制冷与低温技术原理—第3章 蒸气压缩制冷循环-复叠式制冷循环

1、3.4 复叠式制冷机循环复叠式制冷机循环3.4.1 采用复叠式制冷循环的原因采用复叠式制冷循环的原因1. 为了获得更低温度，采用单一制冷剂的多级压缩为了获得更低温度，采用单一制冷剂的多级压缩 循环将受蒸发温度过低，制冷剂凝固的限制；循环将受蒸发温度过低，制冷剂凝固的限制；氨；标准蒸发温度为氨；标准蒸发温度为 -33.4， 凝固凝固温温度度为为 -77.7。例如例如蒸发压力过低会带来下列问题：蒸发压力过低会带来下列问题： 蒸发器与外界的压差增大，空气渗入系统的蒸发器与外界的压差增大，空气渗入系统的 可能性增加，影响系统的正常工作。可能性增加，影响系统的正常工作。 吸气比体积大，实际吸入汽缸的气体

2、减少，吸气比体积大，实际吸入汽缸的气体减少， 增加了汽缸尺寸。增加了汽缸尺寸。 对活塞式压缩机，压缩机的吸排气靠阀门自动对活塞式压缩机，压缩机的吸排气靠阀门自动 起闭来完成，当吸气压力低于起闭来完成，当吸气压力低于0.01-0.015MPa时，时， 难于克服吸气阀弹簧力，影响压缩机难于克服吸气阀弹簧力，影响压缩机 的正常工作。的正常工作。3.4.1 采用复叠式制冷循环的原因采用复叠式制冷循环的原因2. 采用低温制冷剂时，蒸发压力均高于采用低温制冷剂时，蒸发压力均高于10KPa， 但冷凝压力太高，接近于临界状态，使循环但冷凝压力太高，接近于临界状态，使循环 的节流损失大大增加。的节流损失大大增加

3、。3.4.1 采用复叠式制冷循环的原因采用复叠式制冷循环的原因例如例如 用乙烷做低温制冷剂，用乙烷做低温制冷剂，当蒸发温度当蒸发温度t0=-100时，蒸发压力时，蒸发压力p0=542kPa，冷凝温度冷凝温度tk=30时，冷凝压力时，冷凝压力pk=4860kPa，接近其临界状态。节流损失大大增加。接近其临界状态。节流损失大大增加。3.4.2 复叠式制冷循环复叠式制冷循环1. 系统的组成：系统的组成： 由两个（或数个）采用不同制冷剂的单级（或多级）由两个（或数个）采用不同制冷剂的单级（或多级） 制冷系统组成，分别称为高温部分和低温部分。制冷系统组成，分别称为高温部分和低温部分。 高温系统使用中温制

4、冷剂，低温系统采用低温制冷剂。高温系统使用中温制冷剂，低温系统采用低温制冷剂。 两部分由一只蒸发冷凝器联系起来。两部分由一只蒸发冷凝器联系起来。 高温部分制冷剂的蒸发用来使低温部分制冷剂冷凝。高温部分制冷剂的蒸发用来使低温部分制冷剂冷凝。 两部分之间靠蒸发冷凝器来实现传热。高温部分的制冷剂两部分之间靠蒸发冷凝器来实现传热。高温部分的制冷剂 再通过自己系统的冷凝器释放给环境介质水或空气。再通过自己系统的冷凝器释放给环境介质水或空气。 而低温部分通过自己系统的蒸发器来吸收被冷却对象低温而低温部分通过自己系统的蒸发器来吸收被冷却对象低温 环境下的热量。环境下的热量。复叠式制冷循环的组合形式与制冷温度

5、和制冷剂种类复叠式制冷循环的组合形式与制冷温度和制冷剂种类实际确定具体使用何种形式主要考虑：实际确定具体使用何种形式主要考虑： 所要达到的温度，使用场所，制冷剂种类，所要达到的温度，使用场所，制冷剂种类，特性及效率等因素。特性及效率等因素。说明说明2. 复叠式制冷循环的组合形式与制冷温度和复叠式制冷循环的组合形式与制冷温度和 制冷剂种类制冷剂种类最低蒸发温度最低蒸发温度 制冷剂制冷剂 制冷循环形式制冷循环形式 -80R22-R23R22单级或两级单级或两级R23单级单级R507-R23R507单级或两级单级或两级R23单级单级R290-R23R290两级两级R23单级单级 -100R22-R2

6、3R22两级两级R23单级或两级单级或两级R507-R23R507两级两级R23单级或两级单级或两级R22-R1150R22两级两级R1150单级单级R507-R1150R507两级两级R1150单级单级 -120R22-R1150R22两级两级R1150两级两级R507-R1150R507两级两级R1150两级两级R22-R23-R50R22单级单级R23单级单级-R50单级单级R507-R23-R50R507单级单级R23单级单级-R50单级单级复叠式制冷循环的组合形式与制冷温度和制冷剂种类复叠式制冷循环的组合形式与制冷温度和制冷剂种类3.4.2 复叠式制冷循环复叠式制冷循环3. 制冷制冷

7、系统及系统及P-h图和图和T-S图表示图表示 由两个单级压缩系统组成的复叠式制冷系统由两个单级压缩系统组成的复叠式制冷系统压缩机压缩机蒸发器蒸发器节节流流阀阀1234冷凝蒸发器冷凝蒸发器压缩机压缩机节节流流阀阀冷凝器冷凝器5678Ts24 31 068 75 循环工况：循环工况： 高温级高温级 tkg=35, t0g=-45 低温级低温级 tkd=-50, t0d=-85 蒸发器工作的低温室温度蒸发器工作的低温室温度: : -80 冷凝蒸发器传热温差范围冷凝蒸发器传热温差范围: : 5-10 （低温部分的冷凝温度必须高于高温部分的（低温部分的冷凝温度必须高于高温部分的 蒸发温度。）蒸发温度。）

