第五章-單機蒸汽壓縮制冷復疊式制冷混合工質制冷循環(huán)

2023/9/11第五章多級蒸氣壓縮制冷、復疊式制冷、混合工質制冷循環(huán)§5－1多級蒸氣壓縮制冷循環(huán)§5－2復疊式制冷循環(huán)§5－3混合工質制冷劑制冷循環(huán)習題五2023/9/12§5－1多級蒸氣壓縮制冷循環(huán)

一、采用多級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的原因

1．單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的局限性由濕蒸氣的熱力性質可知，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)溫度存在著一一對應的關系。因此，為了獲得較低的蒸發(fā)溫度，必須降低蒸發(fā)壓力。這對于單級蒸氣壓縮式制冷來說，因冷凝溫度受環(huán)境制約，冷凝壓力變化不大，因此蒸發(fā)壓力的降低必將導致制冷壓縮機的壓縮比(pk：po)增大。如果壓縮比超過一定限度，將會帶來以下一系列的問題。2023/9/13蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)制冷劑系統(tǒng)(點擊放大)2023/9/14油系統(tǒng)(點擊放大)2023/9/15空氣分離系統(tǒng)(點擊放大)2023/9/16泄氨系統(tǒng)(點擊放大)2023/9/17水系統(tǒng)(點擊放大)2023/9/18(1)余隙容積影響增大隨著壓縮比的增大，排氣結束時余隙容積內的高壓制冷劑在吸氣時膨脹所點據(jù)的氣缸容積越來越多，能吸入的回氣越來越少。實踐表明，當壓縮比大于20后，普通活塞式壓縮機的容積系數(shù)幾乎為零，基本失去吸入低壓制冷劑回氣的能力。

(2)排氣溫度升高，影響正常運行排氣溫度升高后，主要會產生如下4個不利因素：(1)使?jié)櫥妥兿?，黏度下降，導致潤滑條件惡化；(2)排氣溫度超過潤滑油的閃點后，易炭化而堵塞油路；(3)易使?jié)櫥蛽]發(fā)，隨制冷劑進入換熱器管道，并積聚成油膜，影響換熱；(4)潤滑油與制冷劑易在高溫下慢性分解，產生不凝性氣體，使冷凝壓力升高、增大冷凝負荷、產生易燃易爆的氫氣，增大運行的危險性。2023/9/19(3)壓縮過程偏離等熵程度增大，實際功耗增加，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，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)時單位制冷能力下降。

圖5－1偏離等熵壓縮時實際功耗增大圖5－2壓縮比較大時功耗增大、制冷量下降2023/9/110可見，制冷壓縮機的壓縮比不能過大。在一般工作條件下，現(xiàn)代活塞式單級制冷壓縮機的壓縮比不超過8～10。其中，氨制冷壓縮機因氨的絕熱指數(shù)較大，壓縮比不大于8；氟利昂壓縮機的壓縮比不大于10。表5－1列出了幾種常見中溫中壓制冷劑應用在單級活塞式制冷下的最低蒸發(fā)溫度。表5－l單級活塞式壓縮機的最低蒸發(fā)溫度冷凝溫度(℃)

30

35

40

50最低蒸發(fā)溫度(℃)

R22

－37

－34

－31

—29

R502

－39

－36

－34

—29

R134a

－32

－29

－25

—20

R717

－25

－22

－20

/由表5－l可見，單級蒸氣壓縮式制冷的蒸發(fā)溫度一般只能達到－30～－20℃，－40℃已經到了極限。如果需要更低的溫度并具有不太低的工作效率，則需采用多級壓縮制冷循環(huán)或復疊式制冷循環(huán)。2023/9/111氟利昂制冷系統(tǒng)(點擊放大)2023/9/112

2．采用多級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的優(yōu)點采用多級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)來獲取低溫，能夠避免或減少單級蒸氣壓縮制冷循環(huán)中由于壓力比過大所引起的一系列不利的因素，從而改善制冷壓縮機的工作條件，提高制冷效率。具體優(yōu)點如下：

(1)可降低各級壓縮比，減小活塞式制冷壓縮機的余隙容積影響，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程中的竄氣泄漏，提高制冷壓縮機的輸氣系數(shù)，從而增大制冷量。(2)可降低各級的排氣溫度，減小壓縮過程中的不可逆損失，保證設備更加高效、安全運行。

