2023/9/221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)2023/9/222§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§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2023/9/2231．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(lái)說(shuō)，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(guò)一定限度，將會(huì)帶來(lái)以下一系列的問(wèn)題。蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)制冷劑系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/9/274油系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/9/275空氣分離系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/9/276泄氨系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/9/277水系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/9/278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(lái)越多，能吸入的回氣越來(lái)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。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?，黏度下降，?dǎo)致潤(rùn)滑條件惡化；(2)排氣溫度超過(guò)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。2023/9/279(3)壓縮過(guò)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2023/9/2710可見，制冷壓縮機(jī)的壓縮比不能過(guò)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(guò)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(℃)30354050最低蒸發(fā)溫度(℃)R22－37－34－31—29R502－39－36－34—29R134a－32－29－25—20R717－25－22－20/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)循環(huán)。疊式2023制/9/2冷711氟利昂制冷系統(tǒng)(點(diǎn)擊放大)2023/9/27122．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(lái)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(guò)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：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(guò)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。可降低各級(jí)的排氣溫度，減小壓縮過(guò)程中的不可逆損失，保證設(shè)備更加高效、安全運(yùn)行?？山档透骷?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。2023/1(04/2)可減少節(jié)流損失，提高制冷效率。13二、兩級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)2023/10/2141．兩級(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。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）2023/10/215一級(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）2023/10/216二級(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）2023/10/217二級(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）2023/10/218二級(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）2023/10/2192．一次節(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。2023/10/2

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20(2)基本工作原理低壓級(jí)制冷壓縮機(jī)吸入來(lái)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(guò)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(guò)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(guò)兩級(jí)壓縮的制冷劑過(guò)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(lái)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)20入23/1蒸0/2發(fā)器汽化并吸收被冷卻系統(tǒng)的熱量。21(3)熱力過(guò)程壓一焓圖及其簡(jiǎn)要分析(圖5－4)1－2

過(guò)程為低壓壓縮機(jī)的等熵壓縮過(guò)程。2－3

過(guò)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(guò)程。3－4

過(guò)程為高壓壓縮機(jī)的等熵壓縮過(guò)程。4－5

過(guò)程為高壓制冷劑蒸氣等壓冷卻冷凝過(guò)程。5－6

過(guò)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(guò)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2023/10/2226－3

過(guò)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(guò)程。5－7

過(guò)程為高壓制冷劑液體在中間冷卻器過(guò)冷過(guò)程。7－8

過(guò)程為制冷劑液體由高壓

pk

節(jié)流降壓至低壓

p0的過(guò)程。8－1

過(guò)程為制冷劑液體在蒸發(fā)器中吸熱汽化的過(guò)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）2023/10/2233．一次節(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。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圖0/52－524(2)基本工作原理和熱力過(guò)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(lái)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(guò)熱蒸氣，而不再是飽和蒸氣，這就是所謂的“中間不完全冷卻”。2023/10/225一次節(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(guò)程相似，不同的地方只是中間冷卻器冷卻過(guò)程。對(duì)于中間完全冷卻，2－3過(guò)程為制冷劑蒸氣在中間冷卻器中冷卻成飽和蒸氣的過(guò)程，3－4 過(guò)程為高壓壓縮機(jī)的等熵壓縮過(guò)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(guò)程，而

3－4 為高壓壓縮機(jī)的壓縮過(guò)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)壓一焓圖一級(jí)節(jié)流中間不完冷卻p-h

圖（點(diǎn)擊放大）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2023/10/2R12、R22等氟利昂制冷系統(tǒng)。264．二次節(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)2023/10/227圖5－7二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)基本組成低壓級(jí)壓縮機(jī)吸取來(lái)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(guò)熱蒸氣后排入中間冷卻器。該過(guò)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。2023/10/228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(lái)自第一級(jí)過(guò)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2023/10/229三、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(wèn)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。2023/10/2302．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。2023/10/231§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(guò)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(lái)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(guò)大，多級(jí)壓縮制冷循環(huán)因出現(xiàn)下列問(wèn)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20成23/1固0/2體，因而失去流動(dòng)性使制冷循環(huán)停止。32對(duì)于中溫制冷劑來(lái)說(shuō)，過(guò)低的蒸發(fā)溫度必然要求過(guò)低的蒸發(fā)壓力，而過(guò)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。對(duì)于中溫制冷劑來(lái)說(shuō)，過(guò)低的蒸發(fā)壓力使蒸氣比容過(guò)大，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)制冷劑的循環(huán)量過(guò)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(wú)法用常溫的水或空氣來(lái)冷凝液化。2023/10/2332．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(wú)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2023/10/234二、復(fù)疊式制冷循環(huán)2023/10/235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)。復(fù)疊式壓縮工作（點(diǎn)擊放大）2023/10/236兩個(gè)單級(jí)復(fù)疊系統(tǒng)（點(diǎn)擊放大）2023/10/237三三個(gè)個(gè)

