２０１ ２年第９期 总第１４５期 中国地代孝 蓑各 ＳＳＣＮ１Ｎ１１６＿７４２９，９１４４厂３１－８ 低温和冷综合试验台的研究与探讨 赵红杰 河南科技大学车辆与动力工程学院河南洛阳４７ １ ００３ 摘要：对低温制冷综合试验台进行了研究，详细说明了该试验台的基本构成和参数控制思路，并对该试验台进行实验项 目的探讨。试验台内部最低温度可达－３５℃，能提供恒温、恒湿、恒风速实验环境，可进行蒸发器结霜特性、换热器性能 等多方面的实验，也可进行其他交叉学科的科学研究，可为教学、科研换热设备的开发、研制提供服务。 关键词：综合试验台；低温实验；研制；探讨 Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｆ ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅ ｔｅｓｔ ｂｅｎｃｈ Ｚｈａｏ Ｈｏｎｇｊｉｅ Ｈｅｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｇｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ，４７１００３，Ｃｈｍａ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅ ｔｅｓｔ ｂｅｎｃｈ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｉｔｓ ｂａｓｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ｅｘｐｌｉｃａｔｅｄ，ｔｈｅ ｒｅａｌｉｓｔｉｃ ｔｅｓｔ ｉｔｅｍｓ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｂｅｎｃｈ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｉｔｓ ｉｎｔｅｒｉｏｒ ｍｉｎｉｍｕｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｓ ｓｕｂｚｅｒｏ ３５＊（２．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｂｅｎｃｈ ｃａｌｌ ｐｒｏｖｉｄｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｃｏｎｓｔａｎｔ ｈｕｍｉｄｉｔｙ，ｃｏｎｓｔａｎｔ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｉｔｏｎ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｏｎ ｆｉ：ｏｓｔｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ ｎａｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｅｔｃ Ｃａｌ ｂｅ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．Ａｌｓｏ ｔｈｅ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｏｔｈｅｒ ｉｎｔｅｒｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅ ｃａｎ ｂｅ ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｂｅｎｃｈ． Ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅｆｏｒｔｅａｃｈｉｎｇ，ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｏｆｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｃａｌｌｂｅｐｒｏｖｉｄｅｄｂｙｔｈｅｔｅｓｔｂｅｎｃｈ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｉｎｔｅｇｒａｔｅ ｔｅｓｔ ｂｅｎｃｈ；Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ ｔｅｓｔ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ；Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ 制冷是指用人工的方法在一定的时间和空间内将 性，学生可利用试验台进行制冷系统的运行培训、设 物体冷却，使其温度降到环境温度以下，并保持这个 备的故障诊断与分析，也可对感兴趣的科研项目进行 温度。