第五章-單機(jī)蒸汽壓縮制冷復(fù)疊式制冷混合工質(zhì)制冷循環(huán)課件

2023/1/1012023/1/91第五章多級(jí)蒸氣壓縮制冷、復(fù)疊式制冷、混合工質(zhì)制冷循環(huán)§5－1多級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)§5－2復(fù)疊式制冷循環(huán)§5－3混合工質(zhì)制冷劑制冷循環(huán)習(xí)題五2023/1/102第五章多級(jí)蒸氣壓縮制冷、復(fù)疊式制冷、混合工質(zhì)制冷循環(huán)§5－1多級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)

一、采用多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的原因

1．單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的局限性由濕蒸氣的熱力性質(zhì)可知，確定的制冷劑的冷凝壓力與冷凝溫度、蒸發(fā)壓力與蒸發(fā)溫度存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。因此，為了獲得較低的蒸發(fā)溫度，必須降低蒸發(fā)壓力。這對(duì)于單級(jí)蒸氣壓縮式制冷來說，因冷凝溫度受環(huán)境制約，冷凝壓力變化不大，因此蒸發(fā)壓力的降低必將導(dǎo)致制冷壓縮機(jī)的壓縮比(pk：po)增大。如果壓縮比超過一定限度，將會(huì)帶來以下一系列的問題。2023/1/103§5－1多級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)一、采用多級(jí)蒸氣壓縮式制冷蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)制冷劑系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/104蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)制冷劑系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/油系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/105油系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/95空氣分離系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/106空氣分離系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/96泄氨系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/107泄氨系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/97水系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/108水系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/98(1)余隙容積影響增大隨著壓縮比的增大，排氣結(jié)束時(shí)余隙容積內(nèi)的高壓制冷劑在吸氣時(shí)膨脹所點(diǎn)據(jù)的氣缸容積越來越多，能吸入的回氣越來越少。實(shí)踐表明，當(dāng)壓縮比大于20后，普通活塞式壓縮機(jī)的容積系數(shù)幾乎為零，基本失去吸入低壓制冷劑回氣的能力。

(2)排氣溫度升高，影響正常運(yùn)行排氣溫度升高后，主要會(huì)產(chǎn)生如下4個(gè)不利因素：(1)使?jié)櫥妥兿。ざ认陆?，?dǎo)致潤(rùn)滑條件惡化；(2)排氣溫度超過潤(rùn)滑油的閃點(diǎn)后，易炭化而堵塞油路；(3)易使?jié)櫥蛽]發(fā)，隨制冷劑進(jìn)入換熱器管道，并積聚成油膜，影響換熱；(4)潤(rùn)滑油與制冷劑易在高溫下慢性分解，產(chǎn)生不凝性氣體，使冷凝壓力升高、增大冷凝負(fù)荷、產(chǎn)生易燃易爆的氫氣，增大運(yùn)行的危險(xiǎn)性。2023/1/109(1)余隙容積影響增大2023/1/99(3)壓縮過程偏離等熵程度增大，實(shí)際功耗增加，制冷系數(shù)下降。如圖5－1所示。

(4)節(jié)流損失增大，制冷能力下降如圖5－2所示，壓縮比較大時(shí)，節(jié)流后的制冷劑干度(X5)較大，根據(jù)第四章公式q0=r0(1－X5)(式4－14)或圖中制冷量的比例大小可知循環(huán)時(shí)單位制冷能力下降。

圖5－1偏離等熵壓縮時(shí)實(shí)際功耗增大圖5－2壓縮比較大時(shí)功耗增大、制冷量下降2023/1/1010(3)壓縮過程偏離等熵程度增大，實(shí)際功耗增加，制冷系可見，制冷壓縮機(jī)的壓縮比不能過大。在一般工作條件下，現(xiàn)代活塞式單級(jí)制冷壓縮機(jī)的壓縮比不超過8～10。其中，氨制冷壓縮機(jī)因氨的絕熱指數(shù)較大，壓縮比不大于8；氟利昂壓縮機(jī)的壓縮比不大于10。表5－1列出了幾種常見中溫中壓制冷劑應(yīng)用在單級(jí)活塞式制冷下的最低蒸發(fā)溫度。表5－l單級(jí)活塞式壓縮機(jī)的最低蒸發(fā)溫度冷凝溫度(℃)

30

35

40

50最低蒸發(fā)溫度(℃)

R22

－37

－34

－31

—29

R502

－39

－36

－34

—29

R134a

－32

－29

－25

—20

R717

－25

－22

－20

/由表5－l可見，單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的蒸發(fā)溫度一般只能達(dá)到－30～－20℃，－40℃已經(jīng)到了極限。如果需要更低的溫度并具有不太低的工作效率，則需采用多級(jí)壓縮制冷循環(huán)或復(fù)疊式制冷循環(huán)。2023/1/1011可見，制冷壓縮機(jī)的壓縮比不能過大。在一般工作條件下，氟利昂制冷系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/1012氟利昂制冷系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/912

2．采用多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)采用多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)來獲取低溫，能夠避免或減少單級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)中由于壓力比過大所引起的一系列不利的因素，從而改善制冷壓縮機(jī)的工作條件，提高制冷效率。具體優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)可降低各級(jí)壓縮比，減小活塞式制冷壓縮機(jī)的余隙容積影響，減少制冷劑回氣與氣缸壁間的熱交換，減少制冷劑在壓縮過程中的竄氣泄漏，提高制冷壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)，從而增大制冷量。(2)可降低各級(jí)的排氣溫度，減小壓縮過程中的不可逆損失，保證設(shè)備更加高效、安全運(yùn)行。

(3)可降低各級(jí)的壓力差，使運(yùn)行的平衡性能提高、機(jī)械摩擦和磨損減小。有利于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和降低成本。

(4)可減少節(jié)流損失，提高制冷效率。2023/1/10132．采用多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)2023/1/9二、兩級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)

1．兩級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)的基本形式根據(jù)節(jié)流的級(jí)數(shù)和中間冷卻方式的不同，兩級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)有下列幾種基本形式：

(1)一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)。

(2)一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)。

(3)一次節(jié)流中間完全不冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)。

(4)二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)。

(5)二次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)。下面就常見的幾種兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)作簡(jiǎn)要的介紹和分析，其余的基本結(jié)構(gòu)和原理相類似。2023/1/1014二、兩級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)1．兩級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)的一級(jí)節(jié)流中間完全冷卻的雙級(jí)壓縮工作原理（點(diǎn)擊放大）2023/1/1015一級(jí)節(jié)流中間完全冷卻的雙級(jí)壓縮工作原理（點(diǎn)擊放大）2一級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻的雙級(jí)壓縮工作原理（點(diǎn)擊放大）2023/1/1016一級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻的雙級(jí)壓縮工作原理（點(diǎn)擊放大）20二級(jí)節(jié)流中間完全冷卻的雙級(jí)壓縮工作原理（點(diǎn)擊放大）2023/1/1017二級(jí)節(jié)流中間完全冷卻的雙級(jí)壓縮工作原理（點(diǎn)擊放大）2023/二級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻的雙級(jí)壓縮工作原理（點(diǎn)擊放大）2023/1/1018二級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻的雙級(jí)壓縮工作原理（點(diǎn)擊放大）2023二級(jí)節(jié)流，帶中溫蒸發(fā)器的中間完全冷卻的雙級(jí)壓縮工作原理（點(diǎn)擊放大）2023/1/1019二級(jí)節(jié)流，帶中溫蒸發(fā)器的中間完全冷卻的雙級(jí)壓縮工作原理（點(diǎn)擊

2．一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)

(1)系統(tǒng)基本組成如圖5－3所示，一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)主要由低壓級(jí)壓縮機(jī)、高壓級(jí)壓縮機(jī)、冷凝器、中間冷卻器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器等設(shè)備組成。圖5－3一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)基本組成2023/1/10202．一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)圖5－3(2)基本工作原理低壓級(jí)制冷壓縮機(jī)吸入來自蒸發(fā)器的低溫低壓(t0，p0)制冷劑回氣，壓縮成為中間壓力(pm

)的過熱蒸氣后排出，再經(jīng)管道送到中間冷卻器。在中間冷卻器中，該過熱蒸氣與原冷卻器中的制冷劑飽和液體混合，并被冷卻成為溫度是tm

(與中間壓力pm

對(duì)應(yīng))的干飽和蒸氣，之后，被吸人到高壓級(jí)壓縮機(jī)中并被再次壓縮至壓力pk

(冷凝壓力)。經(jīng)過兩級(jí)壓縮的制冷劑過熱蒸氣排入冷凝器等壓冷卻冷凝成飽和液體，然后分成兩路：少部分經(jīng)輔助節(jié)流閥降壓至中間壓力pm

