提高压缩蒸汽制冷循环制冷效率的途径及分析----安全3班第五组

综合训练项目

提高压缩蒸汽制冷循环制冷效率的途径及分析

成员分工：

杨小增25（文献查询）

杨一帆26、张继丰27、周洋30（计算过程）张涛28、周洋30（结论分析）

周露函29（不足与展望）

周洋30（选题意义）

安全15-3班第五组

（一）选题意义

随着人们生活水平的提高,空调的使用日益广泛,建筑能耗也不断增加,能源问题日益突出。节能已成为“十一五”期间的重要任务,其核心目标是在“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低。与此同时,大量使用机械压缩式制冷系统带来电能消耗、环境污染问题也向人类可持续发展提出了挑战。因此,制冷设备的节能对“十一五”节能目标的实现有着巨大的现实意义和深远的历史意义。蒸气压缩制冷系统广泛应用国民经济各个部门及人民生活的各个领域，这给我们带来舒适便捷的生活，同时也消耗着大量的能源。制冷机组在运行过程中，由于冷凝温度和蒸发温度的温差较大，会对整个机组的运行造成损害; 而且，制冷系统在设计、安装和选用制冷剂过程都会对制冷系统的性能产生影响。近年来，国内外学者对蒸气压缩制冷系统展开了许多研究，研究发现提高制冷系统的过冷可以减少节流损失，通过对冷凝器流出的制冷剂液体进行过冷，防止进入节流装置前的制冷剂处于两相态，使节流机构工作稳定，降低进入蒸发器两相态制冷剂的干度，避免大幅度的压降而引起的制冷剂的闪蒸，能有效的提高系统的性能及制冷量。提高系统的过冷度，来减小高低温热源的温差，一方面可以防止制冷剂液体进入压缩机，产生液击，损坏压缩机，减少对系统的损害; 另一方面也可以提高系统的制冷效率，降低能源的消耗。

（二）研究内容及方法

本文对带有过冷的蒸气压缩制冷系统进行了热力学分析，同时液体过冷对制冷性能的影响进行计算，并研究多种文献得出结论。

（三）计算过程

( 1) 无过冷的蒸气压缩制冷循环

无过冷循环的制冷量:

Q0= m0( h1－h5) = m0( h1－h4)

无过冷循环的压缩机耗功:

P0= m0( h2－h1)

无过冷循环的COP0:

( 2) 带过冷的制冷循环

带过冷循环的制冷量

由于过冷引起的冷凝温度变化很小，忽略压缩机出口压力的变化; 当压缩机进口状态一定时，压缩机输气系数和电效率的变化可忽略，故可以假定压缩机的实际功率不随过冷度变化，仍为 P0。

带过冷循环的 COPsub:

与无过冷的制冷循环相比，过冷循环的制冷量增加了

COP 提高了；然而，过冷同样也存在能耗，而上式并没有将其考虑在内，因此带过冷的制冷系统的 COP 用上式表达是不准确的。

假设过冷器的能效比为 COP*，制冷系统中的过冷全部由过冷提供，则过冷器提供的冷量为m0（h4-h4），设过冷器消耗的功

率为 P*，则：

对整个系统( 包括制冷系统和过冷系统) :

将整个系统的 COPA与无过冷蒸气压缩制冷系统的 COPO做对

比，可以发现: 带过冷的制冷系统的 COP 相对于常规的制冷系统而言，过冷可以提高系统的制冷量及 COP; 但对整个系统而言，考虑到过冷器的能耗，能效比并不一定会增加，而且存在一个临界值当过冷系统的 COP*高于这一临界值时，整个系统的COP 增加，而低于这一临界值时，过冷对整个系统来讲，并不能达到节能的目的。

对最后一个公式进一步计算化简，可以发现当过冷系统的 COP* 等于传统的制冷系统的 COP时，整个系统的 COP 与传统无过冷的制冷系统的COP 相当。过冷系统的 COP 高于传统无过冷的制冷系统的 COP 时，整个系统的 COP 提高，可以达到节能的目的。

（四）结论与分析

( 1) 由于全球变暖等其他极端天气的影响，蒸气压缩制冷系统经常在恶劣的环境运行，这就导致系统能效的降低及其对系统自身的损坏，尤其是压缩机等核心部件。国内外学者进行了大量的理论分析和实验研究，发现提高系统的过冷度可以有效的解决这些问题。

