双级压缩,与复叠式制冷循环

第三章双级压缩与复叠式制冷循环基本要求：1．采用双级和复叠式蒸气压缩制冷循环的原因。2．一次节流、中间完全冷却和中间不完全冷却的系统图、压焓图、热力计算方法。(中间压力的确定方法，中间冷却器的工作原理温度变动时制冷机的特性)3．复叠式蒸气压缩制冷循环系统图、压焓图及特点。(了解复叠式制冷机启动时的注意事项，膨胀容器的工作原理)3.1概述

一、单级蒸气压缩局限性：冷凝压力↔tk↔环境温度、冷却介质温度蒸发压力↔t0↔用户要求（制冷系统的用途）在单级蒸气压缩式制冷循环中，当制冷剂选定后，其冷凝压力，蒸发压力由冷凝温度和蒸发温度决定。冷凝温度受环境介质(水或空气)温度的限制，蒸发温度由制冷装置的用途确定的。在常温冷却条件下能够获得低温程度是有限的，即制冷温差是有限的。（教材Ｐ９３表３－１）为什么？当冷凝温度升高或蒸发温度降低时，压缩机的压力比增大，排气温度上升，用户要求蒸发温度↘→蒸发压力↘→压力比（pk/p0）↗压缩机输气系数下降；pk/p0增大导致→压缩机排气温度升高，润滑条件变坏；

耗功增加，制冷量下降，制冷系数降低。蒸发温度降低对单级制冷循环的影响：1．节流损失增加，制冷系数下降。2．压缩机运行时的压力比增大，容积效率下降。由于压缩机余隙容积的存在，压力比提高到一定数值后，压缩机的容积系数变为零，压缩机不再吸气，制冷机虽然在不断运行，制冷量却变为零。补充：余隙容积的影响

实际的活塞式压气机中，当活塞处于左止点时，活塞顶面与缸盖之间必须留有一定的空隙，称为余隙容积。图具有余隙容积的压气机理论示功图，图中容积V3就是余隙容积。

由于余隙容积的存在，活塞就不可能将高压气体全部排出，排气终了时仍有一部分高压气体残留在余隙容积内。因此，活塞在下一个吸气行程中，必须等待余隙容积中残留的高压气体膨胀到进气压力p1（即点4）时，才能从外界吸入气体。余隙容积一、余隙容积二、余隙容积的影响

生产量：有效吸气容积：容积效率：

余隙容积百分比Vc/Vh和多变指数n一定时，增压比越大，则容积效率越低，当增加到一定值时容积效率零。增压比一定时余隙容积百分比越大，容积效率越低。3．压缩机的排气温度上升。

单级压缩的最低蒸发温度不仅受到容积系数为零的限制，随着压力比的增大，除了引起制冷量下降，功耗增加、制冷系数下降、经济性降低外，排气温度的限制也是选择压缩机级数的另一个重要原因。排气温度过高，它将使润滑油变稀，润滑条件恶化，当排气温度与润滑油的闪点接近时，会使润滑油碳化，以致在阀片上产生结碳现象,甚至出现拉缸等现象。当冷凝温度为40℃，蒸发温度为-30℃时，单级氨压缩机即使在等熵压缩的情况下，排气温度已高达160℃，显然它已超过了规的最高排气温度为150℃的限制。采用两级压缩的原因

１.压缩机的输气系数λ大大降低，且当压缩比≥20时，λ＝0。

２.压缩机的单位制冷量和单位容积制冷量都大为降低。

３.压缩机的功耗增加，制冷系数下降。

４.必须采用高着火点、高粘度的润滑油，因为润滑油的粘度随温度升高而降低。

５.被高温过热蒸气带出的润滑油增多，增加了分油器的负荷，且降低了冷凝器的传热性能。

总上所述，当压缩比过高时，采用单级压缩循环，不仅是不经济的，而且甚至是不可能的。二、单级蒸气压缩条件：

采用双级压缩制冷循环并非在任何情况下都是有利的。为获取低温而采用两级压缩：①单级压缩蒸气制冷循环压比；活塞式制冷压缩机，对于氨制冷剂，因绝热指数较大，排气温度较高，因此氨单级压缩的压力比一般不希望超过8；氟里昂制冷剂的绝热指数相对较小，但从经济性角度出发，它们的单级压缩的压力比一般也不希望超过10。

离心式制冷压缩机压力比不希望超过4。

单级压缩的最低蒸发温度℃

单级压缩循环所能达到的最低制冷温度是有限的。通常，最低只能达到-40℃左右。在这一条件下，不同冷凝温度时单级压缩所能达到的最低蒸发温度如下表所示。为获取低温而采用两级压缩：②制冷剂热物理特性的限制。一般获取－40℃以下的低温，采用中温制冷剂的两级压缩制冷循环，R717不低于－60℃Freon不低于－80℃

所以，为了获得比较低的温度（－40～－80℃），同时又能使压缩机的工作压力控制在一个合适的范围内，就要采用多级压缩循环。制冷剂节流损失增加，单位质量制冷量及单位容积制冷量下降过大，经济性下降。三、双级压缩的特点循环过程两级压缩制冷循环，是指来自蒸发器的制冷剂蒸气要经过低压与高压压缩机(或气缸)两次压缩后，才进入冷凝器。它与单级压缩制冷循环流程的主要区别是大部分制冷剂必须在高、低压级两只气缸中进行压缩，一般还增设了中间冷却器和膨胀阀。当蒸发温度较低时，采用双级压缩制冷循环可达到以下目的：降低压力比，避免和减少高压力比带来的损失如降低压缩机的排气温度，提高实际输气量，制冷机运行的平衡性提高等。两级压缩中间冷却分析有一个最佳增压比

省功

多级压缩和级间冷却

省功（减少压缩过程的多变指数）避免单级压缩因增压比太高而影响容积效率工程上常需要高压气体，当气体的压力比p2/p1较高时，若仍采用单级压缩，将使气体的终温过高而造成润滑油失效及其它安全问题，并使耗功过大。同时，实际机器的容积效率也要随之降低。而采用多级压缩、级间冷却的工艺是获得较高压力的压缩气体一种较好的手段。

为什么要采用多级压缩及级间冷却的工艺？

当要求的制冷温差使循环的压力比超过单级压力比的限制时，一种解决办法是采用分级压缩，中间冷却，就是分两极或多级达到循环所要求的总压力比，并且在低压级完成压缩后，现将其排气冷却降温后再到高压级继续压缩，从而每一级的压力比和排气温度均不超限。

由于考虑到超过两级后系统设计的复杂性及其他许多因素，故两级以上的循环在实际中很少使用，通常采用两级压缩循环，所以只讨论两级压缩制冷循环。第二节双级压缩式制冷循环

两级压缩制冷循环中，制冷剂的压缩过程分两个阶段进行，即将来自蒸发器的低压制冷剂蒸气（压力为p0

）先进入低压压缩机，在其中压缩到中间压力pm

，经过中间冷却后再进入高压压缩机，将其压缩到冷凝压力pk

，排入冷凝器中。这样，可使各级压力比适中，由于经过中间冷却，又可使压缩机的耗功减少，可靠性、经济性均有所提高。

低压级压缩高压级压缩蒸发压力——————→中间压力——————→冷凝压力一、基本形式和选择方法采用哪一种型式有利则与制冷剂种类、制冷剂容量及其它条件有关。常用的组成型式有：压缩

