多级自动复叠制冷系统中混合制冷剂的多路旁通调节机制研究

多级自动复叠制冷系统是一个复杂的多参数耦合的热力循环系统。该热力循环由压缩机、混合制冷工质、多个节流元件和多个换热构成，形成复叠系统内多个相互关联的循环回路，混合制冷工质的质量分布和组份分布受多种因素影响，显著影响系统性能。. 本项目提出采用中间抽气调节方式，在系统流程上的若干关键点将不同组分的混合制冷工质旁通，主动调节各个回路工质的运行组份，"有选择性"地将"有效"的环保制冷剂组份依次通过各级循环回路。本项目搭建有五种混合工质制冷温度-150℃的四级自动复叠制冷系统研究中间抽气旁通的调节机制，研究混合工质、调节方法和流程硬件的耦合关系，得到该制冷系统中混合制冷工质的分布规律和系统有效控制方法。. 本项目是根据多年研究自动复叠制冷系统而提出的，通过研究混合制冷工质的作用机制和调节方法，得到系统高低压力、温度、组分和能效的耦合关系，优化自动复叠制冷系统，具有一定的理论和应用价值。

低温冰箱是主要用于医疗、生物样本低温存储及特殊材料低温实验的冰箱产品总称，常分为-60℃、-80℃、-110℃、-130℃、-150℃等温区。它是药品、基因、细胞、骨髓等样品保存的重要设备。自动复叠制冷在小型制冷低温装置中有较强的应用优势，是低温冰箱制冷核心技术。.本项目创新采用不同蒸发温度的混合制冷工质的单一压缩机的自动复叠制冷系统，开展三级、四级、五级等多级自动复叠制冷系统特性研究；研究多路旁通的压力调节方法与装置，解决了制冷系统中压力稳定、精确分凝、压缩机回油等难题，温度达到-150℃深度要求。针对三级自动复叠制冷系统非共沸混合制冷工质不同组分配比进行实验研究，根据压缩机的运行工况和蒸发器的降温特性，蒸发器冷负荷为60W，设计蒸发温度为180K，低温冷柜内的蒸发温度最低可以达到并稳定在175K，最高COP 为14.4%。.本项目开展制冷剂组分基础物性计算，搭建了高精度PVTx实验系统，以Burnett法为基础,测定了混合制冷剂不同比例下性质，拟合了不同配比的混合工质的气态维里方程。对不同配比下混合制冷剂的物性模拟计算和分析，指导混合制冷剂的选择和配比。实验研究了环保制冷剂与润滑油关系、环保制冷换热等特性。创新开发了混合工质高精度充注方法及装置。试验研究混合制冷工质筛选和充注比例受多种因素影响,建议四级复叠系统充注4种工质为：R290/R23 /R14 /R50，充注比例为41／31／19／9；三级复叠系统充注3种工质为：R134a／R23／R14，充注比例为59／28／13；二级复叠系统充注2种工质为：R600a／R23，充注比例为68／32。本项目发表论文22篇，其中SCI论文3篇，其中1篇发表在Journal of Chemical Thermodynamics顶级期刊论文，Ei论文6篇，核心期刊论文19篇(化工学报5篇，机械工程学报1篇，工程热物理学报1篇，化工进展2篇，制冷学报3篇，低温与超导4篇，低温工程2篇，流体机械1篇)。本项目支撑“低温冰箱系列产品关键技术及产业化”获2013年国家科技进步二等奖（张华排名第2），支撑“低温冰箱系列化产品”获2014年中国国际工业博览会“银奖”。人才培养：毕业博士2人，硕士6人，在读博士和硕士12人，在站博士后1人。1人获百千万工程国家级人才和有突出贡献国家中青年专家称号，1人获得全国优秀科技工作者称号。.