制冷与低温技术原理第3章蒸气压缩制冷循环-复迭式制冷循环
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3蒸汽压缩式制冷的理论循环
循环特点（对比逆卡诺循环） 3. 循环特点（对比逆卡诺循环）
• 干压缩代替了湿压缩： 干压缩代替了湿压缩：
压缩机吸气状态为干饱和蒸汽
• 节流阀代替了膨胀机： 节流阀代替了膨胀机：
简化了设备， 简化了设备，但会造成节流损失
二、压焓图
• 等压线 — 水平线 • 等焓线 — 垂直线 • 等干度线 — 湿蒸汽区域内 • 等熵线 — 向右上方倾斜 • 等容线 — 向右上方倾斜平线（ 水平线 →向右下方弯曲（过） 向右下方弯曲（ 向右下方弯曲
三、理论循环的压焓图
压焓图的作用： 压焓图的作用：
• 确定状态参数 • 表示热力过程 • 分析能量变化
0 h4=h5
p
pk p0 4 3 2
5
1
h1
h2 h
蒸汽压缩制冷理论循环p h图
四、热力计算
• 单位质量制冷量 0：1kg制冷剂在蒸发器内从被冷却物 单位质量制冷量q 制冷剂在蒸发器内从被冷却物
的热量 。 qk＝h2－h4 ＝ －
• 单位理论压缩功 单位理论压缩功w0 ： 压缩机每压缩输送 制冷剂所 压缩机每压缩输送1kg制冷剂所
消耗的压缩功 。 w0＝h2－h1 ＝ －
四、热力计算
• 制冷系数 0： 制冷系数ε
q0 h1 − h5 ε0 = = w0 h2 − h1
• 热力完善度η ： 热力完善度 ε 0 h1 − h5 Tk − T0 η= = × ε c h2 − h1 T0
体吸收的热量 。
q0＝h1－h5＝h1－h4 ＝ ＝ － • 单位容积制冷量 单位容积制冷量qv ： 压缩机每吸入 压缩机每吸入1m3制冷剂蒸汽 制冷剂蒸汽
（按吸气状态计），在蒸发器中所产生的制冷量 。 按吸气状态计） qv＝q0 / v1＝（h1－h5）/v1 ＝ ＝ － ）
蒸汽压缩式制冷解析
3.1.3 单级蒸气压缩式制冷循环的工作过程
制冷剂的变化过程(flash)
3.2.2 制冷剂状态图
一点：
临界点C 液相区、 两相区、 气相区。 过冷液状态、 饱和液状态、 湿蒸气状态、 饱和蒸气状态、 过热蒸气状态。 等压线p（水平线） 等焓线h（垂直线） 饱和液线x=0， 饱和蒸气线x=1， 无数条等干度线x 等熵线s 等比体积线v 等温线t
我国活塞式制冷压缩机标准 GB10875--89中规定了不同制冷机使 用温度在高温、中温和低温的不同温 度范围。
1. 制冷工况
压缩机的制冷量和轴功率等参数随工况条件变 化，为了衡量、比较压缩机性能，制定公认的温度 条件(名义工况)，作为压缩机制冷量选用和比较的标 准。
名义工况(旧)
标准工况
空调工况
q0 h1' h1
w0 ( h2' h1' ) ( h2 h1 )
有效过热循环的制冷系数可表示为
q q0 q0 w w0 w0
' 0
由制冷剂的T-s图我们可以得到，在过热区， 过热度越大，其等熵线的斜率越大，根据式 （3-17），得
w0 0
带有过冷的循环，叫做过冷循环。 采用液体过冷对提高制冷量和制冷 系数都是有利的。
图3-11
过冷循环在T-s图（a）和lgp-h图（b）上的表示
与无过冷的循环1-2-3-4-5-1相比，过 冷循环的单位制冷量的增加量为
q0 h5 h5 h4 h4
因两个循环的理论比功w 0相同， 过冷循环的制冷系数 比无过冷循环的制冷系数 要大。
蒸发温度越低
(6)热力完善度
单级压缩蒸气制冷机理论循环的热力完善 度按定义可表示为
蒸气压缩式制冷循环
• 通过压缩使制冷剂由低温低压的蒸汽变为高温高压气体。
（3）冷却冷凝过程（冷凝器中进行）
• 在冷凝器中冷却冷凝成制冷剂液体。
（4）节流过程（节流阀中进行）
• 压力、温度降低，焓值不变。
（5）蒸发过程（蒸发器中进行）
• 吸热蒸发，变成低温低压制冷剂气。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 作业
1.蒸气压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成， 各有何作用？ 2.蒸发器内制冷剂的汽化过程是蒸发吗？
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
– 引课 – 2.1.2.1 理论循环的假设条件和压焓图 – 2.1.2.2 理论循环的性能指标及其计算 – 小结 – 作业