后進(jìn)入中間冷卻器汽化吸熱，用來冷卻低壓壓縮機(jī)排出的蒸氣和中間冷卻器盤管內(nèi)的高壓液體，最終與從低壓級(jí)排出的被冷卻的飽和蒸氣一同進(jìn)入高壓級(jí)壓縮機(jī)，繼續(xù)壓縮成高壓蒸氣；大部分流入中間冷卻器的盤管，作進(jìn)一步冷卻，最終經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降壓至p0

，進(jìn)入蒸發(fā)器汽化并吸收被冷卻系統(tǒng)的熱量。2023/1/1021(2)基本工作原理2023/1/921(3)熱力過程壓一焓圖及其簡(jiǎn)要分析(圖5－4)

1－2

過程為低壓壓縮機(jī)的等熵壓縮過程。

2－3

過程為一次壓縮后制冷劑蒸氣在中間冷卻器中冷卻成飽和蒸汽的過程。

3－4

過程為高壓壓縮機(jī)的等熵壓縮過程。

4－5

過程為高壓制冷劑蒸氣等壓冷卻冷凝過程。

5－6

過程為小部分制冷劑液體經(jīng)輔助節(jié)流閥降壓至中間壓力的過程。圖5－4一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)壓－焓圖2023/1/1022(3)熱力過程壓一焓圖及其簡(jiǎn)要分析(圖5－4)圖5－

6－3

過程為中間壓力(pm

)的制冷劑液體吸熱蒸發(fā)成飽和蒸氣的過程。

5－7

過程為高壓制冷劑液體在中間冷卻器過冷過程。

7－8

過程為制冷劑液體由高壓pk

節(jié)流降壓至低壓p0的過程。

8－1

過程為制冷劑液體在蒸發(fā)器中吸熱汽化的過程。一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷較適用于大型氨制冷系統(tǒng)。圖5－4一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)壓－焓圖一級(jí)節(jié)流中間完全冷卻p-h圖（點(diǎn)擊放大）2023/1/10236－3過程為中間壓力(pm)的制冷劑液體吸熱蒸

3．一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)

(1)系統(tǒng)基本組成一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的基本組成與一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的基本相同，只是低壓壓縮機(jī)、中間冷卻器和高壓壓縮機(jī)三者之間的相互連接有所變化，如圖5－5所示。圖5－5一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)基本組成2023/1/10243．一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)圖5－5(2)基本工作原理和熱力過程壓－焓圖與一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的工作原理的主要區(qū)別在于，低壓級(jí)壓縮機(jī)排出的中間壓力(pm

)的蒸氣不再進(jìn)入中間冷卻器，而是與來自中間冷卻器產(chǎn)生的飽和蒸氣在管路中混合，然后一同進(jìn)入高壓級(jí)壓縮機(jī)。因此，高壓級(jí)壓縮機(jī)吸入的是中間壓力下的過熱蒸氣，而不再是飽和蒸氣，這就是所謂的“中間不完全冷卻”。2023/1/1025(2)基本工作原理和熱力過程壓－焓圖2023/1/9一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)與一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)的理論熱力過程相似，不同的地方只是中間冷卻器冷卻過程。對(duì)于中間完全冷卻，2－3過程為制冷劑蒸氣在中間冷卻器中冷卻成飽和蒸氣的過程，3－4過程為高壓壓縮機(jī)的等熵壓縮過程；對(duì)于中間不完全冷卻循環(huán)，2－3和6－3為管道中的混合過程，而3－4為高壓壓縮機(jī)的壓縮過程，如圖5－6所示。

圖5－6一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)壓一焓圖一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)較適用于R12、R22等氟利昂制冷系統(tǒng)。一級(jí)節(jié)流中間不完冷卻p-h

圖（點(diǎn)擊放大）

2023/1/1026一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)與一次節(jié)流中間

4．二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)也是常見的制冷循環(huán)形式。但二次節(jié)流循環(huán)一般不適宜用于活塞式和螺桿式壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)，卻適宜于離心式壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)，而中間完全冷卻方式通常只適合氨制冷系統(tǒng)。(1)系統(tǒng)基本組成(圖5－7)圖5－7二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)基本組成2023/1/10274．二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)(1)系低壓級(jí)壓縮機(jī)吸取來自蒸發(fā)器的低壓(p0)制冷劑回氣，并將其壓縮成壓力為pm

(中間壓力)的過熱蒸氣后排入中間冷卻器。該過熱蒸氣在中間冷卻器中被完全冷卻到中間壓力下的干飽和蒸氣后，再被高壓級(jí)壓縮機(jī)吸入并壓縮到冷凝壓力(pk)后送入冷凝器等壓冷凝成飽和液體。圖5－7二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)基本組成2023/1/1028低壓級(jí)壓縮機(jī)吸取來自蒸發(fā)器的低壓(p0)制冷劑回該飽和液體經(jīng)節(jié)流閥A節(jié)流降壓到中間壓力后進(jìn)入中間冷卻器，其中一小部分吸收來自第一級(jí)過熱蒸氣的熱量而汽化，并與第一級(jí)冷卻后的飽和蒸氣一起進(jìn)第二級(jí)循環(huán)；而大部分經(jīng)節(jié)流閥B再次節(jié)流降壓到蒸發(fā)壓力(p0

)后進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱制冷。圖5－7二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)基本組成二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷理論循環(huán)壓－焓圖見圖5－8。圖5－8二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)壓－焓圖2023/1/1029該飽和液體經(jīng)節(jié)流閥A節(jié)流降壓到中間壓力后進(jìn)入中間冷卻器，三、兩級(jí)壓縮循環(huán)中間壓力的確定如何確定中間壓力或中間溫度，是兩級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)的一個(gè)重要問題。最佳中間壓力或最佳中間溫度以循環(huán)能獲得最高制冷效率為基本原則，它的準(zhǔn)確選定對(duì)循環(huán)的制冷系數(shù)、壓縮機(jī)的輸氣量、功耗和結(jié)構(gòu)等都有直接的影響。

中間壓力或中間溫度的確定有多種方法，這里簡(jiǎn)要介紹兩種。

1.比例中項(xiàng)計(jì)算法最佳中間壓力：(5－1)

比例中項(xiàng)計(jì)算法是基于許多理想情況根據(jù)熱力學(xué)理論推導(dǎo)得到的，實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)作一定的修正。2023/1/1030三、兩級(jí)壓縮循環(huán)中間壓力的確定如何確定中間壓力或中間

2．經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法最佳中間溫度

(℃)(5－2)

除了上述兩種方法外，中間壓力或中間溫度的確定還有最大制冷系數(shù)法、容積比插值法、經(jīng)驗(yàn)線圖法等。2023/1/10312．經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法2023/1/931§5－2復(fù)疊式制冷循環(huán)一、采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因

1．多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的局限性通過前面的學(xué)習(xí)我們知道，可采用多級(jí)壓縮制冷循環(huán)來獲得－80℃以上的低溫。但是，當(dāng)需要制取更低的溫度時(shí)，由于冷凝溫度(受控于環(huán)境溫度)與蒸發(fā)溫度相差過大，多級(jí)壓縮制冷循環(huán)因出現(xiàn)下列問題也不再勝任：

(1)為利用常溫的介質(zhì)(水或空氣)冷凝，人們必須使用中溫制冷劑，而降低蒸發(fā)溫度常受到中溫制冷劑凝固點(diǎn)的限制。例如，氨的凝固溫度為－77．7℃，當(dāng)要求制?。?7．7℃以下的低溫時(shí)，在蒸發(fā)器中的制冷劑氨將因溫度低于其凝固點(diǎn)而變成固體，因而失去流動(dòng)性使制冷循環(huán)停止。2023/1/1032§5－2復(fù)疊式制冷循環(huán)一、采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因(2)對(duì)于中溫制冷劑來說，過低的蒸發(fā)溫度必然要求過低的蒸發(fā)壓力，而過低的蒸發(fā)壓力不僅會(huì)使壓縮機(jī)基本甚至完全失去吸氣功能，還會(huì)增大環(huán)境空氣滲入系統(tǒng)的機(jī)會(huì)，使制冷系統(tǒng)不能正常工作。

(3)對(duì)于中溫制冷劑來說，過低的蒸發(fā)壓力使蒸氣比容過大，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)制冷劑的循環(huán)量過少，設(shè)備制冷能力急劇下降。為了獲得所需的冷量，只得加大氣缸容積，使得壓縮機(jī)體積龐大且功耗增大。

(4)雖然，可以采用低溫制冷劑，但因低溫制冷劑的臨界點(diǎn)非常接近甚至低于室溫(如低溫制冷劑R13的臨界溫度為28．8℃)，而無法用常溫的水或空氣來冷凝液化。2023/1/1033(2)對(duì)于中溫制冷劑來說，過低的蒸發(fā)溫度必然要求過低

