1、前言

    隨著環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)-些重要軍用設(shè)備的關(guān)鍵部件和電子元器件。需用到體積小、制冷溫度低、控制精度高的小型高低溫試驗(yàn)箱。而目前我國(guó)生產(chǎn)的高低溫試驗(yàn)箱(箱內(nèi)容積小為60升)，其制冷系統(tǒng)均以氟利昂作為制冷劑，且必須使用2臺(tái)壓縮機(jī)，不僅體積大，而且降溫時(shí)間也比較長(zhǎng)。為此，我們新近研制了一種容 積為30升的小型高低溫試驗(yàn)箱，采用非氟利昂制冷劑，單機(jī)壓縮機(jī)，不僅使制冷系統(tǒng)整體體積縮小，而且低溫性能良好。它可進(jìn)行高溫恒溫、超低溫恒溫、高低溫程控循環(huán)試驗(yàn)。該設(shè)備生產(chǎn)成本低、箱體體積小、溫控精度高、設(shè)計(jì)安全可靠，在電工、電子、軍用材料、:家用電器和醫(yī)學(xué)生物等領(lǐng)域均有廣泛用途。

    2、制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    本箱體的制冷系統(tǒng)是采用單個(gè)全封閉小型壓縮機(jī)，非氟里昂制冷劑，達(dá)到-70 ℃以下低溫的制冷系統(tǒng)。其特點(diǎn)是:體積小，制冷效率高。
    2.1制冷系統(tǒng)的工作原理
    如附圖1所示單機(jī)壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)，由1.壓縮機(jī)， 2.冷凝器， 3.通風(fēng)機(jī)， 4.干燥過(guò)濾器，5.同流換熱器，6.低溫節(jié)流閥，7.蒸發(fā)器，8.調(diào)節(jié)閥組成。在裝置中充滿三種成份的烴類混合制冷劑。壓縮在壓縮機(jī)中的混合物流向冷凝器。在冷凝器中只有一種 成分轉(zhuǎn)換成液相。通過(guò)冷凝器后，高壓蒸汽液體混合物通過(guò)過(guò)濾器到達(dá)同流換熱器，冷卻至約-40℃~ 50 ℃，通過(guò)同流換熱器后的蒸汽液體混合物不斷地節(jié)流，溫度降低至約-100c，并流向熱交換器。在這里混合物汽化，并回升至-80℃，然后逆流流到冷卻直流的同流換熱器中。從同流換熱器中出來(lái)后，逆流混合物的溫度比室溫低10~ 15 ℃，并回到壓縮機(jī)中。
    2.2制冷系統(tǒng)主要特性的計(jì)算
    2. 2. 1箱子的熱計(jì)算
    主箱體可看作一個(gè)正方體，容積Vo=40升，表面積F= 0。 7㎡。在箱子為正方體的條件下，所計(jì)算的熱流表面積等于箱子的表面積，且不取決于絕熱層的厚度δ。隨著δ的變化，箱子的外部尺寸也隨著之變化。箱子本身及其外殼是用厚度為0。 6 ~ 2。 5mm的不銹鋼作的，箱壁和外殼的熱阻可以忽略不計(jì)。用聚苯乙烯作為絕熱層，其熱導(dǎo)系數(shù)為λ=0。04W/MK，比重為γ T =33KG/M熱流量Q=FK(T-T0)
    K-環(huán)境空氣和箱內(nèi)空氣之間的散熱系數(shù);
    T和T0-環(huán)境溫度和箱內(nèi)溫度，計(jì)算時(shí)T=300K， T0=203K

    a1、a2為 高低溫試驗(yàn)箱內(nèi)外的散熱系數(shù)，在自然對(duì)流沒(méi)有通風(fēng)的條件下，
    a =a z=10 W/M2K。絕熱體的厚度為90毫米。此時(shí)，可計(jì)算出箱體的熱流量為28W。估算表明，通過(guò)導(dǎo)線的熱流量不超過(guò)10瓦，而熱橋上的則不超過(guò)7瓦。所以，可以精確的計(jì)算，靜止?fàn)顟B(tài)下的箱內(nèi)溫度等于-70℃，流到箱內(nèi)的總流量為45瓦。
    2.2.2混合制冷劑的熱力性質(zhì)的計(jì)算
    對(duì)于多成分工質(zhì)，可運(yùn)用體積狀態(tài)方程來(lái)進(jìn)行熱力計(jì)算和節(jié)流循環(huán)的分析。其主要優(yōu)點(diǎn)在于:
    1)熱力性質(zhì)計(jì)算精確，方程式簡(jiǎn)單，
    2)說(shuō)明氣態(tài)和液態(tài)平衡物質(zhì)的連續(xù)性
    在體積狀態(tài)方程中，我們使用P K B (列德里赫克沃格)方程計(jì)算熱力性質(zhì)。P KB方程:

    P、V、T分別為氣壓，體積比和溫度
    R為通用氣體常數(shù)；溫度函數(shù)為：

    Tk—臨界溫度， k-由成分的氣體液態(tài)平衡的試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的參數(shù)。

    計(jì)算焓值i和熵值S的關(guān)系式為: