复叠式制冷系统分析
复叠式制冷系统中R744替代R23的理论分析

复叠式制冷系统中R744替代R23的理论分析梁容真;阎富生【摘要】本研究对复叠式制冷系统R744/R404A和R23/R404A进行了理论与对比分析.分析了高低温压缩机的排气温度、压缩机的功耗、系统的COP、系统的火用率以及各个部件火用损失的变化规律.研究结果表明:复叠式制冷系统随着蒸发温度的升高,其最佳低温循环冷凝温度增大,且存在一个最佳的COPopt所对应的最佳低温循环冷凝温度T4 opt;高低温压缩机的排气温度随蒸发温度的升高而降低;系统的COP随蒸发温度的升高而增大;系统的火用效率随蒸发温度的升高而降低先增加后减小;系统的火用损失随蒸发温度的升高而降低.【期刊名称】《制冷》【年(卷),期】2018(037)003【总页数】8页(P11-18)【关键词】复叠制冷;性能系数;火用分析;R744【作者】梁容真;阎富生【作者单位】东北大学冶金学院, 沈阳 110819;东北大学冶金学院, 沈阳 110819【正文语种】中文【中图分类】TB61+2通常制冷系统要获得-60℃以下的低温时采用中温制冷剂和低温制冷剂的复叠制冷系统[1]。
R23作为广泛使用的低温制冷剂,通常用于复叠式制冷系统的低温级。
然而,其GWP值较高,根据《蒙特利尔议定书》,发展中国家应在2030年全面淘汰高GWP制冷剂,因此,制冷剂R23不可避免走向被淘汰的趋势,研发出可替代的制冷剂尤为重要[2]。
W对常用的复叠制冷工质对进行了能量和不可逆理论分析,且通过理论研究,验证了低GWP自然工质N2O代替高GWP制冷剂R23的可能性[3]。
在本研究中,提出用R744代替R23等制冷剂,皆采用R404A作为高温级的制冷剂,着重研究R744/R404A复叠式制冷系统的运行参数,并于R23/R404A进行比较。
1 制冷剂R23、R744的物理性质R23是非常有效和安全的的低温制冷剂,多用于复叠式制冷循环中的低温级制冷剂,由于其良好的综合性能,使其广泛应用于科研制冷和医用制冷的深冷设备中[4,5],如:环境试验箱或环境试验设备也即冷热冲击试验机、冻干机以及冷冻干燥机、超低温冰箱或冷柜、血库冰箱、生化试验箱等。
2.4双级压缩和复叠式制冷解析

②一级节流中间不完全冷却的双级 压缩制冷循环
留意该循环和第一种循环的不同点。自行 画出T-S图。
③一级节流中间不冷却的双级压缩 制冷循环,
在冷藏运输以及某些特定的生产工艺制冷工段的制冷装 置中,既要到达低温又要简化制冷系统,这时常承受一次 节流中间完全不冷却两级压缩制冷循环(右图)。这种循环 和前面所述的两级压缩比较,取消了中间却冷却器,因而 系统进一步简化,但这种循环方式不省功,也不能提高循 环的制冷量和制冷系数。
⑶压力比的增大将导致压缩机排气温度上升, 汽缸壁的温度随之上升。这一方面会使吸 入的制冷剂蒸气温度上升,比体积增大, 削减了压缩机吸气量;另一方面排气温度 和汽缸温度过高,会使得润滑油变稀甚至 局部碳化,导致压缩机润滑状况恶化,严 峻影响压缩机正常运行。
由于以上缘由,单级压缩机压缩比不宜过大 。一般使用氨作为制冷剂的活塞式压缩机压 缩比最大为8,使用氟利昂作为制冷剂的螺 杆式压缩机压缩比最大不能超过10,而使用 离心式压缩机时,压缩比最大不能超过4。 这样的话,在冷凝温度跟环境温度差不多的 状况下,单级压缩机可以到达的蒸发温度通 常为-20℃~-30℃,最多不超过-40℃.主要的 缘由是考虑多方面因素,其中最关键的因素 是系统压缩过程不是绝热过程,当压缩比过 大的状况下,势必消逝压力值变大现象,而 这个时候温度也会突生,在温度高的状态下 ,对压缩机的冷冻油以及冷媒有分解,炭化 的问题,所以为了保证系统安全与牢靠,系 统运行过程中的压缩比不能超过10.
2)每一级的压力比降低,可以提高制冷压缩 机的指示效率,削减实际压缩过程中的不 行逆损失。在有中间冷却的多级压缩中, 可节省循环耗功;降低每一级的排气温度, 保证制冷系统的高效安全运行,如图
3)降低了每一级的压力比,同样也降低了每 级制冷压缩机的压力差,使得制冷机运行的 平衡性增高,机械摩擦损失削减。在设计时, 可简化制冷机构造,降低生产本钱。
三种常用自然复叠制冷系统的设计与特性分析

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YU Hu - i g XU Ya -h n ar n , ns e g u
( h n ep l eh i ,h n e 2 3 0, hn ) S u d o tc n S u d 8 0 C ia y c 5
Ab ta t sr c : T r e tp u o r f g r t n c s a e s se r e in d h e y e a t-er e ai a c d y t msa ed s e .T e e s se s 3 a R 3 r f g r n xu e i o g h s y tmsu e R1 4 / 2 e r ea t i mi tr .An d
蒸 发 冷凝 器
冷剂 , 制冷剂 流 动 和换 热 特 性 复 杂 。 由于 国 内对 统 结构 示意 。
的特性 , 其最低蒸发温度、 O 制冷剂质量流量、 C P、
制 冷剂配 比允许 范 围 , 以及 系统对 于 制冷剂 配 比 、
蒸 发温度 改变 的适应性 等方 面 的特性 都不 同。因
t gt mp r t r s c a g d h s t d e i e b n f o t e a t - f g rt n c s a e s s m e inn . i e e au e i h n e .T e e su is w l b e e t h uo r r ea i a c d y t d sg i g n l i t ei o e
双级复叠制冷系统原理

双级复叠制冷系统原理1.低温压缩级:制冷剂从低温蒸发器进入低温压缩机,经过压缩后成为高温高压气体。
该气体通过低温冷凝器,在与冷却介质(如水)的热交换中,释放热量,冷却并变为高温高压液体。
2.高温压缩级:高温高压液体由低温冷凝器进入高温压缩机,在高温环境下进行压缩。
该过程会使制冷剂的温度和压力进一步升高,变为更高温高压的气体。
3.高温冷凝级:高温高压气体进入高温冷凝器,通过与冷却介质的热交换,释放热量,冷却并变为高温高压液体。
4.高温膨胀级:高温高压液体通过高温膨胀阀,进入高温蒸发器。
在高温蒸发器中,制冷剂通过与待冷物体的热交换,吸收热量并蒸发,从而实现制冷效果。
同时,制冷剂的温度和压力降低,成为低温低压气体。
5.低温膨胀级:低温低压气体通过低温膨胀阀,进入低温蒸发器。
在低温蒸发器中,制冷剂再次与待冷物体进行热交换,吸收更多的热量并蒸发。
同时,制冷剂的温度和压力进一步降低,成为低温低压气体。
通过双级复叠制冷系统,制冷剂在两个级别的蒸发器中循环工作,每个级别分别负责不同温度范围的制冷任务,从而实现更低的制冷温度。
整个系统呈现级联的结构,通过不同级别的压缩机和冷凝器,实现了对制冷剂的逐级升压和冷凝,以及对制冷剂的逐级减压和蒸发,从而实现制冷效果。
然而,双级复叠制冷系统也存在一些挑战,如对于系统的控制和操作要求较高,需要保证两个级别的制冷剂流量和压力的均衡,以及制冷剂在两个蒸发器中的分配和再循环。
此外,系统的建设和维护成本相对较高,需要更多的设备和管道,以及复杂的控制系统。
总之,双级复叠制冷系统通过两个级别的压缩机和冷凝器,以及两个级别的蒸发器和膨胀阀,实现了更低的制冷温度。
该系统适用于需要更低温制冷的领域,但也面临着控制和操作复杂、建设和维护成本较高等挑战。
复叠式制冷

CO2的临界点温度为31℃,处于常温范围,如果制冷环境 与一般制冷机同样温度,则高温侧将接近临界点或超过临 界点,而不能像常用制冷剂那样实现远临界循环。
CO2的单级压缩循环处于临界点附近,是近临界循环或者 跨临界循环。
跨临界循环:循环中制冷剂的放热过程在临界点以上,为 非凝结相变的排热;制冷剂的吸热过程在临界点以下,为 有相变的蒸发吸热过程,整个循环跨临界点。
CO2起初集中在两类装置:汽车空调和热泵式水加热器; 汽车空调上替代R12,减少CFCs排放! 水加热需求量大,CO2驱动热泵,应用前景将十分广大。
Tsingtao