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成：
– 制冷压缩机 – 冷凝器 – 节流器 – 蒸发器
• 单级蒸气压缩式制冷循环，是指制冷剂在 一次循环中只经过一次压缩，最低蒸发温 度可达-40～-30℃。单级蒸气压缩式制冷 广泛用于制冷、冷藏、工业生产过程的冷 却，以及空气调节等各种低温要求不太高
液相区
•
气相区
两相区
•
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
3.理论循环过程在压焓图上的表示
1）压缩过程 2）冷凝过程 3）膨胀过程 4）蒸发过程
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
2.1.2.2 理论循环的性能指标及其计算 1.单位质量制冷量
制冷压缩机每输送1kg制冷剂经循环从被冷却介质中制取的 冷量称为单位质量制冷量，用q0表示。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
例1-1 假定循环为单级蒸气压缩式制冷的理论循环， 蒸发温度t0=-10℃，冷凝温度tk=35℃，工质为R22， 循环的制冷量Q0=55kW，试对该循环进行热力计算。
（3）冷却冷凝过程（冷凝器中进行）
• 在冷凝器中冷却冷凝成制冷剂液体。
（4）节流过程（节流阀中进行）
• 压力、温度降低，焓值不变。
（5）蒸发过程（蒸发器中进行）
• 吸热蒸发，变成低温低压制冷剂气。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 作业
1.蒸气压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成， 各有何作用？ 2.蒸发器内制冷剂的汽化过程是蒸发吗？
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
– 引课 – 2.1.2.1 理论循环的假设条件和压焓图 – 2.1.2.2 理论循环的性能指标及其计算 – 小结 – 作业
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成：
– 制冷压缩机 – 冷凝器 – 节流器 – 蒸发器
• 单级蒸气压缩式制冷循环，是指制冷剂在 一次循环中只经过一次压缩，最低蒸发温 度可达-40～-30℃。单级蒸气压缩式制冷 广泛用于制冷、冷藏、工业生产过程的冷 却，以及空气调节等各种低温要求不太高
液相区
•
气相区
两相区
•
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
3.理论循环过程在压焓图上的表示
1）压缩过程 2）冷凝过程 3）膨胀过程 4）蒸发过程
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
2.1.2.2 理论循环的性能指标及其计算 1.单位质量制冷量
制冷压缩机每输送1kg制冷剂经循环从被冷却介质中制取的 冷量称为单位质量制冷量，用q0表示。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
例1-1 假定循环为单级蒸气压缩式制冷的理论循环， 蒸发温度t0=-10℃，冷凝温度tk=35℃，工质为R22， 循环的制冷量Q0=55kW，试对该循环进行热力计算。
第三章 蒸汽压缩式制冷
QH > QL
COPC = f (TH, TL) ,与制冷剂无关
COPC =COP max
3.1.2 逆卡诺制冷循环
逆Carnot 循环很难实现
● 蒸发器（4-1），冷凝器（2-3） → 要求无温差 传热，则需要换热面积无穷大，循环周期无限长；
● 压缩机（1-2）→ 要求无摩擦运动,等熵压缩； ● 膨胀机（3-4）→ 可逆等熵膨胀的高精度膨胀机
TL、 TH 对COP的影响程度
( ) COPc
TL
TH TH TL
2
( ) COPc
TK
TL TH TL
2
COPc
COPc
TL
TH
3.1.2 逆卡诺制冷循环
逆卡诺循环的特点
用膨胀机完成等熵膨胀过程 两个等温、两个等熵过程
湿压缩 →1.降低了吸气量；2.液态制冷剂影响润滑，液击。
3.1.2 逆卡诺制冷循环
算例
某蒸汽压缩制冷过程，制冷剂在２5０K吸收热量Q0，在３00K放出热 量QH，压缩和膨胀过程是绝热的，向制冷机输入的净功为W ，判断 下列情况是：
