CEEE Principles and Equipments of Refrigeration Hang GUO

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1 CEEE Principles and Equipments of Refrigeration Hang GUO
Available online at 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.: Website: CEEE

2 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

3 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

4 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。

5 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

6 (Two-stage compression refrigeration cycle)
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”

7 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

8 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

9 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

10 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

11 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

12 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

13 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

14 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

15 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。

16 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：
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

17 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