1、Power Engineering and Engineering of ThermophysicsTsingtao1Chapter ThirdVapor-compression Refrigeration Cycle复叠式制冷复叠式制冷Power Engineering and Engineering of ThermophysicsTsingtao 23.7 复叠式制冷复叠式制冷 由两个（或数个）不同制冷剂工作的单级（也可以由两个（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。是多级）制冷系统组合而成。n 扩大循环的工作温差，可以获得比单级压缩循环更低的制冷扩大循环的工作温
2、差，可以获得比单级压缩循环更低的制冷温度。温度。n 分级压缩不能大范围增大循环工作温差，因为制冷剂临界点分级压缩不能大范围增大循环工作温差，因为制冷剂临界点以下和标准沸点附近之间的温度范围有限：以下和标准沸点附近之间的温度范围有限：Tc/Tb=0.6；n 高、高；低、低高、高；低、低；则一种制冷剂最大的工作温度范围是；则一种制冷剂最大的工作温度范围是 Tk-T0；n 当制冷循环温差大到一定程度时，无法用一种制冷剂有效制当制冷循环温差大到一定程度时，无法用一种制冷剂有效制冷；将总的制冷循环温差分割成冷；将总的制冷循环温差分割成2个或多个区段，个或多个区段，每个区段每个区段用性质用性质相宜相宜的制
3、冷剂循环：高的制冷剂循环：高/中沸点的制冷剂循环承担高温中沸点的制冷剂循环承担高温区段的制冷；低沸点的制冷剂承担低温区段的制冷。区段的制冷；低沸点的制冷剂承担低温区段的制冷。Power Engineering and Engineering of ThermophysicsTsingtao 3最低蒸最低蒸发温度发温度制冷剂制冷剂制冷循环型式制冷循环型式-80R22-R23-40.8/ -82.2R22单级或两级压缩单级或两级压缩R23单级压缩组合的单级压缩组合的复叠式循环复叠式循环R507-R23R507单级或两级压缩单级或两级压缩R23单级压缩组合的单级压缩组合的复叠式循环复叠式循环R290
4、-R23R290两级压缩两级压缩R23单级压缩组合的单级压缩组合的复叠式循环复叠式循环-100R22-R23R22两级压缩两级压缩R23单级或两级压缩组合的单级或两级压缩组合的复叠式循环复叠式循环R507-R23R507两级压缩两级压缩R23单级或两级压缩组合的单级或两级压缩组合的复叠式循环复叠式循环R22-R1150R22两级压缩两级压缩R1150单级压缩组合的单级压缩组合的复叠式循环复叠式循环R507-R1150R507两级压缩两级压缩R1150单级压缩组合的单级压缩组合的复叠式循环复叠式循环-120R22-R1150R22两级压缩两级压缩R1150两级压缩组合的两级压缩组合的复叠式循环复
5、叠式循环R507-R1150R507两级压缩两级压缩R1150两级压缩组合的两级压缩组合的复叠式循环复叠式循环R22-R23-R50R22单级压缩单级压缩R23单级压缩单级压缩R50单级压缩组合的单级压缩组合的复叠复叠式循环式循环R507-R23-R50R507单级压缩单级压缩R23单级压缩单级压缩R50单级压缩组合的单级压缩组合的复叠复叠式循环式循环Power Engineering and Engineering of ThermophysicsTsingtao 4 3.7.1 两个两个单级压缩循环组成的复叠式制冷机单级压缩循环组成的复叠式制冷机 高温压缩机高温压缩机冷凝器冷凝器节流阀节流
6、阀冷凝蒸发器（上一级蒸冷凝蒸发器（上一级蒸发器和下一级冷凝器做发器和下一级冷凝器做在一起）在一起）高温系统高温系统制冷剂制冷剂R23T0TkT1T2Power Engineering and Engineering of ThermophysicsTsingtao 5压缩机压缩机冷凝蒸发器（事实上冷凝蒸发器（事实上存在复叠温差）存在复叠温差）回热器回热器节流阀节流阀蒸发器蒸发器膨胀容器组成膨胀容器组成低温系统低温系统制冷剂制冷剂R22T0TkT1T2Power Engineering and Engineering of ThermophysicsTsingtao 6图图3-48 由两个单级系
