CEEE Principles and Equipments of Refrigeration Hang GUO Available online at http://eol.bjut.edu.cn Hang GUO 1 Department of Refrigeration and Cryogenics 2 The Key Laboratory of Enhanced Heat Transfer and Energy Conservation, Ministry of Education, China College of Environmental and Energy Engineering Beijing University of Technology Tel.: 67391613 E-mail: refribut@yahoo.com.cn Website: http://rce.bjut.edu.cn CEEE

4.2 两级蒸气压缩式制冷循环 单级压缩制冷循环的局限性 两级压缩制冷循环 两级压缩制冷机的热力计算 和温度变动时的特性 复叠式制冷循环

4.2.1 单级压缩制冷循环的局限性 一、单级压缩制冷循环的工况 Pk P0 冷凝器 蒸发器 1 2 4 5 节流装置 压缩机 h p 1 2 3 4 5 Pk P0 冷凝器 蒸发器 1 2 4 5 节流装置 压缩机 为了制取更低的温度必然要求降低蒸发温度 蒸发温度的降低导致蒸发压力P0下降 冷凝压力Pk由冷凝温度决定 冷凝温度受冷却介质（环境）温度的限制，变化范围有限

二、压力比过高引发的问题 蒸发温度过低将导致压力比Pk/ P0过高 压力比增加导致单位制冷量下降，消耗的单位比功增加，制冷系数变小，经济性能下降。 压缩机容积系数降低，甚至为零。此时压缩机虽然连续运转但不吸气，必然导致制冷机停止制冷。 压缩机排气温度过高，将影响制冷剂的化学稳定性及润滑油的粘度下降。润滑条件恶化，甚至会引起润滑油的炭化和出现沉积的碳粒使吸排气阀关不严。

三、解决方案： 1. 采用两级压缩或者多级压缩制冷循环 2. 采用复叠式制冷循环

(Two-stage compression refrigeration cycle) 4.2.2 两级压缩制冷循环 (Two-stage compression refrigeration cycle) 两级压缩制冷循环中制冷剂蒸气的压缩过程： P0 压缩到 Pm 经过中间冷却器冷却 Pm 压缩到 Pk 两级压缩制冷循环中的几个概念 中间完全冷却、中间不完全冷却 一级节流、两级节流 有“液体再过冷”、无“液体再过冷”

一、一级节流的两级压缩制冷循环 1. 一级节流、无“液体再过冷”、 中间完全冷却的两级压缩制冷循环 1. 一级节流、无“液体再过冷”、 中间完全冷却的两级压缩制冷循环 2. 一级节流、“液体再过冷”、中间完全冷却的两级压缩制冷循环 3. 一级节流、“液体再过冷”中间不完全冷却的两级压缩制冷循环

一级节流、无“液体再过冷”、中间完全冷却的两级压缩制冷循环 1. 一级节流、无“液体再过冷”、 中间完全冷却的两级压缩制冷循环 5 4 冷凝器 高压级 压缩机 pressure T4’ T4 4’ 3 B F 中间冷却器 T2 6 低压级压缩机 A 2 蒸发器 7 1 一级节流、无“液体再过冷”、中间完全冷却的两级压缩制冷循环

能否省功的判别式：(h2-h5)/(h3-h5)<(h4’-h2)/(h4-h3) A B 冷凝器 蒸发器 1 4 5 7 低压级压缩机 高压级 压缩机 pressure 4’ 2 3 6 F 中间冷却器 流量：1 流量：y 流量：1+y 单级压缩理论循环的耗功为：wI=h4’-h1=(h2-h1)+(h4’-h2) 此两级压缩制冷循环的耗功为：wII=(h2-h1)+(h4-h3) (1+y) 从压力-比焓图的特性可知：(h4-h3)<(h4’-h2) , 所以：wII<wI 能否省功的判别式：(h2-h5)/(h3-h5)<(h4’-h2)/(h4-h3) 一级节流、无“液体再过冷”、中间完全冷却的两级压缩制冷循环

2. 一级节流、“液体再过冷”、中间完 全冷却的两级压缩制冷循环 2. 一级节流、“液体再过冷”、中间完 全冷却的两级压缩制冷循环 A B 冷凝器 蒸发器 F 1 2 3 4 5 6 7 低压级压缩机 高压级 压缩机 中间冷却器 一级节流、无“液体再过冷”、 中间完全冷却的两级压缩制冷循环 pressure 中间冷却器 B A 1 2 3 4 5 6 7 低压级压缩机 高压级 压缩机 冷凝器 蒸发器 一级节流、“液体再过冷”、 中间完全冷却的两级压缩制冷循环

3. 一级节流、液体再过冷、中间不完 全冷却的两级压缩制冷系统 一级节流、“液体再过冷”、 中间不完全冷却的两级压缩制冷循环 中间冷却器 B A 1 2 4 5 6 7 8 3 高压级 压缩机 低压级压缩机 冷凝器 蒸发器 中间冷却器 B A 1 2 3 4 5 6 7 低压级压缩机 高压级 压缩机 冷凝器 蒸发器 一级节流、“液体再过冷”、 中间完全冷却的两级压缩制冷循环

二、两级节流的两级压缩循环 1. 两级节流、中间不完全冷却的 两级压缩制冷循环 2. 两级节流、中间完全冷却的 两级压缩制冷循环

1. 两级节流、中间不完全冷却 的两级压缩制冷循环 4 B 1 2 3 5 6 7 F 低压级 压缩机 高压级 A 冷凝器 蒸发器 中间冷却器 两级节流、中间不完全冷却的 两级压缩制冷循环

2. 两级节流、中间完全冷却 的两级压缩制冷循环 B 1 2 3 4 5 6 F 低压级 压缩机 高压级 A 冷凝器 蒸发器 中间冷却器 两级节流、中间完全冷却的 两级压缩制冷循环

三、两级节流与一级节流的比较 两级节流的优点： 两级节流的缺点： 节流损失小，单位制冷量增加。 中间冷却器结构简单 系统灵活，提供两种蒸发温度 两级节流的缺点： 不适合远距离、高层供液：一次节流后压力降低，管路中容易出现制冷剂液体汽化现象。 润滑油进入蒸发器的量较一级节流增加：由于中冷器与一级节流不同，它与蒸发器直接相通，低压级的排气可与进入蒸发器的液态制冷剂相接触，增加了润滑油进入蒸发器的机会，使蒸发器的传热性能变差。

4.2.3 两级压缩制冷循环的热力计算 和变温特性 两级压缩制冷循环的热力计算 温度变动时制冷机的特性 1. 制冷剂的选择： 4.2.3 两级压缩制冷循环的热力计算 和变温特性 两级压缩制冷循环的热力计算 1. 制冷剂的选择： 2. 确定循环型式 3. 确定循环工作参数 4. 进行热力计算 温度变动时制冷机的特性

4.3 复叠式制冷循环 7 6 2 1 A B C F G D E 9 10 4 5 复叠式制冷循环系统简图