油空气调节用制冷技术3

1、第三节,蒸气压缩式制冷循环的改善,主讲人：张姝,建筑环境与设备工程教研室,第三节,蒸气压缩式制冷循环的改善,蒸气压缩式制冷理论循环的两种损失,?,节流过程带来的节流损失；,?,干压缩所产生的过热损失。,Wc,T,0,T,k,T,s,1,4,3,2,q,0,q,k,a,b,1,0,4,b,a,2,P,k,P,0,一、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,一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却

2、,(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,1,、设置,再冷却器,的蒸气压缩式制冷循环,工作流程,理论循环,一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却,(2),液体过冷对制冷性能的影响,?,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）单位质量制冷剂的,制冷量,增加。,(,q,0=,h,4-,h,4,= 4bb,4,4);,?,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。,一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却,2,、蒸气回热循环,基本概念,

3、?,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。,一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却,2,、蒸气回热循环,(1),回热式蒸气压缩式制冷循环工作流程及理论循环,工作流程,理论循环,一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却,2,、蒸气回热循环,(2),回热对蒸气压缩式制冷性能的影响,?,采用回热循环，一方面可使液态制冷剂再冷，单位质量制,冷剂的,制冷量,增加,( ,q,0=,h,4-,h,4,= 4bb,4,4);,?,压缩机的压缩功增加,（,W,c= (,h,2,-,h

4、,1,)-(,h,2-,h,1) = 2,1,122,);,?,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,则是不利的。,二、回收膨胀功,1,、膨胀机的应用条件,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。,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,理论循环,二、回收膨胀功,0,034,4,

5、3,?,?,?,?,h,h,W,e,4,4,4,4,4,0,bb,h,h,q,?,?,?,?,?,3,、回收膨胀功对制冷性能的影响,?,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,e,c,th,w,w,q,q,?,?,?,?,0,0,?,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,及压缩机,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,。,?,多级压缩制冷循环，不但,降低压,缩机排气温度，,还可,减少过热损,失,，减少耗功量；压缩比越大，,越节能。,多级

6、压缩制冷循环,三、多级压缩式制冷循环,?,多级压缩式制冷循环的应用场合,?,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。,?,压缩比较高（通常,p,k,/,p,0,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）,三、多级压缩式制冷循环,1,、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,压缩机,蒸,发,器,冷,凝,器,1,闪发蒸气,分离器,4,5,6,7,2,1,3,8,lgp,h,5,6,7,8,8,2,2,1,4,3,4,工作流程,理论循环,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

7、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,。,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,工作流程,理论循环,三、多级压缩式制冷循环,4,、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,工作流程,理论循环,三、多级压缩式制冷循环,5,、双级蒸气压缩式制冷的热力计算,（,1,）中间压力的确定,?,以获取最大制冷系数的中间压力为原则；以这种原则确,定的中间压力称之为,最佳中间压

8、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则（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,）。,此时中间压力的计算式为：,k,m,P,P,P,?,?,0,三、多级压缩式制冷循环,8,1,0,1,h,h,M,r,?,?,?,（,2,）制冷剂质量流量的确定,一次节流完全中间冷却系统,若已知制冷量,?,0,?,低压级压缩机的制冷剂流量,M,r1,：,?,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,；另一方面使膨胀阀,2,前的液态制冷,剂由,状态,5,再冷却至状

9、态,7,。,),(,),(,),(,6,3,2,7,5,1,3,2,1,h,h,M,h,h,M,h,h,M,r,r,r,?,?,?,?,?,三、多级压缩式制冷循环,1,6,3,7,5,3,2,2,),(,),(,),(,r,r,M,h,h,h,h,h,h,M,?,?,?,?,?,6,5,h,h,?,8,7,h,h,?,由于,，,?,高压级压缩机的制冷剂流量,Mr,：,0,8,1,6,3,7,2,2,1,),)(,(,),(,?,h,h,h,h,h,h,M,M,M,r,r,r,?,?,?,?,?,?,三、多级压缩式制冷循环,一次节流不完全中间冷却系统,已知制冷量为,?,0,，,状态,3(,由状态

10、,2,和状态,3,混合而来,),的比焓,h,3,：,3,1,2,3,2,2,1,),(,h,M,M,h,M,h,M,r,r,r,r,?,?,?,中间冷却器的能量方程,),(,),(,6,3,2,7,5,1,h,h,M,h,h,M,r,r,?,?,?,1,6,3,7,5,2,),(,),(,r,r,M,h,h,h,h,M,?,?,?,高压级压缩机的制冷剂流量,Mr,：,0,8,1,6,3,7,3,2,1,),)(,(,),(,?,h,h,h,h,h,h,M,M,M,r,r,r,?,?,?,?,?,?,三、多级压缩式制冷循环,例题,2,、如下图所示，系统需制冷量,20kW,，制冷剂采用,R134a

