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1、第三节 蒸气压缩式制冷循环的改善,主讲人：张姝 建筑环境与设备工程教研室,第三节 蒸气压缩式制冷循环的改善,蒸气压缩式制冷理论循环的两种损失 节流过程带来的节流损失； 干压缩所产生的过热损失。,一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却,基本概念 液体再（过）冷：从冷凝器出来的液态制冷剂的温度低于其压力对应的饱和温度。 再（过）冷度：液体过冷后的温度与其压力对应的饱和温度的差值。 再（过）冷循环：具有液体过冷的制冷循环称之为再（过）冷循环,一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却,(1)设置再冷却器的蒸气压缩式制冷循环工作流程及理论循环,1、设置再冷却器的蒸气压缩式制冷循环,工作流程,理论循环,一、膨胀阀前液态制冷剂再
2、冷却,(2)液体过冷对制冷性能的影响 采用液态制冷剂再冷，节流后制冷剂的干度减少（即无效气化减少）单位质量制冷剂的制冷量增加。 (q0=h4-h4= 4bb44); 压缩机的压缩功不变。 制冷系数提高，节流损失减少。,对于空调用制冷系统（蒸发温度较高），并不单独设置再冷却器，而是适当增大冷凝器面积，使冷却介质与呈逆流换热，以实现再冷。,一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却,2、蒸气回热循环 基本概念 蒸气过热：压缩机入口处制冷剂蒸气的温度高于其压力对应的饱和温度。 过热度：制冷剂蒸气过热后的温度与同压力下饱和温度的差值。 过热循环：具有蒸气过热的制冷循环称之为过热循环。,一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却,
3、2、蒸气回热循环 (1)回热式蒸气压缩式制冷循环工作流程及理论循环,工作流程,理论循环,一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却,2、蒸气回热循环 (2)回热对蒸气压缩式制冷性能的影响 采用回热循环，一方面可使液态制冷剂再冷，单位质量制冷剂的制冷量增加( q0= h4-h4= 4bb44); 压缩机的压缩功增加 （Wc= (h2 -h1)-(h2-h1) = 21122); 制冷系数是否提高，取决与制冷剂的热物理性质。,一般说来，对于节流损失大的制冷剂，如氟利昂R12、R134a等回热是有利的，而对于制冷剂氨则是不利的。,二、回收膨胀功,1、膨胀机的应用条件,对于大容量制冷装置：,一方面，由于膨胀机的容量
4、较大，不会出现因机件过小导致加工方面的困难； 另一方面，可回收的膨胀功相对较大；,因此，采用膨胀机回收膨胀功可节省常规能源，提高制冷系数。,二、回收膨胀功,2、使用膨胀机的蒸气压缩式制冷的工作流程和理论循环,工作流程,理论循环,二、回收膨胀功,3、回收膨胀功对制冷性能的影响 输出有用的膨胀功，压缩机压缩功减少 单位质量制冷量增加 理论制冷系数提高,三、多级压缩式制冷循环,当压缩机的压缩比较大时，压缩机的排气温度相应较高，因而过热损失及压缩机功耗均较大。 为减少过热损失及降低压缩机功耗，可采用具有中间冷却的多级压缩制冷循环。 多级压缩制冷循环，不但降低压缩机排气温度，还可减少过热损失，减少耗功量
5、；压缩比越大，越节能。,多级压缩制冷循环,三、多级压缩式制冷循环,多级压缩式制冷循环的应用场合 多级压缩式制冷循环的两种形式 闪发蒸气分离器（经济器）； 中间冷却器。,压缩比较高（通常 pk/p0 大于8）； 离心式或螺杆式制冷压缩机（可以比较方便的进行中间抽气，如空调用螺杆冷水机组）,三、多级压缩式制冷循环,1、带闪发蒸气分离器的双级压缩制冷的工作流程及理论循环,工作流程,理论循环,三、多级压缩式制冷循环,2、闪发蒸气分离器对制冷性能的影响,采用闪发蒸气分离器，减少了一级压缩的制冷剂流量； 采用闪发蒸气分离器，降低了二级压缩机进口的蒸气温度和比容。,因此，采用闪发蒸气分离器可有效降低压缩机的