单机双级：一台压缩机，气缸一部分为高压级，一部分为低压级。

双机双级：两台压缩机，分别为高压级和低压级。节流

一级节流：供液的制冷剂液体直接由冷凝压力节流至蒸发压力；

二级节流：经一个阀节流至中间压力，再经另一个节流至蒸发压力。冷却

中间完全冷却：将低压级的排气，冷却到中间压力下的饱和蒸气。

中间不完全冷却：未将排气冷却到中间压力下的饱和蒸气。

两级压缩的型式P94配组式双级系统，单机双级压缩机两级压缩制冷循环系统可以是由两台压缩机组成的双机（其中一台为低压级压缩机，另一台为高压级压缩机）两级系统，也可以是由一台压缩机组成的单机两级系统，其中一个或两个汽缸作为高压缸，其余几个汽缸作为低压缸，其高、低压汽缸数量比一般为1:3或1:2。两级压缩制冷循环按中间冷却方式可分为中间完全冷却循环与中间不完全冷却循环；所谓中间完全冷却是指将低压级的排气冷却到中间压力下的饱和蒸气。如果低压级排气虽经冷却，但并未冷到饱和蒸气状态时称为中间不完全冷却。采用哪一种中间冷却方式，由选用制冷剂的种类来决定。通常两级压缩氨制冷系统采用中间完全冷却，而两级压缩氟利昂制冷系统，则常采用中间不完全冷却。按节流方式又可分为一级节流循环与两级节流循环。如果将高压液体先从冷凝压力Pk

节流到中间压力Pm

，然后再由Pm

节流降压至蒸发压力P0

，称为两级节流循环。如果制冷剂液体由冷凝压力Pk

直接节流至蒸发压力P0

，则称为一级节流循环。一级节流循环虽经济性较两级节流稍差，但它利用节流前本身的压力可实现远距离供液或高层供液，故被广泛采用。

一次节流二次节流对比经济性方面设备控制方面

1.一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环（常用有代表性）

2.一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环（常用有代表性）

3.两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环

4.两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环

5.两级节流中间完全不冷却两级压缩制冷循环

二、一级节流、中间完全冷却的两级压缩循环1、循环过程

从循环的工作过程可以看出，与单级压缩制冷循环比较，它不仅增加了一台压缩机，而且还增加了中间冷却器和一只节流阀，且高压级的制冷剂流量因加上了在中间冷却器内产生的蒸气而大于低压级的制冷剂流量。在蒸发器中产生的压力为po的低压蒸气首选被低压压缩机A吸入并压缩到中间压力pm，进入中间冷却器F，在其中被液体制冷剂的蒸发冷却到与中间压力相对应的饱和温度，再进入高压压缩机B进一步压缩到冷凝压力pk，然后进入冷凝器C被冷凝成液体。由冷凝器出来的液体分为两路：一路流经中间冷却器内盘管，在管内被盘管外的液体的蒸发而得到冷却（过冷），再经节流阀H节流到蒸发压力p0，在蒸发器中蒸发，制取冷量；另一路经节流阀节流到中间压力pm，进入中间冷却器，节流后的液体在中间冷却器F内蒸发，冷却低压压缩机的排气和盘管内的高压液体，节流后产生的部分蒸气和液体蒸发产生的蒸气随同低压压缩机的排气一同进入高压压缩机B中，压缩到冷凝压力后排入冷凝器C。循环就这样周而复始地进行。进入蒸发器的这一部分高压液体在节流前先在盘管内进一步冷却，可以使节流过程产生的无效蒸气量（即干度）减少，从而使单位制冷量增大。上述两级压缩循环的工作过程可用压－焓图表示，如图1b所示。图中用来表示各主要状态点的点号与图1a是对应的。图中1-2表示低压压缩机的压缩过程，2-3表示低压压缩机的排气在中间冷却器内的冷却过程，3-4表示高压压缩机内的压缩过程，4-5表示在冷凝器内的冷却、冷凝和过冷过程（也可以没有过冷），此后液体分为两路：5-6表示进入中间冷却器的一路在节流阀G中的节流过程，6-3表示节流后液体在中间冷却器内的蒸发过程，5-7表示进入蒸发器的一路在中间冷却器盘管内的进一步过冷过程，7-8表示它在节流阀H中的节流过程，8-1表示它在蒸发器内蒸发制冷的过程。2、性能指标P96由于盘管内具有端部传热温差，高压液体在其中不可能被冷却到中间温度tm，一般大约比tm高3~5℃。和单级压缩制冷循环一样，利用工作过程的图可以对两级压缩制冷循环进行循环的热力计算。1、在两级压缩制冷循环中制取冷量的是低压部分的蒸发过程8-1，其单位制冷量是2、低压压缩机每压缩1kg蒸气所消耗的理论功是3、设制冷机的制冷量Q0，则低压压缩机的流量是4、低压压缩机每压缩1kg蒸气所消耗的理论功5、为了在低温下制得冷量Q0