2．為使用低溫制冷劑創(chuàng)造冷凝條件制取較低溫時(shí)，低溫制冷劑除不能用常溫的介質(zhì)冷凝外在其他方面具有用其他類型的制冷劑無可比擬的優(yōu)勢(shì)。那我們能不能如圖5－9所示，用另一套制冷設(shè)備人為地為低溫制冷循環(huán)創(chuàng)造一個(gè)低溫的冷卻冷凝環(huán)境呢?復(fù)疊式制冷循環(huán)正是基于上述設(shè)想產(chǎn)生的。圖5－9為低溫制冷循環(huán)創(chuàng)造冷低溫冷卻冷凝環(huán)境2023/1/10342．為使用低溫制冷劑創(chuàng)造冷凝條件圖5－9為低溫制二、復(fù)疊式制冷循環(huán)復(fù)疊式制冷循環(huán)是用兩種或兩種以上不同的制冷劑，分別組成兩個(gè)或兩個(gè)以上相互獨(dú)立的單級(jí)(或兩級(jí))壓縮制冷循環(huán)，并把它們合成為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行制冷循環(huán)。它可以獲－130～－80℃的低溫。

1．復(fù)疊式制冷循環(huán)的常見形式

(1)由兩個(gè)單級(jí)壓縮制冷循環(huán)組成的二元復(fù)疊式制冷循環(huán)。

(2)由一個(gè)兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)和一個(gè)單級(jí)壓縮制冷循環(huán)組成的二元復(fù)疊制冷循環(huán)。

(3)由3個(gè)單級(jí)壓縮制冷循環(huán)組成的三元復(fù)疊式制冷循環(huán)。2023/1/1035二、復(fù)疊式制冷循環(huán)復(fù)疊式制冷循環(huán)是用兩種或兩種以上不復(fù)疊式壓縮工作（點(diǎn)擊放大）2023/1/1036復(fù)疊式壓縮工作（點(diǎn)擊放大）2023/1/936兩個(gè)單級(jí)復(fù)疊系統(tǒng)（點(diǎn)擊放大）2023/1/1037兩個(gè)單級(jí)復(fù)疊系統(tǒng)（點(diǎn)擊放大）2023/1/937三個(gè)單級(jí)復(fù)疊系統(tǒng)（點(diǎn)擊放大）三個(gè)單級(jí)復(fù)疊系統(tǒng)（點(diǎn)擊放大）三個(gè)單級(jí)復(fù)疊系統(tǒng)（點(diǎn)擊放大）2023/1/1038三個(gè)單級(jí)復(fù)疊系統(tǒng)（點(diǎn)擊放大）三個(gè)單級(jí)復(fù)疊系統(tǒng)（點(diǎn)擊放大）人們可以根據(jù)制冷溫度和服務(wù)對(duì)象等不同采用不同的組合(表5－2)，例如，制冷溫度在－110～－80℃之間可采用由一個(gè)兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)和一個(gè)單級(jí)壓縮制冷循環(huán)組成的二元復(fù)疊制冷循環(huán)；制冷溫度在－130～－110℃之間可采用由3個(gè)單級(jí)壓縮制冷循環(huán)組成的三元復(fù)疊式制冷循環(huán)。另外，復(fù)疊式制冷循環(huán)不僅可以采用不同的制冷劑，還可以采用不同的制冷方法，例如低溫部分用蒸氣壓縮式制冷循環(huán)，而高溫部分用吸收式制冷循環(huán)等方法。表5－2復(fù)疊式蒸氣壓縮制冷的溫度范圍制取低溫的溫度范圍(℃)采用的制冷劑和制冷循環(huán)方式

－80～－60

R22和R13復(fù)疊

－100～－80

R22兩級(jí)和R13復(fù)疊

－130～－100

R22單級(jí)和R13或R14兩級(jí)復(fù)疊下面以兩個(gè)單級(jí)壓縮制冷循環(huán)組成的二元復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)為例，說明它們的組成及工作過程。2023/1/1039人們可以根據(jù)制冷溫度和服務(wù)對(duì)象等不同采用不同的組合(

2．系統(tǒng)基本組成二元復(fù)疊制冷循環(huán)的基本組成如圖5－10所示，它由兩個(gè)獨(dú)立的制冷系統(tǒng)組合而成：一個(gè)是高溫制冷系統(tǒng)，它通常采用中溫中壓制冷劑，如R22或R502；一個(gè)是低溫制冷系統(tǒng)，它通常采用低溫高壓制冷劑，如R13或R14。高溫部分的蒸發(fā)器與低溫部分的冷凝器制作成一體，稱為蒸發(fā)冷凝器。蒸發(fā)冷凝器在阻止高溫部分與低溫部分之間制冷劑交換的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)兩部分之間的熱量交換，使高溫部分的蒸發(fā)器工作時(shí)為低溫部分的冷凝器工作創(chuàng)造低溫冷凝的放熱環(huán)境。本制冷循環(huán)系統(tǒng)可制取－80～－60℃的低溫。2023/1/10402．系統(tǒng)基本組成2023/1/940圖5－10二元復(fù)疊式制冷循環(huán)示意圖3．循環(huán)過程壓－焓圖高溫部分與低溫部分循環(huán)過程壓－焓圖分別如圖5－11、圖5－12所示。圖5－11高溫部分循環(huán)過程壓－焓圖圖5－12低溫部分循過程壓－焓圖2023/1/1041圖5－10二元復(fù)疊式制冷循環(huán)示意圖3．循環(huán)過程三、復(fù)疊式制冷循環(huán)實(shí)際應(yīng)用中的幾個(gè)問題

1．中間溫度的確定在復(fù)疊式制冷循環(huán)中，每個(gè)中間溫度都涉及兩個(gè)溫度，即高溫部分(吸熱部分)制冷劑的蒸發(fā)溫度tOH

和低溫部分(放熱部分)制冷劑的冷凝溫度tKL

，這兩個(gè)溫度一般相差5～1O℃

，并且t0H

＜

tKL

。雖然，中間溫度的確定以能使循環(huán)的制冷系數(shù)最大和各壓縮機(jī)的壓縮比大致相等為原則，但因?yàn)橹虚g溫度在一定的范圍內(nèi)變化時(shí)，制冷系數(shù)受到影響不大，所以一般按各級(jí)壓縮比大致相等來確定中間溫度。2023/1/1042三、復(fù)疊式制冷循環(huán)實(shí)際應(yīng)用中的幾個(gè)問題1．中間溫度的

2．膨脹容器的設(shè)置由于復(fù)疊式制冷機(jī)的低溫級(jí)采用了低溫制冷劑，當(dāng)系統(tǒng)停止工作時(shí)，在室溫下低溫制冷劑將全部汽化為飽和蒸氣或過熱蒸氣，相應(yīng)的飽和氣壓很高，一般在30MPa以上，已超出低壓容器和壓縮制冷機(jī)的限壓范圍。因此，通常如圖5－13所示，在低溫級(jí)回氣管上接入一個(gè)容積足夠大的膨脹容器，使得停機(jī)后低溫制冷劑進(jìn)入膨脹器而降低系統(tǒng)壓力。一般要求當(dāng)環(huán)境溫度為40℃時(shí)，系統(tǒng)停止工作，氣體膨脹后壓力不超過10MPa。圖5－13在復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的低溫部分增設(shè)膨脹容器2023/1/10432．膨脹容器的設(shè)置圖5－13在復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的低

3．啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的啟動(dòng)和運(yùn)行與單級(jí)壓縮系統(tǒng)有所不同，為了保證低溫部分循環(huán)能正常工作，兩個(gè)壓縮機(jī)不能同時(shí)啟動(dòng)。應(yīng)首先讓高溫部分壓縮機(jī)啟動(dòng)，工作一段時(shí)間后中間溫度降到足以使低溫部分冷凝時(shí)(低溫制冷劑此時(shí)的冷凝壓力低于16×105Pa)，再啟動(dòng)低溫部分壓縮機(jī)。壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)有兩種方式：一種是高溫部分壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，低溫部分壓縮機(jī)間歇運(yùn)轉(zhuǎn)；另一種是系統(tǒng)運(yùn)行后，當(dāng)?shù)蜏夭糠值恼舭l(fā)器達(dá)到預(yù)定低溫時(shí)，高、低溫部分的壓縮機(jī)同時(shí)停車。2023/1/10443．啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)2023/1/944

4．回?zé)岷瓦^熱冷卻措施為提高復(fù)疊式制冷設(shè)備的工作效率，如圖5－14所示經(jīng)常在高溫或低溫部分或全部采用回?zé)峒斑^熱冷卻措施。圖5－14在復(fù)疊式制冷中經(jīng)常采取的回?zé)岷瓦^冷措施2023/1/10454．回?zé)岷瓦^熱冷卻措施圖5－14在復(fù)疊式制冷中經(jīng)常四、復(fù)疊式制冷循環(huán)的特點(diǎn)1．在制取同樣冷量的要求下，復(fù)疊式制冷的低溫部分制冷壓縮機(jī)的理論輸氣量比兩級(jí)壓縮時(shí)低壓級(jí)制冷壓縮機(jī)的理論輸氣量可以小得多，使得整個(gè)機(jī)組的制冷壓縮機(jī)尺寸減小、重量減輕。

