制冷循环中膨胀机代替节流阀的节能性分析111

制冷循环中膨胀机代替节流阀的节能性分析
摘要：传统蒸汽压缩式制冷系统的制冷效率较低，而带膨胀机制冷循环的效率
更高。

通过热力学分析和实验对比，表明采用带膨胀机的制冷循环的COP随膨胀
机的效率增大而增大，并且采用不同材料制冷剂的制冷系统关于膨胀机的效率的
变化率也不尽相同，通过合理搭配膨胀机和制冷剂材料，会较大的提高制冷系统
的COP，提高节能性。

关键词：膨胀机；节能性分析
1引言
节流过程是传统蒸气压缩式制冷系统的主要损失之一。

采用节流元件时，来
自冷凝器的制冷剂通过节流元件时，动能增加，压力下降，并产生不可逆的扰动
和摩擦，使增加的动能转变为热能，被制冷剂吸收，使绝热节流后流体的熵增加，在蒸发器中的做功能力下降。

采用膨胀机替换节流阀，有两个优点：一是可以降
低蒸发器入口的焓值，从而增加系统单位制冷量；二是可以回收部分膨胀功。

这
样就可以提高系统COP，同时有可能减小系统尺寸和重量。

2带膨胀机的制冷循环分析
图2两种制冷循环温熵图
基本的蒸气压缩制冷循环如图1中1-2-3-4h-1所示，如果用膨胀机替换节流阀，则循环过程如图1中1-2-3-4e-1所示。

可以看出，与普通膨胀阀系统对比，
用膨胀机替换节流阀有两点优势：
（1）蒸发器入口的焓值降低了，因此增加了单位制冷量Δqe：
蒸发温度为5℃、冷凝温度为45℃时，几种常规制冷剂带膨胀机循环的制冷COP 和单位制冷量qeva随膨胀机效率的变化规律图
图5空调系统每年节省的总能量
3.分析与讨论
由（10）可以看出带膨胀机的制冷循环效率大于采用节流阀的制冷循环，且
带膨胀机的制冷循环效率随制冷机效率增大而增大。

图3、图4，随着膨胀机效率的升高，系统COP和单位制冷量都逐渐增加。

对于CO2系统无论是系统COP还是节能率，提高幅度最大。

其次为R407c，
R1234yf，R410A提高程度相接近；R22、R134a和R32提高程度相接近，R717提
高程度最小。

比如在膨胀机效率达到50%时，R744、R407c、R410A、R1234yf、
R134a、R32、R22、R717各种制冷系统COP提高率依次为23.9%、14.9%、11.7%、11%、9.3%、8.7%、8.6%、4%，节能率依次为19.3%、13%、10.4%、9.9%、8.5%、8%、7.9%、3.9%。

图5表示用膨胀机代替节流阀后，空调系统每年节省的总能量。

假设空调系
统每年运行2000h，膨胀机的效率为50%，空调系统的制冷量为100kW，蒸发温
度为5°C，冷凝温度为45°C.从图中可以看出，用膨胀机代替节流阀，可使常规制
冷系统每年节省能量1.7-6.2MWh，跨临界CO2 系统节省的能量远远高于其他制
冷剂，每年可节省17MWh。

结论
在工程中，采用带膨胀机的制冷循环将提高制冷系统的能效比和制冷效率，
采用小型高效的膨胀机能减小制冷系统的体积和重量，提高制冷系统的普及性。

合理的搭配使用膨胀机的制冷循环和制冷系统，能够有效的提高制冷系统的效率。

在生产生活中，能够节约能源，提高制冷系统的普遍性和经济适用性。