多级蒸气压缩制冷循环
氟利昂蒸汽压缩制冷循环的工作原理
氟利昂蒸汽压缩制冷循环的工作原理
1 Flourene蒸汽压缩制冷循环的工作原理
Flourine蒸汽压缩制冷循环是一种用氟利昂（Fluorine）作为Spray fluid来作为Refrigerant，进行温度控制和制冷而组成的制冷
机械系统。
由于氟利昂具有良好的低温性能，Flourine蒸汽压缩制冷
循环能够在更低的温度下达到更高的制冷性能，从而使温度控制系统
具有更精确的控制功能。
Flourine蒸汽压缩制冷循环由几部分组成：气体压缩机compressor，冷凝器condenser，膨胀阀expansionvalve和蒸发器evaporator。
首先，由压缩机将可变性的蒸汽加压至高压，将其输送
至冷凝器，其次，利用冷凝器释放热量，将气体压缩至低温并变为液体。
然后，由膨胀阀降低气体压力，使其可以进入蒸发器，在蒸发器内，气体蒸发，释放热量到四周，从而实现制冷效果。
最后，冷凝的
液体再回到压缩机，开始新的一次循环。
Flourine蒸汽压缩制冷循环的优点是既省电又稳定，且温度控制
精度较高，可以用于多种业务，如气溶胶发生器、检测仪器、投影机、打印机等的设备的控制和制冷，以及大容量的空调系统。
因此，Flourine蒸汽压缩制冷循环在温度控制方面已成为很多系统及设备必
不可少的组成部分，从而为控制温度提供无穷的可能性。
两级压缩
1.1.3.3 多级蒸汽压缩制冷循环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，蒸发温度由制冷装臵的用途确定的，当冷凝温度升高或蒸发温度降低时，压缩机的压力增大，排气温度上升，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。
当要求的制冷温差使循环的压力比超过单级压力比的上述限制时，一种解决办法是采用分级压缩，中间冷却，就是分两极或多级达到循环所要求的总压力比，并且在低压即完成压缩后，现将其排气冷却降温后再到高压级继续压缩，从而每一级的压力比和排气温度均不超限。
由于考虑到超过两级后系统设计的复杂性及其他许多因素，故两级以上的循环在实际中很少使用，通常采用两级压缩循环，所以一下重点讨论两级压缩制冷循环。
1.1.3.3.1 两级压缩制冷循环概述在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，蒸发温度由制冷装臵的用途确定。
当冷凝温度升高或蒸发温度降低时，压缩机的压力比将增大。
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。
例1 有一台制冷压缩机，工质为R22，相对余隙容积，膨胀过程指数，冷凝温度℃，求允许最低蒸发温度。
解容积系数的计算公式为当达到最低蒸发温度时，，上式可变为代入具体数值，即冷凝温度℃时，R22的冷凝压力，因此最低蒸发压力为与相对应的蒸发温度℃，这就是蒸发温度的极限值。
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，甚至会引起润滑油的碳化和出现拉缸等现象。
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。
两级压缩
1.1.3.3 多级蒸汽压缩制冷循环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，蒸发温度由制冷装臵的用途确定的，当冷凝温度升高或蒸发温度降低时，压缩机的压力增大，排气温度上升，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。
当要求的制冷温差使循环的压力比超过单级压力比的上述限制时，一种解决办法是采用分级压缩，中间冷却，就是分两极或多级达到循环所要求的总压力比，并且在低压即完成压缩后，现将其排气冷却降温后再到高压级继续压缩，从而每一级的压力比和排气温度均不超限。