Power Engineering and Engineering of Thermophysics
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3.8.1 近临界循环和跨临界循环
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3.三个单级压缩循环组成的复叠式制冷机
循环
高温 中温 低温
制冷剂
高温 R22或R507 中温 R23 低温 R50、R1150或R170
最低蒸发温度可达-120℃~-140℃
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3.7.1 两个单级压缩循环组成的复叠式制冷机 Tk
△T1 △T2
节流阀
冷凝蒸发器(上一级蒸 发器和下一级冷凝器做 在一起)
R23
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Chapter Third
Vapor-compression Refrigeration Cycle
复叠式制冷系统热力计算

复叠式制冷系统热力计算复叠式制冷系统热力计算可以帮助我们确定制冷系统中一些关键参数的变化,从而指导系统的设计和优化。
本文将对复叠式制冷系统热力计算进行详细的介绍和探讨。
一、复叠式制冷系统复叠式制冷系统是一种先进的制冷技术,其基本原理是将多个制冷循环串联起来构成一个复合制冷系统,从而实现更高效、更灵活的制冷效果。
复叠式制冷系统的优点在于其高效、耐用、可靠,以及其应用范围广泛的特点,在工业、医疗、航空等领域得到了广泛的应用。
二、热力计算热力计算是指对一个制冷系统进行热力分析,从而确定系统中各参数的变化,进而指导系统的设计和优化。
热力计算包括系统的热平衡分析、热传递分析和热流量分析等内容。
其中,系统的热平衡分析是热力计算的核心,可帮助我们确定系统中的热量分配和传递方式。
三、热力计算的步骤进行复叠式制冷系统热力计算的步骤如下:1. 确定制冷系统的输入参数,包括冷媒种类、冷却剂种类、压缩机工作状态以及系统的环境参数等。
2. 进行系统的热平衡分析,确定系统中各个部分的热量流动方式。
在分析时,应考虑不同区域的热阻、热容和热传递系数等参数。
3. 计算制冷系统中各个部分的热量流量,以便确定系统中的热量分配和传递方式。
在计算时,应注意各个部分的温度和压力的变化。
4. 利用计算结果,进行系统的设计和优化,以改善制冷系统的效率和性能。
四、热力计算的应用复叠式制冷系统热力计算可用于指导系统的设计和优化,在实际应用中,主要有以下几个方面的应用:1. 选择合适的制冷循环,确定合适的冷媒种类和冷却剂种类,以满足特定的制冷要求。
2. 指导系统的设计,包括管道的布置、换热器的选型以及压缩机、冷凝器和蒸发器的选择等。
3. 提高系统的效率和性能,主要包括减少能源消耗、降低维护成本和延长系统的使用寿命等。
4. 安全评估,包括压力容器的强度计算、系统的热稳定性评估和操作风险分析等。
五、总结复叠式制冷系统热力计算是一个重要的制冷系统设计和优化工具,可帮助我们确定系统中各个部分的热量分配和传递方式,提高系统的效率和性能。
R1270CO2复叠式制冷系统热力学分析与研究

《R1270/CO2复叠式制冷系统热力学分析与研究》摘要:因此在满足换热要求的基础上,还应适当将系统冷凝温度和蒸发温度减小,继而通过减小系统损获得更大COP,损主要产生在压缩和节流阶段,会引发较大压力损失,除了低温级冷凝温度,系统高温级质量流量也受系统冷凝温度影响,会随着冷凝温度升高而增加,促使高低温级质量流量比增加任继鹏孙远新张良摘要:针对R1270/CO2复叠式制冷系统,本文结合系统循环原理和制冷剂物性完成了系统热力学分析模型的建立,通过对系统热力学性能展开分析提出了适当降低冷凝温度和提高蒸发温度的优化建议,从而使系统维持良好运行性能,满足冷链管理需求。
关键词: R1270/CO2;复叠式制冷系统;热力学分析引言:复叠式制冷系统由两个单级制冷循环复叠而成,可以划分为高温级系统和低温级系统,利用冷凝蒸发器连接。
其中,高温端制冷剂采用R1270,低温端制冷剂采用CO2,均能在冷凝蒸发器中完成蒸发过程。
而系统R1270蒸汽会进入相应压缩机,通过冷凝器实现热量传递,完成从高温端→压缩机→冷凝器→膨胀阀→冷凝蒸发器的循环过程。
系统CO2液体将进入节流装置,在蒸发器中对被冷却介质的热量进行吸收,在压缩机中完成从低温端→压缩机→冷凝蒸发器→膨胀阀→蒸发器的循环过程。