2．在復(fù)疊式制冷中，每臺(tái)制冷壓縮機(jī)的工作壓力范圍比較適中，低溫部分制冷壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)及實(shí)際效率都有所提高，尤其是摩擦功率減少，因此循環(huán)的制冷系數(shù)提高。

3．在復(fù)疊式制冷中，兩部分系統(tǒng)內(nèi)能保持正壓，空氣不易漏人，運(yùn)行的穩(wěn)定性好。

4．復(fù)疊式制冷循環(huán)一般需采用冷凝蒸發(fā)器、膨脹容器、氣液熱交換器等設(shè)備，并需采用多元制冷劑，系統(tǒng)比較復(fù)雜。2023/1/1046四、復(fù)疊式制冷循環(huán)的特點(diǎn)1．在制取同樣冷量的要求下，§5－3混合工質(zhì)制冷劑制冷循環(huán)一、勞倫茲循環(huán)及指導(dǎo)意義在實(shí)際工程中，高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臒崛萘客怯邢薜?，在與制冷工質(zhì)熱量交換過程中，高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟纫话銜?huì)發(fā)生變化。被冷卻系統(tǒng)的溫度在逐漸下降，而環(huán)境介質(zhì)的溫度逐漸上升，形成了變溫條件下的制冷循環(huán)。如果在變溫?zé)嵩粗胁捎煤愣ǖ恼舭l(fā)溫度T0

、冷凝溫度Tk去執(zhí)行制冷循環(huán)，必然會(huì)增大制冷劑與高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g的傳熱不可逆耗散，使制冷循環(huán)的工作效率下降。為了減少這種傳熱的不可逆耗散，應(yīng)采用能使蒸發(fā)溫度和冷凝溫度隨高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟茸兓兓闹评溲h(huán)，這就是變溫?zé)嵩粗评溲h(huán)過程。這種循環(huán)理論是由勞倫茲提出的。2023/1/1047§5－3混合工質(zhì)制冷劑制冷循環(huán)一、勞倫茲循環(huán)及指導(dǎo)意義勞倫茲循環(huán)如圖5－15所示，它是由兩個(gè)可逆等熵過程和兩個(gè)可逆多變換熱過程組成的逆向循環(huán)。其循環(huán)以內(nèi)部可逆為前提，系統(tǒng)與外界換熱時(shí)的蒸發(fā)溫度、冷凝溫度的變化始終與冷卻介質(zhì)和被冷卻介質(zhì)的溫度變化同步，而且傳熱溫差為無限小。在勞倫茲循環(huán)中，1－2的過程為等熵壓縮過程，2－3為傳熱溫差無限小的向高溫?zé)嵩纯赡孀儨胤艧徇^程，3－4的過程為可逆等熵膨脹過程，4－1的過程為傳熱溫差無限小的從低溫?zé)嵩纯赡孀儨匚鼰徇^程。勞倫茲循環(huán)屬可逆逆向循環(huán)，其制冷系數(shù)是相同條件下的所有變溫?zé)嵩茨嫦蜓h(huán)中最高的。圖5－15勞倫茲循環(huán)過程溫－熵圖2023/1/1048勞倫茲循環(huán)如圖5－15所示，它是由兩個(gè)可逆等熵過程和勞倫茲循環(huán)是變溫?zé)嵩礂l件下的理想制冷循環(huán)，它雖與逆卡諾循環(huán)一樣在實(shí)際工程中不能實(shí)現(xiàn)，但對(duì)變溫?zé)嵩礂l件下的逆向循環(huán)提出了提高制冷效率、解決實(shí)際制冷循環(huán)中出現(xiàn)的問題具有指導(dǎo)意義。二、混合制冷劑單級(jí)壓縮理論制冷循環(huán)·l.混合制冷劑單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的基本組成混合制冷劑單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)也由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器等組成，如圖5－16所示，它使用的制冷劑為非共沸溶液類。圖5－16混合制冷劑單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的基本組成2023/1/1049勞倫茲循環(huán)是變溫?zé)嵩礂l件下的理想制冷循環(huán)，它其循環(huán)過程如圖5－17所示，1－2為制冷壓縮機(jī)等熵壓縮過程，2－3－4為等壓降溫冷卻冷凝過程，4－5是混合制冷劑等焓節(jié)流過程，5－1是制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)等壓升溫汽化吸熱過程。圖5－17混合制冷劑單級(jí)壓縮理論制冷循環(huán)溫－熵圖

2．混合制冷劑單級(jí)壓縮制冷循環(huán)熱力過程的簡(jiǎn)單分析

(1)壓縮過程制冷劑在壓縮機(jī)中進(jìn)行等熵壓縮，壓縮過程中混合制冷劑中的不同組分均處于氣相且濃度不變，由蒸發(fā)壓力下的干飽和蒸氣壓縮至冷凝壓力下的過熱蒸汽。2023/1/1050其循環(huán)過程如圖5－17所示，1－2為制冷壓縮機(jī)等熵壓縮過程，

(2)冷卻冷凝過程在冷卻過程中，混合制冷劑由過熱蒸氣等壓冷卻為干飽和蒸氣，此時(shí)其濃度不變并進(jìn)入到兩相區(qū)間。在冷凝過程中，氣、液兩相組分的濃度發(fā)生變化，高沸點(diǎn)制冷劑首先被冷凝，氣相中高沸點(diǎn)制冷劑含量減少，濃度下降，而液相中高沸點(diǎn)組分的濃度增高，并伴隨著等壓下混合制冷劑的冷凝溫度的逐漸降低，這個(gè)過程為成為變溫冷凝過程。

(3)節(jié)流過程節(jié)流過程為等焓節(jié)流過程，制冷劑由冷凝壓力降壓為蒸發(fā)壓力。

(4)蒸發(fā)過程進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑，在蒸發(fā)壓力下吸收低溫?zé)嵩吹臒崃?，其中低沸點(diǎn)的制冷劑先汽化，使氣相中低沸點(diǎn)組分的濃度逐漸增大。等壓下混合制冷劑的蒸發(fā)溫度逐漸升高，這個(gè)過程是變溫蒸發(fā)過程。2023/1/1051(2)冷卻冷凝過程2023/1/951

3．混合制冷劑單級(jí)壓縮制冷循環(huán)的工作特性

(1)混合制冷劑制冷循環(huán)只有在變溫條件下工作才能具有較大的制冷系數(shù)，而在恒溫條件下的制冷循環(huán)不但不能節(jié)能，反而會(huì)增大不可逆因素，使效率降低。

(2)為有效提高混合制冷循環(huán)的制冷系數(shù)，蒸發(fā)器中的制冷劑與被冷卻介質(zhì)的流向、冷凝器中的制冷劑與冷卻介質(zhì)的流向必須相反。

(3)混合制冷劑應(yīng)保持預(yù)定的濃度才能表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。所以，要求系統(tǒng)密封，不能有制冷劑泄漏，同時(shí)要定時(shí)檢測(cè)制冷劑濃度的變化，確保系統(tǒng)正常、高效率的運(yùn)行。2023/1/10523．混合制冷劑單級(jí)壓縮制冷循環(huán)的工作特性2023/1三、混合制冷劑單級(jí)壓縮實(shí)際制冷循環(huán)在實(shí)際制冷中，采用中溫制冷劑(如R22)和低溫制冷劑(如R13或R14)相混合的制冷劑時(shí)，為減少制冷壓縮機(jī)的壓力比和便于低溫制冷劑的冷凝，常采用高沸點(diǎn)的中溫制冷劑節(jié)流汽化吸熱，使得低沸點(diǎn)低溫制冷劑蒸氣冷凝成液體，這個(gè)過程稱為分凝過程。下面介紹單級(jí)壓縮單級(jí)分凝式混合制冷劑制冷循環(huán)的工作原理。2023/1/1053三、混合制冷劑單級(jí)壓縮實(shí)際制冷循環(huán)在實(shí)際制冷中，采

1．單級(jí)壓縮單級(jí)分凝式混合制冷劑實(shí)際制冷系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖5－18所示，單級(jí)壓縮單級(jí)分凝式混合制冷劑制冷系統(tǒng)的設(shè)備主要由制冷壓縮機(jī)、冷凝器、高壓儲(chǔ)液器、低壓儲(chǔ)液器、蒸發(fā)冷凝器、回?zé)崞?、?jié)流閥、蒸發(fā)器等設(shè)備組成，并采用R22中溫制冷劑和R13低溫制冷劑混合成非共沸溶液制冷劑。圖5－18單級(jí)壓縮單級(jí)分凝式混合制冷劑實(shí)際制冷系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)2023/1/10541．單級(jí)壓縮單級(jí)分凝式混合制冷劑實(shí)際制冷系統(tǒng)的基本結(jié)