( 2) 对于机械式过冷和依靠自身冷量进行过冷来说，过冷的引入一方面增加了能量的消耗，另一方面则是牺牲系统自身的制冷量来获得过冷，在工程实践中很难达到节能的目的; 冰蓄冷式过冷技术广泛应用于大型的制冷系统中，可以为系统提供大幅度

的过冷，利用峰谷电价的不同，降低运行成本，但在家用空调领域很少涉及。

（五）不足与展望

（1）如何有效的提高系统的过冷度，一旦解决这个问题可以有效的解决‘由于全球变暖等其他极端天气的影响，蒸气压缩制冷系统经常在恶劣的环境运行，这就导致系统能效的降低及其对系统自身的损坏’这一问题。

（2）热电元件运行稳定、结构紧凑、便于控制等特点可以对制冷系统进行过冷; 在很小的温差及电压下，热电元件具有较高的COP，可以达到节能的目的; 但是热电元件热端的散热效果，制约着其制冷效率高低; 使用热管为热电元件热端进行散热，在热管上安装若干翅片，进行强制风冷，保证热电元件热端的热量及时排出，可以保证热电元件在高效率下运行; 鉴于制冷片结构小安装方便的特点，可以根据系统机组得大小安装不同个数的制冷片，满足各种制冷机组不同的需求，具有很好的发展前景。

（六）参考文献

【1】张华．带机械过冷的制冷循环的选择与节能［J］．节能技术，1998( 6) : 6 －8．

【2】任云锋，鱼剑琳，厉彦忠．一种新型机械过冷喷射制冷系统的理论研究［J］．哈尔滨工业大学学报，2008( 1) : 42. 【3】顾开春，张华，吴兆林．机械过冷的制冷系统在汽车空调中的应用［J］．制冷与空调，2003，3 ( 4）；54－56．【4】孟庆海，秦海杰，单永明，等．制冷系统中过冷技术的应用与分析［J］．制冷与空调，2009，9( 4) : 87 －90．

【5】任小辉，任艺璇，薛寒冬，等．风冷式空调系统过冷装置浅析［J］．技术创新，2014，105 －107．

【6】折晓会，殷勇高，张晓松．一种蒸汽压缩制冷系统装置及过冷方法［P］．中国专利: 103398485，2013 －11－20．【7】周晓棠，李吉生，赵庆珠．家用空调中冰蓄冷的应用研究［J］．电力，2001.3（3) : 38 －40．

【8】张龙，陈杰，张华，等．过冷制冷循环在多联机冰蓄冷空调中的应用［J］．Fluid Machinery，2005，33: 360－363．

汽车蒸汽压缩式制冷装置组成及工作原理

————————————————————————————————作者: ————————————————————————————————日期: ?

汽车蒸汽压缩式制冷装置组成及工作原理装置：压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器,循环管网。工作原理:制冷剂经过压缩、冷凝、膨胀、蒸发、循环制冷。用蒸发器出风温度来控制压缩机电磁离合器吸合或脱离，用间歇运行来控制系统制冷能力和车内空调负荷摇板式压缩机工作原理（1）压缩机?压缩机的作用是将从蒸发器出来的低温、低压的气态制冷剂通过压缩转变为高温、高压的气态制冷剂,并将其送入冷凝器。目前在汽车空调系统中所采用的压缩机有多种类型，比较常见的有斜盘式压缩机、叶片式压缩机、涡旋式压缩机、曲轴连杆式压缩机等。此外,压缩机还可分为定排量和变排量的两种型式,变排量压缩机可根据空调系统的制冷负荷自动改变排量,使空调系统运行更加经济。 a) 旋转斜盘式压缩机?结构: 旋转斜盘式压缩机的结构见图4-47，这种压缩机通常在机体圆周方向上布置有6个或者10个气缸,每个气缸中安装一个双向活塞形成6缸机或１０缸机，每个气缸两头都有进气阀和排气阀。活塞由斜盘驱动在气缸中往复运动,活塞的一侧压缩时，另一侧则为进气。图４-47 旋转斜盘式压缩机的结构

