后湿度也逐渐稳定。经过约1400s,温湿度均达到了设定值。温度稳定在20±0.2℃,湿度稳定在98±1.0%RH。
图6的实验工况条件是温度65℃, 湿度为40%RH,是典型的中温中湿实验条件。实验结果表明,试验箱内温度随时间差不多呈线性降低,湿度随时间先逐渐上升然后逐渐下降。湿度一开始_上升可能是由于试验箱内温度降低而除湿没有及时去除。随着时间的推移,温度和湿度逐渐降低,稳定在设定值。经过约900s,温度稳定在65±0.3℃,湿度稳定在40±1.3%RH。
图7的实验条件是温度设定为60℃,湿度为10%RH,属于低湿实验工况。试验箱内温度随时间逐渐上升并稳定,湿度随时间逐渐下降并趋于稳定。经过约400s,温度和湿度接近于设定值,PID运算减少加热器的输出,由于10%RH较低,经过一段时间波动后,终经过约550s, 温度稳定在60±0.3℃,湿度稳定在10±1.5%RH。
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