2．單級(jí)壓縮單級(jí)分凝式混合制冷劑實(shí)際制冷循環(huán)工作原理制冷壓縮機(jī)吸入壓力為p。(蒸發(fā)壓力)的混合制冷劑回氣，并將其壓縮至鳳(冷凝壓力)后排入冷凝器。在冷凝器中，大部分R22和少量的R13被冷凝成飽和液體，而大部分R13和少量的R22蒸氣只是被冷卻，混合制冷劑被分凝出來。被冷凝成飽和液體的制冷劑進(jìn)入高壓儲(chǔ)液器，這部分液體經(jīng)輔助節(jié)流閥降壓送入蒸發(fā)冷凝器中汽化吸熱成飽和蒸氣。而在冷凝器中未被冷凝的大部分R13和少量的R22蒸氣從另一管路引入蒸發(fā)冷凝器，放熱冷凝成飽和液體并進(jìn)入低壓儲(chǔ)液器中。低壓儲(chǔ)液器中的制冷劑液體經(jīng)回?zé)崞鬟^冷，再經(jīng)主節(jié)流閥降壓至釓，然后送入蒸發(fā)器中等壓變溫汽化吸取低溫?zé)嵩吹臒崃?。在蒸發(fā)器中汽化的制冷劑蒸氣經(jīng)回?zé)崞鬟^熱后與蒸發(fā)冷凝器中的制冷劑蒸氣相混合，制冷劑濃度恢復(fù)原始狀態(tài)后被吸入制冷壓縮機(jī)繼續(xù)循環(huán)。主要的熱力循環(huán)過程如下：2023/1/10552．單級(jí)壓縮單級(jí)分凝式混合制冷劑實(shí)際制冷循環(huán)工作原理(1)壓縮過程：混合制冷劑蒸氣由低壓蒸氣壓縮成高壓制冷劑蒸氣，消耗機(jī)械功。

(2)冷卻冷凝過程：混合制冷劑放熱冷卻冷凝。在冷卻冷凝的兩相狀態(tài)中，液相、氣相各組分濃度發(fā)生變化，高沸點(diǎn)制冷劑大部分被冷凝，低沸點(diǎn)制冷劑大部分只是被冷卻。

(3)分凝過程：在冷凝器中用普通的冷卻介質(zhì)水或空氣將大部分的中溫制冷劑冷卻冷凝成為液體，使得大部分中溫制冷劑液體與低溫制冷劑氣體分離。再通過蒸發(fā)冷凝器用冷凝下來的混合制冷劑液體(大部分中溫制冷劑液體)節(jié)流汽化吸熱使低溫制冷劑混合蒸氣冷卻冷凝成液體。2023/1/1056(1)壓縮過程：混合制冷劑蒸氣由低壓蒸氣壓縮成高壓制(4)節(jié)流過程：低溫混合制冷劑液體經(jīng)節(jié)流降壓后成為蒸發(fā)壓力的制冷劑液體。

(5)蒸發(fā)過程：低溫混合制冷劑在蒸發(fā)器中吸熱汽化。

(6)混合過程：來自冷凝蒸發(fā)器的混合制冷劑蒸氣(大部分中溫制冷劑和小部分低溫制冷劑蒸氣)與來自蒸發(fā)器的混合制冷劑蒸氣(大部分低溫制冷劑和小部分中溫制冷劑蒸氣)等壓混合后成為原始濃度的制冷劑蒸氣，隨后進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮。2023/1/1057(4)節(jié)流過程：低溫混合制冷劑液體經(jīng)節(jié)流降壓后成為蒸習(xí)題五一、填空題通常情況下，活塞式單級(jí)制冷壓縮機(jī)的壓縮比不超過

。其中氨制冷壓縮機(jī)的壓縮比不大于

，氟利昂壓縮機(jī)的壓縮比不大于_________。

二、問答題

1．在制取－40℃及其以下低溫時(shí)，為何不采用單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)?2．兩級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)通常有哪幾種基本形式?3．試畫出一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)基本組成圖，并簡(jiǎn)要分析其工作過程。2023/1/1058習(xí)題五一、填空題通常情況下，活塞式單級(jí)制冷壓4．如何確定兩級(jí)壓縮循環(huán)的中間壓力?5．何為復(fù)疊式制冷循環(huán)?6．在制?。?0℃其以下低溫時(shí)，為何不采用多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)?7．試畫出兩個(gè)單級(jí)壓縮制冷循組成的二元復(fù)疊式制冷循環(huán)的基本組成圖，并簡(jiǎn)要分析其工作過程。

8．與多級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)相比，復(fù)疊式制冷循環(huán)有何特點(diǎn)?9．混合制冷劑壓縮制冷循環(huán)有何特點(diǎn)?2023/1/10594．如何確定兩級(jí)壓縮循環(huán)的中間壓力?2023/1/92023/1/10602023/1/91第五章多級(jí)蒸氣壓縮制冷、復(fù)疊式制冷、混合工質(zhì)制冷循環(huán)§5－1多級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)§5－2復(fù)疊式制冷循環(huán)§5－3混合工質(zhì)制冷劑制冷循環(huán)習(xí)題五2023/1/1061第五章多級(jí)蒸氣壓縮制冷、復(fù)疊式制冷、混合工質(zhì)制冷循環(huán)§5－1多級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)

一、采用多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的原因

1．單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的局限性由濕蒸氣的熱力性質(zhì)可知，確定的制冷劑的冷凝壓力與冷凝溫度、蒸發(fā)壓力與蒸發(fā)溫度存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。因此，為了獲得較低的蒸發(fā)溫度，必須降低蒸發(fā)壓力。這對(duì)于單級(jí)蒸氣壓縮式制冷來說，因冷凝溫度受環(huán)境制約，冷凝壓力變化不大，因此蒸發(fā)壓力的降低必將導(dǎo)致制冷壓縮機(jī)的壓縮比(pk：po)增大。如果壓縮比超過一定限度，將會(huì)帶來以下一系列的問題。2023/1/1062§5－1多級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)一、采用多級(jí)蒸氣壓縮式制冷蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)制冷劑系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/1063蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)制冷劑系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/油系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/1064油系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/95空氣分離系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/1065空氣分離系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/96泄氨系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/1066泄氨系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/97水系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/1067水系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/98(1)余隙容積影響增大隨著壓縮比的增大，排氣結(jié)束時(shí)余隙容積內(nèi)的高壓制冷劑在吸氣時(shí)膨脹所點(diǎn)據(jù)的氣缸容積越來越多，能吸入的回氣越來越少。實(shí)踐表明，當(dāng)壓縮比大于20后，普通活塞式壓縮機(jī)的容積系數(shù)幾乎為零，基本失去吸入低壓制冷劑回氣的能力。

(2)排氣溫度升高，影響正常運(yùn)行排氣溫度升高后，主要會(huì)產(chǎn)生如下4個(gè)不利因素：(1)使?jié)櫥妥兿。ざ认陆?，?dǎo)致潤(rùn)滑條件惡化；(2)排氣溫度超過潤(rùn)滑油的閃點(diǎn)后，易炭化而堵塞油路；(3)易使?jié)櫥蛽]發(fā)，隨制冷劑進(jìn)入換熱器管道，并積聚成油膜，影響換熱；(4)潤(rùn)滑油與制冷劑易在高溫下慢性分解，產(chǎn)生不凝性氣體，使冷凝壓力升高、增大冷凝負(fù)荷、產(chǎn)生易燃易爆的氫氣，增大運(yùn)行的危險(xiǎn)性。2023/1/1068(1)余隙容積影響增大2023/1/99(3)壓縮過程偏離等熵程度增大，實(shí)際功耗增加，制冷系數(shù)下降。如圖5－1所示。

(4)節(jié)流損失增大，制冷能力下降如圖5－2所示，壓縮比較大時(shí)，節(jié)流后的制冷劑干度(X5)較大，根據(jù)第四章公式q0=r0(1－X5)(式4－14)或圖中制冷量的比例大小可知循環(huán)時(shí)單位制冷能力下降。

圖5－1偏離等熵壓縮時(shí)實(shí)際功耗增大圖5－2壓縮比較大時(shí)功耗增大、制冷量下降2023/1/1069(3)壓縮過程偏離等熵程度增大，實(shí)際功耗增加，制冷系可見，制冷壓縮機(jī)的壓縮比不能過大。在一般工作條件下，現(xiàn)代活塞式單級(jí)制冷壓縮機(jī)的壓縮比不超過8～10。其中，氨制冷壓縮機(jī)因氨的絕熱指數(shù)較大，壓縮比不大于8；氟利昂壓縮機(jī)的壓縮比不大于10。表5－1列出了幾種常見中溫中壓制冷劑應(yīng)用在單級(jí)活塞式制冷下的最低蒸發(fā)溫度。表5－l單級(jí)活塞式壓縮機(jī)的最低蒸發(fā)溫度冷凝溫度(℃)

30

35

40

50最低蒸發(fā)溫度(℃)