工作过程: 旋转斜盘式压缩机的工作过程见图4-４8,压缩机轴旋转时,轴上的斜盘同时驱动所有的活塞运动,部分活塞向左运动，部分活塞向右运动。图中的活塞在向左运动中，活塞左侧的空间缩小，制冷剂被压缩,压力升高，打开排气阀，向外排出，与此同时,活塞右侧空间增大,压力减小,进气阀开启，制冷剂进入气缸。由于进、排气阀均为单向阀结构,所以保证制冷剂不会倒流。图４－48 旋转斜盘压缩机的工作过程 b) 摇板式压缩机?结构: 这种压缩机是一种变排量的压缩机，其结构如图4-49所示，它的结构与旋转斜盘式压缩机类似,通过斜盘驱动周向分布的活塞，只是将双向活塞变为单向活塞,并可通过改变斜盘的角度改变活塞的行程,从而改变压缩机的排量。压缩机旋转时,压缩机轴驱动与其连接的凸缘盘，凸缘盘上的导向销钉再带动斜盘转动，斜盘最后驱动活塞往复运动。

单蒸气压缩式制冷的理论循环

3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环 3．1．1 制冷系统与循环过程单级蒸气压缩式制冷系统主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四大部件组成，如图3－1所示。对制冷剂蒸气只进行一次压缩，称为蒸气单级压缩。整个循环过程主要由压缩过程、冷凝过程、节流过程以及蒸发过程四个过程组成，每个过程在不同的部件中完成，制冷剂在每个过程中的状态又各不相同，具体情况如下。图3－1 单级蒸气压缩式制冷系统 1 压缩机 2 冷凝器 3 膨胀阀 4 蒸发器压缩过程：整个循环过程中，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气并造成蒸发器中低压和冷凝器中高压的作用，是整个系统的心脏。制冷循环的压缩过程是在压缩机中完成的：压缩机不断抽吸从蒸发器中产生的压力为p o、温度为t o的制冷剂蒸气，将它压缩成压力为p k、温度为t k的过热蒸气，并输送到冷凝器中。在这个过程中，压缩机需要做功。冷凝过程：冷凝器是制冷系统中输出热量的设备，冷凝过程是在该部件中完成的。在压力p k下，来自于压缩机的制冷剂过热蒸气在冷凝器中首先被冷却成饱和蒸气，然后再逐渐被冷凝成液体，制冷剂冷却和冷凝时放出的热量传给冷却介质（通常是水或空气）。在冷凝过程中，与冷凝压力p k相对应的冷凝温度t k一定要高于冷却介质的温度，冷凝后的液体通过膨胀阀或其它节流元件进入蒸发器。节流过程：节流过程是在膨胀阀中完成的。当制冷剂液体经过膨胀阀时，压力由p k降至p o，温度由t k降至t o，部分液体气化。所以离开膨胀阀的制冷剂为温度为t o的两相混合物，该两相混合物进入蒸发器。蒸发过程：蒸发器是制冷系统中冷量输出设备，蒸发过程是在蒸发器中完成的。在蒸发器中，来自膨胀阀的两相混合物在压力p0和温度t0下蒸发，从被冷却介质中吸取它所需要的气化潜热，从而达到制取冷量的目的。在蒸发过程中，与蒸发压力p0相对应的蒸发温度

提高压缩蒸汽制冷循环制冷效率的途径及分析----安全3班第五组

综合训练项目提高压缩蒸汽制冷循环制冷效率的途径及分析成员分工：杨小增25（文献查询）杨一帆26、张继丰27、周洋30（计算过程）张涛28、周洋30（结论分析）周露函29（不足与展望）周洋30（选题意义）安全15-3班第五组