，除了低压压缩机消耗能量外，高压压缩机也要消耗一定的能量。高压压缩机消耗的单位理论功是高压压缩机的制冷剂流量qmg大于低压压缩机的制冷剂流量qmd

，它可以根据中间冷却器的热平衡关系计算出来。由图可知：6、冷凝器热负荷以上计算方法适用于设计或选择压缩机时的计算，我们可根据计算出来的qmG

和qmD

去设计或选配合适的压缩机，根据Qo和Qk

去设计或选配蒸发器和冷凝器。对于已有的两级制冷机，我们可根据它的qmG

和qmD

数值计算出它的制冷量Q0

，即

图3两级压缩氨制冷机的实际系统图

A－低压压缩机；B－高压压缩机；C－油分离器；D－单向阀；E－冷凝器；F－贮液器；G－过冷器；

H－中间冷却器；I－浮子调节阀；J－调节站；K－气液分离器；L－室内冷却排管（蒸发器）3、实际应用举例图3示出两级压缩氨制冷机在冷库装置中的实际系统图。图中除画出了完成工作循环所必需的基本设备外，还包括一些辅助设备和控制阀门。高压压缩机排出的气体进入冷凝器前先经过氨油分离器，将其中夹带的油滴分离出来，以免进入冷凝器和蒸发器中而影响传热。在油分离出口管路上装有一个单向阀，它的作用是当机器一旦突然停车时防止高压蒸气倒流入压缩机中。冷凝器冷凝下来的氨液流入贮液器，它的作用是用来保证根据蒸发器热负荷的需要供给足够的液氨以及减少向系统内补充液氨的次数。中间冷却器用浮子调节阀供液，以便自动控制中间冷却器中的液位。用来制冷的氨液是经过调节站分配给各个库房中的蒸发器，在调节站管路上一般都装有节流阀。气液分离器的作用是一方面将从蒸发器出来的低压蒸气中夹带的液滴分离出去，以防止氨液进入压缩机中而形成湿压缩，另一方面又可使节流后产生的部分蒸气不进入蒸发器，使蒸发器的面积可得到更为合理的利用。一个气液分离器可以与几个蒸发器相连，这样它还起着分配液体和汇集蒸气的作用。三、一级节流、中间不完全冷却的两级压缩循环1、循环过程图4示出一级节流、中间不完全冷却的两级压缩循环的系统原理图及相应的图。它的工作过程与一级节流中间完全冷却循环的主要区别中于低压压缩机的排气不进入中间冷却器，而是中间冷却器中产生的饱和蒸气在管路中混合后进入高压压缩机。因此，高压压缩机吸入的是中间压力下的过热蒸气。图4b示出这种循环的图。图中各状态点均与图4a相对应。点3表示在管路中混合后的状态，也就是高压压缩机吸气状态。2、性能指标一级节流中间不完全冷却循环的热力计算与一级节流中间完全冷却循环的计算基本上是一样的，其区别仅因为中间冷却的方式不同而引起计算高压级流量式不同而已，同时高压压缩机吸入的是过热蒸气，其状态参数要通过计算求得。高压压缩机的制冷剂流量仍可由中间冷却器的热平衡关系求得。中间冷却器的热平衡图见图6。而点3状态的蒸气比焓可由图6所示的两部分蒸气混合过程的热平衡关系式求得：中冷器出气状态,中冷器出气与低压机排气混合后,高压机吸气状态

实际情况

P99中冷器出气状态---湿饱和蒸气中冷器结构——卧式高压机吸气状态,15℃、Pm过热蒸气图7SD2-4F10A两级压缩氟里昂制冷系统图

A－低压压缩机；B－高压压缩机；C１、C２－油分离器；D－冷凝器；E－过滤干燥器；F－中间冷却器；G－蒸发器；H－回热器；I１、I２－热力膨胀机；J１、J２－电磁阀3、实际应用举例图7示出的SD2-4F10A型两级压缩氟里昂制冷机系统就是按图4-4a所示的一级节流中间不完全冷却循环所设计的。系统中增设了气－液热交换器，这样不但可使高压液体的温度进一步降低，使单位制冷量增大，而更为主要的是为了提高低压压缩机的吸气温度，以改善压缩机的润滑条件，并避免气缸外表面结霜等。系统中还采用了自动回油的油分离器装置、热力膨胀阀型式的供液量调节以及为了使当压缩机停止运行时能自动切断供液管路的电磁阀等。小结压缩比？原因：更低t0→合适压力比→安全节能（输气系数排气温度）双级循环的基本型式？（压缩、节流、中间冷却）最常用？一级节流中间完全冷却与一级节流中间不完全冷却的区别：①一级节流中间完全冷却的压缩过程：从蒸发器来的制冷剂在低压级压缩机中压缩至中间压力pm，排入到中间冷却器中，被其中的液体制冷剂冷却成中间压力pm下的饱和蒸气，再进入高压级压缩机中被压缩到冷凝压力pk。

②一级节流中间不完全冷却的压缩过程：低压级压缩机的排气不是直接进入中间冷却器冷却，而是和中间冷却器出来的中温制冷剂蒸汽在管道中混合被冷却，然后进入高级压缩机压缩。

③一级节流中间不完全冷却的制冷系统中一般设有回热器，保证低压级压缩机的过热度。因此供液的制冷剂液体两次过冷。双级蒸气压缩式制冷循环的比较分析P104（1）中间不完全冷却循环的制冷系数要比中间完全冷却循环的制冷系数小（2）在相同的冷却条件下，一级节流循环要比二级节流循环的制冷系数小1）一级节流可依靠高压制冷剂本身的压力供液到较远的用冷场所，适用于大型制冷装置。2）盘管中的高压制冷剂液体不与中间冷却器中的制冷剂相接触，减少了润滑油进入蒸发器的机会，可提高热交换设备的换热效果。3）蒸发器和中间冷却器分别供液，便于操作控制，有利于制冷系统的安全运行经济器是个换热器，通过制冷剂自身节流蒸发吸收热量从而使另一部分制冷剂得到过冷。

经济器很多时候用于二次进气螺杆压缩机制冷系统中，在蒸发温度比较低（-25℃以下）的工况下，普通单级螺杆压缩机的效率降低、制冷量减小、排气温度较高，采用经济器补气循环，能改善单级螺杆压缩制冷循环的效率，提高制冷量，降低压缩机排气温度。经济器的使用可使单级螺杆压缩机应用范围更广，更经济。补充：

带有经济器（省功器）的压缩式制冷循环

一、带有经济器的螺杆式压缩制冷循环二、带有经济器的离心式压缩制冷循环速冻食品加工厂(速冻调理食品、家禽、疏菜、屠宰、冰淇淋)所需要的蒸发温度分别为：冻结-40℃～-45℃；低温冷藏-30℃～-35℃；冷却及高温-8℃～-10℃。在常规设计中，习惯上冻结和低温采用单机双级活塞压缩机或带经济器的螺杆压缩机，冷却和高温库选用单级压缩机。但是随着现代社会的发展，速冻食品加工厂速冻能力越来越大，特别是化工低温盐水(-40℃～-35℃盐水)对制冷量的要求更大，带经济器的螺杆压缩机制冷循环方案已经不是最佳解决方案。这样国际开始流行采用螺杆压缩机低压机和高压机配组双级的制冷方案。第三节、两级压缩制冷机的热力计算两级压缩制冷机进行循环的热力计算时，首先要对制冷工质及循环型式加以选择，然后确定循环的工作参数，按上节所述方法进行具体的计算。一、制冷剂与循环形式的选择两级压缩制冷机应使用中温制冷剂，这是因为受到在低温时系统中蒸发压力不能太低，在常温下冷凝压力又不允许过高及应能够液化的限制。通常应用较为广泛的是R717、R22、R290等。中间冷却的方式是与选用的制冷剂的种类密切相关的。对采用回热有利的制冷剂如R290等采用中间不完全冷却循环型式，同样可使循环的制冷系数有所提高。但为了降低高压级的排气温度，也可选用中间完全冷却的循环型式。对采用回热循环不利的制冷剂如氨等，则应采用中间完全冷却的循环型式。对于蒸发温度较低的两级压缩循环，通常都增加回热器，其目的并不在于提高制冷系数，而是为了提高低压级压缩机的吸气温度，改善压缩机的工作条件。

二、循环工作参数的确定两级压缩循环工作参数的确定与单级压缩循环是相似的，即根据环境介质的温度和被冷却物体要求的温度，考虑选取一定的传热温差，即可确定循环的冷凝温度和蒸发温度。至于中间温度（或中间压力）如何确定是两级压缩循环的特有问题，中间压力选择是否恰当，不仅影响到经济性，而且对压缩机的安全运行也有直接关系。1、容积比高压压缩机的理论输气量和低压压缩机的理论输气量之比值