(3)可降低各級的壓力差，使運行的平衡性能提高、機械摩擦和磨損減小。有利于簡化設計和降低成本。

(4)可減少節(jié)流損失，提高制冷效率。2023/9/113二、兩級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)

1．兩級蒸氣壓縮制冷循環(huán)的基本形式根據(jù)節(jié)流的級數(shù)和中間冷卻方式的不同，兩級蒸氣壓縮制冷循環(huán)有下列幾種基本形式：

(1)一次節(jié)流中間完全冷卻兩級壓縮制冷循環(huán)。

(2)一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級壓縮制冷循環(huán)。

(3)一次節(jié)流中間完全不冷卻兩級壓縮制冷循環(huán)。

(4)二次節(jié)流中間完全冷卻兩級壓縮制冷循環(huán)。

(5)二次節(jié)流中間不完全冷卻兩級壓縮制冷循環(huán)。下面就常見的幾種兩級壓縮制冷循環(huán)作簡要的介紹和分析，其余的基本結構和原理相類似。2023/9/114一級節(jié)流中間完全冷卻的雙級壓縮工作原理（點擊放大）2023/9/115一級節(jié)流中間不完全冷卻的雙級壓縮工作原理（點擊放大）2023/9/116二級節(jié)流中間完全冷卻的雙級壓縮工作原理（點擊放大）2023/9/117二級節(jié)流中間不完全冷卻的雙級壓縮工作原理（點擊放大）2023/9/118二級節(jié)流，帶中溫蒸發(fā)器的中間完全冷卻的雙級壓縮工作原理（點擊放大）2023/9/119

2．一次節(jié)流中間完全冷卻兩級壓縮制冷循環(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壓縮制冷系統(tǒng)主要由低壓級壓縮機、高壓級壓縮機、冷凝器、中間冷卻器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器等設備組成。圖5－3一次節(jié)流中間完全冷卻兩級壓縮制冷系統(tǒng)基本組成2023/9/120(2)基本工作原理低壓級制冷壓縮機吸入來自蒸發(fā)器的低溫低壓(t0，p0)制冷劑回氣，壓縮成為中間壓力(pm

)的過熱蒸氣后排出，再經管道送到中間冷卻器。在中間冷卻器中，該過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

對應)的干飽和蒸氣，之后，被吸人到高壓級壓縮機中并被再次壓縮至壓力pk

(冷凝壓力)。經過兩級壓縮的制冷劑過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：少部分經輔助節(jié)流閥降壓至中間壓力pm

后進入中間冷卻器汽化吸熱，用來冷卻低壓壓縮機排出的蒸氣和中間冷卻器盤管內的高壓液體，最終與從低壓級排出的被冷卻的飽和蒸氣一同進入高壓級壓縮機，繼續(xù)壓縮成高壓蒸氣；大部分流入中間冷卻器的盤管，作進一步冷卻，最終經節(jié)流閥節(jié)流降壓至p0

，進入蒸發(fā)器汽化并吸收被冷卻系統(tǒng)的熱量。2023/9/121(3)熱力過程壓一焓圖及其簡要分析(圖5－4)

1－2

過程為低壓壓縮機的等熵壓縮過程。

2－3

過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程。

3－4

過程為高壓壓縮機的等熵壓縮過程。

4－5

過程為高壓制冷劑蒸氣等壓冷卻冷凝過程。

5－6

過程為小部分制冷劑液體經輔助節(jié)流閥降壓至中間壓力的過程。圖5－4一次節(jié)流中間完全冷卻兩級壓縮制冷循環(huán)壓－焓圖2023/9/122

6－3

過程為中間壓力(pm

)的制冷劑液體吸熱蒸發(fā)成飽和蒸氣的過程。

5－7

過程為高壓制冷劑液體在中間冷卻器過冷過程。

7－8

過程為制冷劑液體由高壓pk

節(jié)流降壓至低壓p0的過程。

8－1

過程為制冷劑液體在蒸發(fā)器中吸熱汽化的過程。一次節(jié)流中間完全冷卻兩級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壓縮制冷循環(huán)壓－焓圖一級節(jié)流中間完全冷卻p-h圖（點擊放大）2023/9/123