由于考虑到超过两级后系统设计的复杂性及其他许多因素，故两级以上的循环在实际中很少使用，通常采用两级压缩循环，所以一下重点讨论两级压缩制冷循环。
1.1.3.3.1 两级压缩制冷循环概述在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，蒸发温度由制冷装臵的用途确定。
当冷凝温度升高或蒸发温度降低时，压缩机的压力比将增大。
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。
例1 有一台制冷压缩机，工质为R22，相对余隙容积，膨胀过程指数，冷凝温度℃，求允许最低蒸发温度。
解容积系数的计算公式为当达到最低蒸发温度时，，上式可变为代入具体数值，即冷凝温度℃时，R22的冷凝压力，因此最低蒸发压力为与相对应的蒸发温度℃，这就是蒸发温度的极限值。
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，甚至会引起润滑油的碳化和出现拉缸等现象。
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。
第五章 蒸汽压缩式制冷循环
三、常用制冷剂的特性
1、水（R718)
2ห้องสมุดไป่ตู้氨（R717）
氨属于无机化合物制冷剂，具有良好的 热力学性能，单位质量制冷量大。沸点：33.4℃.R717有较强的溶水性，对钢铁不腐 蚀，但含水时会腐蚀铜及其合金（磷青铜除 外），属于微溶于润滑油的制冷剂。缺点是 毒性大，有强烈的刺激性气味，会燃烧、会 爆炸。
（1）R12 分子式：CCl2F2 沸点：-29.8℃，凝固点-
155℃ （2）R22 分子式：CHClF2 沸点：-40.8℃，凝固点-
160℃ （3）R134a分子式： C2H2F4 沸点：-29.8℃，
凝固点-155℃
四、关于CFCS的替代 1、使用替代制冷剂的原因
O3+Cl→ClO+O2 ClO+O→Cl+O2 2、替代制冷剂时必须考虑的因素 （1）制冷剂在大气中存在的寿命； （2）臭氧损耗潜能ODP； （3）在逆使用的用途中，变暖影响总单量 TEWI；
具有液体过冷的制冷循环
二、吸气过热的影响
1、定义：制冷剂蒸气的温度高于同一压力下 的饱和蒸气温度称为过热。两者之间的温 差称为过热度。
2、p-h图
3、“无效”过热：制冷剂蒸气过热吸收的热 量全部来自蒸发器外。在实际制冷装置中， 为了减少有害过热，一般在吸气管道上包 扎一层隔热材料。
4、“有效”过热：制冷剂蒸气过热吸收的热 量全部来自蒸发器内被冷却介质。
主要用于大型制冷装置中。
3、氟利昂
氟利昂制冷剂是应用最广泛的制冷剂。 它无色、无味、不燃烧、毒性小。含氯原子 的氟利昂与明火接触产生剧毒的光气 （COCl2）渗透性强，单位容积制冷量小。
双级蒸汽压缩式与复叠式制冷循环
高温蒸发器在较高压力下工作，低温蒸发器在较低压力下工 作，通过中间冷却器将高温蒸发器的制冷剂蒸气冷凝成液体 ，再通过节流阀降低压力后进入低温蒸发器，从而实现更低 的制冷温度。
系统的组成
中间冷却器
用于将高温蒸气冷 凝成液体。
低温蒸发器
用于在较低压力下 吸收热量，产生低 温蒸气。
高温蒸发器
用于吸收热量，产 生高温蒸气。
系统组成的比较
要点一
总结词
双级蒸汽压缩式制冷循环系统通常包括两个或更多个独立 的制冷剂循环系统，每个系统都有自己的蒸发器、压缩机 、冷凝器和膨胀阀等。而复叠式制冷循环则由多个独立的 制冷剂循环系统组成，每个系统有自己的蒸发器和冷凝器 ，以及独立的压缩机和膨胀阀等。
要点二
详细描述