，通常取0.33~0.5之间，P105选配压缩机时，高压压缩机和低压压缩机可以由同一台压缩机来承担，即所谓单机双级型压缩机，也可选一台压缩机为高压级，一台或多台压缩机为低压级。一般高、低压级理论输气量之比值在1/2--1/3之间，如采用单机双级型压缩机，它们的容积比一般为1:3或1：2根据我国冷藏库的生产实践，当蒸发温度t0=-28～-40℃范围内时，容积比的值通常取0.33～0.5之间，即qvtg:qvtd=1:3～1:2。在长江以南地区宜取大些。合理的容积比的选择还应结合考虑其他经济指标。配组双级压缩机的容积比可以有较大的选择余地。如果采用单机双级压缩机，则它的容积比是既定的，容积比的值通常只有0.33和0.52、中间温度与中间压力的确定确定中间压力时要区分两种情况：一种是已经选配好高、低压级压缩机，需通过计算去确定中间压力；另一种是从循环中计算出发来确定中间压力数值。（一）选配压缩机，从循环计算出发，根据制冷系数最大原则，确定最佳中间压力(1)公式法常用的公式法有比例中项公式法和拉塞经验公式法两种（2）图解法（二）已选配好压缩机(3)容积比插入法（一）选配压缩机，从循环计算出发选配压缩机时，中间压力pm的选择，可以根据制冷系数最大这一原则去选取，这一中间压力pm又称最佳中间压力。确定最佳中间压力pm常用的方法有公式法和图解法。1）公式法常用的公式法有比例中项公式法和拉塞经验公式法两种①比例中项公式法按压力的比例中项确定中间压力式中Pm,Po和Pk分别为中间压力、蒸发压力和冷凝压力,单位MPa公式是在一定假设条件下用理论方法推出，只能作为初步估算Pm=ψ（√P0*Pk）对R22修正系数ψ=0.9~0.95，R717ψ=0.95~1②拉塞经验公式法（教材Ｐ１１１例３－１）对于两级氨制冷循环，拉赛(A.Rasi)提出了较为简单的最佳中间温度计算式：tm=0.4tk+0.6to+3式中，tm,tk和to分别表示中间温度，冷凝温度和蒸发温度，单位均为℃。上式不只适用于氨，在－40～40℃温度范围内，对于R12也能得到满意的结果。（2）图解法

（从循环中计算出发来确定中间压力数值）

对于这种情况，中间压力的选择可以根据制冷系数最大这一原则去选取。这一中间压力又称最佳中间压力。选取的具体步骤是：1）根据确定的冷凝压力和蒸发压力，按公式求得一个近似值；2）在该值的上下按一定间隔选取若干个中间温度；3）对每一个值进行循环的热力计算，求得该循环下的制冷系数；4）绘制曲线，找到值，由该点对应的中间温度即为循环的最佳中间温度（即最佳中间压力）。

P107图3-15（2）图解法①根据确定的蒸发压力p0和冷凝压力pk，②在pm（tm）值的上下，按一定间隔选取若干个中间温度tm值。③根据给定的工况和选取的各个中间温度tm分别画出双级缩循环的lgp-h图，确定循环的各状态点的参数，计算出相应的制冷系数。④绘制=f（tm）曲线，找到制冷系数最大值max，由该点对应的中间温度tm在循环参数确定之后即可对循环进行热力计算，求出所需要的VhD

和vhG值。但在现有的压缩机系列产品中很可能选不到正好符合热力计算要求的压缩机，这时可选配其容量与计算值相近的压缩机来代替，虽然中间压力会稍有变动，但对制冷系数的大小影响甚微。具体步骤：1）按一定间隔选择若干个中间温度tm，按所选温度分别进行循环的热力计算，求出不同中间温度下的理论输气量的比值；2）绘制

=f（tm）曲线，并在图上画一条等于给定值的水平线，此线与曲线的交点即为所求中间温度（即中间压力）。用这种方法确定的中间压力不一定是循环的最佳中间压力。（二）已选配好压缩机(3)容积比插入法（教材Ｐ１１３例３－２）（已经选配好高、低压级压缩机，需通过计算去确定中间压力）3、高压机吸气温度t3节流前液体温度t7的确定中间压力pm对应的饱和温度tm—中间温度R717t3=tm；t7=tm+3~7℃/一般取小值氟里昂t3≤15℃；t7-tm=3~7℃/一般取大值中间冷却器在双级压缩制冷系统中使用，装设在低压机排气和高压机吸气之间。中间冷却器也是一种热交换容器，有三方面的作用作用：1.降低低压级压缩机排出的气体温度，以避免高压级过高的排气温度；2.使高压液体在节流前得到过冷，以提高系统制冷能力，减少节流过程产生的闪发气体；3.起到油分离器的作用，它可将由低压级压缩机带出的润滑油，通过改变流动方向、降低流速、洗涤和降温作用分离出来，并由放油管排出。设计：1.中间冷却器直径ω=0.5m／s

2.中间冷却器蛇形盘管冷却面积中间冷却器结构立式卧式?P99P107连接中间冷却器双级蒸气压缩式制冷循环的热力计算见相关WORD第四节双级压缩制冷机的工作特性两级压缩制冷循环特性分析（一）制冷剂与循环特性从经济性分析，两级压缩之间采用中间冷却，可以减少单位质量蒸气的压缩功。当过程为可逆时，所节省的功可用图中的阴影面积来表示。制冷系统中的中间冷却方法有两种：水冷换热和制冷剂直接冷却。两级压缩水冷换热对于空气来说是可行的，但对于制冷剂来说，水的温度就不够低，因此需要采用制冷剂直接冷却。

不同的制冷剂，其可节省（功的效果不一样。氨与氟利昂性质的差异，在相同工作条件下，氨压缩终了排气温度要比氟利昂高得多。因此采用中间完全冷却，使高压级排气温度降低，有利于压缩机的润滑，延长使用寿命，两级压缩氦制冷循环采用中间完全冷却是必要的和有利的。对于氟利昂则采用中间不完全冷却是有利的。（二）中间温度或中间压力中间温度与高、低压压缩机的气缸容积比、冷凝温度及蒸发温度有关．其中任一个参数变化。都会导致中间温度的变动。若高、低压级压缩机的气缸容积比不变．1.蒸发温度的变化对中间压力的影响：蒸发温度降低时，使低压级的压缩比增大，低压级吸入气体比体积增大，输气系数下降，使低压级输人中间冷却器的气体量逐渐减少，引起中间压力下降、中间温度降低。２.冷凝温度的变化对中间压力的影响：冷凝温度升高时，使高压级的压缩比增大，输气系数下降，高压机吸气量减小，这时，中间冷却器内的气体量逐渐增多，中间压力、中间温度升高。反之。Pk降低，则中间压力下降。３.容积比的变化对中间压力的影响：当冷凝压力及蒸发压力不变时，改变高、低压级压缩机的容积流量比（指带有能量调节的单机双级制冷机或由多台高、低压级压缩机组成的系统），当容积流量比值减小，则中间压力相应升高，反之中间压力下降。容积比对pm的影响↓Pm↑↑Pm↓