3．一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級壓縮制冷循環(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壓縮制冷系統(tǒng)的基本相同，只是低壓壓縮機、中間冷卻器和高壓壓縮機三者之間的相互連接有所變化，如圖5－5所示。圖5－5一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級壓縮制冷系統(tǒng)基本組成2023/9/124(2)基本工作原理和熱力過程壓－焓圖與一次節(jié)流中間完全冷卻兩級壓縮制冷系統(tǒng)的工作原理的主要區(qū)別在于，低壓級壓縮機排出的中間壓力(pm

)的蒸氣不再進入中間冷卻器，而是與來自中間冷卻器產生的飽和蒸氣在管路中混合，然后一同進入高壓級壓縮機。因此，高壓級壓縮機吸入的是中間壓力下的過熱蒸氣，而不再是飽和蒸氣，這就是所謂的“中間不完全冷卻”。2023/9/125一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級壓縮制冷循環(huán)與一次節(jié)流中間完全冷卻兩級壓縮制冷循環(huán)的理論熱力過程相似，不同的地方只是中間冷卻器冷卻過程。對于中間完全冷卻，2－3過程為制冷劑蒸氣在中間冷卻器中冷卻成飽和蒸氣的過程，3－4過程為高壓壓縮機的等熵壓縮過程；對于中間不完全冷卻循環(huán)，2－3和6－3為管道中的混合過程，而3－4為高壓壓縮機的壓縮過程，如圖5－6所示。

圖5－6一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級壓縮制冷循環(huán)壓一焓圖一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級壓縮制冷循環(huán)較適用于R12、R22等氟利昂制冷系統(tǒng)。一級節(jié)流中間不完冷卻p-h

圖（點擊放大）

2023/9/126

4．二次節(jié)流中間完全冷卻兩級壓縮制冷循環(huán)二次節(jié)流中間完全冷卻兩級壓縮制冷循環(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制冷系統(tǒng)，卻適宜于離心式壓縮機制冷系統(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)圖5－7二次節(jié)流中間完全冷卻兩級壓縮制冷系統(tǒng)基本組成2023/9/127低壓級壓縮機吸取來自蒸發(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)的過熱蒸氣后排入中間冷卻器。該過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，再被高壓級壓縮機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。圖5－7二次節(jié)流中間完全冷卻兩級壓縮制冷系統(tǒng)基本組成2023/9/128該飽和液體經節(jié)流閥A節(jié)流降壓到中間壓力后進入中間冷卻器，其中一小部分吸收來自第一級過熱蒸氣的熱量而汽化，并與第一級冷卻后的飽和蒸氣一起進第二級循環(huán)；而大部分經節(jié)流閥B再次節(jié)流降壓到蒸發(fā)壓力(p0

)后進入蒸發(fā)器吸熱制冷。圖5－7二次節(jié)流中間完全冷卻兩級壓縮制冷系統(tǒng)基本組成二次節(jié)流中間完全冷卻兩級壓縮制冷理論循環(huán)壓－焓圖見圖5－8。圖5－8二次節(jié)流中間完全冷卻兩級壓縮制冷循環(huán)壓－焓圖2023/9/129三、兩級壓縮循環(huán)中間壓力的確定如何確定中間壓力或中間溫度，是兩級蒸氣壓縮制冷循環(huán)的一個重要問題。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，它的準確選定對循環(huán)的制冷系數(shù)、壓縮機的輸氣量、功耗和結構等都有直接的影響。

中間壓力或中間溫度的確定有多種方法，這里簡要介紹兩種。

1.比例中項計算法最佳中間壓力：(5－1)

比例中項計算法是基于許多理想情況根據(jù)熱力學理論推導得到的，實際應用時應作一定的修正。2023/9/130

2．經驗公式計算法最佳中間溫度

(℃)(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、經驗線圖法等。2023/9/131§5－2復疊式制冷循環(huán)一、采用復疊式制冷循環(huán)的原因

1．多級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的局限性通過前面的學習我們知道，可采用多級壓縮制冷循環(huán)來獲得－80℃以上的低溫。但是，當需要制取更低的溫度時，由于冷凝溫度(受控于環(huán)境溫度)與蒸發(fā)溫度相差過大，多級壓縮制冷循環(huán)因出現(xiàn)下列問題也不再勝任：

