1、第三節(jié)第三節(jié) 蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善主講人：張姝建筑環(huán)境與設(shè)備工程教研室第三節(jié)第三節(jié) 蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改善蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的兩種損失n 節(jié)流過(guò)程帶來(lái)的節(jié)流損失；n 干壓縮所產(chǎn)生的過(guò)熱損失。WcT0TkTs1432q0qkab104ba2PkP0一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻 基本概念基本概念n液體再（過(guò)）冷液體再（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。n再（過(guò)）冷度再（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。n再（過(guò)）冷循環(huán)再（過(guò)）冷循環(huán)：具有液體過(guò)冷的制冷循環(huán)稱之為

2、再（過(guò)）冷循環(huán)一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻一、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)工作流程及理論循環(huán)1、設(shè)置再冷卻器的蒸氣壓縮式制冷循環(huán)工作流程工作流程 理論循環(huán)理論循環(huán) 一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻(2)液體過(guò)冷對(duì)制冷性能的影響 n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)量制冷劑的制冷量增加。 (q0=h4-h4= 4bb44);n 壓縮機(jī)的壓縮功不變。n 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

3、。一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻2、蒸氣回?zé)嵫h(huán)、蒸氣回?zé)嵫h(huán) 基本概念基本概念n蒸氣過(guò)熱蒸氣過(guò)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。n過(guò)熱度過(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。n過(guò)熱循環(huán)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)。一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻2、蒸氣回?zé)嵫h(huán)、蒸氣回?zé)嵫h(huán)(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) 工作流程工作流程 理論循環(huán)理論循環(huán) 一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻一、膨脹閥前液態(tài)制冷劑再冷卻2、蒸氣回?zé)嵫h(huán)、蒸氣回?zé)嵫h(huán)(2)回?zé)釋?duì)蒸氣壓縮式制冷性能的影響回?zé)?/p>

4、對(duì)蒸氣壓縮式制冷性能的影響n采用回?zé)嵫h(huán)，一方面可使液態(tài)制冷劑再冷，單位質(zhì)量制冷劑的制冷量增加( q0= h4-h4= 4bb44);n壓縮機(jī)的壓縮功增加 （Wc= (h2 -h1)-(h2-h1) = 21122);n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)流損失大節(jié)流損失大的制冷劑，如氟利昂氟利昂R12、R134a等回?zé)崾怯欣?，而?duì)于制冷劑氨氨則是不利的。二、回收膨脹功二、回收膨脹功1、膨脹機(jī)的應(yīng)用條件、膨脹機(jī)的應(yīng)用條件 對(duì)于大容量制冷裝置：n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)致加工方面的困難；n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

5、膨脹功可節(jié)省常規(guī)能源，提高制冷系數(shù)。 二、回收膨脹功二、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)、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)工作流程工作流程理論循環(huán)理論循環(huán)二、回收膨脹功二、回收膨脹功0 034 43hhWe4 4 4 440bbhhq3、回收膨脹功對(duì)制冷性能的影響、回收膨脹功對(duì)制冷性能的影響 u輸出有用的膨脹功，壓縮機(jī)壓縮功減少u單位質(zhì)量制冷量增加u理論制冷系數(shù)提高ecthwwqq00三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)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

6、間冷卻的多級(jí)壓縮制冷循環(huán)。多級(jí)壓縮制冷循環(huán)，不但降低壓縮機(jī)排氣溫度，還可減少過(guò)熱損失，減少耗功量；壓縮比越大，越節(jié)能。多級(jí)壓縮制冷循環(huán)多級(jí)壓縮制冷循環(huán)三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)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)合多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)的應(yīng)用場(chǎng)合 多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)的兩種形式多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)的兩種形式 n 閃發(fā)蒸氣分離器（經(jīng)濟(jì)器）；n 中間冷卻器。l 壓縮比較高（通常 pk/p0 大于8）；l 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）三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)1、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)、帶閃發(fā)蒸氣分離器的