冷凝温度对pm的影响

tk↑Pm↑tk↓Pm↓

蒸发温度对pm的影响t0↑,Pm↑t0↓Pm↓由此可知，中间温度是容积比、冷凝压力和蒸发压力的函数，不能任意调节。（三）变工况特性两级压缩制冷机常见变工况是tk大致恒定而t0变化（升高或下降)两级压缩制冷机的工况变动时的一些特性：①随着t0的升高，压力p0和pm都有不断升高，但pm升高得快；②随着t0的升高，压力比σH和σL都不断下降，但σH下降快；③随着t0的升高，压力差（pk-pm）减小，（pm-p0）先逐渐增大而后逐渐减小。1．变工况特性工作温度变化，双级制冷机性能随之而改变。t0对pmpo的影响，边界温度t0bP116图3-21高低压缩机耗功最大出现处高：Pk/Pm=3,t0=-27℃低:t0=t0b，承受压差最大，压力比约为3

2．与变工况有关的两个问题（1）起动问题配组式:先起动高压压缩机，待蒸发温度降低后再起动低压压缩机单机双级式：容积比先调大，待蒸发温度降低后再调至正常小型机组同时起动（2）电动机功率的选配配组式：高压机按最大轴功率工况选配电动机低压机按开始投入运行的工况选配电动机单机双级：高低压级轴功率之和小型机组同时起动：低压机按最大轴功率工况选配电动机对于低压级压缩机，如果按最大轴功率工况来选配电动机，则电动机的容量将会很大（约为高压级电动机的1/倍），而正常工作时需要的电机功率又较小，于是运行中电动机始终处于低负荷状态，造成装机容量及电能的浪费。因此低压级电动机的选配可根据系统的不同要求来进行。如果低压级压缩机只作为双级压缩制冷机的低压级运行，则低压级压缩机可按照正常工作温度范围内功率最大的情况去选配电动机。如果低压级压缩机既可以作为双级压缩制冷机的低压级运行，又可以作为单级制冷机运行，则其电动机的选配应按照单级制冷机运行来进行选配。双级压缩制冷装置的起动问题制冷装置首次起动或长时间停机后起动运行，蒸发温度t0都是从环境温度逐渐降低，直到达到使用工况所需要的蒸发温度。由前面的分析可知，当t0尚未达到边界温度t0b之前，高压级压缩机不起压缩作用。因此，采取高低压级同时起动，必然产生能量的浪费。因此，对于配组双级制冷压缩机，可以先运行单级循环对系统进行降温，等蒸发温度降低到某一数值时再运行双级循环。蒸发温度所需降低到的温度数值大小取决于低压级压缩机配用的电动机功率。对于小型机组来讲，分别起动的节能效果并不明显，为了方便起见往往采用高、低压级压缩机同时起动的方法。对于带有能量调节装置的单机双级制冷机，在起动初始阶段，可按高蒸发温度选用大的容积比值运转，随着蒸发温度的降低，再将容积比调整到正常运行值。相应的措施是起动时对低压级气缸进行部分卸载，随着蒸发温度的降低，对低压级气缸进行逐步加载。这样，既可以避免起动时压缩机电机过载，又能使起动过程节能。工况影响tk↑,pm↑tk↓,pm↓t0↑,pm↑

t0↓,pm↓↑,pm↓↓,pm↑t0>=t0b,pm=pk

，单级压缩,pk/p0=3，耗功最大起动问题—t0逐渐↓过程配组式：先启动高压级单机双级：因为t0↑，所以↑，低压级气缸部分卸载，随着t0↓，再逐步加载小型机组，高低压同时起动电动机功率的选配高压机按最大轴功率工况选配电动机低压机按开始投入运行的工况选配电动机引课:制冷剂的一般分类根据制冷剂常温下在冷凝器中冷凝时饱和压力Pk和正常蒸发温度T0的高低，一般分为三大类：１.低压高温制冷剂冷凝压力Pk≤２～３Kg/cm2（绝对），T0>０℃如Ｒ11（CFCl3），其T0＝23.7℃。这类制冷剂适用于空调系统的离心式制冷压缩机中。通常３０℃时，Pk≤3.06Kg/cm2。２.中压中温制冷剂冷凝压力Pk<20Kg/cm2（绝对），０℃<T0>-60℃。如Ｒ717、Ｒ12、Ｒ22等，这类制冷剂一般用于普通单级压缩和双级压缩的活塞式制冷压缩机中。３.高压低温制冷剂冷凝压力Pk≥20Kg/cm2（绝对），T0≤－70℃。如Ｒ13（CF3Cl）、Ｒ14（CF4）、二氧化碳、乙烷、乙烯等，这类制冷剂适用于复迭式制冷装置的低温部分或－７０℃以下的低温装置中。为获得更低的蒸发温度单级压缩转向多级压缩限制?采用一种制冷剂循环将出现的问题：(1)．任何制冷剂，当蒸发温度降低时，其蒸发器压力也必然降低。(2)．任何制冷剂，当蒸发温度降低时，其比容就很大。

(3).任何制冷剂，当蒸发温度降低时，其冷凝压力就很高。为了获取更低温度，采用单一制冷剂的多级压缩循环仍将受到蒸发压力过低、甚至使制冷剂凝固的限制。例如，当蒸发温度为－80℃时，若采用氨作为制冷剂，它在-77.7℃时就已凝固，使循环遭到完全破坏。如果采用R22作为制冷剂，此时它虽未凝固，但蒸发压力已低达10Kpa，一方面增加了空气漏入系统的可能性，另一方面导致压缩机吸气比容增大（此时蒸气比容为1.76m3/kg）和输气系数的降低，从而使压缩机的气缸尺寸增大，运行经济性下降。对于往复式制冷压缩机而言，气阀是依靠阀片两侧气体的压力差自动启、闭来完成压缩机的吸气、压缩、排气和膨胀过程的，当吸气压力低于15Kpa时，吸气阀片因压差过低而往往无法开启，压缩机无法正常工作，增加压缩机级数也是无济于事的。如果采用低温制冷剂，虽然低温下它们的蒸发压力一般均高于15Kpa。例如乙烷，当蒸发温度为－100℃时，其相应的蒸发压力为52Kpa；但其冷凝压力太高，当tk=25℃时，其冷凝压力就高达4.18Mpa，使机器显得十分笨重；而且当冷凝温度35℃时就已超过了它的临界温度（℃）,使乙烷蒸气无法液化，循环的经济性大大恶化。到目前为止，还难以找到一种制冷剂，它既满足冷凝压力不太高、又满足蒸发压力不太低的要求。制冷剂蒸发温度过低，一易导致压缩机和系统低压部分在高真空下运行，增加空气渗入的可能性，二将导致压缩机吸气比容增大，输气系数减小，需要采用更大尺寸的压缩机。