A.可逆的 B. 不可逆的 C .不可能的
（1） Q0 =2000kJ （2） Q0=1000kJ （3） W=100kJ
W =400kJ QH=1500kJ QH=700kJ
蒸发器
q0 T0
膨胀阀的作用： 使制冷剂节流降压； 调节进入蒸发器的制冷剂流量。
单级蒸气压缩式制冷系统
3.2.1 特点及工作过程
理论循环与理想循环（逆卡诺循环）的区别：
两个传热过程均为等压过程； 用膨胀阀代替膨胀机，理论循环不是等熵膨胀过程； 蒸气压缩为干压缩，而不是在湿蒸气区内进行（湿
制冷与低温技术原理—第3章 蒸气压缩式制冷-多级蒸气压缩制冷循环
P k ,G
q mG w 0G
k ,G
kW
高压级压缩机的绝热效率
q vs ,G q m G v 3 m3 / s
q v h ,G q
vs ,G
G
m3 / s
高压级压缩机 的输气系数
p 7 5 6 8 po pk pm 3 1 h 4 2
制冷系数： • 理论循环： • 实际循环：
p 7 5 6 8 0 po pk pm 3 1 h 4 2
（3）热力计算
计算的步骤和内容：
循环的 p-h表示
两级压缩制冷循环的性能计算需借助p-h图或T-S图 • 已知制冷量Q0，工作条件； • 确定冷凝温度，蒸发温度，压缩机吸气温度， 高压液体过冷温度； • 借助p-h图，确定冷凝压力，蒸发压力， • 确定中间压力和中间温度； • 计算或查出各状态点的状态参数（焓，吸气比体积）； • 进行循环性能指标计算，计算按先低压级后高压级顺序。
不完全冷却循环的p-h表示 h
氨两级压缩制冷系统
氟利昂两级压缩制冷系统
涉及到的辅助设备： （1）油分离器：
把压缩机排气的润滑油分离出来，并返回到曲轴箱去，
以免油进入各种换热器影响传热。
（2）干燥过滤器：
除去冷凝器中出来液体中的水分和杂质，防止膨胀阀 冰堵或堵塞。
（3）回热器：
过冷液体制冷剂，同时提高低压蒸气温度，避免
0 0 qm G w0G qm D w0 D
0
循环的 p-h表示
S
0 qm G w0 G qm D w0 D
k ,G
k , D
冷凝器的热负荷： k q mG (h 4 h5 ) kW
p
（4）设计计算和校核计算：
制冷与低温技术原理第3章蒸气压缩式制冷单级蒸气压缩制冷循环
从蒸发器出来的低温 制冷剂蒸气，在通过吸 气管道进入压缩机之前 ，从周围环境中吸收热 量而过热，该过热对被 冷却物体不产生任何制 冷作用。
p
无效过热对循环性能的影响
3
pk, TK
2 2’
po, To
4
1 1’
0 有吸气过热的循环 h
单位制冷量
不变 q 0 h1 h4
给定压缩机
制冷量 减少
Q 0 q m q 0
➢ 蒸发温度越低，过冷使性能的相对提高越大。
（6）实现过冷的措施：
➢ 利用冷凝器直接过冷；
• 采用逆流管套式换热器最易获得过冷。 • 过冷度提高不多，一般可获得1-5℃过冷度。
➢ 利用再冷却器或过冷器获得过冷；
• 在冷凝器和膨胀阀之间增设一台过冷器，在过冷器 中通入温度更低的冷却介质（如深井水）；
各点对应状态
3
膨 胀 阀
4
冷却介质
冷凝器 蒸发器
2
压缩机
1
被冷却介质
蒸气压缩式制冷的基本系统图
（1）1点：制冷剂进入压缩机的状态， 对应于蒸发温度To下的饱和蒸汽。
（2）2点：压缩机压缩后的排气状态， 对应于冷凝压力下的过热蒸汽。
（3）3点：制冷剂在冷凝器出口处的状态， 是与冷凝温度TK对应的饱和液体。
循环比功 略增大
w
' 0
h
2'
h
1'
w 0 ( h 2 ' h 1' ) ( h 2 h1)
p
3 pk, TK 2 2’
po, To
4
1
1’
0 吸气过热பைடு நூலகம்比功变化 h
冷凝器的热负荷 增加
制冷与低温技术原理—第3章 蒸气压缩式制冷-制冷剂
使用温度范围内压力较高 无毒，安全， 使用 （常温下冷凝压力高达8MPa） 机器笨重 广泛 淘汰
1. 制冷剂的发展和种类
制冷剂 碳氢化合物 （20世纪） 氟里昂 （1930-至今） 共沸混合制冷剂 非共沸混合制冷 剂 （1950-至今） 沸点温度 特点 易燃，易爆 应用 石油化工
毒性小，无燃爆危 实用广泛 险，腐蚀小，分子 量大，排气温度低 使用 广泛
（3）特鲁顿（Trouton）定律：
大多数物质在标准蒸发温度下蒸发时，其摩尔墒增 的数值都大体相等。
即： s M rs 76 88 kJ /(kmol.k )
Ts
分析
