หน่วยทำความเย็นแบบแคสเคด: ระบบทำความเย็นแบบสองวงจรสำหรับอุณหภูมิต่ำกว่า -70°C

หน่วยทำความเย็นแบบแคสเคด: ระบบทำความเย็นแบบสองวงจรสำหรับอุณหภูมิต่ำกว่า -70°C

หน่วยทำความเย็นแบบแคสเคดใช้สองวงจรของสารทำความเย็นที่แยกจากกัน ได้แก่ วงจรอุณหภูมิสูงและวงจรอุณหภูมิต่ำ เพื่อให้สามารถทำความเย็นระดับต่ำกว่า -70°C ลงถึง -120°C ได้ โดยมีกำลังทำความเย็นอยู่ระหว่าง 8 กิโลวัตต์ ถึง 120 กิโลวัตต์ ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างสองวงจรจะถ่ายเทความร้อนจากสารทำความเย็นขั้นต่ำไปยังสารทำความเย็นขั้นสูง ด้านอุณหภูมิต่ำของหน่วยทำความเย็นแบบแคสเคดโดยทั่วไปจะใช้คอมเพรสเซอร์ทำความเย็นแบบพกพาสองขั้นตอน แต่ละหน่วย ส่วนด้านขั้นสูงอาจใช้คอมเพรสเซอร์แบบสกรูหรือคอมเพรสเซอร์แบบพิสตันเดี่ยว หน่วยทำความเย็นแบบแคสเคดสามารถให้ประสิทธิภาพปริมาตรสูงถึง 72% ที่อุณหภูมิระเหย -80°C ออกแบบโดยใช้สารทำความเย็นสองชนิดที่มีจุดเดือดต่างกัน หน่วยนี้สามารถทำงานอย่างต่อเนื่องและเสถียรได้ในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิระหว่าง 5°C ถึง 35°C กำลังไฟฟ้าสำหรับเครื่องทำความร้อนกระปุก (Crankcase heater) ของคอมเพรสเซอร์ขั้นต่ำคือ 250 วัตต์ วงจรการซ่อมแซมวาล์วขั้นต่ำของหน่วยทำความเย็นแบบแคสเคดอยู่ที่ 5,500 ชั่วโมงการทำงาน หากมีสิ่งเจือปนในวงจรเกิน 40 ppm จะทำให้อายุการใช้งานรวมลดลงมากกว่า 38%หน่วยทำความเย็นแบบแคสเคดของ xiteliduo ใช้คอมเพรสเซอร์ระดับต่ำที่มีบล็อกกระบอกเหล็กหล่อเสริมแรง ความหนาผนัง 18 มม. ความดันการปล่อยสูงสุดที่ยอมรับได้ในระดับต่ำอยู่ที่ 2.8 เมกะปาสคาล เมื่อเทียบกับคอมเพรสเซอร์ระบบทำความเย็นสองขั้นตอนแบบเดี่ยว หน่วยทำความเย็นแบบแคสเคดสามารถทำให้อุณหภูมิการระเหยต่ำกว่ามาก แต่มีค่าใช้จ่ายเริ่มต้นและค่าบำรุงรักษาสูงกว่า พื้นที่ใช้สอยรวมของหน่วยทำความเย็นแบบแคสเคดอยู่ที่ 2.2 ตารางเมตรสำหรับรุ่น 80 กิโลวัตต์ ซึ่งใหญ่กว่าคอมเพรสเซอร์ระบบทำความเย็นสองขั้นตอนแบบเดี่ยวที่มีกำลังทำความเย็นเท่ากัน น้ำมันหล่อลื่นที่แนะนำสำหรับคอมเพรสเซอร์ระดับต่ำของหน่วยทำความเย็นแบบแคสเคดคือ น้ำมันทำความเย็นระดับเยือกแข็ง ISO VG100 ซึ่งต้องมีความสะอาดของน้ำมันอยู่ในระดับ NAS 7 หรือสูงกว่า ส่วนคอมเพรสเซอร์ระดับสูงของหน่วยทำความเย็นแบบแคสเคดจะใช้น้ำมันทำความเย็น ISO VG68 ซึ่งสอดคล้องกับมาตรฐานของคอมเพรสเซอร์ทำความเย็นแบบพัดลมหรือแบบสกรูระดับเดียว กระแสเริ่มต้นของคอมเพรสเซอร์ระดับต่ำภายในหน่วยทำความเย็นแบบแคสเคดสูงถึง 3.7 เท่าของกระแสที่กำหนดไว้ ควรเลือกขนาดตัวติดต่อ (contactor) ให้สูงกว่า 1.25 เท่าของกระแสที่กำหนด เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการไหม้ปริมาตรของตัวรับของเหลวสำหรับแต่ละวงจรสารทำความเย็นในหน่วยทำความเย็นแบบคาสเคด ควรเป็น 2.0 เท่าของปริมาณสารทำความเย็นทั้งหมดในลูปอิสระนั้น การตรวจสอบตัวกรองดูดซับสำหรับขั้นต่ำ (low stage) ต้องดำเนินการทุก 1,500 