如R13的凝固温度为-181℃，且在低温条件下，饱和蒸汽压力仍然较高。但临界温度低，为28.8℃，不能用环境介质（水、空气）来完成冷凝过程1.双级压缩制冷的局限性：

◆双级压缩制冷的制冷温度受制冷剂凝固点的限制不能太低。

◆双级压缩制冷受蒸发压力过低的限制。

◆双级压缩受循环压力比的限制。

2.解决方法：采用低温制冷剂。

但低温制冷剂常常在常温下无法冷凝成液体。

采用低温制冷剂的制冷装置，虽然能够制取很低的温度，但不能单独工作，需要有另一台制冷装置与之联合运行，为低温制冷剂循环的冷凝过程提供冷源，降低冷凝温度和压力。即为复叠式制冷。第五节复叠式制冷循环1、原因:1)凝固点2)压力比3)蒸发压力过低到目前为止，还难以找到一种制冷剂，它既满足冷凝压力不太高、又满足蒸发压力不太低的要求。

复叠式蒸气压缩制冷循环是由两个或两个以上的单级（也可以是多级）制冷循环组成，而且在两个制冷系统中充加不同性质的制冷剂。它既能满足在较低蒸发温度时有合适的蒸发压力，又能满足在环境温度条件下冷凝时具有适中的冷凝压力。定义2、工作原理图1示出由两个单级压缩系统组成的最简单的复叠式制冷循环系统原理图。循环工作过程可从图中清楚地看出。图2示出了这一循环的压－焓图。图中1－2－3－4－5－1为低温部分循环。6－7－8－9－10－6为高温部分循环。冷凝蒸发器中的传热温差一般取5~10℃。D冷凝蒸发器实际复叠机压力控制阀电磁阀

1.作用：自动接通或切断制冷系统的供液管路，广泛用于如冷藏箱、空调器等所匹配的氟利昂制冷机中。

2.位置：冷凝器与蒸发器间的管路上装有，可控制液体管路的启闭。压缩机冷凝蒸发器回热器节流阀蒸发器膨胀容器低温系统制冷剂R13/R23常温下低温制冷剂的饱和压力非常高，所以机组一停，需要提供一个额外膨胀空间，让低温制冷剂有地方排泄，但当机组一运行，这部分制冷剂必须参与循环，这就设计了一个膨胀容器和电磁阀来进行控制复叠式制冷机的启动问题一般先启动高温部分，后启动低温部分复叠式与多级循环的比较体积小紧凑，工作压力范围适中，运行稳定，复杂P1203、特点组成复叠式制冷机通常由两个单独的制冷系统组成，分别称为高温级及低温级部分。高温部分使用中温制冷剂，低温部分使用低温制冷剂。高温部分系统中制冷剂的蒸发是用来使低温部分系统中制冷剂冷凝，用一个冷凝蒸发器将两部分联系起来，它既是高温部分的蒸发器，又是低温部分的冷凝器。低温部分的制冷剂在蒸发器内向被冷却对象吸取热量（即制取冷量），并将此热量传给高温部分制冷剂，然后再由高温部分制冷剂将热量传给冷却介质（水或空气）。高温部分的制冷量基本等于低温部分的冷凝热负荷。复叠式制冷循环中中间温度的确定应根据制冷系数最大或各个压缩机压力比大致相等的原则。前者对能量利用最经济，后者对压缩机气缸工作容积的利用率较高（即输气系数较大）。由于中间温度在一定范围内变动时对制泠系数影响并不大，故按各级压力比大致相等的原则来确定中间温度更为合理。

4、热力计算冷凝蒸发器传热温差的大小不仅影响到传热面积和冷量损耗，一般5~10℃而且也影响到整个制冷机的容量和经济性，温差选得大，冷凝蒸发器的面积可小些，但却使压力比增加，循环经济性降低。制冷剂的温度越低，传热温差引起的不可逆损失越大，故蒸发器的传热温差因蒸发温度很低而应取较小值，最好不大于5℃。当需要获取－60℃以下的低温时，采用中温制冷剂与低温制冷剂复叠的制冷循环。两级复叠制取－60℃～－80℃的低温，三级复叠制取－80℃～－120℃的低温。用作高温级的中温制冷剂有：R717、R22、R502、R134a、R407c、R410A等；用于低温级的低温制冷剂有：R13、R14、R23、C2H6、C2H4等。三个单级压缩循环组成的复叠式制冷机