7、统组成的复叠式制冷机由两个单级系统组成的复叠式制冷机 a) 制冷循环系统制冷循环系统 b) T-s图图Power Engineering and Engineering of ThermophysicsTsingtao 7Power Engineering and Engineering of ThermophysicsTsingtao 8Power Engineering and Engineering of ThermophysicsTsingtao 9 2.一个两级压缩循环和一个单级压缩循环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组成的复叠式制冷机 高温部分高温部分一级节流一
8、级节流中间不完全冷却中间不完全冷却节流前液体过冷节流前液体过冷带回热的两级压缩循环带回热的两级压缩循环Power Engineering and Engineering of ThermophysicsTsingtao 103.三个单级压缩循环组成的复叠式制冷机三个单级压缩循环组成的复叠式制冷机 循环循环中温中温高温高温低温低温中温中温 R23高温高温 R22或或R507低温低温 R50、R1150或或R170制冷剂制冷剂最低蒸发温度可达最低蒸发温度可达120140Power Engineering and Engineering of ThermophysicsTsingtao 11Powe
9、r Engineering and Engineering of ThermophysicsTsingtao 12图图3-60 生产干冰的复叠式循环原理图及温熵图生产干冰的复叠式循环原理图及温熵图(a) 系统原理图系统原理图 (b) T-S 图图Power Engineering and Engineering of ThermophysicsTsingtao 133.7.2 复叠式制冷系统设计与使用中的若干问题复叠式制冷系统设计与使用中的若干问题 温度范围温度范围两级压缩制冷：两级压缩制冷： -40-80单级压缩制冷：单级压缩制冷：-35-40复叠式制冷：复叠式制冷：60以下以下两元复叠两元
10、复叠 R22R23 -100两元复叠两元复叠 R22R23 80制冷剂制冷剂制冷要求在制冷要求在8060，选择两级压缩还是复叠式，选择两级压缩还是复叠式，需进行系统的综合比较需进行系统的综合比较四元复叠四元复叠 R22R23+R14+R50 -170三元复叠三元复叠 R22R23+R14 -130Power Engineering and Engineering of ThermophysicsTsingtao 143.7.2 复叠式制冷复叠式制冷系统设计与使用复叠式制冷复叠式制冷系统设计与使用中的若干问题中的若干问题 辅助热交换器的使用辅助热交换器的使用n 复叠制冷机中更多的辅助热交换器，除
11、其它循环中复叠制冷机中更多的辅助热交换器，除其它循环中的中间冷却器和气液分离器外，添加了回热器、水的中间冷却器和气液分离器外，添加了回热器、水冷却器。冷却器。n 回热器：使吸气过热变为有用过热回热器：使吸气过热变为有用过热n 水冷却器：减轻高温子系统的蒸发器热负荷，从而水冷却器：减轻高温子系统的蒸发器热负荷，从而减少耗功，提高减少耗功，提高COP 启动与防止停机时低温子系统超压措施：启动与防止停机时低温子系统超压措施： 小型装置的膨胀体积小型装置的膨胀体积n 自行复叠式循环：采用混合制冷剂的多级分凝循环，自行复叠式循环：采用混合制冷剂的多级分凝循环，只需一台压缩机。不同制冷剂相同压力下只需一台