1. 标准蒸发温度相近的物质，分子量大的， 汽化潜热小，单位质量制冷量小； 2. 各种制冷剂在一个大气压下汽化时， 单位容积汽化潜热大体相等； 3. 相同蒸发温度下，压力高的制冷剂其 单位容积制冷量大。
环境可接受性
• 对大气环境无破坏作用； • 臭氧破坏指数和温室效应指数为零或尽可能小。 总结 • 完全满足上述要求的制冷剂很难找到； • 其中，环境指标是硬指标； • 制冷剂选定后，反过来要求制冷系统在流程安排， 结构设计及运行操作等方面要与制冷剂相适应。
3.3.2 制冷剂的性质
1. 热力性质： 是指其热力参数之间的相互关系。
燃烧性
• 可燃性低限LFL— 用引起燃烧的空气中 制冷剂含量的极限值 表示。 • 避免使用易燃工质。 • 燃烧热HOC— 单位 质量制冷剂燃烧时的 发热量kJ/kg。
爆炸性
• 爆炸极限—制冷剂 在空气中发生爆炸 时的体积百分比的 范围。 • 爆炸极限下限越小， 越易燃易爆； • 下限相同，范围越 宽，越易燃易爆。
• 含氢氯氟碳的不完全卤代烃HCFC类： 例如：HCFC21，HCFC22 • 含氢氟碳的无氯卤代烃HFC类：
复叠式制冷循环原理
3.4 复叠式制冷循环
3.4.3 复叠式制冷循环应用中的一些问题
1．停机后低温制冷什么单级压缩制冷压缩机的压力比一般不应超过810？ 2. 双级蒸气压缩式制冷循环的形式有哪些？ 3. 一级节流与二级节流相比有什么特点？中间不完全冷却与中间完全
3.4 复叠式制冷循环
3.4 复叠式制冷循环
3.4.2 复叠式制冷循环
3.4 复叠式制冷循环
复叠式制冷循环的组合型式与制冷温度和制冷剂种类的关系表
最低蒸发温度/℃ -80 -100
-120
制冷剂 R22-R23 R507-R23 R290-R23 R22-R23 R507-R23 R22-R1150 R507-R1150 R22-R1150 R507-R1150 R22-R23-R50 R507-R23-R50
冷却相比又有什么特点？ 4. 双级蒸气压缩式制冷系统制冷剂与循环形式如何选择？ 5. 双级蒸气压缩式制冷循环需要确定的主要工作参数有哪些？ 6. 如何确定最佳中间压力？ 7. 蒸发温度、冷凝温度以及容积比的变化对中间压力各有何影响？ 8. 什么是复叠式制冷循环？为什么要采用复叠式制冷循环？
3.4 复叠式制冷循环
复叠式制冷循环
定义
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。
3.4.1 采用复叠式制冷循环的原因
1．受制冷剂凝固点的限制 2．对制冷循环压力比的限制 3．受活塞式压缩机阀门结构特性的限制
3.4 复叠式制冷循环
3.4.2 复叠式制冷循环
制冷循环形式 R22单级或双级压缩- R23单级压缩组合的复叠式循环 R507单级或双级压缩- R23单级压缩组合的复叠式循环 R290双级压缩- R23单级压缩组合的复叠式循环 R22双级压缩- R23单级或双级压缩组合的复叠式循环 R507双级压缩- R23单级或双级压缩组合的复叠式循环 R22双级压缩- R1150单级压缩组合的复叠式循环 R507双级压缩- R1150单级压缩组合的复叠式循环 R22双级压缩- R1150双级压缩组合的复叠式循环 R507双级压缩- R1150双级压缩组合的复叠式循环 R22单级压缩- R23单级压缩- R50单级压缩组合的复叠式循环 R507单级压缩- R23单级压缩- R50单级压缩组合的复叠式循 环
第三章 蒸气制冷循环 1 (3.1.1)_浙江大学制冷与低温研究所
cycles
Gas refrigeration
cycles
Vapor compression
cycles
Vapor absorption
cycles
8/17/2020
2
3 Vapor refrigeration cycles
第三章 蒸汽制冷循环
Refrigeration cycles
( Component )
Index
Expressions
Influen’’ = h1 – h4’ = q0’ ∆q0 > 0
2 w0’’ w0’’’’＞ w 0
∆w 0 > 0
4
ε0’’’
ε0’’’＝q0’’’ /w0’’’ ~ ε0
？ Beneficial： R502、R290、
第一节 单级蒸气压缩制冷循环 一、纯工质理论循环 二、纯工质实际循环 三、混合工质循环 四、循环特性分析
3.1 One-stage vapor compression systems 3.1.1 Ideal cycles using pure refrigerants