ชั่วโมงทำงาน การอุดตันของตัวกรองเกิน 50% จะทำให้ความสามารถในการทำความเย็นจริงของหน่วยทำความเย็นแบบคาสเคดลดลงถึง 18% วิศวกรจัดซื้อหลายคนเปรียบเทียบหน่วยทำความเย็นแบบคาสเคดกับคอมเพรสเซอร์ทำความเย็นแบบสองขั้นตอนเดี่ยว ซึ่งมักเลือกใช้ระบบคาสเคดสำหรับความต้องการระดับเยือกแข็งต่ำกว่า -70°C ส่วนคอมเพรสเซอร์ทำความเย็นแบบหัวเดียวและแบบสกรูมาตรฐานไม่สามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิระเหยต่ำกว่า -70°C ดังนั้นหน่วยทำความเย็นแบบคาสเคดจึงกลายเป็นทางเลือกเดียว หน่วยทำความเย็นแบบคาสเคดสามารถทำงานต่อเนื่องได้ 12 ชั่วโมงต่อวัน สำหรับห้องทดลองที่ต้องการความเยือกแข็ง และการอบแห้งด้วยความเย็นทางเคมี โดยเวลาหยุดบำรุงรักษาต่อปีคิดเป็นประมาณ 4.0% ของเวลาการทำงานทั้งหมด คู่สารทำความเย็นที่ใช้ทั่วไป: ขั้นสูง R404A/R507A และขั้นต่ำ R23 จำเป็นต้องมีการตรวจสอบการรั่วไหลอย่างเข้มงวดในวงจรความเยือกแข็งแรงดันต่ำ ระดับเสียงที่วัดจากห่างหน่วยทำความเย็นแบบคาสเคด 1 เมตร อยู่ที่ 85 dB(A)การติดตั้งห้องกันเสียงช่วยลดระดับสัญญาณเสียงได้ถึง 11 dB(A) เพื่อให้เป็นไปตามข้อจำกัดด้านสภาพแวดล้อมในโรงงาน สภาวะการทำงานของคอมเพรสเซอร์ระบบทำความเย็นมีผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานทั้งหมดของอุปกรณ์ การทำงานต่อเนื่องเกินอุณหภูมิการปล่อยที่กำหนดจะทำให้อายุการใช้งานที่สามารถใช้งานได้ลดลงเกือบ 38% ในระยะเวลาสองปี วาล์วระบายความปลอดภัยจะติดตั้งทั้งในวงจรสูงและวงจรต่ำของหน่วยทำความเย็นแบบคาสเคเดต วาล์วระบายระดับต่ำจะทำงานเมื่ออุณหภูมิอยู่ที่ 3.0 MPa และวาล์วระบายระดับสูงทำงานที่ 2.7 MPa โดยจำเป็นต้องทำการสอบเทียบประจำปี สำหรับการจับคู่คอนเดนเซอร์กับวงจรระดับสูงของหน่วยทำความเย็นแบบคาสเคเดต ควรรักษาอุณหภูมิการควบแน่นไว้ระหว่าง 35°C ถึง 42°C ทุกๆ 5°C ที่อุณหภูมิควบแน่นเพิ่มขึ้น จะทำให้ความสามารถในการทำความเย็นลดลงประมาณ 12% ช่องว่างของแหวนพิสโตนในคอมเพรสเซอร์ระดับต่ำจำเป็นต้องตรวจสอบในระหว่างการซ่อมบำรุงตามกำหนดเวลา หากช่องว่างเกิน 0.12 มม. ประสิทธิภาพปริมาตรจะลดลงต่ำกว่า 70% หน่วยทำความเย็นแบบคาสเคเดต xiteliduo ใช้วาล์วดูดและวาล์วปล่อยแบบสปริงเสริมแรงในคอมเพรสเซอร์ระดับต่ำ เวลาตอบสนองของการเปิดวาล์วถูกควบคุมให้อยู่ภายใน 0.7 มิลลิวินาทีกลไกการปล่อยน้ำมันจากกระบอกสูบช่วยให้สามารถปรับโหลดได้บางส่วนสำหรับคอมเพรสเซอร์ขั้นต่ำในระบบทำความเย็นแบบแคสเคด ซึ่งช่วยลดการเปิดและปิดมอเตอร์บ่อยครั้ง อุณหภูมิที่ตั้งค่าระดับเตือนของตลับลูกปืนเพลาข้อเหวี่ยงสำหรับคอมเพรสเซอร์ขั้นต่ำอยู่ที่ 80°C ระบบควบคุมจะตัดไฟทันทีที่อุณหภูมิเกิน 85°C มุมเอียงในการขนส่งของระบบทำความเย็นแบบแคสเคดไม่ควรเกิน 10 องศา การเอียงที่มากขึ้นทำให้น้ำมันหล่อลื่นไหลเข้าไปในโพรงกระบอกสูบ และกระตุ้นให้เกิดปรากฏการณ์ "ลั่นน้ำมัน" ในช่วงเริ่มต้นการทำงาน พร้อมใช้เครื่องแยกน้ำมันที่เหมาะสมสำหรับคอมเพรสเซอร์ขั้นต่ำ