制冷2.1.1

第一节蒸气压缩式制冷利用制冷剂液体在气化时（蒸发时）产生的吸热效应，达到制冷目的。液体蒸发制冷的特征 液体蒸发制冷构成循环的四个基本过程是：①制冷剂液体在低压（低温）下蒸发，成为低压蒸气②将该低压蒸气提高压在普通高压蒸气③将高压蒸气冷凝，使之成为高压液体④高压液体降低压力重新变为低压液体，返回到①从而完成循环。 2.1.1蒸气压缩式制冷循环(一)单级蒸气压缩式制冷循环1．朗肯循环2．劳伦茨循环3．跨临界循环双筒型煤油燃烧器釜式燃烧器蒸发燃烧器燃油喷雾燃烧器（二）多级蒸气压缩式制冷循环 2.1.1蒸气压缩式制冷循环制冷循环就是通过一定的能量补偿，从低温热源吸热，向高温热源排热。热源的温度决定制冷剂吸热与排热的温度与压力，相应地决定了制冷循环中的高低压侧的压力比。 (一)单级蒸气压缩式制冷循环容积式压缩机的单级压比受压缩机容积效率和压缩终了温度的制约通常被限制在8～10离心式压缩机的单级压缩比受工质分子量大小与叶轮的周边速度制约通常被限制在2～4 1．朗肯循环单级蒸气压缩制冷的典型循环空调、制冷、食品冷藏温度范围大量使用的循环基本朗肯循环有回热的朗肯循环 图2-1基本朗肯循环循环T—S图：1—2压缩过程2—3冷却冷凝过程3—4节流过程4—1蒸发吸热过程朗肯循环图例TS1243 图2-2有回热的朗肯循环T—S图：1‘—2压缩过程2—3冷凝过程3—3’液体过冷过程3＇—4节流过程4—1蒸发过程1—1＇吸气过热过程TS1’243’31 2．劳伦茨循环朗肯循环的主要特征循环中的两个相变过程变成伴随有降温的定压凝结和伴随有升温的定压蒸发。有两个定压定温的相变过程与纯质制冷剂及共沸混合制冷剂的压力特性相适应。劳伦茨循环 劳伦茨循环图例图2-3劳伦茨循环TS1243 3．跨临界循环将CO2作为制冷剂用于空调制冷的温度范围时，由于CO2的临界温度低（仅30℃），排热将在超临界区进行。而吸热则在临界点以下进行，整个循环跨越临界点。定义 图2-4CO2跨临界循环1—2压缩过程；2—3气体冷却过程；3—4气体冷却过程；4—5节流过程；5—6蒸发过程；0—1气体过热过程。TS1265304 （二）多级蒸气压缩式制冷循环单级蒸气压缩制冷机运行时制冷剂的冷凝压力是由环境介质（如空气或水）温度所决定。在一定的冷凝温度下蒸发温度的降低冷凝压力和蒸发压力之差（pk-po）增大压缩比pk/po变大 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。原因:受单级活塞式压缩机的极限使用条件的限制。我国活塞式制冷压缩机标准GB10875--89中规定了不同制冷机使用温度在高温、中温和低温的不同温度范围。 单级蒸气压缩活塞式制冷机，压缩比一般不超过10。当蒸发温度过低，超出极限使用条件时会带来如下问题：(1)压缩比增大时压缩机的输气系数λ大为降低，压缩机的输气量及效率显著下降。(2)压缩机排气温度过高，使润滑油的粘度急剧下降，影响压缩机的润滑。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。 所以，为了获得比较低的温度（－40～－70℃），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。(3)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。 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：1.一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环（如图2-5所示）2.一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环（如图2-6所示）3.两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环（如图2-7所示）4.两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环（如图2-8所示）5.两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷却两级压缩制冷循环（如图2-9所示） 图2-5一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环(a)流程图b)lgp-h图 图2-6一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环(a)流程图(b)lgp-h图 图2-7两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环(a)流程图(b)lgp-h图 图2-8两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环(a)流程图(b)lgp-h图 图2-9两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷却两级压缩制冷循环(a)流程图(b)lgp-h图 （四）复叠式蒸气压缩式制冷循环由两个（或数个）不同制冷剂工作的单级（也可以是多级）制冷系统组合而成。定义 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 1.两个单级压缩循环组成的复叠式制冷机高温压缩机冷凝器节流阀冷凝蒸发器高温系统制冷剂R23 压缩机冷凝蒸发器回热器节流阀蒸发器膨胀容器组成低温系统制冷剂R22 图2-10由两个单级系统组成的复叠式制冷机a)制冷循环系统b)T-s图 2.一个两级压缩循环和一个单级压缩循环组成的复叠式制冷机高温部分一级节流中间不完全冷却节流前液体过冷带回热的两级压缩循环 R22或R507低温部分带回热的单级压缩循环制冷剂低温高温最低蒸发温度可达-110℃R23或R1150 图2-11高温部分为两级压缩循环、低温部分为单级压缩循环组成的复叠式制冷循环系统原理图a1—低温部分压缩机a2—高温部分低压级压缩机a3—高温部分高压级压缩机b—冷凝器c1、c2、c3—节流阀d—蒸发器d12冷凝-蒸发器e1—低温部分气-液热交换器e2—高温部分气-液热交换器f—高温部分中间冷却器 图2-12高温部分为两级压缩循环、低温部分为单级压缩循环组成的复叠式制冷循环lgp-h图(a)高温部分(b)低温部分 3.三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℃ 开式半开式4.用CO2作为第二制冷剂的复叠式制冷机二氧化碳液体干冰冷凝节流降压制冷机 图2-14CO2的压力—焓示意图 图2-15生产干冰的复叠式循环原理图及温熵图(a)系统原理图(b)T-S图