空調(diào)用制冷技術(shù)課件

第三節(jié)

蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善WcT0TTk132'qk0

4'4

1'q0b'

ba'

a

sPk2P0蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的兩種損失節(jié)流過(guò)程帶來(lái)的節(jié)流損失；干壓縮所產(chǎn)生的過(guò)熱損失。2008-12-42一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻基本概念液體再（過(guò)）冷：從冷凝器出來(lái)的液態(tài)制冷劑的溫度低于其壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度。再（過(guò)）冷度：液體過(guò)冷后的溫度與其壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度的差值。再（過(guò)）冷循環(huán)：具有液體過(guò)冷的制冷循環(huán)稱之為再（過(guò)）冷循環(huán)。2008-12-43一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻1、設(shè)置再冷卻器的蒸氣壓縮式制冷循環(huán)(1)、設(shè)置再冷卻器的蒸氣壓縮式制冷循環(huán)工作流程及理論循環(huán)工作流程2008-12-44理論循環(huán)(2)、液體過(guò)冷對(duì)制冷性能的影響采用液態(tài)制冷劑再冷，節(jié)流后制冷劑的干度減少（即無(wú)效氣化減少）單位質(zhì)量制冷功率增加(Δq0=h4-h4′=Δ4bb′4′4);壓縮機(jī)的壓縮功不變。制冷系數(shù)提高，節(jié)流損失減少。對(duì)于空調(diào)用制冷系統(tǒng)（蒸發(fā)溫度較高），并不單獨(dú)設(shè)置再冷卻器，而是適當(dāng)增大冷凝器面積，使冷卻介質(zhì)與呈逆流換熱，以實(shí)現(xiàn)再冷。一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻2008-12-45一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻2、蒸氣回?zé)嵫h(huán)基本概念蒸氣過(guò)熱：壓縮機(jī)對(duì)應(yīng)的飽和溫度。處制冷劑蒸氣的溫度高于其壓力過(guò)熱度：制冷劑蒸氣過(guò)熱后的溫度與同壓力下飽和溫度的差值。過(guò)熱循環(huán)：具有蒸氣過(guò)熱的制冷循環(huán)稱之為過(guò)熱循環(huán)。2008-12-46(1)、回?zé)崾秸魵鈮嚎s式制冷循環(huán)工作流程及理論循環(huán)一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻工作流程2008-12-47理論循環(huán)(2)、回?zé)釋?duì)蒸氣壓縮式制冷性能的影響采用回?zé)嵫h(huán)，一方面可使液態(tài)制冷劑再冷，單位質(zhì)量制冷功率增加(Δq0=h4-h4′=Δ4bb′4′4);壓縮機(jī)的壓縮功增加（ΔWc=(h2′-h1′)-(h2-h1)=Δ2′1′122′);制冷系數(shù)是否提高，取決與制冷劑的熱物理性質(zhì)。一般說(shuō)來(lái)，對(duì)于節(jié)流損失大的制冷劑，如氟利昂R12、R134a等回?zé)崾怯欣?，而?duì)于制冷劑氨則是不利的。一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻2008-12-48無(wú)效過(guò)熱：蒸氣過(guò)熱所吸收的熱量來(lái)自被冷卻介質(zhì)以外的物體，即過(guò)熱不能產(chǎn)生有效的冷量輸出。（如：蒸發(fā)器出口至壓縮機(jī) 處制冷劑管道與外界的熱交換。）一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻2008-12-49二、回收膨脹功1、使用膨脹機(jī)的蒸氣壓縮式制冷循環(huán)對(duì)于大容量制冷裝置：一方面，由于膨脹機(jī)的容量較大，不會(huì)出現(xiàn)因機(jī)件過(guò)小導(dǎo)致加工方面的

；另一方面，可回收的膨脹功相對(duì)較大；因此，采用膨脹機(jī)回收膨脹功可節(jié)省常規(guī)能源，提高制冷系數(shù)。2008-12-410二、回收膨脹功2、使用膨脹機(jī)的蒸氣壓縮式制冷的工作流程和理論循環(huán)2008-12-411工作流程理論循環(huán)3、回收膨脹功對(duì)制冷性能的影響輸出有用的膨脹功，壓縮機(jī)壓縮功減少We

h3

h4

'

034'0單位質(zhì)量制冷量增加q0

h4

h4

'

4bb'4'4理論制冷系數(shù)提高二、回收膨脹功wc

weth

q0

q02008-12-412三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)當(dāng)壓縮機(jī)的壓縮比較大時(shí)，壓縮機(jī)的排氣溫度相應(yīng)較高，因而過(guò)熱損失及壓縮機(jī)功耗均較大。為減少過(guò)熱損失及降低壓縮機(jī)功耗，可采用具有中間冷卻的多級(jí)壓縮制冷循環(huán)。2008-12-413三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)的應(yīng)用場(chǎng)合壓縮比較高（通常pk/p0