8、两级复叠制冷循环系统（两级复叠制冷循环系统（R22-R23） 工作原理图：工作原理图： 辅助设备的作用：辅助设备的作用：举例举例A 低温压缩机；低温压缩机；B高温级压缩机；高温级压缩机；C油分离器；油分离器；D水冷冷却器；水冷冷却器；E冷凝蒸发器；冷凝蒸发器；F过滤器；过滤器；G回热器；回热器；H电磁阀；电磁阀；I热力膨胀阀；热力膨胀阀；K蒸发器；蒸发器；W膨胀容器；膨胀容器；V截止阀；截止阀；R减压阀；减压阀；S低温级排气冷却器低温级排气冷却器ABKIHGHFVFDECWRS两级复叠制冷循环系统（两级复叠制冷循环系统（R22-R23）两级复叠制冷循环系统（两级复叠制冷循环系统（R22-R13

9、） 回热器：增大循环制冷量，改善压缩机的工作条件。回热器：增大循环制冷量，改善压缩机的工作条件。 水冷却器：降低排气温度，减少冷凝蒸发器中水冷却器：降低排气温度，减少冷凝蒸发器中 的冷凝热负荷（减少高温级循环的制冷量）。的冷凝热负荷（减少高温级循环的制冷量）。 膨胀容器：膨胀容器： 保证低温级系统避免超压和安全顺利地启动。保证低温级系统避免超压和安全顺利地启动。 油分离器：油分离器： 防止润滑油进入热交换器，减少传热热阻。防止润滑油进入热交换器，减少传热热阻。 电磁阀：阻止系统停止运行时两部分系统中的高电磁阀：阻止系统停止运行时两部分系统中的高 压制冷剂液体窜入蒸发器，造成系统在启动过压制冷剂

10、液体窜入蒸发器，造成系统在启动过 程中，大量液体进入压缩机发生液击事故。程中，大量液体进入压缩机发生液击事故。 三级复叠制冷循环系统三级复叠制冷循环系统 三级复叠式天然气液化装置工作原理； 采用工质：丙烷，乙烯和甲烷。 两级和单级组成的复叠制冷循环系统两级和单级组成的复叠制冷循环系统 课后阅读课后阅读热力计算中需注意问题热力计算中需注意问题1. 高温，低温部分单独计算高温，低温部分单独计算 3.4.3 复叠式制冷循环的热力计算复叠式制冷循环的热力计算Ts24 31 068 75 制冷量：制冷量：)(140hhqQmdd 低温部分：低温部分：冷冷损损QQQdkg 0高温部分：高温部分：2. 低温

11、蒸发器：传热温差尽量小，低温蒸发器：传热温差尽量小， 最好不大于最好不大于5，减小不可逆损失。减小不可逆损失。3. 冷凝蒸发器；传热温差为冷凝蒸发器；传热温差为5-10 。4. 中间温度，压力的选用中间温度，压力的选用 原则：原则：a：制冷系数为最大，使能量利用最经济；制冷系数为最大，使能量利用最经济； b: 各个压缩机压力比大致相等，各个压缩机压力比大致相等， 压缩机的汽缸工作容积利用率较高。压缩机的汽缸工作容积利用率较高。3.4.3 复叠式制冷循环的热力计算复叠式制冷循环的热力计算迈勒普拉萨特：迈勒普拉萨特：5 . 0025 . 00)/(125. 05 . 0)(TTTTTTTKKm 适

12、用范围；两个单级压缩或两个两级压缩组适用范围；两个单级压缩或两个两级压缩组成的复叠制冷机。不适用于一个单级压缩和成的复叠制冷机。不适用于一个单级压缩和两个两两个两级级压缩的制冷机。压缩的制冷机。举例举例1.1. 启动启动a: 先启动高温部分，待高温部分的蒸发温度降到先启动高温部分，待高温部分的蒸发温度降到 足以保证低温部分的冷凝压力不会超过压缩机足以保证低温部分的冷凝压力不会超过压缩机 的最高允许压力时，再启动低压部分。的最高允许压力时，再启动低压部分。b: 小型复叠式制冷机，高、低温部分同时启动，小型复叠式制冷机，高、低温部分同时启动， 但须在低温部分压缩机的排气管上装设压力但须在低温部分压

13、缩机的排气管上装设压力 控制阀，以保证不会超压。控制阀，以保证不会超压。3.4.3 复叠式制冷循环的启动与膨胀容器复叠式制冷循环的启动与膨胀容器2.停机后低温制冷剂的处理问题停机后低温制冷剂的处理问题 大型制冷装置；大型制冷装置； a: 通常采用的方法是令高温部分定时运转，通常采用的方法是令高温部分定时运转， 以便低温部分始终处于低温状态，以便低温部分始终处于低温状态， b: 将低温制冷剂充入制冷剂瓶中。将低温制冷剂充入制冷剂瓶中。 小型制冷装置：小型制冷装置： 在低温部分系统中接入一个膨胀容器，以便在低温部分系统中接入一个膨胀容器，以便 停机后一部分低温制冷剂蒸气进入膨胀容器，停机后一部分低温制冷剂蒸气进入膨胀容器， 不使系统中的压力过分升高。不使系统中的压力过分升高。3.4.3 复叠式制冷循环的启动与膨胀容器复叠式制冷循环的启动与膨胀容器1. 为什么要采用两级压缩制冷？两级压缩制冷循环为什么要采用两级压缩制冷？两级压缩制冷循环 有哪几种循环？有