双级蒸汽压缩式制冷循环系统中，每个级别的制冷剂循环 都是独立的，但它们之间通过中间冷却器进行热量传递。 而复叠式制冷循环则是由多个独立的制冷剂循环系统组成 ，每个系统都有自己的制冷剂和相应的设备。这种设计使 得复叠式制冷循环可以同时实现多个温度等级的制冷需求 ，并且每个温度等级的制冷剂都可以独立控制，灵活性更 高。
市场发展前景
市场需求持续增长
随着全球气候变暖和能源消耗的增加，双级 蒸汽压缩式和复叠式制冷循环的市场需求将 持续增长。
技术创新推动市场发展
未来，技术的不断创新和进步将进一步推动双级蒸 汽压缩式和复叠式制冷循环的市场发展。
市场竞争加剧
随着市场需求的增长，竞争将进一步加剧， 企业需要加强技术创新和服务质量提升以获 得竞争优势。
双级蒸汽压缩式与复叠式制冷循环
目 录
• 双级蒸汽压缩式制冷循环 • 复叠式制冷循环 • 双级与复叠式制冷循环的比较 • 双级与复叠式制冷循环的应用场景 • 双级与复叠式制冷循环的发展趋势与挑战
蒸汽压缩制冷循环
2. 制冷剂的p-h图
p
3 2Байду номын сангаас4 1 h
1-2：制冷剂在压缩机中的绝热压缩过程 2-3：制冷剂在冷凝器中的定压放热过程 3-4：制冷剂在膨胀阀中的绝热节流过程 4-1：制冷剂在蒸发器中的定压定温汽化过程
三、影响制冷系数ε的主要因素
1. 蒸发温度
p
原循环的制冷系数
h1 h4 h2 h1
热 泵
制冷装置—从低温处吸收热量，保持低温。 热泵—向高温处提供热量。 逆循环
Q1 Q2 W 1 供热系数 h W W
热泵传给高温物体的热量包括由消耗的机械功变成的热量 。所以，热泵的供热系数比工作在相同条件下制冷装置的制冷
系数大。直接用电炉取暖所消耗的能量要比用电机带动热泵消 耗的能量大得多，这是因为电炉至多只能将电能全部转化为热 能，而热泵循环不仅如此，还可将取自环境的热量一起送到需 要取暖的房间。
p
25 ℃ 3 30℃ 2
-15℃ 4
1
-5℃
h
附：单级压缩双蒸发器的制冷循环
T-ｓ图及ｐ-ｈ图
高压蒸发器的蒸发压力由蒸发器后面的背压阀来控制,使之 具有较高的蒸发温度。5-6：绝热节流过程，6与8混合成状态点1 。
吸收制冷循环
由低温热源向高温热源传递热量必须消耗能量。在压缩式 制冷装置中要消耗机械功,而在吸收式制冷装置中则主要是消耗
第九节
蒸汽压缩制冷循环
• 一、蒸汽压缩制冷的理想循环 • 二、制冷剂p-h图的特征及其应用 • 三、影响制冷系数的主要因素
制冷循环 — 制冷系数 热泵循环 — 热泵系数 性能系数 COP =收益/花费的代价 h
一、蒸气压缩制冷的理想循环
制冷原理与设备(第4章两级压缩制冷循环)
qmg
(h2
h3) (h5 h3
h7 ) (h3 h6
h6 )
qmd
h2 h3
h7 h6
qmd
中冷器热平衡方程
因为 h5=h6 h7=h8
制冷原理及设备
4 双级压缩和复叠式制冷循环
高压级吸入的质量流量：
qmg
(h3
h2 h7 h6 )(h1
h7 )
Q0
3）系统的总耗功率
Pth = Pthd
4.2.1一级节流、中间完全冷却的双级压缩制冷循环
1、流程和特点 （多了压缩机，节流阀和中间冷却器）
1）由冷凝器流出的液体分为两路：
a.经膨胀阀1节流至Pm进入中冷器， 利用它的吸热来冷却低压级排气 和盘管中高压液体。蒸发了的蒸 汽同低压压缩机排气一起进入高 压级；
b.液体在中冷器盘管中被冷 却后，经膨胀阀2节流到P0， 在蒸发器中蒸发制冷。
2）.制冷剂To↓Po↓，如R12 to=-67℃, Po=0.149bar 空气易渗入 系统，破坏循环正常运行。
3）Po↓V1↑qv↓，势必要求压缩机体积流量很大。
2、.使用条件
4）对制冷循环压力比的限制 5）受活塞式压缩机阀门结构特性的 限制
－60~－80℃ －80~－100℃ －100～－130℃
度和蒸发温度，单位均为℃。
– 上式不只适用于氨，在－40～40℃温度范围 内，对于R12也能得到满意的结果。
制冷原理及设备
4 双级压缩和复叠式制冷循环
