Требуемые и установленные параметры системы
Перед выбором низкотемпературной системы задают требуемую температуру, тепловую нагрузку, время выхода на режим и точность; установленная мощность берётся с запасом 10–20 %.
Если назначение данного охлаждения создание низкой температуры, чтобы сохранить небольшое количество изделий в камере, компактная низкотемпературная система вероятно лучший выбор. Предварительное обсуждение экологичности камеры является также практическим решением, для решения габаритных размеров. Когда требуемая холодопроизводительность превышает значение для компактных систем, или когда должна быть охлаждена жидкость, необходимо проектировать систему под данный заказ.
Требуемая холодпроизводительность должна быть достаточной для охлаждения потока жидкости от одной температуры до другой. Часть процесса проектирования должна состоять из выбора типа системы, которая может быть многоступенчатой с использованием только одного хладагента или каскадной системой с двумя каскадами с использованием хладагента высокого давления для низкотемпературного каскада. Должны быть подобраны компрессор(ы) и конденсатор(ы), и испаритель и промежуточный теплообменник (в случае каскадной системы) должны быть или подобраны, или использованы ранее разработанные. Процесс проектирования включает выбор металла для трубопроводов и сосудов и изоляционного материала для применения.
Изделие, которое будет охлаждено, может фактически находится в прямом контакте с испарителем, но во многих случаях вторичный хладагент передает теплоту от конечного продукта к испарителю. Рассолы и антифризы, которые пригодны при более высоких температурах, не могут быть использованы при низких температурах. Компрессоры подвергаются необычным требованиям при действии в низких температурах, потому что они должны быть достаточно защищены (смазаны), поэтому необходимо подобрать смазочное масло.
Исходные данные
| Параметр | Что задать |
|---|---|
| Температура | Минимальная и рабочая |
| Нагрузка | Постоянная и пиковая |
| Время выхода | На режим |
| Точность | ±K |
Смежная тема — в статье автокаскадные системы.
Какие параметры задать при заказе низкотемпературной системы?
Для низкотемпературной системы задают не только температуру в камере или на выходе теплообменника, но и тепловую нагрузку, время выхода на режим, точность поддержания и условия на улице. Время выхода на режим часто важнее мощности в установившемся режиме: охлаждение массивного объекта до −70 °C за заданное время требует запаса в 1,5–2 раза.
| Параметр | Пример | Зачем нужен |
|---|---|---|
| Минимальная температура | −70 °C в камере | выбор схемы: ступень или каскад |
| Нагрузка в режиме | 2 кВт при −70 °C | холодопроизводительность нижнего контура |
| Масса и теплоёмкость охлаждаемого | 500 кг стали, 0,46 кДж/(кг·K) | нагрузка при выходе на режим |
| Время выхода на режим | 3 ч с +20 °C | запас мощности |
| Точность поддержания | ±1 K | регулирование производительности |
| Температура на улице | +35 °C | конденсатор верхнего контура |
Пример: 500 кг стали с теплоёмкостью 0,46 кДж/(кг·K) нужно охладить с +20 до −70 °C за 3 часа. Средняя нагрузка — 500 · 0,46 · 90 / 10 800 ≈ 1,9 кВт, и она добавляется к теплопритокам камеры. С учётом того, что производительность нижнего контура падает при снижении температуры, установку подбирают по худшей точке. По таким данным считают низкотемпературные камеры до −75 °C, а выбор схемы разобран в статье выбор хладагента и компрессора для низких температур.
Частые вопросы
Какой запас закладывают в мощность?
Обычно 10–20 % к нагрузке установившегося режима. Если задано короткое время выхода на режим, запас определяется нагрузкой при охлаждении массы и может достигать 1,5–2 раз.
Что нужно задать для низкотемпературной системы?
Температуру, нагрузку, время выхода на режим и точность. Ещё нужны масса охлаждаемого объекта и максимальная температура наружного воздуха для конденсатора.
Как посчитать нагрузку при выходе на режим?
Q = m · c · Δt / τ: масса, теплоёмкость, разность температур и время охлаждения в секундах. Например, 500 кг стали от +20 до −70 °C за 3 часа — около 1,9 кВт сверх теплопритоков камеры.
Читайте также