在不同的对象或在不同的领域中，低温制冷有 综合型、创新型、研究型实验，提高学生实际动手能 着不同的定义：对于空调装置，０℃的冷水或乙二醇溶 力、分析解决实际问题能力和创新意识；教师可以在 液就可以认为是低温；在低温学领域中，当装置温度 其提供的温度湿度、空气风速、可调的环境中进行多 在一４０～一５０℃时才被认为是低温［１】。所研制的低温制 种科研项目的研究。 冷综合试验台，通过单级压缩蒸气制冷循环和对风洞内 空气的温度、湿度和风速的处理控制装置，可以在一定 １低温制冷综合试验台的研制 的实验区域内达到恒温、恒湿和恒风速的实验环境，最 低温度可达一３５℃，并在较大的温度范围内进行调整， １．１低温制冷综合试验台简介 相对湿度范围在０～１００％，风速范围在０～４ ｍ／ｓ。可满 试验台由低温风洞系统、制冷循环系统、测量系 足民用、商用制冷装置所能达到的环境要求，为制冷设 统和控制系统组成（如图１所示）。制冷循环系统直接 备、空调器冷却设备的性能测试和在线实验提供实验条 给低温风洞系统供冷，来获得低温工况（一３５℃）：低 件，同时也为低温工况下蒸发器结霜融霜的特性研究口 、 温风洞系统由风洞本体、送风系统、空气加热系统、 蒸发器与风机的匹配研究提供了条件 】，而且还可以对 空气加湿系统组成；控制系统由闭路回路和各种执行 食品冻藏保鲜特性进行实验。 机构组成；测量系统由各种传感器、数据采集仪等组 建成后的低温制冷综合试验台具有较强的综合 成。空气流过蒸发器表面，获得低温空气；依次流过 加热器、加湿器，获得一定温度和湿度的空气；经过 整流栅格，获得速度分布较为均匀的空气，到达实验 收稿日期：２０１１－１０．２８ 区。待工况稳定后，可通过调节变频风机的转速来调 作者简介：赵红杰，在读硕士研究生，助理实验师。 节实验区的风速。 ２０１２年５月 ９ ＳＳＮ１６７２．１４３８ ＣＮ１１－４９９４／Ｔ ，ｌ＇ａｔ现代款唷装各 ２０总第１１ ２年第９４５期 期 １一风洞本体；２一加湿系统；３一加热系统；４一导流板；５一 电频风机；６一微差压计；７一蒸发器；８一显微镜及照明； ９一温湿度仪；１Ｏ一风速传感器；ｌｌ一整流栅格；ｌ２一风冷 冷凝器；１３一高压储液器；１４一压力表；ｌ５一电磁阀；１６一 压缩机；ｌ７一过滤干燥器；１８一热电偶；１９一涡轮流量计； ２０一截止阀：２１一热力膨胀阀 图１低温制冷综合试验台 １－２制冷循环系统 液体蒸发式制冷循环系统主要由压缩机、冷凝 器、毛细管（节流阀）、蒸发器四大部件组成【 。 （１）采用的制冷剂Ｒ４０７ｃ，是由Ｒ３２制冷剂和Ｒ１２５ 制冷剂再加上Ｒ１３４ａｆＮ冷剂按一定的比例混合而成， 是一种不破坏臭氧层的环保制冷剂。 （２）采用与Ｒ４０７ｃ互溶的润滑油（ＰｏＥ油）。 （３）直接选用进Ｈ Ｒ４０７ｃ压缩机［７］。 （４１采用空气强制对流风冷式冷凝器。 （５）采用热力膨胀阀，实现从冷凝压力至蒸发压力 的压降，同时控制制冷剂的流量。 （６）采用铜管翅片式蒸发器，直接对风洞内的空气 进行冷却。 １．３风洞系统 （１）风洞内最低温度达一３５℃，设计采用厚度为 １５０ ｍｍ的聚氨酯彩钢板 】，满足维护结构处侧不结 露的要求。 （２）送风系统采用轴流式风机，其转速由变频器控 制，来达到控制风洞实验段所要求的风速。 （３）空气加热系统采用电加热管，其输入电压由电 压调整器进行无级调节，来达到控制风洞实验段所要 求的温度。 （４）空气加湿系统，采用电极式加湿器，其加湿量 由微电脑控制溢流管的高低来调节水位的高低，从而 调节加湿量，来达到控制风洞实验段所要求的湿度。 １．４测量系统 综合试验台需测量的参数有制冷循环系统和风洞 系统中的温度、压力，风洞系统中的湿度、风速和压缩 １０ 机功率等。温度由热电偶测量，湿度由电阻型湿度计测 量，压力由压力变送器测量，风速测量由风速传感器测 量，电动机的功率由功率计测量。测量得到的数值由数 据采集仪采集并显示，并通过Ｒ４８５串口和计算机通讯， 在计算机上可对采集的数据进行分析处理。 １．５控制系统 综合试验台需控制的参数有风洞实验区的风速、 温度和湿度。差压变送器获得各传感器信号，采集风 速、温度和相对湿度的信号值输入计算机；计算机算 出总修正系数Ｋ值并得出实际风速值、温度值和湿度 值；计算机根据所设定的风速值、温度值和湿度值与 实际值进行比较，得到误差值经ＰＩＤ补偿网络调整后 反馈到调节器，模糊控制风洞电机转速、电加热器功 率、电极加湿器水位，使风速、温度和湿度自动定点 稳定（如图２所示１。 图２自动控制原理图 ２ 低温制冷综合试验台可进行实验项目的 几点探讨 ２．１实验教学 （１）低温环境下的蒸发器结霜演示实验。