12、压缩机。不同制冷剂相同压力下tk异异)/1/()(xppxEvvVvmVPower Engineering and Engineering of ThermophysicsTsingtao 153.8 CO2制冷制冷n CO2制冷的方法：将制冷的方法：将CO2制成干冰，升华过程吸热，消耗制成干冰，升华过程吸热，消耗性制冷；通过循环连续制冷。性制冷；通过循环连续制冷。n CO2曾作为重要制冷剂使用了半个世纪，因为安全性好普曾作为重要制冷剂使用了半个世纪，因为安全性好普遍用于船上，直到遍用于船上，直到1930年后年后CFC的广泛应用淘汰了的广泛应用淘汰了CO2。当前当前HCFC被淘汰，人们重新关注
13、被淘汰，人们重新关注CO2的应用研究的应用研究n CO2起初集中在两类装置：汽车空调和热泵式水加热器；起初集中在两类装置：汽车空调和热泵式水加热器；n 汽车空调上替代汽车空调上替代R12，减少，减少CFCs排放！排放！n 水加热需求量大，水加热需求量大，CO2驱动热泵，应用前景将十分广大。驱动热泵，应用前景将十分广大。Power Engineering and Engineering of ThermophysicsTsingtao 163.8.1 近临界循环和跨临界循环近临界循环和跨临界循环n CO2的临界点温度为的临界点温度为31，处于常温范围，如果制冷环境，处于常温范围，如果制冷环境与一
14、般制冷机同样温度，则高温侧将接近临界点或超过临与一般制冷机同样温度，则高温侧将接近临界点或超过临界点，而不能像常用制冷剂那样实现远临界循环。界点，而不能像常用制冷剂那样实现远临界循环。n CO2的单级压缩循环处于临界点附近，是的单级压缩循环处于临界点附近，是近临界循环或者近临界循环或者跨临界循环。跨临界循环。n 跨临界循环：循环中制冷剂的放热过程在临界点以上，为跨临界循环：循环中制冷剂的放热过程在临界点以上，为非凝结相变的排热；制冷剂的吸热过程在临界点以下，为非凝结相变的排热；制冷剂的吸热过程在临界点以下，为有相变的蒸发吸热过程，整个循环跨临界点。有相变的蒸发吸热过程，整个循环跨临界点。n 有
15、凝结的近临界循环，单位制冷量很小。有凝结的近临界循环，单位制冷量很小。n 超临界的高压气体被冷却时，只是温度降低，不发生相变。超临界的高压气体被冷却时，只是温度降低，不发生相变。节流后具有的制冷能力很小，节流后具有的制冷能力很小，不到汽化潜热的一半不到汽化潜热的一半Power Engineering and Engineering of ThermophysicsTsingtao 171 CO2汽车空调汽车空调n 低压贮液器低压贮液器/分离器和回热器对于保证系统正常功分离器和回热器对于保证系统正常功能是必要的：能是必要的：n 允许蒸发器供液有一定允许蒸发器供液有一定的过量，简化系统控制的过量，
16、简化系统控制并增强蒸发器传热：并增强蒸发器传热：n 收回或发送系统中多余收回或发送系统中多余的制冷剂，以调节高压的制冷剂，以调节高压侧压力；侧压力；n 保持系统制冷剂量；保持系统制冷剂量；n 保证压缩机回油；保证压缩机回油；n 高温环境下防超压。高温环境下防超压。Power Engineering and Engineering of ThermophysicsTsingtao 182 热泵式水加热器热泵式水加热器n 较汽车空调系统增加了较汽车空调系统增加了2个加热器；分别在蒸发器个加热器；分别在蒸发器和冷凝器（冷却器）处进行热交换；和冷凝器（冷却器）处进行热交换；n CO2排热温度曲线与被加
17、排热温度曲线与被加热流体的吸热温度曲线相热流体的吸热温度曲线相近似；近似；n 若要求加热水的温升较大若要求加热水的温升较大时，采用单级压缩系统，时，采用单级压缩系统，温升温升4050K;n 当要求小温升时，分级压当要求小温升时，分级压缩解决曲线匹配问题。缩解决曲线匹配问题。Power Engineering and Engineering of ThermophysicsTsingtao 19Review of Chapter Threen 压缩式制冷的热力学原理压缩式制冷的热力学原理n逆卡诺制冷循环逆卡诺制冷循环n劳伦茨循环劳伦茨循环n制冷量、循环净功、性能系数、循环效率的计算制冷量、循环净功、性能系数、循环效率的计算n 单级蒸气压缩式制冷循环单级蒸气压缩式制冷循环n 多级蒸气压缩式制冷循环多级蒸气压缩式制冷循环n 复叠式制冷复叠式制冷实际循环及其计算理论循环及其计算
