制冷与低温技术原理—第3章 蒸气压缩制冷循环-复叠式制冷循环

两级复叠制冷循环系统（R22-R23）
D
E
F
C
B W
G
H F V S
R
A
H
I
K
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）
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 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℃。
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 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。
7 节 流 阀 冷凝器 6
T
7
6
2
8
冷凝蒸发器
5
压缩机
3
节 流 阀
4
3
2
压缩机 4
8
1
5
蒸发器
1
0
s
举例
两级复叠制冷循环系统（R22-R23）
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：
3.4.1 采用复叠式制冷循环的原因
2. 采用低温制冷剂时，蒸发压力均高于10KPa， 但冷凝压力太高，接近于临界状态，使循环 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。
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。
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） 4. 了解两级压缩制冷循环系统中主要设备及辅助 设备的作用。 5. 控制容器的作用是什么？
-80℃
R507-R23
R290-R23 R22-R23 R507-R23 R22-R1150 R507-R1150
R507单级或两级—R23单级
R290两级—R23单级 R22两级—R23单级或两级 R507两级—R23单级或两级 R22两级—R1150单级 R507两级—R1150单级
-100℃
课后阅读
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
T
7
6பைடு நூலகம்
2 8 4 1 5
3.4.3 复叠式制冷循环的热力计算3
热力计算中需注意问题 1. 高温，低温部分单独计算 制冷量：
0
s
低温部分： Q0 qmd ( h4 h1 ) d 高温部分： Q0 g Qk d Q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 ℃。
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， 压缩机的汽缸工作容积利用率较高。 举例
迈勒普拉萨特：
Tm (TK T0 )0.5 0.5T 0.125T 2 /(TK T0 )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
1. 启动 a: 先启动高温部分，待高温部分的蒸发温度降到 足以保证低温部分的冷凝压力不会超过压缩机 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。
3.4.3 复叠式制冷循环的启动与膨胀容器
3.4.2 复叠式制冷循环
1. 系统的组成：
由两个（或数个）采用不同制冷剂的单级（或多级） 制冷系统组成，分别称为高温部分和低温部分。 高温系统使用中温制冷剂，低温系统采用低温制冷剂。 两部分由一只蒸发冷凝器联系起来。 高温部分制冷剂的蒸发用来使低温部分制冷剂冷凝。 两部分之间靠蒸发冷凝器来实现传热。高温部分的制冷剂 再通过自己系统的冷凝器释放给环境介质水或空气。 而低温部分通过自己系统的蒸发器来吸收被冷却对象低温 环境下的热量。
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 压制冷剂液体窜入蒸发器，造成系统在启动过 程中，大量液体进入压缩机发生液击事故。
R22-R1150
R22两级—R1150两级 R507两级—R1150两级
R22单级—R23单级--R50单级
-120℃
R507-R1150
R22-R23-R50
R507-R23-R50 R507单级—R23单级-R50单级
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
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 制冷剂
R22-R23
制冷循环形式
R22单级或两级—R23单级