3.1.1.1 Saturated cycles 3.1.1.2 Subcooled cycles 3.1.1.3 Superheated cycles 3.1.1.4 Recuperative cycles
5
η0’‘’ η0’’’＝ε0’’‘ /εc ~ η0 ？ R600a、R134a
Harmful： 3 q v’’’ q v’’‘＝q0’’‘ ’/v1’ ~ qv ？ R22、R717
8/17/2020
18
3.1.1 Ideal cycles using pure refrigerants 一、纯工质理论循环 3.1.1.5 Summary （五）小结
Gas refrigeration
cycles
Vapor compression
cycles
Vapor absorption
cycles
8/17/2020
2
3 Vapor refrigeration cycles
第三章 蒸汽制冷循环
Refrigeration cycles
( Component )
Index
Expressions
Influen’’ = h1 – h4’ = q0’ ∆q0 > 0
2 w0’’ w0’’’’＞ w 0
∆w 0 > 0
4
ε0’’’
ε0’’’＝q0’’’ /w0’’’ ~ ε0
？ Beneficial： R502、R290、
第一节 单级蒸气压缩制冷循环 一、纯工质理论循环 二、纯工质实际循环 三、混合工质循环 四、循环特性分析
3.1 One-stage vapor compression systems 3.1.1 Ideal cycles using pure refrigerants
3.1.1.1 Saturated cycles 3.1.1.2 Subcooled cycles 3.1.1.3 Superheated cycles 3.1.1.4 Recuperative cycles
5
η0’‘’ η0’’’＝ε0’’‘ /εc ~ η0 ？ R600a、R134a
Harmful： 3 q v’’’ q v’’‘＝q0’’‘ ’/v1’ ~ qv ？ R22、R717
8/17/2020
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3.1.1 Ideal cycles using pure refrigerants 一、纯工质理论循环 3.1.1.5 Summary （五）小结
制冷与低温技术原理第3章蒸气压缩制冷循环复迭式制冷循环
b: 各个压缩机压力比大致相等，
举例
压缩机的汽缸工作容积利用率较高。
迈勒普拉萨特：
Tm (TKT0 )0.5 0.5T 0.125T 2 /(TKT0 )0.5
适用范围；两个单级压缩或两个两级压缩组 成的复叠制冷机。不适用于一个单级压缩和
两个两级压缩的制冷机。
3.4.3 复叠式制冷循环的启动与膨胀容器
工作原理图：
辅助设备的作用：
两级复叠制冷循环系统（R22-R23）
D
E
F
C
GH
S
F
V
H
I
K
B W R
A
A 低温压缩机； B高温级压缩机； C油分离器； D水冷冷却器； E冷凝蒸发器； F过滤器； G回热器； H电磁阀； I热力膨胀阀； K蒸发器； W膨胀容器； V截止阀； R减压阀； S低温级排气冷却器
两级复叠制冷循环系统（R22-R13）
✓ 回热器：增大循环制冷量，改善压缩机的工作条件。 ✓ 水冷却器：降低排气温度，减少冷凝蒸发器中
的冷凝热负荷（减少高温级循环的制冷量）。 ✓ 膨胀容器：
保证低温级系统避免超压和安全顺利地启动。 ✓ 油分离器：
防止润滑油进入热交换器，减少传热热阻。 ✓ 电磁阀：阻止系统停止运行时两部分系统中的高
复叠式制冷循环的组合形式与制冷温度和制冷剂种类
2. 复叠式制冷循环的组合形式与制冷温度和 制冷剂种类
说明
实际确定具体使用何种形式主要考虑： 所要达到的温度，使用场所，制冷剂种类，
特性及效率等因素。
复叠式制冷循环的组合形式与制冷温度和制冷剂种类
最低蒸发温度 -80℃ -100℃
-120℃
制冷剂
制冷循环形式
制冷与低温技术原理习题1
制冷与低温技术原理习题1第三章蒸气压缩式制冷（1）一、填空题1.单级蒸气压缩式制冷循环的理论循环中，制冷系统由（），（），（）和（）四个基本部件组成，并用管道将它们串连成一个封闭的系统。
2.单级制冷机一般可用来制取（）以上的低温。