在理想状态下,系统高温端制冷循环得到的蒸发制冷量与低温端循环得到的冷凝热负荷相等。
1系统制冷剂的物性分析系统高温端制冷剂R1270属于HCs制冷剂,ODP和GWP分别为0和20,给臭氧层带来的破坏微乎其微,带有环境友好性特点。
R1270临界温度为92℃,临界压力为4.5MPa,汽化潜热达439kJ/kg。
然而从安全性角度来看,该物质安全系数为A3,所以需要对其热力学性质进行分析,确定能否在制冷系统中使用。
系统低温端制冷剂CO2属于天然工质,ODP和GWP分别为0和1,带有环境友好性特点。
在冷链行业应用,由于CO2拥有稳定化学性质,无毒不可燃,所以具有较好安全性,安全系数为A1,即便泄露也不会引发污染。
什么叫复叠式制冷工作原理是什么

什么叫复叠式制冷工作原理是什么复叠式制冷机通常由两个单独的制冷系统构成,分别称为高温级及低温级部分。
高温部分使用中温制冷剂,低温部分使用低温制冷剂。
制冷剂的蒸发是用来使低温部分系统中制冷剂冷凝,用一个冷凝蒸发器将两部分联系起来,它既是高温部分的蒸发器,又是低温部分的冷凝器。
低温部分的制冷剂在蒸发器内向被冷却对象吸取热量(即制取冷量),并将此热量传给高温部分制冷剂,然后再由高温部分制冷剂将热量传给冷却介质(水或空气)。
由于是温度保持不住,察看制冷压缩机在试验箱运行过程中是否能够启动,(东莞艾思荔——黄鑫磊为您解答)压缩机在步入式恒温恒湿试验室运行过程中都能够启动,说明从主电源到各压缩机的电器线路正常,电器系统方面也没有问题。
现在电器系统没有问题,我们连续检查制冷系统。
首先检查两组制冷机组的低温(R23)级压缩机的排气和吸气压力都较正常值偏低,且吸气压力呈抽闲状态,说明主制冷机组的制冷剂量不足。
用手摸主机组R23压缩机的排气和吸气管路,发现排气管路的温度不高,吸气管路的温度也不低(未结霜),这也说明白主机组的R23制冷剂缺乏。
假如以上未确定故障原因,结合步入式恒温恒湿试验室的掌控过程进一步确认故障原因,本试验室拥有两套制冷机组。
一为主机组,另一为辅佑襄助机组,在降温速率较大时,两组机组同时工作,在温度保持阶段初期,两组机组仍然同时工作。
待温度初步稳定下来,辅佑襄助机组停止工作,由主机组来维持温度的稳定。
假如主机组R23泄露,会使主机组的制冷效果不大,由于降温过程中,两机组同时工作,故没有温度稳定不住的现象,而指示降温速率降低。
在温度保持阶段,一旦辅佑襄助机组停止工作,主机组又无制冷作用,试验室内的空气就会缓慢上升,当温度上升到确定程度,掌控系统就会启动辅佑襄助机组来降温,将温度下降至设定值相近,然后辅佑襄助机组又停止工作,至此,已确认生产故障的原因是主机组的低温(R23)级机组的制冷剂R23泄露。
对制冷系统进行查漏,用检漏仪和肥皂水相结合的方法检查,发现一热气旁通电磁阀的阀杆裂了约1cm的细缝。
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至一120 ̄C的低温 箱、低温冷库等 ,要想得到最低 点的蒸 发温
当需要获取一60℃以下的低温 时, 』{j ”黼 制冷剂 j低
度 ,日前一般 采用中温制 冷剂 的烈级 缩制 冷装 置 ,但这 温制冷剂复叠的制冷循环。两级 祷 制蚁.60℃垒.80℃的
套系统的蒸发压力过低,给系统设计带来了一系列的限制『uJ 低温 ,三级 复叠式制取.80℃至.1 20。C的低 ,如 lJ听永
制冷可达 到温 度一40 ̄C至一80℃。如 粜还需 进 一步达 到 更 下冷凝 ,在温度t.下蒸发:予系统2}}{沸点较低的制冷剂进行循
低温 ,对制冷循环方 式就需要更深 的强 化,改进 乖I】组配。 环,市『J冷剂在于系统l提供的低温f 卜冷凝,ri 温度t,卜蒸发,以
科 研 和 生 产 对低 温 的 要求 越 来越 高 ,如需 要 一70 ̄C 此类推,逐步实现获得整套系统所 求ft j,t,t]<令濉懂。
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冷机 汕I、 私{为a,能奉E为b,)Jl:么采 购R12 4 ̄NR】3组成 的复 简称AcR系统,它丈质 1 址混 合制 冷刺的彩级 分凝 循环 。系
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复叠式制冷 系统分析
Presentation about cascade refrigeration system