• 4.3.3 温度变动时制冷机特性
• 双级蒸气压缩式制冷循环的比较分析
– （1）中间不完全冷却循环的制冷系数要比中间完全冷却循环 的制冷系数小
– （2）在相同的冷却条件下，一级节流循环要比二级节流循环 的制冷系数小 • 1）一级节流可依靠高压制冷剂本身的压力供液到较远的 用冷场所，适用于大型制冷装置。 • 2）盘管中的高压制冷剂液体不与中间冷却器中的制冷剂 相接触，减少了润滑油进入蒸发器的机会，可提高热交换 设备的换热效果。 • 3）蒸发器和中间冷却器分别供液，便于操作控制，有利 于制冷系统的安全运行
蒸气压缩制冷循环的能量分析
冷循 环 的 能量平 衡 模 型和 能 量 平衡 方程 。依 据 蒸 气压 缩制 冷 循 环 的理论 分 析 和 实例 计 算 ，探 讨 了提 高 蒸 气压 缩制 冷循 环 能 量 效率 的 途径 。结论 表 明 ，通 过 改 善热 交换 器 的传 热性 能 ， 改造 制
冷 循 环过 程 ，合 理 设 计 和 匹配 压缩 机 ，正 确 选择 制冷 剂 ， 降低 动 力设备 的 能耗 ，加 强运 行 管 理
和设 备 管理 的 自动化 都 能提 高蒸 气压 缩 制冷循 环 的能量 效率 。
关 键 词 蒸 气 制 冷 循 环 能 量 分 析 途 径
Ｄ ： ０ ３ ６ ／ ． ｓ ２ ９ － ４ ３． ０ ２． ５． １ ０Ｉ １ ． ９ ９ ｉ ｉ ｎ． ０ ５ １ ９ ２ １ ０ ０ ０ ｓ
１ ３ 制 冷 系 数 ．
…
ｌ ８
由上 面 的计算 实 例 可见 ，制 冷循 环 的制冷 系数 为 ３１ ，其 用能 效率 并不 理想 。 ．８
３ 提 高 能量 效 率 的途 径Ｈ
３ １ 改 善 热 交 换 器 的 传 热 性 能 ．
蒸 气 压 缩制 冷 循环 的制 冷系 数为 循 环 的制冷 量 与消 耗 的 电功 率 的 比值 。即
＝ ３ ４７
Ｑ —— 蒸 发器 向冷室 吸收 的热 量 ， ｋ ／ Ｊｈ； △ｗ — 压缩 机 的功率 损失 ， ｋ ； — Ｗ Ｑ —— 冷 凝 器 的热量 损失 ， ｋ ／ Ｊｈ；
Ｑ — — 蒸 发 器 的 冷 量 损 失 ， ｋ ／ Ｊｈ Ｑ — — 节 流 阀 的 热 焓 损 失 ， ｋ ／ Ｊ ｈ。
ｍ ■
２ ）制 冷 循 环 的 制 冷 量
ｑ ：ｈ 一ｈ ＝１７ ３５—６ ９— １１ ４５ｋ ／ ｇ ２ １ ５ ４ ． ３ ０ ．（Ｊ ｋ ）
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➢单级压缩的制约
当TH（TK）一定， TL（T0）↓→π↑，t2↑
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。
1
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➢②拉塞经验公式法
tm=0.4tk+ 0.6to+3
对于两级氨制冷循环，拉赛(A.Rasi) 提出了较为简单的最佳中间温度计算式。
式中，tm , tk和to分别表示中间温度，冷凝
温度和蒸发温度，单位均为℃。
12
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3.6 多级蒸气压缩制冷循环
按照容积式压缩机单级压力比的限制条件，采用 单级压缩式制冷循环所允许的最低蒸发温度：
2
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3.6 多级蒸气压缩制冷循环
➢ 两级压缩制冷的循环形式
解决单机压缩的问题即采用分级压缩， 中间冷却： 即多级压缩后可完成总压的要求， 使每一级压缩压比减小，并中间冷却， 可使一级压缩的排气温度降低。
3.6 多级蒸气压缩制冷循环
2）图解法
➢ ①根据确定的蒸发压力p0和 冷凝压力pk，确定一pm