(1)為利用常溫的介質(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的限制。例如，氨的凝固溫度為－77．7℃，當要求制?。?7．7℃以下的低溫時，在蒸發(fā)器中的制冷劑氨將因溫度低于其凝固點而變成固體，因而失去流動性使制冷循環(huán)停止。2023/9/132(2)對于中溫制冷劑來說，過低的蒸發(fā)溫度必然要求過低的蒸發(fā)壓力，而過低的蒸發(fā)壓力不僅會使壓縮機基本甚至完全失去吸氣功能，還會增大環(huán)境空氣滲入系統(tǒng)的機會，使制冷系統(tǒng)不能正常工作。

(3)對于中溫制冷劑來說，過低的蒸發(fā)壓力使蒸氣比容過大，導致系統(tǒng)內制冷劑的循環(huán)量過少，設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℃)，而無法用常溫的水或空氣來冷凝液化。2023/9/133

2．為使用低溫制冷劑創(chuàng)造冷凝條件制取較低溫時，低溫制冷劑除不能用常溫的介質冷凝外在其他方面具有用其他類型的制冷劑無可比擬的優(yōu)勢。那我們能不能如圖5－9所示，用另一套制冷設備人為地為低溫制冷循環(huán)創(chuàng)造一個低溫的冷卻冷凝環(huán)境呢?復疊式制冷循環(huán)正是基于上述設想產生的。圖5－9為低溫制冷循環(huán)創(chuàng)造冷低溫冷卻冷凝環(huán)境2023/9/134二、復疊式制冷循環(huán)復疊式制冷循環(huán)是用兩種或兩種以上不同的制冷劑，分別組成兩個或兩個以上相互獨立的單級(或兩級)壓縮制冷循環(huán)，并把它們合成為一個系統(tǒng)進行制冷循環(huán)。它可以獲－130～－80℃的低溫。

1．復疊式制冷循環(huán)的常見形式

(1)由兩個單級壓縮制冷循環(huán)組成的二元復疊式制冷循環(huán)。

(2)由一個兩級壓縮制冷循環(huán)和一個單級壓縮制冷循環(huán)組成的二元復疊制冷循環(huán)。

(3)由3個單級壓縮制冷循環(huán)組成的三元復疊式制冷循環(huán)。2023/9/135復疊式壓縮工作（點擊放大）2023/9/136兩個單級復疊系統(tǒng)（點擊放大）2023/9/137三個單級復疊系統(tǒng)（點擊放大）三個單級復疊系統(tǒng)（點擊放大）三個單級復疊系統(tǒng)（點擊放大）2023/9/138人們可以根據(jù)制冷溫度和服務對象等不同采用不同的組合(表5－2)，例如，制冷溫度在－110～－80℃之間可采用由一個兩級壓縮制冷循環(huán)和一個單級壓縮制冷循環(huán)組成的二元復疊制冷循環(huán)；制冷溫度在－130～－110℃之間可采用由3個單級壓縮制冷循環(huán)組成的三元復疊式制冷循環(huán)。另外，復疊式制冷循環(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～－60

R22和R13復疊

－100～－80

R22兩級和R13復疊

－130～－100

R22單級和R13或R14兩級復疊下面以兩個單級壓縮制冷循環(huán)組成的二元復疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)為例，說明它們的組成及工作過程。2023/9/139

2．系統(tǒng)基本組成二元復疊制冷循環(huán)的基本組成如圖5－10所示，它由兩個獨立的制冷系統(tǒng)組合而成：一個是高溫制冷系統(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，實現(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。2023/9/140圖5－10二元復疊式制冷循環(huán)示意圖3．循環(huán)過程壓－焓圖高溫部分與低溫部分循環(huán)過程壓－焓圖分別如圖5－11、圖5－12所示。圖5－11高溫部分循環(huán)過程壓－焓圖圖5－12低溫部分循過程壓－焓圖2023/9/141三、復疊式制冷循環(huán)實際應用中的幾個問題