3.蒸气压缩制冷循环中，节流过程产生的蒸气是（）出来的，该蒸气通常称之为（），它在蒸发器中几乎不产生（）作用。
4.在制冷剂的状态图p－h图中，等温线在液体区（）线，在两相区是（）线，在过热区是（）线。
5.在制冷剂的状态图p－h中可以看到，在过热区，蒸气的过热度越大，其等熵线的斜率越（）。
6.制冷机的性能主要用（），（）和（）反映。
7.单级蒸气压缩式制冷循环中，制冷剂的汽化潜热越（），或节流后所形成的蒸气的干度越（），则循环的单位制冷量越大。
（填大，小，不变）8.单级蒸气压缩式制冷循环中，对某一具体的制冷剂来说，理论循环的蒸气比体积v1随蒸发温度或蒸发压力的降低而（）。
若冷凝温度已经确定，则单位容积制冷量随蒸发温度的降低而（）。
9.单级蒸气压缩式制冷循环的理论比功与（）和（）有关。
10.单级蒸气压缩制冷循环中，冷凝温度越（），蒸发温度越（），则制冷系数越小。
（填高，低，不变）11.设不同制冷剂工质在一定蒸发温度和冷凝温度下完成制冷循环。
通过（）可以反映系统的压力水平，通过（），（）和（）可以了解压缩机的工作条件，（）和（）可以反映制冷机的制冷能力，通过（）可以反映制冷循环的经济性。
12.高压液体过冷对制冷循环的影响表现为：可使单位制冷量（），单位容积制冷量（），循环比功（），制冷系数（）。
（填增加，略增加，减小，不变，或不定）。
13.由制冷剂的热力状态图可知，节流前液体的过冷度愈大，则节流后的干度愈（），循环的单位制冷量愈（）。
因此，采用液体过冷循环，对提高（）和（）都是有利的。
14.采用液体过冷循环，在相同过冷度下，过冷使制冷量和制冷系数提高的百分数与制冷剂的（）和（）有关。
第三章 蒸气制冷循环 4 制冷原理课件材料
7
62
1
9 qmg
3 10
qmd 4 qmd 5
Double-throttle cycles
8/19/2020
6
3.2.2.2 Double-throttle cycles （二）二次节流循环 3.2.2.2.2 With complete interstage cooling ② 中间完全冷却
7
62
1
9 qmg
3 10
qmg－qmd 4 qmd 5
9 qmg
3 10
qmd 4 qmd 5
中间冷却方式 一次节流
无中间冷却
中间不完全冷却
中间完全冷却
简化设备的场合 绝热指数小（Freon） 绝热指数大（R717）
二次节流
——
离心式回油（Freon） 离心式回油（R717）
8/19/2020
15
3.2 Two-stage vapor compression systems 3.2.1 Introduction 3.2.2 Design type analysis
Tk increases, ω and T0 are constant
qvtH v3 L
qvtL
v1 H
① λH↓→ pm↑→ Tm↑; qmH↓ ② q0↓, qmL↓ → Q0=qmLq0 ↓
φ＝(h2－h4 )/(h3－h9 )
③ w= wL+ φwH ↑ → Ps＝qmLwL+ qmHwH? →ε＝q0/w ↓
3.2 Two-stage vapor compression systems 3.2.1 Introduction 3.2.2 Design type analysis
蒸汽制冷循环
蒸发温度T0变化时制冷机的性能
当Tk不变而T0降低时，制冷 机的制冷量、制冷剂流量及 制冷系数都降低 压缩机的功率是增大还是减 小，与变化前后的压比值有 关。当T0由Tk开始逐渐降低 时，压缩机的功率有一最大 值(这一情况会出现在压缩机 的起动过程中)。 对不同的制冷剂
k ⎛ pk ⎞ ⎜ ⎟ = k k −1 ≈ 3 ⎜p ⎟ ⎝ 0 ⎠ Pa =max
• 对冷凝过程
qk = h2 − h4
• • 对节流过程
h4 = h5
对蒸发过程
q0 = h1 − h5 = h1 − h4
2
§3.1 单级蒸汽压缩制冷循环
• 单位制冷量
q0 = r0 (1 − χ 5 )
qv = q0 h1 − h4 = v1 v1
•
单位容积制冷量
• •
单位理论功
w0 = h2 − h1
、
h7 = h3 +
h7 s − h3
η ig
η id η ig
为高、低压压缩机的指示效率；带s下标的为按等熵过程所求得 的参数
• 另外，低压压缩机的输气系数，按相同压力比的单级压缩机输气系数的90 ％左右估计，因在两级压缩中，低压吸人制冷剂蒸气的温度和压力，要比相 同压力下的单级压缩机低，这些因素的变化都将使输气系数降低