➢ ②在pm（tm）值的上下，按一定 间隔选取若干个中间温度tm值。
➢ ③根据给定的工况和选取的各个中 间温度tm分别计算出相应的制冷系 数COP。
➢ ④绘制COP=f（tm）曲线，找到 制冷系数最大值COPmax，由该点 对应的中间温度tm
qvhg高压级理论输气 量 qvhd低压级理论输气 量； qmg高压级制冷剂的 质量流量 qmd低压级制冷剂的 质量流量 vg高压级吸气比体积 vd低压级吸气比体积14
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3.6 多级蒸气压缩制冷循环
单机双级制冷压缩机
3
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3.6 多级蒸气压缩制冷循环
4
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3.6 多级蒸气压缩制冷循环
➢ 两级压缩制冷的系统流程与循环分析
3.6 多级蒸气压缩制冷循环
➢ 两级压缩制冷循环中间压力的确定及热力计算
✓中间压力（中间温度）的确定 通常针对两种情况进行pm的确定：
一是待选配高、低压级压缩机； 二是已经选配好高、低压级的压缩机；
1. 第一种情况——压气机待选配
选配压缩机时，中间压力pm的选择，可以根据制冷系数最大 这一原则去选取，这一中间压力pm又称最佳中间压力。 确定最佳中间压力pm常用的方法有公式法和图解法
校核计算： 已选定两级制冷压缩机， 去计算其制冷量 及其它工作性能
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3.6 多级蒸气压缩制冷循环
设计计算过程：
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3.6 多级蒸气压缩制冷循环
氨两级压缩制冷系统实例
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3.6 多级蒸气压缩制冷循环
➢一次节流中间不完全冷却的两级压缩式制冷循环
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插入法求出中间压力
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3.6 多级蒸气压缩制冷循环
➢ 氟里昂两级压缩制冷系统实例
一次节流中间不完全冷却循环
A-低压压缩机；B-高压压缩机；C1、C2-油分离器；D-冷凝器；E –干燥器过滤器；F-中间冷却器； G-蒸发器；H-气液热交换器；I1、I2-热力膨胀阀；J1、J2-电磁阀
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3.6 多级蒸气压缩制冷循环
2. 第二种情况－已知选配好压缩机，通过试 算，确定Pm
当已经选定压缩机，此时高、低压级的容积比已确定， 即容积比 值一定，这时可采用容积比插入法求出中间压力
容积比：
1）公式法 常用的公式法有比例中项公式法和拉塞经验 公式法两种。
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3.6 多级蒸气压缩制冷循环
➢ ①比例中项公式法
➢ 按压力的比例中项确定 中间压力
pm po pk
（式中Pm ,Po和Pk分别为中间压力、蒸发压力和冷凝压力）
➢一次节流中间完全冷却的两级压缩制冷循环
系统流程 与工作过程
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3.6 多级蒸气压缩制冷循环
循环热力计算
✓计算内容：
✓计算类型：
设计计算： 已知需求的总制冷量， 去设计或选择合适型号的 压缩机 、蒸发器和冷凝器