制冷技术－蒸气压缩式制冷循环的改善.ppt

第三节第三节 蒸气压缩式制冷循环的改善蒸气压缩式制冷循环的改善建筑工程学院市政工程系建筑工程学院市政工程系 11/26/20231第三节第三节 蒸气压缩式制冷循环的改善蒸气压缩式制冷循环的改善 节流过程带来的节流损失；干压缩所产生的过热损失。蒸气压缩式制冷理论循环的两种损失 11/26/20232一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却一、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。11/26/20233 一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却 1、设置再冷却器再冷却器的蒸气压缩式制冷循环(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工作流程工作流程 理论循环理论循环 11/26/20234(2)、液体过冷对制冷性能的影响 一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却 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功率增加(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。11/26/20235一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却一、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。11/26/20236(1)、回热式蒸气压缩式制冷循环工作流程及理论循环 一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却 工作流程工作流程 理论循环理论循环 11/26/20237(2)、回热对蒸气压缩式制冷性能的影响 一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却 采用回热循环，一方面可使液态制冷剂再冷，单位质量制冷功率增加(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，而对于制冷剂氨那么是不利的。11/26/20238无效过热：蒸气过热所吸收的热量来自被冷却介质以外的物体，即过热不能产生有效的冷量输出。如：蒸发器出口至压缩机入口处制冷剂管道与外界的热交换。一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却 11/26/20239二、回收膨胀功二、回收膨胀功 1、使用膨胀机的蒸气压缩式制冷循环 对于大容量制冷装置：一方面，由于膨胀机的容量较大，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。11/26/202310二、回收膨胀功二、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 工作流程工作流程 理论循环理论循环 11/26/2023113、回收膨胀功对制冷性能的影响 二、回收膨胀功二、回收膨胀功 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11/26/202312三、多级压缩式制冷循环三、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，因而过热损失过热损失及压缩机功耗功耗均较大。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。11/26/202313三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 多级压缩式制冷循环的应用场合 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。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。11/26/2023141、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三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 工作流程工作流程 理论循环理论循环 11/26/202315三、多级压缩式制冷循环三、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功耗，故闪发蒸气分离器也称之为经济器经济器。11/26/202316三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 中间冷却器与闪发蒸气分离器的异同 闪发蒸气分离器利用节流闪发出的制冷剂蒸气与经过一级压缩后的高温制冷剂蒸气混合，混合后的制冷剂蒸气仍为过热蒸气，因此称之为不完全冷却不适合过热损失较大的制冷剂，如氨等。中间冷却器利用节流后的制冷剂可充分冷却经过一级压缩后的高温制冷剂蒸气,使其冷却至饱和蒸气状态；中间冷却器可设有液体冷却盘管，使来自冷凝器的高压液体获得较大的再冷度，既有节能作用，又有利于制冷系统稳定运行。2、一次节流中间冷却的双级压缩制冷的工作流程及理论循环11/26/202317三、多级压缩式制冷循环三、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理论循环理论循环 工作流程工作流程 11/26/2023184、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三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 理论循环理论循环 工作流程工作流程 11/26/202319三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 5、双级蒸气压缩式制冷的中间压力以获取最大制冷系数的中间压力为原那么；以这种原那么确定的中间压力称之为最正确中间压力。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那么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。中间压力选取的原那么：此时中间压力的计算式为：11/26/202320三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 6、制冷剂质量流量的确定对于一次节流完全中间冷却制冷量为0双级压缩制冷循环：低压级压缩机的制冷剂流量Mr1：高压级压缩机的制冷剂流量Mr：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状态5再冷却至状态再冷却至状态7。11/26/202321因此，中间冷却器的能量方程为：三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 高压级压缩机的制冷剂流量Mr：由于：11/26/202322三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 对于一次节流不完全中间冷却制冷量为0双级压缩制冷循环：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为：11/26/202323 因此，高压级压缩机的制冷剂流量Mr：三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 11/26/202324三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 例题2、如以下图所示，系统需制冷量20kW，制冷剂采用R134a，蒸发温度t04C，冷凝温度tk40C，试进行理论循环的的热力计算。11/26/202325三、多级压缩式制冷循环三、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。11/26/202326三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 v单位质量制冷能力：v单位容积制冷能力：11/26/202327三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 v低压级制冷剂质量流量：v低压级压缩机制冷剂体积流量：v高压级压缩机制冷剂质量流量：v高压级压缩机制冷剂体积流量：?11/26/202328三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 v冷凝器的热负荷：v压缩机理论耗功率：v理论制冷系数：v热力完善度：11/26/202329三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 与课本例13(P1213)对比，在相同的制冷能力制冷能力条件下，带闪发蒸气分离器的双级压缩式闪发蒸气分离器的双级压缩式制冷循环：v制冷剂质量流量稍有减少；v压缩机排气温度降低；v冷凝器热负荷下降；v理论制冷系数提高(达达8)。11/26/202330四、复叠式制冷循环四、复叠式制冷循环 对于采用氨氨、R22等中温制冷剂的压缩式制冷系统，即使采用多级压缩，但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：氨的凝固点为蒸发温度必须高于制冷剂的凝固点如：氨的凝固点为 C C；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。当蒸发压力低于低于0.15bar 0.15bar 时，外界空气易渗入系统，严重影响系统的正常运时，外界空气易渗入系统，严重影响系统的正常运行如：氨在蒸发温度为行如：氨在蒸发温度为6565 C C时，时，pk=0.156bar 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，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。要求压缩机的体积流量很大。11/26/202331四、复叠式制冷循环四、复叠式制冷循环 因此，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临界温度，使气态制冷剂难以冷凝难以冷凝；即使冷凝，由于接近临界点，不但冷凝压力高冷凝压力高，而且比潜热小比潜热小，因而制冷效率也很低效率也很低。为降低冷凝温度，需采用另一台制冷装置为其冷凝器提供冷冷凝器提供冷源源，与之联合运行联合运行，及所谓的复叠式制冷循环复叠式制冷循环。11/26/202332四、复叠式制冷循环四、复叠式制冷循环 1、复叠式压缩制冷的工作流程及理论循环工作流程工作流程 理论循环理论循环 11/26/202333四、复叠式制冷循环四、复叠式制冷循环 1、复叠式压缩制冷系统的特点两台制冷机联合运行联合运行，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很低的温度成为可能。(深冷)11/26/202334作业作业2 1、在蒸气压缩式制冷系统中，压缩机吸气口制冷剂蒸气过热度增大对系统制冷性能有何影响？什么情况下的蒸气过热为无效过热？为什么对R12、R134a系统往往采用回热器？2、如下3套空调系统在相同的压缩机及其转速、相同的外界环境条件下，测出系统的运行参数如下表，请借助lgPh或Ts图分析，哪套系统制冷量最大，哪套系统制冷量最小?系统冷凝温度(C)过冷度(C)蒸发温度(C)过热度(C)A55555B55055C450-5511/26/20233511/26/202336