•对具有中温蒸发器的中间完全冷却 两级压缩制冷循环
qmg = qmd + qmm
qmm = Qm h3 − h4
式中，Qmm为中温蒸发器的制冷量
40
§3.2 两级蒸汽压缩制冷循环
两级蒸汽压缩制冷循环热力计算 • 低压压缩机实际过程的排气比焓
h2 = h1 +
h2 s − h1
当Tk不变而T0降低时，制冷 机的制冷量、制冷剂流量及 制冷系数都降低 压缩机的功率是增大还是减 小，与变化前后的压比值有 关。当T0由Tk开始逐渐降低 时，压缩机的功率有一最大 值(这一情况会出现在压缩机 的起动过程中)。 对不同的制冷剂
k ⎛ pk ⎞ ⎜ ⎟ = k k −1 ≈ 3 ⎜p ⎟ ⎝ 0 ⎠ Pa =max
• 对冷凝过程
qk = h2 − h4
• • 对节流过程
h4 = h5
对蒸发过程
q0 = h1 − h5 = h1 − h4
2
§3.1 单级蒸汽压缩制冷循环
• 单位制冷量
q0 = r0 (1 − χ 5 )
qv = q0 h1 − h4 = v1 v1
•
单位容积制冷量
• •
单位理论功
w0 = h2 − h1
、
h7 = h3 +
h7 s − h3
η ig
η id η ig
为高、低压压缩机的指示效率；带s下标的为按等熵过程所求得 的参数
• 另外，低压压缩机的输气系数，按相同压力比的单级压缩机输气系数的90 ％左右估计，因在两级压缩中，低压吸人制冷剂蒸气的温度和压力，要比相 同压力下的单级压缩机低，这些因素的变化都将使输气系数降低
•对具有中温蒸发器的中间完全冷却 两级压缩制冷循环
qmg = qmd + qmm
qmm = Qm h3 − h4
式中，Qmm为中温蒸发器的制冷量
40
§3.2 两级蒸汽压缩制冷循环
两级蒸汽压缩制冷循环热力计算 • 低压压缩机实际过程的排气比焓
h2 = h1 +
h2 s − h1
蒸汽压缩式制冷循环
另外：
qmg h6 qmg qmd h3 qmd h2
h6 qmg h3 qmd (h2 h3 ) qmg
可得：
h2 h4 h3 (h2 h3 ) h3 h4
高压压缩机消耗的理论功率：
Qo h3 h4 Ptg qmg wg (h7 h6 ) h1 h4 h3 h9
中间不完全冷却的两级循环的理论制冷系数为
h1 h4 h3 h4 (h2 h1 ) (h7 h6 ) h3 h9
三、具有中温冷却器的中间完全冷却、两级节流 的两级压缩循环 进行高压级压缩机制冷剂流量计算时，应该加 上流经中温蒸发器的制冷剂流量qmm。
qmm
Qm h3 h4
最后可得：
h1 h4 h2 h4 h2 h1 (h7 h3 ) h3 h9
二、两级节流、中间完全冷却的两级压缩循环
单位制冷量：
p 9 8
q0 h1 h4
低压级理论功：
pk
7
wd h2 h1
qmd Q0 Qo q0 h1 h4
4 10
pm
p0
通常被限制在 2～4
单级蒸气压缩制冷的典型循环
1．朗肯循环
空调、制冷、食品冷藏温度范 围大量使用的循环
基本朗肯循环 有回热的朗肯循环
T
朗肯循环图例
2
3
4
1 s
图4-1
基本朗肯循环
循环T—s图：1—2 压缩过程 2—3 冷却冷凝过程
3—4 节流过程 4—1 蒸发吸热过程
T
3 3’
2
4
1’ 1
图4-2 有回热的朗肯循环 T—S图： 1’—2 压缩过程 2—3 冷凝过程 3—3’ 液体过冷过程 3’—4 节流过程 4 —1 蒸发过程 1—1’ 吸气过热过程
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3.4.3 复叠式制冷循环的启动与膨胀容器
1. 启动 2. a: 先启动高温部分，待高温部分的蒸发温度降到 3. 足以保证低温部分的冷凝压力不会超过压缩机 4. 的最高允许压力时，再启动低压部分。 b: 小型复叠式制冷机，高、低温部分同时启动，
但须在低温部分压缩机的排气管上装设压力 控制阀，以保证不会超压。
2020/12/13
2020/12/13
3.4.2 复叠式制冷循环
3. 制冷系统及P-h图和T-S图表示 由两个单级压缩系统组成的复叠式制冷系统
冷凝器
7
6
T
6
节
7
流 阀
冷凝蒸发器
8
5 压缩机
2 3
节
3
2
8
5
流
阀
压缩机
4
1
4
1
蒸发器
0
s
2020/12/13
举例 两级复叠制冷循环系统（R22-R23）
三级复叠制冷循环系统
三级复叠式天然气液化装置工作原理； 采用工质：丙烷，乙烯和甲烷。
两级和单级组成的复叠制冷循环系统