大于8）；離心式或螺桿式制冷壓縮機(jī)（可以比較方便的進(jìn)行中間抽氣，如空調(diào)用螺桿冷水機(jī)組）。多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)的兩種形式閃發(fā)蒸氣分離器（經(jīng)濟(jì)器）；中間冷卻器。2008-12-4141、帶閃發(fā)蒸氣分離器的雙級(jí)壓縮制冷的工作流程及理論循環(huán)壓縮機(jī)三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)蒸發(fā)器冷凝器1閃發(fā)蒸氣分離器45613827lgph57

68'

8214'342'工作流程理論循環(huán)2008-12-415三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)2、閃發(fā)蒸氣分離器對(duì)制冷性能的影響采用閃發(fā)蒸氣分離器，減少了一級(jí)壓縮的制冷劑流量；采用閃發(fā)蒸氣分離器，降低了二級(jí)壓縮機(jī)進(jìn)口的蒸氣溫度和比容。因此，采用閃發(fā)蒸氣分離器可有效降低壓縮機(jī)的功耗，故閃發(fā)蒸氣分離器也稱之為經(jīng)濟(jì)器。2008-12-416三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)2、一次節(jié)流中間冷卻的雙級(jí)壓縮制冷的工作流程及理論循環(huán)中間冷卻器與閃發(fā)蒸氣分離器的異同閃發(fā)蒸氣分離器利用節(jié)流閃發(fā)出的制冷劑蒸氣與經(jīng)過(guò)一級(jí)壓縮后的高溫制冷劑蒸氣混合，混合后的制冷劑蒸氣仍為過(guò)熱蒸氣，因此稱之為不完全冷卻（不適合過(guò)熱損失較大的制冷劑，如氨等）。中間冷卻器利用節(jié)流后的制冷劑可充分冷卻經(jīng)過(guò)一級(jí)壓縮后的高溫制冷劑蒸氣,使其冷卻至飽和蒸氣狀態(tài)；中間冷卻器可設(shè)有液體冷卻盤管，使來(lái)自冷凝器的高壓液體獲得較大的再冷度，既有節(jié)能作用，又有利于制冷系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。2008-12-417三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)3、一次節(jié)流完全中間冷卻的雙級(jí)壓縮制冷的工作流程及理論循環(huán)理論循環(huán)2008-12-418工作流程4、一次節(jié)流中間不完全冷卻的雙級(jí)壓縮制冷的工作流程及理論循環(huán)三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)理論循環(huán)工作流程2008-12-419三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)5、雙級(jí)蒸氣壓縮式制冷的中間壓力中間壓力選取的原則：以獲取最大制冷系數(shù)的中間壓力為原則；以這種原則確定的中間壓力稱之為最佳中間壓力。（在工程設(shè)計(jì)時(shí)，可通過(guò)選擇幾個(gè)中間壓力進(jìn)行試算以確定最優(yōu)值。）以高低壓縮機(jī)壓縮比相等為原則（雖然制冷系數(shù)不是最大，但壓縮機(jī)氣缸工作容積的利用程度高，較實(shí)用）。此時(shí)中間壓力的計(jì)算式為：Pm

P0

Pk2008-12-420三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)6、制冷劑質(zhì)量流量的確定對(duì)于一次節(jié)流完全中間冷卻制冷量為0雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)：r1h1

h80r1低壓級(jí)壓縮機(jī)的制冷劑流量M

：

M

高壓級(jí)壓縮機(jī)的制冷劑流量Mr：在中間冷卻器中：來(lái)自膨脹閥1的制冷劑，一方面使來(lái)自低壓壓縮機(jī)的排氣冷卻至飽和蒸氣狀態(tài)；另一方面使膨脹閥2前的液態(tài)制冷劑由狀態(tài)5再冷卻至狀態(tài)7。2008-12-421因此，中間冷卻器的能量方程為：Mr1(h2

h3

)

Mr1(h5

h7

)

Mr2

(h3

h6

)三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)高壓級(jí)壓縮機(jī)的制冷劑流量Mr：h5

h6

h7

h8由于：r1r2M(h3

h6

)

(h2

h3

)

(h5

h7

)M0(h2

h7

)Mr

Mr1

Mr2

(h3

h6

)(h1

h8

)2008-12-422三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)對(duì)于一次節(jié)流不完全中間冷卻制冷量為0雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)：狀態(tài)3(由狀態(tài)2和狀態(tài)3′混合而來(lái))的比焓h3：

Mr2h3'