牛 继 开 白 鑫 源 潘 晨 光
N IU Jikai BAI X inyuan PAN Chenguang
松 下 冷 链 (大连 ) 有 限 公 司 辽 宁 大连 1 1 6600
的区问 。冈 “剂 ”适 宜地将它们祷 J Jl】起 米.达 到最终 需求的
制冷湍 度,这 就是复叠式制 冷。
2 2 蔓叠式 刮 令工作原理
复叠式制冷循环通常由两个喊一 个独 的 r系统市叫冷循
l 0I ’
环组成,分别称为高l 『品部分和低 分。其rllf 个 j 系统 可以
市1.冷机 ,或 者说制 冷系统 ,最 最 的目的就 是产 生制 是单级压缩循环,也可 以是双级压缩循环。J 系统按。1:作湍度
题。如果需要低 于一70 ̄C的蒸 发湍度 ,势 必要使 用低温制冷 用作高温级 的中温制冷剂有:R717、R22、R502、Rl34a、
刺。低温制 冷剂 在常压下的蒸发湍度 较低,从而使低温下的 R407c、R410a等:用于低温级的低m制冷剂仃:R13、RI4、
蒸发压 力得到提 高。但低温 制冷剖要求较 低的冷凝温 度 , R23、C,H^、C2H4等 。
制冷 温 度:复蕊 式
Abstract
Due to the gradual requirements of the refrigeration temperatur e .1ow temperature and the concept
of ultra—low tempeFdture,the r efrigeration system is also further improved and delicated,which also
generated the contents of this article—cascade refrigeration,as the name suggests,superposition of two
sets of refrigeration system ,com posed of a new enhanced system to achieve the lower refrigeration
冷作用 ,达 fIJ, ̄IJ冷 效果。现 fc¨今 、 领域 对制 冷温度 由高到低依 次排 列。相邻于系统通过热 交换 器联 系,将 L ·
的 要求 不 同,与此 同时 涉及 的制 冷 循环 方 就 应 不 级的蒸发器与下 级的冷凝器卺 』J【_ 起,取做 “楚发/冷跚
同。 级压 缩制 冷可达到 度 .35℃至.40℃ , 级 压缩 器”。子系统 l使用较高沸点的制冷剂进仃撕环,制冷剂往常温
用 般的空气冷却或水冷 是无法将低温制冷 剂凝结成液体
的,必须用另一种制冷剂来冷凝 低温制冷剂,双制冷剂的制 冷 系统 应 运 而 生 。
. 式制 冷 的 优 点
从低温部分压缩 机的气缸 容秘上 ,复替式婴 比双级
缩 小} 彩。哒 埘减 少 机 的尺 、J1干u甫量 都 分有利。例 混合工质技 术 己成 为 制冷 研 宄V,J#s点 题 。 叠式
tem perature requirements.
Keywords
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Refr igeration temperature;Cascade type
复 式制冷简介及 ¨ :f1
2 1复 叠式制 冷简介 要获得有效的蒸汽压缩式制冷,帆 求制冷剂扯 临 点以下和标准沸点附近的温 度范…内循 ,mj所l仃 町做制冷 剂的流体 [f】,这个温 度范 是有 n勺。低沸点制冷剂的临界点 温度 较低,高沸点制 冷剂的临界点濉度较 “。没仃哪一种制 冷剂可以既有很高的临界温度 ,义仃 低的沸点湍度。每 一种 制冷刺的热力性质决定了它适宜的 ¨ 甜环的 发 i ̄f.7。 同的制冷利,其相宜的工作循环 卜t足1 的。 解决上 述问题的办法 是将总的 冷 循 拆分成 两个或 多个区间,每 个循环 区间选取 卡u适 宜的制冷刺,即沸点高的 制冷剂承担i每温制 冷的区间,沸点低的制冷刷承担低温制冷
Panasonic Appliances Cold Chain Dal ian Co.IAd DaLian I l66(X)
摘要 由于对制冷温度逐步的要求,低温 以及超低温概念的引出,制冷系统的选配方式也在进一步提升和精 致 ,这样也就有了本文所述 的复叠式制冷,即两套制冷系统的叠加,组成全新的强化系统 ,以达 到对 制冷 温 度更 低的 需求 。 关键 词