202பைடு நூலகம்/12/13
T
6
7
3.4.3 复叠式制冷循环的热力计算
2
热力计算中需注意问题
3 8
5
4
1
1. 高温，低温部分单独计算 0
s
制冷量：
✓低温部分： Q 0 d q m(h d 4 h 1 )
的冷凝热负荷（减少高温级循环的制冷量）。 ✓ 膨胀容器：
保证低温级系统避免超压和安全顺利地启动。 ✓ 油分离器：
防止润滑油进入热交换器，减少传热热阻。 ✓ 电磁阀：阻止系统停止运行时两部分系统中的高
压制冷剂液体窜入蒸发器，造成系统在启动过 2020/1程2/13中，大量液体进入压缩机发生液击事故。
课后阅读
✓高温部分： Q0gQkdQ冷 损
2. 低温蒸发器：传热温差尽量小， 最好不大于5℃，减小不可逆损失。
3. 冷凝蒸发器；传热温差为5-10 ℃。
2020/12/13
3.4.3 复叠式制冷循环的热力计算
4. 中间温度，压力的选用
原则：a：制冷系数为最大，使能量利用最经济；
b: 各个压缩机压力比大致相等，
2020/12/13
作业
1. 为什么要采用两级压缩制冷？两级压缩制 冷循环 有哪几种循环？
2. 为什么要采用复叠式制冷循环，它有什么 优点？
3. 对比单级，两级，复叠式制冷循环（原理 、 过程、P-h图、T-S图、热力计算等）
4202.0/1了2/13 解两级压缩制冷循环系统中主要设备及
可能性增加，影响系统的正常工作。 ✓ 吸气比体积大，实际吸入汽缸的气体减少，
增加了汽缸尺寸。 ✓ 对活塞式压缩机，压缩机的吸排气靠阀门自动
起闭来完成，当吸气压力低于0.01-0.015MPa时， 难于克服吸气阀弹簧力，影响压缩机 的正常工作。
2020/12/13
3.4.1 采用复叠式制冷循环的原因
2020/12/13
3.4.3 复叠式制冷循环的启动与膨胀容器
2.停机后低温制冷剂的处理问题 大型制冷装置； a: 通常采用的方法是令高温部分定时运转， 以便低温部分始终处于低温状态， b: 将低温制冷剂充入制冷剂瓶中。 小型制冷装置： 在低温部分系统中接入一个膨胀容器，以便 停机后一部分低温制冷剂蒸气进入膨胀容器， 不使系统中的压力过分升高。
举例
压缩机的汽缸工作容积利用率较高。
迈勒普拉萨特：
T m ( T K T 0 ) 0 . 5 0 . 5 T 0 . 1 T 2 2 /T K ( T 5 0 ) 0 . 5
适用范围；两个单级压缩或两个两级压缩组 成的复叠制冷机。不适用于一个单级压缩和
两个两级压缩的制冷机。
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循环工况： 高温级 tkg=35℃, t0g=-45℃
低温级 tkd=-50℃, t0d=-85℃ 蒸发器工作的低温室温度: -80℃ 冷凝蒸发器传热温差范围: 5-10℃ （低温部分的冷凝温度必须高于高温部分的 蒸发温度。）
工作原理图：
辅助设备的作用：
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两级复叠制冷循环系统（R22-R23）
2. 采用低温制冷剂时，蒸发压力均高于10KPa， 3. 但冷凝压力太高，接近于临界状态，使循环 4. 的节流损失大大增加。
例如
用乙烷做低温制冷剂， 当蒸发温度t0=-100℃时，蒸发压力p0=542kPa， 冷凝温度tk=30℃时，冷凝压力pk=4860kPa， 接近其临界状态。节流损失大大增加。
D
E
F
C
GH
S
F
V
H
I
K
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B W R
A
A 低温压缩机； B高温级压缩机； C油分离器； D水冷冷却器； E冷凝蒸发器； F过滤器； G回热器； H电磁阀； I热力膨胀阀； K蒸发器； W膨胀容器； V截止阀； R减压阀； S低温级排气冷却器
两级复叠制冷循环系统（R22-R13）
✓ 回热器：增大循环制冷量，改善压缩机的工作条件。 ✓ 水冷却器：降低排气温度，减少冷凝蒸发器中
3.4 复叠式制冷机循环
3.4.1 采用复叠式制冷循环的原因
1. 为了获得更低温度，采用单一制冷剂的多级压缩 2. 循环将受蒸发温度过低，制冷剂凝固的限制；
例如 氨；标准蒸发温度为 -33.4℃， 凝固温度为 -77.7℃。
2020/12/13
3.4.1 采用复叠式制冷循环的原因
蒸发压力过低会带来下列问题： ✓ 蒸发器与外界的压差增大，空气渗入系统的