在高低溫試驗箱中,制冷系統(tǒng)是其核心部件之一,而制冷劑的選擇直接決定了試驗箱的性能、溫度范圍、效率和環(huán)保性。
簡單來說,制冷劑在高低溫試驗箱中的作用是作為“熱量搬運工",在壓縮機的驅(qū)動下,通過相變(液態(tài)變氣態(tài)吸熱,氣態(tài)變液態(tài)放熱)循環(huán),將箱內(nèi)樣品產(chǎn)生的熱量持續(xù)不斷地“泵送"到箱外,從而實現(xiàn)快速降溫和維持低溫環(huán)境。
制冷劑的關(guān)鍵性能指標
在討論具體制冷劑前,先了解幾個關(guān)鍵指標:
蒸發(fā)溫度/壓力: 要達到的目標低溫,需要制冷劑在該溫度下能有效蒸發(fā)吸熱。
冷凝溫度/壓力: 在環(huán)境溫度下,需要能有效冷凝放熱,壓力不能過高。
制冷效率(COP): 消耗單位電能所能產(chǎn)生的制冷量,影響運行成本。
環(huán)保性: 主要是臭氧消耗潛能值(ODP) 和全球變暖潛能值(GWP)。
安全性: 毒性和可燃性。
高低溫試驗箱的制冷劑發(fā)展經(jīng)歷了從傳統(tǒng)到環(huán)保的演變,目前主流是以下幾種:
類型: HFCs(氫氟烴)混合制冷劑。
特點與作用:
曾是工業(yè)制冷和中低溫領(lǐng)域的黃金標準,在過去十幾年間被廣泛使用。
它們不破壞臭氧層(ODP=0),但GWPji高(R404A的GWP ≈ 3922),是強效溫室氣體。
適用于-50℃至 -60℃ 的低溫范圍,通過單級或復疊式壓縮可以輕松實現(xiàn)。
制冷效率較高,技術(shù)成熟。
現(xiàn)狀: 由于ji高的GWP,正根據(jù)《基加利修正案》在全球范圍內(nèi)被逐步淘汰。目前仍在許多老設(shè)備上使用,但新設(shè)備已很少采用。
類型: HFCs(氫氟烴)。
特點與作用:
目前zui常用的中高溫范圍制冷劑之一。
ODP=0,GWP約為1430,雖低于R404A,但仍屬高GWP物質(zhì)。
適用于0℃至 -40℃ 左右的溫度范圍。通常用于試驗箱的高溫級壓縮機,或在要求不高的普通型試驗箱中作為單級制冷劑。
安全性好,不可燃(A1級)。
現(xiàn)狀: 作為過渡性制冷劑仍在大量使用,但長期來看也會面臨被更低GWP替代品取代的壓力。
類型: HFCs(氫氟烴)。
特點與作用:
超低溫復疊系統(tǒng)的核心制冷劑。通常用于復疊系統(tǒng)的低溫級。
在一個典型的雙級復疊系統(tǒng)中,高溫級使用R404A或R134a,將熱量排到環(huán)境空氣中;低溫級使用R23,將試驗箱內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移給高溫級。
能夠?qū)崿F(xiàn)-70℃ 至 -150℃ 的極低溫度。
GWPji高,約為14800,是環(huán)保監(jiān)管的重點對象。
現(xiàn)狀: 在超低溫領(lǐng)域目前難以被wan全替代,但用量受到嚴格限制和配額管理。