11、,，蒸发,温度,t,0,4,o,C,，冷凝温度,t,k,40,o,C,，试进行理论循环的的热力计算。,压缩机,蒸,发,器,冷,凝,器,1,闪发蒸气,分离器,4,5,6,7,2,1,3,8,lgp,h,5,6,7,8,8,2,2,1,4,3,4,三、多级压缩式制冷循环,lgp,h,5,6,7,8,8,2,2,1,4,3,4,压缩机,蒸,发,器,冷,凝,器,1,闪发蒸气,分离器,4,5,6,7,2,1,3,8,2,1,3,1,2,),(,h,M,h,M,M,h,M,r,r,r,r,?,?,?,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

12、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,),),1,(,6,1,x,M,M,r,r,?,?,7,3,7,6,6,h,h,h,h,x,?,?,?,8,1,8,8,8,h,h,h,h,x,?,?,?,(5),根据压焓图确定其余点的状态参数值；,(6),进行热力计算。,k,m,P,P,P,0,?,三、多级压缩式制冷循环,kJ/kg,42,.,172,5,.,228,92,.,400,8,1,0,?,?,?,?,?,h,h,q,?,单位质量制冷能力：,?,单位容积制冷能力：,3,1,0,kJ/m,06039,.,0,4

13、2,.,172,?,?,v,q,q,v,三、多级压缩式制冷循环,?,低压级制冷剂质量流量：,0.116kg/s,42,.,172,20,0,0,1,?,?,?,q,M,r,?,?,低压级压缩机制冷剂体积流量,：,/s,0.0070m,0.06039,1160,.,0,3,1,1,1,?,?,?,?,v,M,V,r,r,?,高压级压缩机制冷剂质量流量：,0.137kg/s,1536,.,0,1,1160,.,0,1,6,1,?,?,?,?,?,x,M,M,r,r,?,高压级压缩机制冷剂体积流量：,/s,0.00492m,0.03594,137,.,0,3,2,2,?,?,?,?,v,M,V,r,

14、r,lgp,h,5,6,7,8,8,2,2,1,4,3,4,三、多级压缩式制冷循环,?,冷凝器的热负荷：,kW,92,.,2,2,),41,.,256,63,.,23,4,(,137,.,0,),(,5,4,?,?,?,?,?,?,h,h,M,r,k,?,?,压缩机理论耗功率,:,kW,915,.,2,),(,),(,2,4,1,2,1,2,1,?,?,?,?,?,?,?,h,h,M,h,h,M,P,P,P,r,r,th,th,th,?,理论制冷系数：,861,.,6,0,?,?,th,th,P,?,?,?,热力完善度：,891,.,0,?,?,c,th,R,?,?,?,lgp,h,5,6,7

15、,8,8,2,2,1,4,3,4,三、多级压缩式制冷循环,与课本例,1,3 (P12,13),对比，在相同的,制冷能力,条,件下，带,闪发蒸气分离器的双级压缩式,制冷循环：,?,制冷剂质量流量稍有减少；,?,压缩机排气温度降低；,?,冷凝器热负荷下降；,?,理论制冷系数提高,(,达,8,),。,四、复叠式制冷循环,1,、复叠式制冷循环的提出,（,1,）为获得较低温度，中温制冷剂的局限,对于采用,氨,、,R22,等中温制冷剂的压缩式制冷系统，由于受到本身物,理性质的限制，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,77.7,?,C,）；

16、,?,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,0.1,0.15bar,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,65,?,C,时，,p,k,= 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,，要求,压缩机的,体积流量很大,。,四、复叠式制冷循环,（,2,）为获得较低温度，低温制冷剂的局限,为获得,60,70,?,C,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,，使气态制冷剂,难以冷凝,；,?,即使冷凝，由于接近临界点，不但,冷凝压力高,，而且,比潜热小,，,因而制冷,效率也很低,。,因此，为降低冷凝压力，就必须采用人工制冷装置为其,冷凝,器提供冷源,，这就是所谓的,复叠式蒸气压缩制冷循环,。,四、复叠式制冷循环,2,、分类,（,1,）双系统复叠式制冷循环（简称复叠式制冷循环）,由中温制冷剂和低温制冷剂两套独立制冷循环嵌,套而成的双系统复叠式制冷循环。,