6、功耗，故闪发蒸气分离器也称之为经济器。,三、多级压缩式制冷循环,3、一次节流完全中间冷却的双级压缩制冷的工作流程及理论循环,工作流程,理论循环,三、多级压缩式制冷循环,4、一次节流中间不完全冷却的双级压缩制冷的工作流程及理论循环,工作流程,理论循环,三、多级压缩式制冷循环,5、双级蒸气压缩式制冷的热力计算 （1）中间压力的确定 以获取最大制冷系数的中间压力为原则；以这种原则确定的中间压力称之为最佳中间压力。（在工程设计时，可通过选择几个中间压力进行试算以确定最优值。） 以高低压缩机压缩比相等为原则（虽然制冷系数不是最大，但压缩机气缸工作容积的利用程度高，较实用）。,此时中间压力的计算式为：,三
7、、多级压缩式制冷循环,（2）制冷剂质量流量的确定 一次节流完全中间冷却系统 若已知制冷量0 低压级压缩机的制冷剂流量Mr1：,在中间冷却器中：来自膨胀阀1的制冷剂，一方面使来自低压压缩机的排气冷却至饱和蒸气状态；另一方面使膨胀阀2前的液态制冷剂由状态5再冷却至状态7。,三、多级压缩式制冷循环,由于 ，,高压级压缩机的制冷剂流量Mr：,三、多级压缩式制冷循环,一次节流不完全中间冷却系统 已知制冷量为0，,状态3(由状态2和状态3混合而来)的比焓h3：,中间冷却器的能量方程,高压级压缩机的制冷剂流量Mr：,三、多级压缩式制冷循环,例题2、如下图所示，系统需制冷量20kW，制冷剂采用R134a，蒸发
8、温度t04C，冷凝温度tk40C，试进行理论循环的的热力计算。,三、多级压缩式制冷循环,解：(1) 确定该制冷循环的中间压力Pm ； (2) 绘出理论循环的压焓图； (3) 根据其热力性质表查处于饱和线上的有关参数值； (4) 计算状态点2 、6、8的参数值；,(状态2由2、3混合而来),(5) 根据压焓图确定其余点的状态参数值； (6) 进行热力计算。,三、多级压缩式制冷循环,单位质量制冷能力：,单位容积制冷能力：,三、多级压缩式制冷循环,低压级制冷剂质量流量：,低压级压缩机制冷剂体积流量：,高压级压缩机制冷剂质量流量：,高压级压缩机制冷剂体积流量：,三、多级压缩式制冷循环,冷凝器的热负荷：
9、,压缩机理论耗功率:,理论制冷系数：,热力完善度：,三、多级压缩式制冷循环,与课本例13 (P1213) 对比，在相同的制冷能力条件下，带闪发蒸气分离器的双级压缩式制冷循环： 制冷剂质量流量稍有减少； 压缩机排气温度降低； 冷凝器热负荷下降； 理论制冷系数提高(达8)。,四、复叠式制冷循环,1、复叠式制冷循环的提出 （1）为获得较低温度，中温制冷剂的局限 对于采用氨、R22等中温制冷剂的压缩式制冷系统，由于受到本身物理性质的限制，能够到达的最低蒸发温度仍有一定的局限。 蒸发温度必须高于制冷剂的凝固点（如：氨的凝固点为77.7C）； 制冷剂的蒸发温度过低，其相应的蒸发压力也很低。当蒸发压力低于0
10、.10.15bar 时，外界空气易渗入系统，严重影响系统的正常运行（如：氨在蒸发温度为65C时，pk= 0.156bar ）; 蒸发压力很低时，制冷剂气态比容很大，单位容积制冷功率很小，要求压缩机的体积流量很大。,四、复叠式制冷循环,（2）为获得较低温度，低温制冷剂的局限 为获得6070C的低温，需采用低温制冷剂（凝固点低，沸点也很低），如R13、 R14等(R13的凝固点为-181 C ，沸点为-81.4 C ； R14的凝固点为-184.9 C ，沸点为-127.9 C ) 。但这类制冷剂的临界温度很低，采用一般冷却水，存在以下局限：,由于水温接近其临界温度，使气态制冷剂难以冷凝； 即使冷
11、凝，由于接近临界点，不但冷凝压力高，而且比潜热小，因而制冷效率也很低。,因此，为降低冷凝压力，就必须采用人工制冷装置为其冷凝器提供冷源，这就是所谓的复叠式蒸气压缩制冷循环。,四、复叠式制冷循环,2、分类 （1）双系统复叠式制冷循环（简称复叠式制冷循环） 由中温制冷剂和低温制冷剂两套独立制冷循环嵌套而成的双系统复叠式制冷循环。 （2）单系统复叠式制冷循环（简称内复叠制冷循环） 采用非共沸混合制冷剂的单系统复叠式制冷循环。,（1）复叠式蒸气压缩制冷的原理图,两台制冷机联合运行，高温级制冷机的蒸发器为低温级制冷机的冷凝器提供冷源； 为确保低温级的所需冷凝温度，高温级制冷机的蒸发温度需低于低温级冷凝温度35C； 复叠式制冷循环既保留了中、低温制冷剂各自的优点，又克服了它们不足，使制取很低的温度成为可能。(深冷),四、复叠式制冷循环,（1）复叠式蒸气压缩制冷的原理图,（2）复叠式蒸气压缩制冷的原理图,