R22

－37

－34

－31

—29

R502

－39

－36

－34

—29

R134a

－32

－29

－25

—20

R717

－25

－22

－20

/由表5－l可見，單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的蒸發(fā)溫度一般只能達(dá)到－30～－20℃，－40℃已經(jīng)到了極限。如果需要更低的溫度并具有不太低的工作效率，則需采用多級(jí)壓縮制冷循環(huán)或復(fù)疊式制冷循環(huán)。2023/1/1070可見，制冷壓縮機(jī)的壓縮比不能過大。在一般工作條件下，氟利昂制冷系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/1071氟利昂制冷系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/1/912

2．采用多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)采用多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)來獲取低溫，能夠避免或減少單級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)中由于壓力比過大所引起的一系列不利的因素，從而改善制冷壓縮機(jī)的工作條件，提高制冷效率。具體優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)可降低各級(jí)壓縮比，減小活塞式制冷壓縮機(jī)的余隙容積影響，減少制冷劑回氣與氣缸壁間的熱交換，減少制冷劑在壓縮過程中的竄氣泄漏，提高制冷壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)，從而增大制冷量。(2)可降低各級(jí)的排氣溫度，減小壓縮過程中的不可逆損失，保證設(shè)備更加高效、安全運(yùn)行。

(3)可降低各級(jí)的壓力差，使運(yùn)行的平衡性能提高、機(jī)械摩擦和磨損減小。有利于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和降低成本。

(4)可減少節(jié)流損失，提高制冷效率。2023/1/10722．采用多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)2023/1/9二、兩級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)

1．兩級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)的基本形式根據(jù)節(jié)流的級(jí)數(shù)和中間冷卻方式的不同，兩級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)有下列幾種基本形式：

(1)一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)。

(2)一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)。

(3)一次節(jié)流中間完全不冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)。

(4)二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)。

(5)二次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)。下面就常見的幾種兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)作簡(jiǎn)要的介紹和分析，其余的基本結(jié)構(gòu)和原理相類似。2023/1/1073二、兩級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)1．兩級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)的一級(jí)節(jié)流中間完全冷卻的雙級(jí)壓縮工作原理（點(diǎn)擊放大）2023/1/1074一級(jí)節(jié)流中間完全冷卻的雙級(jí)壓縮工作原理（點(diǎn)擊放大）2一級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻的雙級(jí)壓縮工作原理（點(diǎn)擊放大）2023/1/1075一級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻的雙級(jí)壓縮工作原理（點(diǎn)擊放大）20二級(jí)節(jié)流中間完全冷卻的雙級(jí)壓縮工作原理（點(diǎn)擊放大）2023/1/1076二級(jí)節(jié)流中間完全冷卻的雙級(jí)壓縮工作原理（點(diǎn)擊放大）2023/二級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻的雙級(jí)壓縮工作原理（點(diǎn)擊放大）2023/1/1077二級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻的雙級(jí)壓縮工作原理（點(diǎn)擊放大）2023二級(jí)節(jié)流，帶中溫蒸發(fā)器的中間完全冷卻的雙級(jí)壓縮工作原理（點(diǎn)擊放大）2023/1/1078二級(jí)節(jié)流，帶中溫蒸發(fā)器的中間完全冷卻的雙級(jí)壓縮工作原理（點(diǎn)擊

2．一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)

(1)系統(tǒng)基本組成如圖5－3所示，一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)主要由低壓級(jí)壓縮機(jī)、高壓級(jí)壓縮機(jī)、冷凝器、中間冷卻器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器等設(shè)備組成。圖5－3一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)基本組成2023/1/10792．一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)圖5－3(2)基本工作原理低壓級(jí)制冷壓縮機(jī)吸入來自蒸發(fā)器的低溫低壓(t0，p0)制冷劑回氣，壓縮成為中間壓力(pm

)的過熱蒸氣后排出，再經(jīng)管道送到中間冷卻器。在中間冷卻器中，該過熱蒸氣與原冷卻器中的制冷劑飽和液體混合，并被冷卻成為溫度是tm

(與中間壓力pm

對(duì)應(yīng))的干飽和蒸氣，之后，被吸人到高壓級(jí)壓縮機(jī)中并被再次壓縮至壓力pk

(冷凝壓力)。經(jīng)過兩級(jí)壓縮的制冷劑過熱蒸氣排入冷凝器等壓冷卻冷凝成飽和液體，然后分成兩路：少部分經(jīng)輔助節(jié)流閥降壓至中間壓力pm

后進(jìn)入中間冷卻器汽化吸熱，用來冷卻低壓壓縮機(jī)排出的蒸氣和中間冷卻器盤管內(nèi)的高壓液體，最終與從低壓級(jí)排出的被冷卻的飽和蒸氣一同進(jìn)入高壓級(jí)壓縮機(jī)，繼續(xù)壓縮成高壓蒸氣；大部分流入中間冷卻器的盤管，作進(jìn)一步冷卻，最終經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降壓至p0

，進(jìn)入蒸發(fā)器汽化并吸收被冷卻系統(tǒng)的熱量。2023/1/1080(2)基本工作原理2023/1/921(3)熱力過程壓一焓圖及其簡(jiǎn)要分析(圖5－4)

1－2

過程為低壓壓縮機(jī)的等熵壓縮過程。

2－3

過程為一次壓縮后制冷劑蒸氣在中間冷卻器中冷卻成飽和蒸汽的過程。

3－4

過程為高壓壓縮機(jī)的等熵壓縮過程。

4－5

過程為高壓制冷劑蒸氣等壓冷卻冷凝過程。

5－6

過程為小部分制冷劑液體經(jīng)輔助節(jié)流閥降壓至中間壓力的過程。圖5－4一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)壓－焓圖2023/1/1081(3)熱力過程壓一焓圖及其簡(jiǎn)要分析(圖5－4)圖5－

6－3

過程為中間壓力(pm

)的制冷劑液體吸熱蒸發(fā)成飽和蒸氣的過程。

5－7

過程為高壓制冷劑液體在中間冷卻器過冷過程。

7－8

過程為制冷劑液體由高壓pk

節(jié)流降壓至低壓p0的過程。

8－1

過程為制冷劑液體在蒸發(fā)器中吸熱汽化的過程。一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷較適用于大型氨制冷系統(tǒng)。圖5－4一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)壓－焓圖一級(jí)節(jié)流中間完全冷卻p-h圖（點(diǎn)擊放大）2023/1/10826－3過程為中間壓力(pm)的制冷劑液體吸熱蒸

3．一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)

(1)系統(tǒng)基本組成一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的基本組成與一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的基本相同，只是低壓壓縮機(jī)、中間冷卻器和高壓壓縮機(jī)三者之間的相互連接有所變化，如圖5－5所示。圖5－5一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)基本組成2023/1/10833．一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)圖5－5(2)基本工作原理和熱力過程壓－焓圖與一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的工作原理的主要區(qū)別在于，低壓級(jí)壓縮機(jī)排出的中間壓力(pm

)的蒸氣不再進(jìn)入中間冷卻器，而是與來自中間冷卻器產(chǎn)生的飽和蒸氣在管路中混合，然后一同進(jìn)入高壓級(jí)壓縮機(jī)。因此，高壓級(jí)壓縮機(jī)吸入的是中間壓力下的過熱蒸氣，而不再是飽和蒸氣，這就是所謂的“中間不完全冷卻”。2023/1/1084(2)基本工作原理和熱力過程壓－焓圖2023/1/9一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)與一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)的理論熱力過程相似，不同的地方只是中間冷卻器冷卻過程。對(duì)于中間完全冷卻，2－3過程為制冷劑蒸氣在中間冷卻器中冷卻成飽和蒸氣的過程，3－4過程為高壓壓縮機(jī)的等熵壓縮過程；對(duì)于中間不完全冷卻循環(huán)，2－3和6－3為管道中的混合過程，而3－4為高壓壓縮機(jī)的壓縮過程，如圖5－6所示。

圖5－6一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)壓一焓圖一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)較適用于R12、R22等氟利昂制冷系統(tǒng)。一級(jí)節(jié)流中間不完冷卻p-h

圖（點(diǎn)擊放大）

2023/1/1085一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)與一次節(jié)流中間

4．二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)也是常見的制冷循環(huán)形式。但二次節(jié)流循環(huán)一般不適宜用于活塞式和螺桿式壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)，卻適宜于離心式壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)，而中間完全冷卻方式通常只適合氨制冷系統(tǒng)。(1)系統(tǒng)基本組成(圖5－7)圖5－7二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)基本組成2023/1/10864．二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)(1)系低壓級(jí)壓縮機(jī)吸取來自蒸發(fā)器的低壓(p0)制冷劑回氣，并將其壓縮成壓力為pm