7、雙級(jí)壓縮制冷的工作流程及理論循環(huán)壓 縮 機(jī)蒸發(fā)器冷凝器1閃 發(fā) 蒸 氣分 離 器45672138lgph56788221434工作流程工作流程理論循環(huán)理論循環(huán)三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)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、閃發(fā)蒸氣分離器對(duì)制冷性能的影響l 采用閃發(fā)蒸氣分離器，減少了一級(jí)壓縮的制冷劑流量；l 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)器經(jīng)濟(jì)器。 三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)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)、一次節(jié)流完全中間冷卻的雙

8、級(jí)壓縮制冷的工作流程及理論循環(huán)工作流程工作流程理論循環(huán)理論循環(huán)三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)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)、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)工作流程工作流程理論循環(huán)理論循環(huán)三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)5、雙級(jí)蒸氣壓縮式制冷的熱力計(jì)算、雙級(jí)蒸氣壓縮式制冷的熱力計(jì)算（1）中間壓力的確定）中間壓力的確定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)

9、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：kmPPP0三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)8101hhMr（2）制冷劑質(zhì)量流量的確定）制冷劑質(zhì)量流量的確定一次節(jié)流完全中間冷卻系統(tǒng)若已知制冷量0低壓級(jí)壓縮機(jī)的制冷劑流量Mr1： 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)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)狀態(tài)5再冷卻至狀態(tài)再冷卻至狀態(tài)7。)()()(632751321hhMhhMhhMrrr三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)16375322)()()(rrMhhhhhhM65hh 87hh 由

10、于由于 ，高壓級(jí)壓縮機(jī)的制冷劑流量Mr：081637221)()(hhhhhhMMMrrr三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)一次節(jié)流不完全中間冷卻系統(tǒng)已知制冷量為0，狀態(tài)3(由狀態(tài)2和狀態(tài)3混合而來(lái))的比焓h3：312 3221)(hMMhMhMrrrr中間冷卻器的能量方程)()(6 32751hhMhhMrr16 3752)()(rrMhhhhM高壓級(jí)壓縮機(jī)的制冷劑流量Mr：0816 37 321)()(hhhhhhMMMrrr三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)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t04C，冷凝溫度tk40C，試進(jìn)行理論

11、循環(huán)的的熱力計(jì)算。壓 縮 機(jī)蒸發(fā)器冷凝器1閃 發(fā) 蒸 氣分 離 器45672138lgph56788221434三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)lgph56788221434壓 縮 機(jī)蒸發(fā)器冷凝器1閃 發(fā) 蒸 氣分 離 器456721382131 2)(hMhMMhMrrrr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(lái))1 (61xMMrr73766hhhhx 81 888hhhhx(5) 根據(jù)壓焓圖確定其余點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)值；(6)

12、 進(jìn)行熱力計(jì)算。kmPPP0三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)kJ/kg42.1725 .22892.400810hhq 單位質(zhì)量制冷能力：?jiǎn)挝蝗莘e制冷能力：310kJ/m06039. 042.172vqqv三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)低壓級(jí)制冷劑質(zhì)量流量：0.116kg/s42.17220001qMr 低壓級(jí)壓縮機(jī)制冷劑體積流量：/s0.0070m0.060391160. 03111vMVrr高壓級(jí)壓縮機(jī)制冷劑質(zhì)量流量：0.137kg/s1536. 011160. 0161xMMrr高壓級(jí)壓縮機(jī)制冷劑體積流量：/s0.00492m0.03594137. 0322vM

13、Vrrlgph56788221434三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)冷凝器的熱負(fù)荷：kW92. 22)41.25663.234(137. 0)(54hhMrk壓縮機(jī)理論耗功率:kW915. 2)()( 2412121hhMhhMPPPrrththth理論制冷系數(shù)：861. 60ththP熱力完善度：891. 0cthRlgph56788221434三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)三、多級(jí)壓縮式制冷循環(huán) 與課本例13 (P1213) 對(duì)比，在相同的制冷能力制冷能力條件下，帶閃發(fā)蒸氣分離器的雙級(jí)壓縮式閃發(fā)蒸氣分離器的雙級(jí)壓縮式制冷循環(huán)：n制冷劑質(zhì)量流量稍有減少；n壓縮機(jī)排氣溫度降低；n冷凝器熱負(fù)

