蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的改善課件

蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的改善

上面所述的循環(huán)，是單級蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)，也是最簡單的循環(huán)。在實用上，根據(jù)實際條件對循環(huán)往往要作一些改進，以便提高循環(huán)的熱力完善度。這些改進主要有液體過冷、吸氣過熱、回熱、多級壓縮、復(fù)疊式制冷循環(huán)。將節(jié)流前的制冷劑液體冷卻到低于冷凝溫度的狀態(tài)，稱為過冷。1.液體過冷循環(huán)帶有過冷的循環(huán)，叫做過冷循環(huán)。圖2-2過冷循環(huán)在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示定性分析：在1點一定時，若5點越靠近飽和液體線，即干度越接近于0，單位質(zhì)量的濕蒸氣所含的飽和液體越多，對制冷越有利。圖2-2過冷循環(huán)在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示(2-13)與無過冷的循環(huán)1-2-3-4-5-1相比，過冷循環(huán)的單位制冷量的增加量為

在圖2-2（b）中，

q0以線段5’-5表示。因兩個循環(huán)的理論耗功w0相同，過冷循環(huán)的制冷系數(shù)比無過冷循環(huán)的制冷系數(shù)要大。(2-14)采用液體過冷對提高制冷量和制冷系數(shù)都是有利的。措施：1、增加冷凝器的散熱面積2、在冷凝器后串接再冷器（但要考慮經(jīng)濟性）2.吸入蒸氣過熱循環(huán)

壓縮機吸入前的制冷劑蒸氣的溫度高于吸氣壓力下制冷劑的飽和溫度時，稱為過熱。具有吸氣過熱的循環(huán)，稱為過熱循環(huán)。圖2-3示出了過熱循環(huán)1-1‘-2’-3-4-5-1的T-s圖和lgp-h圖。圖中1-1‘是吸氣的過熱過程，其余與理論循環(huán)相同。

圖2-3過熱循環(huán)在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示

(2-15)

(2-16)有效過熱循環(huán)的制冷系數(shù)可表示為

(2-17)在過熱區(qū)，過熱度越大，其等熵線的斜率越大，根據(jù)式（2-1），得

（2-18）措施：1、增加蒸發(fā)器的傳熱面積（有效過熱）制冷系數(shù)、制冷量變化？2、壓縮機吸氣管道保溫不好（無效過熱）制冷系數(shù)、制冷量變化？圖2-4有效過熱的過熱度對制冷系數(shù)的影響過熱度℃R502R600aR290R134aR22NH3045.337.444.444.155.993.03073.965.772.172.986.3131.5表2-2過熱度對排氣溫度的影響3.回熱循環(huán)利用回熱使節(jié)流前的制冷劑液體與壓縮機吸入前的制冷劑蒸氣進行熱交換，使液體過冷、蒸氣過熱，稱之為回熱。圖2-5回熱循環(huán)在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示若不計回熱器與環(huán)境空氣之間的熱交換，則液體過冷的熱量等于使蒸氣過熱的熱量，其熱平衡關(guān)系為

（2-21）回熱循環(huán)的性能指標如下：單位制冷量

（2-22）

（2-23）單位功制冷系數(shù)

由圖（2-5）可知，與無回熱循環(huán)1-2-3-4-5-1相比較，回熱循環(huán)的單位制冷量增大了但單位功也增大了即（2-31）如果要使回熱循環(huán)的單位容積制冷量及制冷系數(shù)比無回熱循環(huán)高，其條件應(yīng)是注意：1、并不是所有的制冷劑都適合采用回熱循環(huán)。氨不適合采用。2、注意制冷量的計算。3、為什么能實現(xiàn)熱量的交換。措施：1、采用一個熱交換器2、將壓縮機的回氣管與冷凝器的出液管扎在一起4、多級蒸汽壓縮式制冷循環(huán)

單級壓縮指的是制冷劑蒸氣只經(jīng)過一個壓縮機進行一次壓縮。單級壓縮制冷循環(huán)所能達到的最低蒸發(fā)溫度是有限的。通常，最低只能達到-40℃左右。

當蒸發(fā)溫度過低，超出極限使用條件時會帶來如下問題：(2)壓縮機排氣溫度過高，使?jié)櫥偷恼扯燃眲∠陆?，影響壓縮機的潤滑。(1)壓縮比增大時壓縮機效率顯著下降。壓縮比：PK/P0一般不超過10。

所以，為了獲得比較低的溫度（－40～－70℃），同時又能使壓縮機的工作壓力控制在一個合適的范圍內(nèi)，就要采用多級壓縮制冷循環(huán)。

多級壓縮指的是制冷劑蒸氣不只經(jīng)過一個壓縮機進行不止一次壓縮。如果經(jīng)過兩次壓縮就稱為兩級壓縮制冷循環(huán)。制冷劑蒸氣被第一次壓縮的壓縮機稱為低壓壓縮機，壓縮比為Pm/P0

，后一臺壓縮機稱為高壓壓縮機，壓縮比為PK/Pm。PK/P0=Pm/P0×PK/Pm圖2-6一級節(jié)流、中間完全冷卻的兩級壓縮制冷循環(huán)

(a)流程圖

b)lgp-h圖5、復(fù)疊式蒸氣壓縮式制冷循環(huán)

由兩個（或數(shù)個）不同制冷劑工作的單級（也可以是多級）制冷系統(tǒng)組合而成。定義為什么要采用復(fù)疊式制冷循環(huán)?受到制冷劑本身物理性質(zhì)的限制．這是因為：1)蒸發(fā)溫度必須高于制冷劑的凝固點，否則制冷劑無法進行制冷循環(huán)。如：氨的凝固點為-77。7度，不能制取更低的溫度。2)制冷劑的蒸發(fā)溫度過低時．其相應(yīng)的蒸發(fā)壓力也非常低，空氣容易滲入系統(tǒng)，嚴重影響制冷循環(huán)的正常運行。R12(-29.8度)R22(-40.8度)3)臨界溫度很低，R13的臨界溫度為28.8度，而臨界壓力高達38．57bar。若采用一般冷卻水，由于水溫接近臨界溫度，使氣態(tài)制冷劑難以冷凝。R13的凝固點為-181度，沸點為-81.4度。

兩個單級壓縮循環(huán)組成的復(fù)疊式制冷機

高溫壓縮機冷凝器節(jié)流閥冷凝蒸發(fā)器高溫系統(tǒng)制冷劑R22壓縮機冷凝蒸發(fā)器節(jié)流閥蒸發(fā)器低溫系統(tǒng)制冷劑R13低溫級R13制冷循環(huán)：蒸發(fā)溫度-80度，蒸發(fā)冷凝器中冷凝溫度-25度(冷凝器)；高溫級R22制冷循環(huán)：蒸發(fā)冷凝器中蒸發(fā)溫度-30度(蒸發(fā)器)，冷凝溫度30度；第五節(jié)蒸氣壓縮式制冷的實際循環(huán)

實際循環(huán)和理論循環(huán)有許多不同之處，主要有下列一些差別：

1．流動過程有阻力損失，體現(xiàn)為壓力的降低。

2．制冷劑流經(jīng)管道及閥門時同周圍環(huán)境有熱交換；壓縮過程也存在熱交換。例：從蒸發(fā)器到壓縮機的流動過程：由于阻力損失，制冷劑蒸氣壓力降低；由于從外界吸收熱量，制冷劑蒸氣溫度升高。4｀-1蒸發(fā)器