1．中間溫度的確定在復疊式制冷循環(huán)中，每個中間溫度都涉及兩個溫度，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)最大和各壓縮機的壓縮比大致相等為原則，但因為中間溫度在一定的范圍內變化時，制冷系數(shù)受到影響不大，所以一般按各級壓縮比大致相等來確定中間溫度。2023/9/142

2．膨脹容器的設置由于復疊式制冷機的低溫級采用了低溫制冷劑，當系統(tǒng)停止工作時，在室溫下低溫制冷劑將全部汽化為飽和蒸氣或過熱蒸氣，相應的飽和氣壓很高，一般在30MPa以上，已超出低壓容器和壓縮制冷機的限壓范圍。因此，通常如圖5－13所示，在低溫級回氣管上接入一個容積足夠大的膨脹容器，使得停機后低溫制冷劑進入膨脹器而降低系統(tǒng)壓力。一般要求當環(huán)境溫度為40℃時，系統(tǒng)停止工作，氣體膨脹后壓力不超過10MPa。圖5－13在復疊式制冷系統(tǒng)的低溫部分增設膨脹容器2023/9/143

3．啟動和運轉復疊式制冷系統(tǒng)的啟動和運行與單級壓縮系統(tǒng)有所不同，為了保證低溫部分循環(huán)能正常工作，兩個壓縮機不能同時啟動。應首先讓高溫部分壓縮機啟動，工作一段時間后中間溫度降到足以使低溫部分冷凝時(低溫制冷劑此時的冷凝壓力低于16×105Pa)，再啟動低溫部分壓縮機。壓縮機運行時有兩種方式：一種是高溫部分壓縮機連續(xù)運轉，低溫部分壓縮機間歇運轉；另一種是系統(tǒng)運行后，當?shù)蜏夭糠值恼舭l(fā)器達到預定低溫時，高、低溫部分的壓縮機同時停車。2023/9/144

4．回熱和過熱冷卻措施為提高復疊式制冷設備的工作效率，如圖5－14所示經常在高溫或低溫部分或全部采用回熱及過熱冷卻措施。圖5－14在復疊式制冷中經常采取的回熱和過冷措施2023/9/145四、復疊式制冷循環(huán)的特點1．在制取同樣冷量的要求下，復疊式制冷的低溫部分制冷壓縮機的理論輸氣量比兩級壓縮時低壓級制冷壓縮機的理論輸氣量可以小得多，使得整個機組的制冷壓縮機尺寸減小、重量減輕。

2．在復疊式制冷中，每臺制冷壓縮機的工作壓力范圍比較適中，低溫部分制冷壓縮機的輸氣系數(shù)及實際效率都有所提高，尤其是摩擦功率減少，因此循環(huán)的制冷系數(shù)提高。

3．在復疊式制冷中，兩部分系統(tǒng)內能保持正壓，空氣不易漏人，運行的穩(wěn)定性好。

4．復疊式制冷循環(huán)一般需采用冷凝蒸發(fā)器、膨脹容器、氣液熱交換器等設備，并需采用多元制冷劑，系統(tǒng)比較復雜。2023/9/146§5－3混合工質制冷劑制冷循環(huán)一、勞倫茲循環(huán)及指導意義在實際工程中，高溫熱源和低溫熱源的熱容量往往是有限的，在與制冷工質熱量交換過程中，高溫熱源和低溫熱源的溫度一般會發(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)。如果在變溫熱源中采用恒定的蒸發(fā)溫度T0