循环中温高温低温中温R23高温R22或R507低温R50、R1150或R170制冷剂最低蒸发温度可达－120℃～－140℃最低蒸发温度制冷剂制冷循环型式-80℃R22-R23R22单级或两级压缩—R23单级压缩组合的复叠式循环R507-R23R507单级或两级压缩—R23单级压缩组合的复叠式循环R290-R23R290两级压缩—R23单级压缩组合的复叠式循环-100℃R22-R23R22两级压缩—R23单级或两级压缩组合的复叠式循环R507-R23R507两级压缩—R23单级或两级压缩组合的复叠式循环R22-R1150R22两级压缩—R1150单级压缩组合的复叠式循环R507-R1150R507两级压缩—R1150单级压缩组合的复叠式循环-120℃R22-R1150R22两级压缩—R1150两级压缩组合的复叠式循环R507-R1150R507两级压缩—R1150两级压缩组合的复叠式循环R22-R23-R50R22单级压缩—R23单级压缩—R50单级压缩组合的复叠式循环R507-R23-R50R507单级压缩—R23单级压缩—R50单级压缩组合的复叠式循环5复叠式制冷循环应用中的一些问题1)．停机后低温制冷剂的处理当复叠式制冷机在停止运转后，系统内部温度会逐渐升高到接近环境温度，低温部分的制冷剂就会全部汽化成过热蒸气，这时低温部分的压力将会超出制冷系统允许的最高工作压力这一非常危险的情况。当环境温度为40℃时，低温部分允许的最高绝对压力为1.079MPa。为解决这一问题，大型系统采用高温系统定时开机，以维持低温系统较低压力，但这种方法耗功大；或者将低温制冷剂抽出装入高压钢瓶中。对于小型复叠式制冷装置，通常在低温部分的系统中连接一个膨胀容器，当停机后低温部分的制冷剂蒸气可进入膨胀容器，如系统中不设膨胀容器，则应考虑加大蒸发冷凝器的容积，使其起到膨胀容器的作用，以免系统压力过高。2).系统的起动由于低温制冷剂的临界温度一般较低，所以复叠式制冷机在起动时，必须先起动高温部分，当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超过允许的最高压力时，才可以起动低温部分。例如：对于使用R22与R13的二元复叠式制冷循环，要先将R22的蒸发温度降至-15℃以下，这时低温系统中R13的最高冷凝温度大约为-l0℃，相应的饱和压力为1.5616MPa（在允许值内）。对于小型复叠式制冷循环，高低温部分可同时起动，但在低温系统上必须装设压力控制阀，以保证系统的安全。3)．温度范围的调节复叠式制冷循环的制冷温度是可以调节的，但有一定的温度范围。因压力比不能太大，所以吸气压力不能调节得太低，这就决定了它的下限温度不能太低。同时，吸气压力也不能调得太高，因为随着吸气压力的升高，蒸发温度也升高，当蒸发温度高到一定程度时，就失去了复叠式循环的意义。而且随着吸气压力的升高，冷凝压力也升高，一般压缩机的耐压为2MPa。为使压缩机和制冷系统能正常工作，复叠式制冷循环的蒸发温度在调节时一般不高于-50℃，也不应低于-80℃。6、低温箱复叠式系统的常见故障与排除既有电气又有制冷机械出现故障，全面检查综合分析一般过程可以先“外”后“里”外部因素——冷却水、供电等里——先检查电气系统，后查制冷系统故障现象原因分析排除方法设备不制冷或降温缓慢排气压力过高吸气压力过低制冷剂量不足（漏）管路脏堵或冰堵蒸发器供液电磁阀损坏膨胀阀流量过大、过小或损坏查漏并补充制冷剂更坏被堵器件或干燥剂更换电磁阀调整或更换膨胀阀制冷系统中有空气冷却水量不足或温度过高冷凝器水管积垢过厚放空气增加供水量清洗冷凝器制冷系统中制冷剂量不足膨胀阀冰堵或损坏过滤器堵塞查漏并补充制冷剂对管路进行干燥或更换膨胀阀更换过滤器补充：自复叠从低于环境温度的空间或物体中吸收热量，并将其转移给环境介质的过程称为制冷。制冷技术是为适应人们对低于环境温度条件的需要而产生和发展起来的。现代制冷技术始于18世纪中叶。1755年爱丁堡的化学教授库仑(WilliamCullen)利用乙醚蒸发使水结冰。他的学生布拉克(Black)从本质上解释了融化和汽化现象，导出了潜热的概念，并发明了冰量热器，标志着现代制冷技术的开始。此后的200多年时间里，制冷技术得到了飞速的发展,其中利用工质节流后产生制冷效应的焦耳-汤姆逊效应(Joule-Thomsoneffect)是最古老的制冷方法之一。在普冷领域，蒸汽压缩式制冷系统就是利用工质的节流制冷效应进行工作的，目前这种制冷方法在普冷领域占据着主导地位；在低温领域，利用气体节流制冷效应的林德-汉普逊(Linde-Hampson)循环也获得了广泛的应用，是气体液化和低温制冷技术的主要方法之一。然而随着制冷温度的降低，采用单纯工质的一级节流制冷机的效率将降低、压缩机功耗增加，甚至会造成系统内制冷剂和润滑油分解，运转条件恶化，危害压缩机的正常工作，所以在普冷领域，当需要的温度降到230K以下时，人们通常采用两级压缩或复叠式制冷系统来满足要求，但是其复杂性和系统的运行维护都比单级制冷系统要大得多。因此，近几十年来，人们将目光投向了多元混合工质的研究。目前，无论在普冷领域还是在低温领域，多元混合工质节流技术都成了国际制冷界研究的热点课题。在普冷领域，由于CFCs工质中氯原子对大气臭氧层的破坏，其面临的问题是工质替代，采用几种现有的或新的纯工质所组成的多元混合工质则是一条在近期乃至中长期都最有发展前途的方案；在低温领域，由于采用了商用单级制冷压缩机驱动的混合物工质节流制冷机，使得混合物节流制冷机飞速发展，成为最有前途的低温制冷机之一。近几年来，无论在普冷领域还是在低温领域，采用多元混合工质作为节流制冷剂的研究已经越来越引起人们的兴趣，单级压缩机驱动的混合工质节流制冷机大大增加了制冷机在低温方面的商业应用。在普冷领域，当温度降到230K以下时，人们通常采用多级压缩或复叠式制冷系统。由于非共沸混合工质具有变温冷凝/蒸发特性，且能通过部分冷凝获得成分不同的多种流体，自动复叠制冷系统近几年来在普冷领域也逐渐有所应用。非共沸制冷剂1.相变过程中气、液相中组分的浓度不同，其在任何浓度比下都不发生共沸现象的混合物称为非共沸制冷剂。与纯制冷剂和共沸制冷剂相比，非共沸制冷剂有自己的特点：在定压下蒸发或凝结时，气相和液相的成分不同，温度也在不断变化。定压蒸发时温度从泡点温度变化到露点温度，定压凝结则相反。泡点温度和露点温度的温差称之为温度滑移(Temperatureglide)。2.等压相变过程中温度是变化的，这就有可能较好地适应变温热源的情况，减少蒸发和冷凝过程中的传热温差，以达到节能的目的。3.在实用上，使用非共沸制冷剂的麻烦是当制冷装置中发生制冷剂泄漏时，剩余在系统内的混合物的浓度就会改变，因此，需要向系统中补充制冷剂使其达到原来的数量和浓度，并需通过计算来确定两种制冷剂的充灌量。“近共沸制冷剂(Nearazeotropicmixturerefrigerant)”这一术语，实际上它是指那些泡点温度与露点温度很接近的非共沸制冷剂，但到底接近到什么程度为近共沸和非共沸的分界点，还没有一个明确的规定，通常认为泡露点的温度差小于3℃的混合制冷剂称为近共沸混合制冷剂。非共沸混合制冷剂用于制冷主要有两方面的意义。其一是在较宽的温度范围内制冷时节能或增大制冷量，其二是在单级压缩适中的压力下获得较低的蒸发温度。混合物按其定压下相变时的热力学特征有非共沸混合物与共沸混合物之分。用T-x相图反映这两类混合物之不同在复叠式制冷系统中尚有一种特殊的形式，称为自动复叠制冷(Auto-cascadeRefrigeration)系统。举例:系统中充灌了两种制冷剂，如R23和R22，它们在相同的冷凝压力和蒸发压力下工作，因而在系统中只需要一台压缩机。ACR系统利用了R23的冷凝温度远低于R22的冷凝温度这一特性。（12个大气压下R23饱和温度-22℃,R22饱和温度35℃）自动复叠制冷系统采用一个普通低温压缩机制取很低的温度，其奥妙在于“一级压缩，多级复叠，自动分离”，即混合工质一次压缩后，在多级复叠管路中的多个冷凝蒸发器中逐级分离，使沸点最低的制冷剂进入蒸发器，制取预定的低温。制冷剂分子式分子量凝固温度℃标准蒸发温度℃临界温度℃临界压力KPaODPGWPR22CHF2CL86.48-160-40.8696.1550540.0551600R134aC2H2F4102.03-96.6-26.26101.140670875R23CHF370.02-155-82.125.648330—A—压缩机B—冷凝器C、D—节流阀E—冷凝蒸发器F—蒸发器最简单的自动复叠制冷循环系统图通常的冷却水温度(或空气温度)不足以使R23冷凝，故R23仍保持气体状态。气态的R23进入冷凝蒸发器中，该处的温度低至可使R23冷凝成液体，再经过节流阀进入蒸发器蒸发实现低温制冷。对于R22,由于其冷凝温度较高，在冷凝器内被冷却水(或空气)冷凝成液体，冷凝液体经节流阀后进入冷凝蒸发器，产生较低的温度使R23冷凝成液体。制冷剂R22吸收了R23冷凝时放出的热量变成蒸气，与来自蒸发器的R23蒸气相汇合，进入压缩机中。严格地讲，在R23的回路中混有少量的R22，在R22的回路中也混有少量的R23。一级压缩，多级复叠，自动分离A—压缩机B—冷凝器C、F—储液器D、I—节流阀E—冷凝蒸发器G—回热器H—蒸发器单级压缩一次分凝制冷机系统图在压缩机A中压缩后的蒸气排到冷凝器B，在这里大量中温组分R22及少量低温组分R23组成的冷凝液体经储液器C和节流阀D到达冷凝蒸发器蒸发；而大量低温组分R23及少量R22组成的未冷凝蒸气，由冷凝器上部引入冷凝蒸发器E，在这里被管内蒸发的液体冷凝。冷凝液流入储液器F，然后由下部引出经节流阀I去蒸发器H蒸发制冷。为了减少损失，在系统中还装设了一个回热器G。ACR虽按单级压缩循环工作，但由于引入了低温制冷剂R23及采用了分凝过程，从而可以达到比较低的蒸发温度，其温度范围低于采用纯工质的两级压缩循环。同时因为蒸发器中R23的液体（含少量R22）蒸发，其蒸发压力较一般的中温制冷剂高，改善了压缩机的工作条件。上述优点在应用纯工质的常规制冷系统中是无法实现的。各种蒸气压缩式制冷方式的比较制冷循环

