自然科學(xué)制冷技術(shù)-4課件

第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善建筑工程學(xué)院市政工程系7/24/20231第三節(jié)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善節(jié)流過程帶來的節(jié)流損失；干壓縮所產(chǎn)生的過熱損失。蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的兩種損失

7/24/20232一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻

基本概念

液體再（過）冷：從冷凝器出來的液態(tài)制冷劑的溫度低于其壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度。再（過）冷度：液體過冷后的溫度與其壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度的差值。再（過）冷循環(huán)：具有液體過冷的制冷循環(huán)稱之為再（過）冷循環(huán)。7/24/20233

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

理論循環(huán)

7/24/20234(2)、液體過冷對(duì)制冷性能的影響

一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻

采用液態(tài)制冷劑再冷，節(jié)流后制冷劑的干度減少（即無效氣化減少）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。7/24/20235一、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

蒸氣過熱：壓縮機(jī)入口處制冷劑蒸氣的溫度高于其壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度。過熱度：制冷劑蒸氣過熱后的溫度與同壓力下飽和溫度的差值。過熱循環(huán)：具有蒸氣過熱的制冷循環(huán)稱之為過熱循環(huán)。7/24/20236(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

理論循環(huán)

7/24/20237(2)、回?zé)釋?duì)蒸氣壓縮式制冷性能的影響

一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻

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)。

一般說來，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。7/24/20238無效過熱：蒸氣過熱所吸收的熱量來自被冷卻介質(zhì)以外的物體，即過熱不能產(chǎn)生有效的冷量輸出。（如：蒸發(fā)器出口至壓縮機(jī)入口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

7/24/20239二、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)件過小導(dǎo)致加工方面的困難；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)。7/24/202310二、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)

工作流程

理論循環(huán)

7/24/2023113、回收膨脹功對(duì)制冷性能的影響

二、回收膨脹功

輸出有用的膨脹功，壓縮機(jī)壓縮功減少單位質(zhì)量制冷量增加理論制冷系數(shù)提高7/24/202312三、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，因而過熱損失及壓縮機(jī)功耗均較大。為減少過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)。7/24/202313三、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。7/24/2023141、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)三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)

工作流程

理論循環(huán)

7/24/202315三、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。7/24/202316三、多級(jí)壓縮式制冷循環(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熱蒸氣，因此稱之為不完全冷卻（不適合過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。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)7/24/202317三、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)

工作流程

7/24/2023184、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

7/24/202319三、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）。中間壓力選取的原則：此時(shí)中間壓力的計(jì)算式為：7/24/202320三、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)：低壓級(jí)壓縮機(jī)的制冷劑流量Mr1：高壓級(jí)壓縮機(jī)的制冷劑流量Mr：

在中間冷卻器中：來自膨脹閥1的制冷劑，一方面使來自低壓壓縮機(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。7/24/202321因此，中間冷卻器的能量方程為：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：由于：7/24/202322三、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)的比焓h3：中間冷卻器的能量方程為：7/24/202323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)

7/24/202324三、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。7/24/202325三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)

解：(1)確定該制冷循環(huán)的中間壓力Pm

；

(2)繪出理論循環(huán)的壓焓圖；

(3)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；

(4)計(jì)算狀態(tài)點(diǎn)2′

、6、8的參數(shù)值；

(狀態(tài)2′由2、3混合而來)(5)根據(jù)壓焓圖確定其余點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)值；(6)進(jìn)行熱力計(jì)算。7/24/202326三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)

單位質(zhì)量制冷能力：單位容積制冷能力：7/24/202327三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)

低壓級(jí)制冷劑質(zhì)量流量：低壓級(jí)壓縮機(jī)制冷劑體積流量：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：?7/24/202328三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)

冷凝器的熱負(fù)荷：壓縮機(jī)理論耗功率：理論制冷系數(shù)：熱力完善度：7/24/202329三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)

與課本例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％)。7/24/202330四、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。7/24/202331四、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，而且比潛熱小，因而制冷效率也很低。為降低冷凝溫度，需采用另一臺(tái)制冷裝置為其冷凝器提供冷源，與之聯(lián)合運(yùn)行，及所謂的復(fù)疊式制冷循環(huán)。7/24/202332四、復(fù)疊式制冷循環(huán)

1、復(fù)疊式壓縮制冷的工作流程及理論循環(huán)工作流程

理論循環(huán)

7/24/202333四、復(fù)疊式制冷循環(huán)

1、復(fù)疊式壓縮制冷系統(tǒng)的特點(diǎn)兩臺(tái)制冷機(jī)聯(lián)合運(yùn)行，高溫級(jí)制冷機(jī)的蒸發(fā)器為低溫級(jí)制冷機(jī)的冷凝器提供冷源；為確保低溫級(jí)的所需冷凝溫度，高溫級(jí)制冷機(jī)的蒸發(fā)溫度需低于低溫級(jí)冷凝溫度3－5?C；復(fù)疊式制冷循環(huán)既保留了中、低溫制冷劑各自的優(yōu)點(diǎn)，又克服了它們不足，使制取很低的溫度成為可能。(深冷)7/24/202334作業(yè)－2

1、在蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)中，壓縮機(jī)吸氣口制冷劑蒸氣過熱度增大對(duì)系統(tǒng)制冷性能有何影響？什么情況下