14、荷下降；n理論制冷系數(shù)提高(達(dá)達(dá)8)。四、復(fù)疊式制冷循環(huán)四、復(fù)疊式制冷循環(huán)1、復(fù)疊式制冷循環(huán)的提出、復(fù)疊式制冷循環(huán)的提出（1）為獲得較低溫度，中溫制冷劑的局限 對(duì)于采用氨氨、R22等中溫制冷劑的壓縮式制冷系統(tǒng)，由于受到本身物理性質(zhì)的限制，能夠到達(dá)的最低蒸發(fā)溫度仍有一定的局限。n蒸發(fā)溫度蒸發(fā)溫度必須高于制冷劑的凝固點(diǎn)凝固點(diǎn)（如：氨氨的凝固點(diǎn)為77.7C）；n制冷劑的蒸發(fā)溫度過(guò)低蒸發(fā)溫度過(guò)低，其相應(yīng)的蒸發(fā)壓力也很低壓力也很低。當(dāng)蒸發(fā)壓力低于0.10.15bar 時(shí)，外界空氣易滲入系統(tǒng)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65C時(shí)，pk= 0.156bar ）;n蒸發(fā)壓力很低壓力

15、很低時(shí)，制冷劑氣態(tài)比容很大比容很大，單位容積制冷功率很小容積制冷功率很小，要求壓縮機(jī)的體積流量很大體積流量很大。四、復(fù)疊式制冷循環(huán)四、復(fù)疊式制冷循環(huán)（2）為獲得較低溫度，低溫制冷劑的局限 為獲得6070C的低溫，需采用低溫制冷劑（凝固點(diǎn)低凝固點(diǎn)低，沸沸點(diǎn)也很低點(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臨界溫度，使氣態(tài)制冷劑難以冷凝難以冷凝；即使冷凝，由于接近臨界點(diǎn)，不但冷凝壓力高冷凝壓力高

16、，而且比潛熱小比潛熱小，因而制冷效率也很低效率也很低。 因此，為降低冷凝壓力，就必須采用人工制冷裝置為其冷凝冷凝器提供冷源器提供冷源，這就是所謂的復(fù)疊式蒸氣壓縮制冷循環(huán)復(fù)疊式蒸氣壓縮制冷循環(huán)。四、復(fù)疊式制冷循環(huán)四、復(fù)疊式制冷循環(huán)2、分類、分類（1）雙系統(tǒng)復(fù)疊式制冷循環(huán)（簡(jiǎn)稱復(fù)疊式制冷循環(huán)）雙系統(tǒng)復(fù)疊式制冷循環(huán)（簡(jiǎn)稱復(fù)疊式制冷循環(huán)） 由中溫制冷劑和低溫制冷劑兩套獨(dú)立制冷循環(huán)嵌由中溫制冷劑和低溫制冷劑兩套獨(dú)立制冷循環(huán)嵌套而成的雙系統(tǒng)復(fù)疊式制冷循環(huán)。套而成的雙系統(tǒng)復(fù)疊式制冷循環(huán)。（2）單系統(tǒng)復(fù)疊式制冷循環(huán)（簡(jiǎn)稱內(nèi)復(fù)疊制冷循環(huán)）單系統(tǒng)復(fù)疊式制冷循環(huán)（簡(jiǎn)稱內(nèi)復(fù)疊制冷循環(huán)） 采用非共沸混合制冷劑的單系統(tǒng)復(fù)疊式制冷循環(huán)。采用非共沸混合制冷劑的單系統(tǒng)復(fù)疊式制