(Mr2

Mr1)h3Mr1h2中間冷卻器的能量方程為：Mr1(h5

h7

)

Mr2

(h3'

h6

)r1(h3'

h6

)r2M

(h5

h7

)M2008-12-423因此，高壓級(jí)壓縮機(jī)的制冷劑流量Mr：三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)0rr1r2M

M

M

(h3'

h6

)(h1

h8

)(h3'

h7

)2008-12-424三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)例題2、如下圖所示，系統(tǒng)需制冷量20kW，制冷劑采用R134a，蒸發(fā)溫度t0＝4oC

，冷凝溫度tk＝40oC

，試進(jìn)行理論循環(huán)的的熱力計(jì)算。蒸發(fā)器冷凝器閃發(fā)蒸氣分離器4561壓縮機(jī)1327lgph5678'

8214'342'2008-12-425三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)(狀態(tài)2′由2、3混合而來(lái))

h6

h7

x

h8

h

8'6x1

8'8h3

h

7

h

hMrh2'

(Mr

Mr1)h3

Mr1h2Mr1

Mr(1

x6)根據(jù)壓焓圖確定其余點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)值；進(jìn)行熱力計(jì)算。解：

(1)

確定該制冷循環(huán)的中間壓力Pm

；

Pm

P0Pk繪出理論循環(huán)的壓焓圖；根據(jù)其熱力性質(zhì)表查處于飽和線上的有關(guān)參數(shù)值；計(jì)算狀態(tài)點(diǎn)2′

、6、8的參數(shù)值；2008-12-426三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)單位質(zhì)量制冷能力：q0

h1

h8

400.92

228.5

172.42kJ/kg單位容積制冷能力：1v

0.06039q

q0

172.42

kJ/m3v2008-12-427三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)低壓級(jí)制冷劑質(zhì)量流量：0

0.116kg/sq

172.42

020Mr1低壓級(jí)壓縮機(jī)制冷劑體積流量：V

M v

0.1160

0.06039

0.0070m3/sr1

r1

1高壓級(jí)壓縮機(jī)制冷劑質(zhì)量流量：高壓級(jí)壓縮機(jī)制冷劑體積流量：6

0.137kg/s1

x

1

0.15360.1160

Mr1MrV

M

v

0.137

0.03594

0.00492m3/sr2

r

2?2008-12-428三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)冷凝器的熱負(fù)荷：k

Mr

(h4

h5

)

0.137

(423.63

256.41)

22.92kW壓縮機(jī)理論耗功率：

h1

)

Mr

(h4

h2'

)

2.915kWPth

Pth1

Pth2

Mr1(h2

6.861

0ththP

0.891c'

thR理論制冷系數(shù)：熱力完善度：2008-12-429三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)與

例1－3(P12－13)對(duì)比，在相同的制冷能力條件下，帶閃發(fā)蒸氣分離器的雙級(jí)壓縮式制冷循環(huán)：制冷劑質(zhì)量流量稍有減少；壓縮機(jī)排氣溫度降低；冷凝器熱負(fù)荷下降；理論制冷系數(shù)提高(達(dá)8％)。2008-12-430四、復(fù)疊式制冷循環(huán)對(duì)于采用氨、R22等中溫制冷劑的壓縮式制冷系統(tǒng)，即使采用多級(jí)壓縮，但能夠到達(dá)的最低蒸發(fā)溫度仍有一定的局限：蒸發(fā)溫度必須高于制冷劑的凝固點(diǎn)（如：氨的凝固點(diǎn)為－77.7°C）；制冷劑的蒸發(fā)溫度過(guò)低，其相應(yīng)的蒸發(fā)壓力也很低。當(dāng)蒸發(fā)壓力低于0.1～0.15bar

時(shí)，外界空氣易滲入系統(tǒng)，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行（如：氨在蒸發(fā)溫度為－65°C時(shí)，pk=0.156bar

）;蒸發(fā)壓力很低時(shí)，制冷劑氣態(tài)比容很大，單位容積制冷功率很小，要求壓縮機(jī)的體積流量很大。2008-12-431四、復(fù)疊式制冷循環(huán)因此，為獲得－60－70°C的低溫，需采用低溫制冷劑（凝固點(diǎn)低，沸點(diǎn)也很低），如R13、R14等(R13的凝固點(diǎn)為-181

°C

，沸點(diǎn)為-81.4

°C；R14的凝固點(diǎn)為-184.9

°C

，沸點(diǎn)為-127.9

°C)。但這類制冷劑的臨界溫度很低，采用一般冷卻水，存在以下局限：由于水溫接近其臨界溫度，使氣態(tài)制冷劑難以冷凝；即使冷凝，由于接近臨界點(diǎn)，不但冷凝壓力高，而且