使用原因

应用温度范围

制冷剂

单级压缩

一般制冷

5℃～－40℃

一种

双级压缩

压缩比过大

－40℃～－80℃

一种

复叠式压缩

制低温

<-80℃

两种或两种以上

干冰基础知识干冰是二氧化碳的固态，由于干冰的温度非常低，温度为摄氏负78.5度，因此经常用于保持物体维持冷冻或低温状态。干冰能够急速的冷冻物体和降低温度，并且已经被广泛的使用。干冰在溶解时不是由固态转化为液态，而是由固态直接升华为气态，因此其融化并不会产生任何水或液体，也由此我们称它做“干冰”。物理特性干冰是固态二氧化碳温度为零下79℃(-79℃)；汽化时，温度仍在零下20℃（-20℃）左右；空气中的水气被它冷却成小水滴(雾滴)，而形成白色烟雾状；固态二氧化碳。为白色分子晶体；熔点-56．6℃（101325Pa），-78．477℃升华（101325Pa），密度1．56g/cm3（-79℃）；具有面心立方晶格。使用范围干冰的使用范围广泛，在食品、卫生、工业、餐饮中有大量应用。主要有：1.餐厅业菜肴装饰、气份营造、影视效果、舞台、会场烟雾制造;2.冷冻食品储藏与运输；3.家禽肉品冷冻保存；4.空运、航运需长时间冷冻需求者；5.低温冷冻医疗用途；6.热处理、低温收缩金属组件；7.生鲜超商业停电时食品冷冻保存，应急制冷；8.无水制冷、消防灭火；9.工业清洗、去除积垢，是目前及未来干冰最大的用途之一。10、人工降雨11、温室大棚施肥,钢厂铸造等等干冰是将二氧化碳用人工制冷方法使之冻结而成的固体。工业用干冰为白色，相对密度在1．3～1．5之问，随制造方法而变。干冰在三相点压力以下时，可直接升华为气体，故用作冷却剂时有良好的卫生条件。干冰在大气压力下升华温度为一79，而在真空条件下升华时可得到一l00的低温工业上生产干冰可以用多种方法，其流程也有高压、中压与低压之分。

在制取干冰的制冷装置和多级离心式制冷系统中，也有使用三级蒸气压缩式制冷循坏。三级压缩制冷循环的工作原理与两级压缩制冷循环相似，但由于三级制冷循环中冷凝压力pk与蒸发压力p0的压力比（循环总压力比）较大，若来用一次节流，循环的节流损失将大大高于两级压缩制冷循环，尤其是采用饱和液体线（X＝0线）比较平坦的制冷剂时，这种损失更为严重，因此在实际中为了提高循环的经济性，需采用多次节流的方式。但采用多次节流循环时，会使各个中间冷却器的制冷剂液面正常控制难度增大，使润滑油迸入蒸发器的机会大，另外在工程中坯应采取相应的措施来保证中间冷却器正访工作，防止制冷压缩机湿冲程产生。生产干冰的高压流程是按三级压缩制冷循环工作的。其原系统图如图所示。在这－循环中，CO2既是原料气，又是制冷剂、系统按开式循环工柞。当干冰的生产量力G（kg／h）时。每小时需补充同样量二氧化碳原料气.二氧化碳经过三级压缩，不过冷凝压力较高,例如当冷凝温度30℃时，需压缩到7190kPa而且排气温度较高。使用了中间水冷却.高压二氧化碳液体也是采用分级节流，每次节流产生的二氧化碳蒸气，分途进入压缩机的各级气缸中被继续压缩。所不同的是。二氧化碳液体经未纸节流后，系进入干冰模中。变为气固两相混合物，固体集存起来，即是干冰,作为产品输出、补充的原料气系迸入压缩机低压级气缸中。在干冰生产中．为了降低二氧化碳冷凝压力以减少压缩机的级数，就用氨或氟利昂制冷机使二氧化碳冷凝。这就是生产干冰的复叠式循环．生产干冰的复叠式制冷机原理复叠式制冷循环应用中的一些问题1．停机后低温制冷剂的处理2.系统的起动3．温度范围的调节思考题1.为什么单级压缩制冷压缩机的压力比一般不应超过810？2.双级蒸气压缩式制冷循环的形式有哪些？3.一级节流与二级节流相比有什么特点？中间不完全冷却与中间完全冷却相比又有什么特点？4.双级蒸气压缩式制冷系统制冷剂与循环形式如何选择？5.双级蒸气压缩式制冷循环需要确定的主要工作参数有哪些？6.如何确定最佳中间压力？7.蒸发温度、冷凝温度以及容积比的变化对中间压力各有何影响？8.什么是复叠式制冷循环？为什么要采用复叠式制冷循环？复叠式制冷循环应用中的一些问题1．停机后低温制冷剂的处理当复叠式制冷机在停止运转后，系统内部温度会逐渐升高到接近环境温度，低温部分的制冷剂就会全部汽化成过热蒸气，这时低温部分的压力将会超出制冷系统允许的最高工作压力这一非常危险的情况。当环境温度为40℃时，低温部分允许的最高绝对压力为1.079MPa。为解决这一问题，大型系统采用高温系统定时开机，以维持低温系统较低压力，但这种方法耗功大；或者将低温制冷剂抽出装入高压钢瓶中。对于小型复叠式制冷装置，通常在低温部分的系统中连接一个膨胀容器，当停机后低温部分的制冷剂蒸气可进入膨胀容器，如系统中