(中間壓力)的過熱蒸氣后排入中間冷卻器。該過熱蒸氣在中間冷卻器中被完全冷卻到中間壓力下的干飽和蒸氣后，再被高壓級(jí)壓縮機(jī)吸入并壓縮到冷凝壓力(pk)后送入冷凝器等壓冷凝成飽和液體。圖5－7二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)基本組成2023/1/1087低壓級(jí)壓縮機(jī)吸取來自蒸發(fā)器的低壓(p0)制冷劑回該飽和液體經(jīng)節(jié)流閥A節(jié)流降壓到中間壓力后進(jìn)入中間冷卻器，其中一小部分吸收來自第一級(jí)過熱蒸氣的熱量而汽化，并與第一級(jí)冷卻后的飽和蒸氣一起進(jìn)第二級(jí)循環(huán)；而大部分經(jīng)節(jié)流閥B再次節(jié)流降壓到蒸發(fā)壓力(p0

)后進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱制冷。圖5－7二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)基本組成二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷理論循環(huán)壓－焓圖見圖5－8。圖5－8二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)壓－焓圖2023/1/1088該飽和液體經(jīng)節(jié)流閥A節(jié)流降壓到中間壓力后進(jìn)入中間冷卻器，三、兩級(jí)壓縮循環(huán)中間壓力的確定如何確定中間壓力或中間溫度，是兩級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)的一個(gè)重要問題。最佳中間壓力或最佳中間溫度以循環(huán)能獲得最高制冷效率為基本原則，它的準(zhǔn)確選定對(duì)循環(huán)的制冷系數(shù)、壓縮機(jī)的輸氣量、功耗和結(jié)構(gòu)等都有直接的影響。

中間壓力或中間溫度的確定有多種方法，這里簡(jiǎn)要介紹兩種。

1.比例中項(xiàng)計(jì)算法最佳中間壓力：(5－1)

比例中項(xiàng)計(jì)算法是基于許多理想情況根據(jù)熱力學(xué)理論推導(dǎo)得到的，實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)作一定的修正。2023/1/1089三、兩級(jí)壓縮循環(huán)中間壓力的確定如何確定中間壓力或中間

2．經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法最佳中間溫度

(℃)(5－2)

除了上述兩種方法外，中間壓力或中間溫度的確定還有最大制冷系數(shù)法、容積比插值法、經(jīng)驗(yàn)線圖法等。2023/1/10902．經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法2023/1/931§5－2復(fù)疊式制冷循環(huán)一、采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因

1．多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的局限性通過前面的學(xué)習(xí)我們知道，可采用多級(jí)壓縮制冷循環(huán)來獲得－80℃以上的低溫。但是，當(dāng)需要制取更低的溫度時(shí)，由于冷凝溫度(受控于環(huán)境溫度)與蒸發(fā)溫度相差過大，多級(jí)壓縮制冷循環(huán)因出現(xiàn)下列問題也不再勝任：

(1)為利用常溫的介質(zhì)(水或空氣)冷凝，人們必須使用中溫制冷劑，而降低蒸發(fā)溫度常受到中溫制冷劑凝固點(diǎn)的限制。例如，氨的凝固溫度為－77．7℃，當(dāng)要求制?。?7．7℃以下的低溫時(shí)，在蒸發(fā)器中的制冷劑氨將因溫度低于其凝固點(diǎn)而變成固體，因而失去流動(dòng)性使制冷循環(huán)停止。2023/1/1091§5－2復(fù)疊式制冷循環(huán)一、采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因(2)對(duì)于中溫制冷劑來說，過低的蒸發(fā)溫度必然要求過低的蒸發(fā)壓力，而過低的蒸發(fā)壓力不僅會(huì)使壓縮機(jī)基本甚至完全失去吸氣功能，還會(huì)增大環(huán)境空氣滲入系統(tǒng)的機(jī)會(huì)，使制冷系統(tǒng)不能正常工作。

(3)對(duì)于中溫制冷劑來說，過低的蒸發(fā)壓力使蒸氣比容過大，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)制冷劑的循環(huán)量過少，設(shè)備制冷能力急劇下降。為了獲得所需的冷量，只得加大氣缸容積，使得壓縮機(jī)體積龐大且功耗增大。

(4)雖然，可以采用低溫制冷劑，但因低溫制冷劑的臨界點(diǎn)非常接近甚至低于室溫(如低溫制冷劑R13的臨界溫度為28．8℃)，而無法用常溫的水或空氣來冷凝液化。2023/1/1092(2)對(duì)于中溫制冷劑來說，過低的蒸發(fā)溫度必然要求過低

2．為使用低溫制冷劑創(chuàng)造冷凝條件制取較低溫時(shí)，低溫制冷劑除不能用常溫的介質(zhì)冷凝外在其他方面具有用其他類型的制冷劑無可比擬的優(yōu)勢(shì)。那我們能不能如圖5－9所示，用另一套制冷設(shè)備人為地為低溫制冷循環(huán)創(chuàng)造一個(gè)低溫的冷卻冷凝環(huán)境呢?復(fù)疊式制冷循環(huán)正是基于上述設(shè)想產(chǎn)生的。圖5－9為低溫制冷循環(huán)創(chuàng)造冷低溫冷卻冷凝環(huán)境2023/1/10932．為使用低溫制冷劑創(chuàng)造冷凝條件圖5－9為低溫制二、復(fù)疊式制冷循環(huán)復(fù)疊式制冷循環(huán)是用兩種或兩種以上不同的制冷劑，分別組成兩個(gè)或兩個(gè)以上相互獨(dú)立的單級(jí)(或兩級(jí))壓縮制冷循環(huán)，并把它們合成為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行制冷循環(huán)。它可以獲－130～－80℃的低溫。

1．復(fù)疊式制冷循環(huán)的常見形式

(1)由兩個(gè)單級(jí)壓縮制冷循環(huán)組成的二元復(fù)疊式制冷循環(huán)。

(2)由一個(gè)兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)和一個(gè)單級(jí)壓縮制冷循環(huán)組成的二元復(fù)疊制冷循環(huán)。

(3)由3個(gè)單級(jí)壓縮制冷循環(huán)組成的三元復(fù)疊式制冷循環(huán)。2023/1/1094二、復(fù)疊式制冷循環(huán)復(fù)疊式制冷循環(huán)是用兩種或兩種以上不復(fù)疊式壓縮工作（點(diǎn)擊放大）2023/1/1095復(fù)疊式壓縮工作（點(diǎn)擊放大）2023/1/936兩個(gè)單級(jí)復(fù)疊系統(tǒng)（點(diǎn)擊放大）2023/1/1096兩個(gè)單級(jí)復(fù)疊系統(tǒng)（點(diǎn)擊放大）2023/1/937三個(gè)單級(jí)復(fù)疊系統(tǒng)（點(diǎn)擊放大）三個(gè)單級(jí)復(fù)疊系統(tǒng)（點(diǎn)擊放大）三個(gè)單級(jí)復(fù)疊系統(tǒng)（點(diǎn)擊放大）2023/1/1097三個(gè)單級(jí)復(fù)疊系統(tǒng)（點(diǎn)擊放大）三個(gè)單級(jí)復(fù)疊系統(tǒng)（點(diǎn)擊放大）人們可以根據(jù)制冷溫度和服務(wù)對(duì)象等不同采用不同的組合(表5－2)，例如，制冷溫度在－110～－80℃之間可采用由一個(gè)兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)和一個(gè)單級(jí)壓縮制冷循環(huán)組成的二元復(fù)疊制冷循環(huán)；制冷溫度在－130～－110℃之間可采用由3個(gè)單級(jí)壓縮制冷循環(huán)組成的三元復(fù)疊式制冷循環(huán)。另外，復(fù)疊式制冷循環(huán)不僅可以采用不同的制冷劑，還可以采用不同的制冷方法，例如低溫部分用蒸氣壓縮式制冷循環(huán)，而高溫部分用吸收式制冷循環(huán)等方法。表5－2復(fù)疊式蒸氣壓縮制冷的溫度范圍制取低溫的溫度范圍(℃)采用的制冷劑和制冷循環(huán)方式

－80～－60

R22和R13復(fù)疊

－100～－80

R22兩級(jí)和R13復(fù)疊

－130～－100

R22單級(jí)和R13或R14兩級(jí)復(fù)疊下面以兩個(gè)單級(jí)壓縮制冷循環(huán)組成的二元復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)為例，說明它們的組成及工作過程。2023/1/1098人們可以根據(jù)制冷溫度和服務(wù)對(duì)象等不同采用不同的組合(