、冷凝溫度Tk去執(zhí)行制冷循環(huán)，必然會增大制冷劑與高溫熱源和低溫熱源之間的傳熱不可逆耗散，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，應采用能使蒸發(fā)溫度和冷凝溫度隨高溫熱源和低溫熱源的溫度變化而變化的制冷循環(huán)，這就是變溫熱源制冷循環(huán)過程。這種循環(huán)理論是由勞倫茲提出的。2023/9/147勞倫茲循環(huán)如圖5－15所示，它是由兩個可逆等熵過程和兩個可逆多變換熱過程組成的逆向循環(huán)。其循環(huán)以內部可逆為前提，系統(tǒng)與外界換熱時的蒸發(fā)溫度、冷凝溫度的變化始終與冷卻介質和被冷卻介質的溫度變化同步，而且傳熱溫差為無限小。在勞倫茲循環(huán)中，1－2的過程為等熵壓縮過程，2－3為傳熱溫差無限小的向高溫熱源可逆變溫放熱過程，3－4的過程為可逆等熵膨脹過程，4－1的過程為傳熱溫差無限小的從低溫熱源可逆變溫吸熱過程。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熱源逆向循環(huán)中最高的。圖5－15勞倫茲循環(huán)過程溫－熵圖2023/9/148勞倫茲循環(huán)是變溫熱源條件下的理想制冷循環(huán)，它雖與逆卡諾循環(huán)一樣在實際工程中不能實現(xiàn)，但對變溫熱源條件下的逆向循環(huán)提出了提高制冷效率、解決實際制冷循環(huán)中出現(xiàn)的問題具有指導意義。二、混合制冷劑單級壓縮理論制冷循環(huán)·l.混合制冷劑單級壓縮制冷系統(tǒng)的基本組成混合制冷劑單級壓縮制冷系統(tǒng)也由壓縮機、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。圖5－16混合制冷劑單級壓縮制冷系統(tǒng)的基本組成2023/9/149其循環(huán)過程如圖5－17所示，1－2為制冷壓縮機等熵壓縮過程，2－3－4為等壓降溫冷卻冷凝過程，4－5是混合制冷劑等焓節(jié)流過程，5－1是制冷劑在蒸發(fā)器內等壓升溫汽化吸熱過程。圖5－17混合制冷劑單級壓縮理論制冷循環(huán)溫－熵圖

2．混合制冷劑單級壓縮制冷循環(huán)熱力過程的簡單分析

(1)壓縮過程制冷劑在壓縮機中進行等熵壓縮，壓縮過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熱蒸汽。2023/9/150

(2)冷卻冷凝過程在冷卻過程中，混合制冷劑由過熱蒸氣等壓冷卻為干飽和蒸氣，此時其濃度不變并進入到兩相區(qū)間。在冷凝過程中，氣、液兩相組分的濃度發(fā)生變化，高沸點制冷劑首先被冷凝，氣相中高沸點制冷劑含量減少，濃度下降，而液相中高沸點組分的濃度增高，并伴隨著等壓下混合制冷劑的冷凝溫度的逐漸降低，這個過程為成為變溫冷凝過程。

(3)節(jié)流過程節(jié)流過程為等焓節(jié)流過程，制冷劑由冷凝壓力降壓為蒸發(fā)壓力。

(4)蒸發(fā)過程進入蒸發(fā)器的制冷劑，在蒸發(fā)壓力下吸收低溫熱源的熱量，其中低沸點的制冷劑先汽化，使氣相中低沸點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，這個過程是變溫蒸發(fā)過程。2023/9/151

3．混合制冷劑單級壓縮制冷循環(huán)的工作特性

(1)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，反而會增大不可逆因素，使效率降低。

(2)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的流向、冷凝器中的制冷劑與冷卻介質的流向必須相反。

(3)混合制冷劑應保持預定的濃度才能表現(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，同時要定時檢測制冷劑濃度的變化，確保系統(tǒng)正常、高效率的運行。2023/9/152三、混合制冷劑單級壓縮實際制冷循環(huán)在實際制冷中，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，為減少制冷壓縮機的壓力比和便于低溫制冷劑的冷凝，常采用高沸點的中溫制冷劑節(jié)流汽化吸熱，使得低沸點低溫制冷劑蒸氣冷凝成液體，這個過程稱為分凝過程。下面介紹單級壓縮單級分凝式混合制冷劑制冷循環(huán)的工作原理。2023/9/153

1．單級壓縮單級分凝式混合制冷劑實際制冷系統(tǒng)的基本結構如圖5－18所示，單級壓縮單級分凝式混合制冷劑制冷系統(tǒng)的設備主要由制冷壓縮機、冷凝器、高壓儲液器、低壓儲液器、蒸發(fā)冷凝器、回熱器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器等設備組成，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。圖5－18單級壓縮單級分凝式混合制冷劑實際制冷系統(tǒng)的基本結構2023/9/154

2．單級壓縮單級分凝式混合制冷劑實際制冷循環(huán)工作原理制冷壓縮機吸入壓力為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