将蒸发 器来流空气设定在某一状态下ｆ一定温度、湿度、风 速），通过显微镜或摄像头观察蒸发器表面的结霜情况 和结霜速度，通过微差压计的压力变化了解结霜量的 多少对空气流动损失的影响，了解低温环境下空气质 量的处理方法。 （２）制Ｉ冷循环性能测试实验；在某一状态下，制冷 系统压一焓图测试实验；制冷量测试实验；压缩机性 能实验；制冷系数测定实验；制冷机组热平衡实验。 （３）低温环境下蒸发器性能实验；空气侧换热量测 试实验；制冷剂侧换热量测试实验；蒸发器对流换热 系数测定实验。 （４）１：１：ｔ学生在实验教师的指导下对自己感兴趣的科 研项目，自主开发完成一些综合型、科研型和创新型 实验。 ２．２科学研究 （１）在不同状态下，蒸发器结霜特性及影响因素的 研究、蒸发器性能及影响因素的研究、制冷循环制冷 （下转１４页） ２０１２年５月 ｌＳＳＮ１６７２．１４３８ ＣＮ１１－４９９４／＇１＂ 中国观代教育装各 ２０总第１１ ２年第９４５期 期 当超声波测距单元检测到障碍物时，单片机Ｐ０口 的相应管脚输出低电平，光耦芯片（Ｏｐｔｏｉｓｌａｔｏｒ１）部 的发光二极管发光，另一边三极管由以前的截止状态 变为导通状态，电源电压加到电磁铁Ｐ７上，电磁铁开 始正常工作。 ３结束语 笔者设计了一种以ＳＴＣ８９Ｃ５２单片机为控制核心 的汽车电磁防撞装置，在汽车的车前和车后普遍安装 该装置时，汽车在行驶过程中，该车与其他相邻汽车 的超声波测距电路均在监测工作状态中，如果发现低 ［１】 戴巍．现代汽车防撞系统［Ｊ】．实用汽车技术，２００６，３：５． 【２】 刘岩川，王玲芬，栾慧．基于激光测距技术的汽车防撞系统阴．仪 表技术与传感器，２００８．１１：９６．９８． ［３】 罗淳，熊庆国．智能汽车防撞报警器的设计开发【Ｊ】．现代电子技 术，２００９，１１：１５８．１６０． ［４］张旭辉，４ 朱宏辉．基于ｎＲＦ２４Ｅ１与ＴＭＣ２０２３的汽车防撞系统的 研制与实现【Ｊ】．电子技术应用，２００４，ｌｌ：６１—６３． ［５】 王英，许可．基于ＵＷＢ无线定位的汽车防撞系统设计［Ｊ］．重庆邮 电大学学报，２０１０，２２（６）：８０４．８０７． ［６】 王博．基于超声波测距技术的倒车雷达的应用和设计【Ｊ】＿黑龙 江科技信息，２００８，１２：２６． 【７】 杨斌虎，谢克明，杜艳生．基于ＤＳＰ芯片的超声波测距系统［Ｊ］．太 原理工大学学报，２００４，３５（２）：１４９．１５１． 参考文献 于安全距离，则两车一方面启动各自系统中的语音报 警装置，提示司机人为减速，另一方面，各自系统的 单片机发出信号，分别启动电磁铁单元电路，产生同 性相斥的阻力，达到主动减速的目的，与司机的人为 减速一起，最大限度上避免汽车的相撞，车前和车后 安装该装置，还考虑到了正面防撞和追尾防撞两种状 况。如果采用其他性能更好和探测范围更大的超声波 测距单元【 ，或者超声波测距阵列，可以提供更大范 围、更为准确的探测和防撞。 （上接１０页） 器仪表的使用，了解了先进的测试及数据采集、控制 手段等现代测试技术。该试验台的研制，有利于学生 开展综合设计型实验，也可用于专业课程设计、毕业 量及影响因素的研究等。 （２）在相同状态下，不同蒸发器结霜特性及影响因 素的研究、不同蒸发器性能及影响因素的研究、制冷 循环制冷量及影响因素的研究等。 （３）制冷设备性能实验研究，测试产品性能，进行 分析研究。 设计、研究生培养及相关科研工作。 参考文献 ［１】 吴正业．制冷及低温技术原理【Ｍ】．北京：高等教育出版社，２００４． ［２】 吴金玉，陈江平．低温工况下蒸发器结霜特性的数值模拟及实 验研究［Ｊ］．制冷工程，２００８，１６１（１）：３３—３７． （４）换热器在不同风机（风速）匹配下的换热性能的 研究。 （４）￣１Ｊ冷剂热力性质的研究。 （５）在风洞实验区，有可以设定恒温、恒湿、恒风 速的实验环境，可以进行其他学科的研究（如果蔬等农 【３】 刘风珍，于洋．低温工况下结霜对翅片管蒸发器性能影响的实 验研究［Ｊ］．低温与超导，２００３，３１（１）：２９—３２． ［４】 姚杨，姜益强，马最良，等．空气侧换热器结霜时传热与阻力特性 研究【Ｊ］．热能动力工程，２００３，１８（３）：８１．８４． 【５】 刘训海，姜敬德，张朝辉，等．低温冷库冷风机的变频研究［Ｊ】．制 冷学报，２００８，２９（１）：５１－５４． 产品保鲜、仪器仪表在低温潮湿环境下性能的研究）。 『６ 吴正业．小型制冷装置设计指导［Ｍ】．北京：６］机械工业出版 ３结束语 该试验台设计合理，功能强大，测试精度高。学 生通过一系列实验，加深了对制冷原理等专业课程中 概念、原理和公式的理解，掌握了实验技能和测试仪 社，１９９８． 『７１ 谢利昌．Ｒ４０７ｅ￣冷压缩机使用指南［Ｊ】．制冷，２００３，２２（１）：６７－７０． ［８】 王起霄，吴邦喜．低温制冷实验装置的设计［Ｊ］．啥尔滨商业大学 学报：自然科学版，２００７，２３（６）：７１４－７１６． １４ ２０１２年５月