2．系統(tǒng)基本組成二元復(fù)疊制冷循環(huán)的基本組成如圖5－10所示，它由兩個(gè)獨(dú)立的制冷系統(tǒng)組合而成：一個(gè)是高溫制冷系統(tǒng)，它通常采用中溫中壓制冷劑，如R22或R502；一個(gè)是低溫制冷系統(tǒng)，它通常采用低溫高壓制冷劑，如R13或R14。高溫部分的蒸發(fā)器與低溫部分的冷凝器制作成一體，稱為蒸發(fā)冷凝器。蒸發(fā)冷凝器在阻止高溫部分與低溫部分之間制冷劑交換的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)兩部分之間的熱量交換，使高溫部分的蒸發(fā)器工作時(shí)為低溫部分的冷凝器工作創(chuàng)造低溫冷凝的放熱環(huán)境。本制冷循環(huán)系統(tǒng)可制取－80～－60℃的低溫。2023/1/10992．系統(tǒng)基本組成2023/1/940圖5－10二元復(fù)疊式制冷循環(huán)示意圖3．循環(huán)過程壓－焓圖高溫部分與低溫部分循環(huán)過程壓－焓圖分別如圖5－11、圖5－12所示。圖5－11高溫部分循環(huán)過程壓－焓圖圖5－12低溫部分循過程壓－焓圖2023/1/10100圖5－10二元復(fù)疊式制冷循環(huán)示意圖3．循環(huán)過程三、復(fù)疊式制冷循環(huán)實(shí)際應(yīng)用中的幾個(gè)問題

1．中間溫度的確定在復(fù)疊式制冷循環(huán)中，每個(gè)中間溫度都涉及兩個(gè)溫度，即高溫部分(吸熱部分)制冷劑的蒸發(fā)溫度tOH

和低溫部分(放熱部分)制冷劑的冷凝溫度tKL

，這兩個(gè)溫度一般相差5～1O℃

，并且t0H

＜

tKL

。雖然，中間溫度的確定以能使循環(huán)的制冷系數(shù)最大和各壓縮機(jī)的壓縮比大致相等為原則，但因?yàn)橹虚g溫度在一定的范圍內(nèi)變化時(shí)，制冷系數(shù)受到影響不大，所以一般按各級(jí)壓縮比大致相等來確定中間溫度。2023/1/10101三、復(fù)疊式制冷循環(huán)實(shí)際應(yīng)用中的幾個(gè)問題1．中間溫度的

2．膨脹容器的設(shè)置由于復(fù)疊式制冷機(jī)的低溫級(jí)采用了低溫制冷劑，當(dāng)系統(tǒng)停止工作時(shí)，在室溫下低溫制冷劑將全部汽化為飽和蒸氣或過熱蒸氣，相應(yīng)的飽和氣壓很高，一般在30MPa以上，已超出低壓容器和壓縮制冷機(jī)的限壓范圍。因此，通常如圖5－13所示，在低溫級(jí)回氣管上接入一個(gè)容積足夠大的膨脹容器，使得停機(jī)后低溫制冷劑進(jìn)入膨脹器而降低系統(tǒng)壓力。一般要求當(dāng)環(huán)境溫度為40℃時(shí)，系統(tǒng)停止工作，氣體膨脹后壓力不超過10MPa。圖5－13在復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的低溫部分增設(shè)膨脹容器2023/1/101022．膨脹容器的設(shè)置圖5－13在復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的低

3．啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的啟動(dòng)和運(yùn)行與單級(jí)壓縮系統(tǒng)有所不同，為了保證低溫部分循環(huán)能正常工作，兩個(gè)壓縮機(jī)不能同時(shí)啟動(dòng)。應(yīng)首先讓高溫部分壓縮機(jī)啟動(dòng)，工作一段時(shí)間后中間溫度降到足以使低溫部分冷凝時(shí)(低溫制冷劑此時(shí)的冷凝壓力低于16×105Pa)，再啟動(dòng)低溫部分壓縮機(jī)。壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)有兩種方式：一種是高溫部分壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，低溫部分壓縮機(jī)間歇運(yùn)轉(zhuǎn)；另一種是系統(tǒng)運(yùn)行后，當(dāng)?shù)蜏夭糠值恼舭l(fā)器達(dá)到預(yù)定低溫時(shí)，高、低溫部分的壓縮機(jī)同時(shí)停車。2023/1/101033．啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)2023/1/944

4．回?zé)岷瓦^熱冷卻措施為提高復(fù)疊式制冷設(shè)備的工作效率，如圖5－14所示經(jīng)常在高溫或低溫部分或全部采用回?zé)峒斑^熱冷卻措施。圖5－14在復(fù)疊式制冷中經(jīng)常采取的回?zé)岷瓦^冷措施2023/1/101044．回?zé)岷瓦^熱冷卻措施圖5－14在復(fù)疊式制冷中經(jīng)常四、復(fù)疊式制冷循環(huán)的特點(diǎn)1．在制取同樣冷量的要求下，復(fù)疊式制冷的低溫部分制冷壓縮機(jī)的理論輸氣量比兩級(jí)壓縮時(shí)低壓級(jí)制冷壓縮機(jī)的理論輸氣量可以小得多，使得整個(gè)機(jī)組的制冷壓縮機(jī)尺寸減小、重量減輕。

2．在復(fù)疊式制冷中，每臺(tái)制冷壓縮機(jī)的工作壓力范圍比較適中，低溫部分制冷壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)及實(shí)際效率都有所提高，尤其是摩擦功率減少，因此循環(huán)的制冷系數(shù)提高。

3．在復(fù)疊式制冷中，兩部分系統(tǒng)內(nèi)能保持正壓，空氣不易漏人，運(yùn)行的穩(wěn)定性好。

4．復(fù)疊式制冷循環(huán)一般需采用冷凝蒸發(fā)器、膨脹容器、氣液熱交換器等設(shè)備，并需采用多元制冷劑，系統(tǒng)比較復(fù)雜。2023/1/10105四、復(fù)疊式制冷循環(huán)的特點(diǎn)1．在制取同樣冷量的要求下，§5－3混合工質(zhì)制冷劑制冷循環(huán)一、勞倫茲循環(huán)及指導(dǎo)意義在實(shí)際工程中，高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臒崛萘客怯邢薜?，在與制冷工質(zhì)熱量交換過程中，高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟纫话銜?huì)發(fā)生變化。被冷卻系統(tǒng)的溫度在逐漸下降，而環(huán)境介質(zhì)的溫度逐漸上升，形成了變溫條件下的制冷循環(huán)。如果在變溫?zé)嵩粗胁捎煤愣ǖ恼舭l(fā)溫度T0

、冷凝溫度Tk去執(zhí)行制冷循環(huán)，必然會(huì)增大制冷劑與高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g的傳熱不可逆耗散，使制冷循環(huán)的工作效率下降。為了減少這種傳熱的不可逆耗散，應(yīng)采用能使蒸發(fā)溫度和冷凝溫度隨高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟茸兓兓闹评溲h(huán)，這就是變溫?zé)嵩粗评溲h(huán)過程。這種循環(huán)理論是由勞倫茲提出的。2023/1/10106§5－3混合工質(zhì)制冷劑制冷循環(huán)一、勞倫茲循環(huán)及指導(dǎo)意義勞倫茲循環(huán)如圖5－15所示，它是由兩個(gè)可逆等熵過程和兩個(gè)可逆多變換熱過程組成的逆向循環(huán)。其循環(huán)以內(nèi)部可逆為前提，系統(tǒng)與外界換熱時(shí)的蒸發(fā)溫度、冷凝溫度的變化始終與冷卻介質(zhì)和被冷卻介質(zhì)的溫度變化同步，而且傳熱溫差為無限小。在勞倫茲循環(huán)中，1－2的過程為等熵壓縮過程，2－3為傳熱溫差無限小的向高溫?zé)嵩纯赡孀儨胤艧徇^程，3－4的過程為可逆等熵膨脹過程，4－1的過程為傳熱溫差無限小的從低溫?zé)嵩纯赡孀儨匚鼰徇^程。勞倫茲循環(huán)屬可逆逆向循環(huán)，其制冷系數(shù)是相同條件下的所有變溫?zé)嵩茨嫦蜓h(huán)中最高的。圖5－15勞倫茲循環(huán)過程溫－熵圖2023/1/10107勞倫茲循環(huán)如圖5－15所示，它是由兩個(gè)可逆等熵過程和勞倫茲循環(huán)是變溫?zé)嵩礂l件下的理想制冷循環(huán)，它雖與逆卡諾循環(huán)一樣在實(shí)際工程中不能實(shí)現(xiàn)，但對(duì)變溫?zé)嵩礂l件下的逆向循環(huán)提出了提高制冷效率、解決實(shí)際制冷循環(huán)中出現(xiàn)的問題具有指導(dǎo)意義。二、混合制冷劑單級(jí)壓縮理論制冷循環(huán)·l.混合制冷劑單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的基本組成混合制冷劑單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)也由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器等組成，如圖5－16所示，它使用的制冷劑為非共沸溶液類。圖5－16混合制冷劑單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的基本組成2023/1/10108勞倫茲循環(huán)是變溫?zé)嵩礂l件下的理想制冷循環(huán)，它其循環(huán)過程如圖5－17所示，1－2為制冷壓縮機(jī)等熵壓縮過程，2－3－4為等壓降溫冷卻冷凝過程，4－5是混合制冷劑等焓節(jié)流過程，5－1是制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)等壓升溫汽化吸熱過程。圖5－17混合制冷劑單級(jí)壓縮理