單單

級(jí)級(jí)

復(fù)復(fù)

疊疊

系系

統(tǒng)統(tǒng)（（

點(diǎn)點(diǎn)

擊擊

放放

大大））三個(gè)單級(jí)復(fù)疊系統(tǒng)（點(diǎn)擊放大）2023/10/238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～－60R22和R13復(fù)疊－100～－80R22兩級(jí)和R13復(fù)疊－130～－100R22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)，說(shuō)明它們的組成及工作過(guò)程。系2統(tǒng)023為/10/例2392．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?。?0～－60℃的低溫。2023/10/240圖5

－10 二元復(fù)疊式制冷循環(huán)示意圖3．循環(huán)過(guò)程壓－焓圖高溫部分與低溫部分循環(huán)過(guò)程壓－焓圖分別如圖5－11、圖5－12所示。圖5－12低溫部分循過(guò)程壓－焓圖圖52－02131/10/2高溫部分循環(huán)過(guò)程壓－焓圖41三、復(fù)疊式制冷循環(huán)實(shí)際應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)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(lái)確定中間溫度。2023/10/2422．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(guò)熱蒸氣，相應(yīng)的飽和氣壓很高，一般在30

MPa 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(guò)

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2023/10/2433．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。2023/10/2444．回?zé)岷瓦^(guò)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^(guò)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^(guò)冷措施2023/10/245四、復(fù)疊式制冷循環(huán)的特點(diǎn)2023/10/246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。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。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?！?－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怯邢薜模谂c制冷工質(zhì)熱量交換過(guò)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20熱23/1源0/2制冷循環(huán)過(guò)程。這種循環(huán)理論是由勞倫茲提出的。47勞倫茲循環(huán)如圖5－15所示，它是由兩個(gè)可逆等熵過(guò)程和兩個(gè)可逆多變換熱過(guò)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(wú)限小。在勞倫茲循環(huán)中，1－2的過(guò)程為等熵壓縮過(guò)程，2－3為傳熱溫差無(wú)限小的向高溫?zé)嵩纯赡孀儨胤艧徇^(guò)程，3－4的過(guò)程為可逆等熵膨脹過(guò)程，4－1的過(guò)程為傳熱溫差無(wú)限小的從低溫?zé)嵩纯赡孀儨匚鼰徇^(guò)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。2023/10/2圖5－15勞倫茲循環(huán)過(guò)程溫－熵圖48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(wèn)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)·圖5－16 混合制冷劑單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的基本組成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。2023/10/249其循環(huán)過(guò)程如圖5－17所示，1－2為制冷壓縮機(jī)等熵壓縮過(guò)程，2－3－4為等壓降溫冷卻冷凝過(guò)程，4－5是混合制冷劑等焓節(jié)流過(guò)程，5－1是制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)等壓升溫汽化吸熱過(guò)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(guò)程的簡(jiǎn)單分析

(1)壓縮過(guò)程制冷劑在壓縮機(jī)中進(jìn)行等熵壓縮，壓縮過(guò)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(guò)熱蒸汽。2023/10/250(2)冷卻冷凝過(guò)程在冷卻過(guò)程中，混合制冷劑由過(guò)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(guò)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(guò)程為成為變溫冷凝過(guò)程。

(3)節(jié)流過(guò)程節(jié)流過(guò)程為等焓節(jié)流過(guò)程，制冷劑由冷凝壓力降壓為蒸發(fā)壓力。(4)蒸發(fā)過(guò)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(guò)程20是23/1變0/2溫蒸發(fā)過(guò)程。513．混合制冷劑單級(jí)壓縮制冷循環(huán)的工作特性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。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。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。2023/10/252三、混合制冷劑單級(jí)壓縮實(shí)際制冷循環(huán)2023/10/253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(guò)程稱為分凝過(guò)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。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。2023/1圖0/52－18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)542．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

R1