（一）选题意义随着人们生活水平的提高,空调的使用日益广泛,建筑能耗也不断增加,能源问题日益突出。节能已成为“十一五”期间的重要任务,其核心目标是在“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低。与此同时,大量使用机械压缩式制冷系统带来电能消耗、环境污染问题也向人类可持续发展提出了挑战。因此,制冷设备的节能对“十一五”节能目标的实现有着巨大的现实意义和深远的历史意义。蒸气压缩制冷系统广泛应用国民经济各个部门及人民生活的各个领域，这给我们带来舒适便捷的生活，同时也消耗着大量的能源。制冷机组在运行过程中，由于冷凝温度和蒸发温度的温差较大，会对整个机组的运行造成损害; 而且，制冷系统在设计、安装和选用制冷剂过程都会对制冷系统的性能产生影响。近年来，国内外学者对蒸气压缩制冷系统展开了许多研究，研究发现提高制冷系统的过冷可以减少节流损失，通过对冷凝器流出的制冷剂液体进行过冷，防止进入节流装置前的制冷剂处于两相态，使节流机构工作稳定，降低进入蒸发器两相态制冷剂的干度，避免大幅度的压降而引起的制冷剂的闪蒸，能有效的提高系统的性能及制冷量。提高系统的过冷度，来减小高低温热源的温差，一方面可以防止制冷剂液体进入压缩机，产生液击，损坏压缩机，减少对系统的损害; 另一方面也可以提高系统的制冷效率，降低能源的消耗。

（二）研究内容及方法本文对带有过冷的蒸气压缩制冷系统进行了热力学分析，同时液体过冷对制冷性能的影响进行计算，并研究多种文献得出结论。（三）计算过程 ( 1) 无过冷的蒸气压缩制冷循环无过冷循环的制冷量: Q0= m0( h1－h5) = m0( h1－h4) 无过冷循环的压缩机耗功: P0= m0( h2－h1) 无过冷循环的COP0: ( 2) 带过冷的制冷循环带过冷循环的制冷量

第三章蒸气压缩式制冷系统的组成和

第三章蒸气压缩式制冷系统的组成和图式

第一节蒸气压缩式氨制冷系统一、制冷系统的供液方式在蒸气压缩式制冷系统中，根据向蒸发器供液的方式不同可分为直接供液、重力供液、液泵供液三种。（一）直接供液方式直接供液是指制冷剂液体通过膨胀阀直接向蒸发器供液，而不经过其它设备的制冷系统，又称直接膨胀供液系统，见图3-1所示。图3-1 直接供液的R12制冷流程图 1—压缩机2—油分离器3—卧式壳管冷凝器4—干燥过滤器5—热交换器6—蒸发器7—手动膨胀阀8—热力膨胀阀9—电磁阀直接供液主要适用于氟利昂制冷系统和成套制备空调冷冻水或低温盐水的氨系统。

（二）重力供液方式重力供液是利用制冷剂液柱的重力来向蒸发器供液。这种系统是经过膨胀阀的制冷剂先经过氨液分离器，将其中氨蒸气分离后，使氨液借助于氨液分离器的液面和蒸发器的液面之间的液位差作为动力，达到向蒸发器供液的目的。见图3-2所示。目前除小型氨为制冷剂的冷库采用重力供液外、大、中型冷库均采用液泵供液方式。图3-2 重力供液制冷系统示意图 1—膨胀阀2—氨液分离器 3—顶排管4—墙排管 5—供液调节站 6—回气调节站 7—放油阀8—集油器 9—遥控液位计10—电磁阀

（三）液泵供液方式液泵供液是指制冷系统借助液泵的机械力来向蒸发器供液，也称液泵强制循环。见图3-3所示。适用于各种类型冷藏库和人工冰场等。图3-3 氨泵供液强制循环系统示意图 1—低压循环贮液桶2—氨泵3—膨胀阀4—电磁阀5—正常液位控制器 6—警戒液位控制器7—止回阀8—供液调节站9—回气调节站10—U形顶管 11—盘管式墙管12—冷风机13—自动旁通阀14—差压控制器15截止阀

蒸气压缩式制冷循环系统工作原理教案

蒸气压缩式制冷循环系统工作原理教案西华一职专：汪伯超

蒸气压缩式制冷循环系统工作原理教学内容：蒸气压缩式制冷循环系统工作原理。教学目标： 1.知识目标： ①掌握循环过程中制冷剂的物态及温度压力的变化 ②理解掌握制冷循环系统工作原理 2.技能目标：熟知制冷循环工作原理各部件的作用与结构 3.情感目标： ①通过实践操作培养认真观察、勤于思考、规范操作的职业习惯 ②培养学生主动参与团队合作的意识，养成做中学的习惯教学重点、难点： ①制冷循环系统工作原理 ②掌握循环过程中制冷剂的物态及温度压力的变化教学方法：讲授法、讨论法、探究法教具准备：冰箱一台教学过程：一、导课首先通过生活中的常识，洗过脸后会感到凉快，皮肤擦过酒精后会感到凉意，这是由于液体挥发时带走了热量，然后再让学生思考冰箱，空调是怎么制冷的，从而引出这节课的内容蒸气压缩式制冷循环系统工作原理。二、讲授新课

2.制冷循环过程包括蒸发、压缩、冷凝、节流四个过程。蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀是蒸气压缩式制冷系统的基本部件，如图所示 3.具体工作原理如下（1）蒸发过程。蒸发过程是在蒸发器中进行的。液态制冷剂在蒸发器中蒸发时吸收热量，使其周围的介质温度降低或保持一定的低温状态，从而达到制冷的目的。（2）压缩过程。压缩机将从蒸发器流出的低压制冷蒸气压缩，使蒸气的压力提高到与冷凝温度对应的冷凝压力，从而保证制冷剂蒸气能在常温下被冷凝液化。（3）冷凝过程。冷凝过程在冷凝器中进行，他是一个恒压放热过程。将从压缩机送来的高温高压的气态制冷剂冷凝液化，使制冷剂循环使用。（4）节流过程。使从冷凝器中流出的制冷剂的冷凝温度、冷凝压力降到蒸发温度蒸发压力下，从而使制冷剂能在低温下汽化。再开始下一次气态、液态、气态的循环，从而使周围环境温度降低，达到人工制冷的目的。三、本节小结四、作业布置课后习题2

压缩比对单级蒸气压缩式制冷循环影响分析

压缩比对单级蒸气压缩式制冷循环影响分析在单级蒸气压缩式制冷循环中，当制冷剂选定后，其冷凝压力，蒸发压力由冷凝温度和蒸发温度决定。冷凝温度受环境介质(水或空气)温度的限制，蒸发温度由制冷装置的用途确定的。在常温冷却条件下能够获得低温程度是有限的，即制冷温差是有限的。下面制冷快报为大家分析一下压缩比过高，对单级蒸汽压缩式制冷循环的影响。当冷凝温度升高或蒸发温度降低时，压缩机的压力比增大，排气温度上升。压缩机输气系数下降;pk/p0增大导致压缩机排气温度升高，润滑条件变坏;耗功增加，制冷量下降，制冷系数降低。蒸发温度降低对单级制冷循环的影响：1.节流损失增加，制冷系数下降。2.压缩机运行时的压力比增大，容积效率下降。由于压缩机余隙容积的存在，压力比提高到一定数值后，压缩机的容积系数变为零，压缩机不再吸气，制冷机虽然在不断运行，制冷量却变为零。实际的活塞式压气机中，当活塞处于左止点时，活塞顶面与缸盖之间必须留有一定的空隙，称为余隙容积。具有余隙容积的压气机理论示功图，图中容积V3就是余隙容积。由于余隙容积的存在，活塞就不可能将高压气体全部排出，排气终了时仍有一部分高压气体残留在余隙容积内。因此，活塞在下一个吸气行程中，必须等待余隙容积中残留的高压气体膨胀到进气压力p1(即点4)时，才能从外界吸入气体。余隙容积百分比Vc/Vh和多变指数n一定时，增压比π越大，则容积效率越低，当π增加到一定值时容积效率零。增压比π一定时余隙容积百分比越大，容积效率越低。压缩机的排气温度上升。单级压缩的最低蒸发温度不仅受到容积系数为零的限制，随着压力比的增大，除了引起制冷量下降，功耗增加、制冷系数下降、经济性降低外，排气温度的限制也是选择压缩机级数的另一个重要原因。排气温度过高，它将使润滑油变稀，润滑条件恶化，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,甚至出现拉缸等现象。当冷凝温度为40℃，蒸发温度为-30℃时，单级氨压缩机即使在等熵压缩的情况下，排气温度已高达160℃，显然它已超过了规的最高排气温度为150℃的限制。压缩机的输气系数λ大大降低，且当压缩比≥20时，λ=0。压缩机的单位制冷量和单位容积制冷量都大为降低。压缩机的功耗增加，制冷系数下降。