第一部分蒸气压缩式制冷教学课件.ppt

第一节 蒸气压缩式制冷 利用制冷剂液体在气化利用制冷剂液体在气化时（蒸发时）产生的吸热效时（蒸发时）产生的吸热效应，达到制冷目的应，达到制冷目的 液体蒸发制冷的特征液体蒸发制冷的特征 液体蒸发制冷构成循液体蒸发制冷构成循环的四个基本过程是：环的四个基本过程是： ①①制冷剂液体在低压（低温）制冷剂液体在低压（低温）下蒸发，成为低压蒸气下蒸发，成为低压蒸气 ②②将该低压蒸气提高压在普将该低压蒸气提高压在普通高压蒸气通高压蒸气 ③③将高压蒸气冷凝，使之成将高压蒸气冷凝，使之成为高压液体为高压液体 ④④高压液体降低压力重新变高压液体降低压力重新变为低压液体，返回到为低压液体，返回到①①从而从而完成完成循环 制 冷 原 理 与 技 术2.1.1 蒸气压缩式制冷循环(一一) 单级蒸气单级蒸气压缩式制冷循环压缩式制冷循环1 1．朗肯循环．朗肯循环2 2．劳伦茨循环．劳伦茨循环3 3．跨临界循环．跨临界循环双筒型煤油燃烧器双筒型煤油燃烧器 釜式燃烧器釜式燃烧器 蒸发燃烧器蒸发燃烧器 燃油喷雾燃烧器燃油喷雾燃烧器 （二）多级蒸气（二）多级蒸气压缩式制冷循环压缩式制冷循环 制 冷 原 理 与 技 术2.1.1 蒸气压缩式制冷循环蒸气压缩式制冷循环 制冷循环就是通过一定的制冷循环就是通过一定的能量补偿，从低温热源吸热，能量补偿，从低温热源吸热，向高温热源排热。

热源的温度向高温热源排热热源的温度决定制冷剂吸热与排热的温度决定制冷剂吸热与排热的温度与压力，相应地决定了制冷循与压力，相应地决定了制冷循环中的高低压侧的压力比环中的高低压侧的压力比 制 冷 原 理 与 技 术(一) 单级蒸气压缩式制冷循环 容容积积式式压压缩缩机机的的单单级级压压比比受受压压缩缩机机容积效率和压缩终了温度的制约容积效率和压缩终了温度的制约 通常被限制在通常被限制在8～～10 离心式压缩机的单级压缩比受工质离心式压缩机的单级压缩比受工质分子量大小与叶轮的周边速度制约分子量大小与叶轮的周边速度制约 通常被限制在通常被限制在 2～～4 制 冷 原 理 与 技 术1．朗肯循环单级蒸气压缩制冷的典型循环单级蒸气压缩制冷的典型循环 空空调调、、制制冷冷、、食食品品冷冷藏藏温温度度范范围围大量使用的循环大量使用的循环基本朗肯循环基本朗肯循环有回热的朗肯循环有回热的朗肯循环 制 冷 原 理 与 技 术图图2-1 2-1 基本朗肯循环基本朗肯循环 循环循环T—ST—S图：图：1—2 1—2 压缩过程压缩过程 2—3 2—3 冷却冷凝过程冷却冷凝过程 3—4 3—4 节流过程节流过程 4—1 4—1 蒸发吸热过程蒸发吸热过程 朗肯循环图例朗肯循环图例TS1243 制 冷 原 理 与 技 术图图2-2 有回热的朗肯循环有回热的朗肯循环T—S图：图： 1‘—2 压缩过程压缩过程 2—3 冷凝过程冷凝过程 3—3’ 液体过冷过程液体过冷过程 3＇＇—4 节流过程节流过程 4 —1 蒸发过程蒸发过程 1—1＇＇ 吸气过热过程吸气过热过程TS1’243’31 制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术2．劳伦茨循环．劳伦茨循环 朗肯循环的主要特征朗肯循环的主要特征 循循环环中中的的两两个个相相变变过过程程变变成成伴伴随随有有降降温温的的定定压压凝凝结结和和伴伴随随有有升升温温的定压蒸发。

的定压蒸发 有两个定压定温的相变过程与纯有两个定压定温的相变过程与纯质制冷剂及共沸混合制冷剂的压力特质制冷剂及共沸混合制冷剂的压力特性相适应性相适应劳伦茨循环劳伦茨循环 制 冷 原 理 与 技 术 劳伦茨循环图例图图2-3 劳伦茨循环劳伦茨循环 TS1243 制 冷 原 理 与 技 术3．跨临界循环．跨临界循环 将将CO2作为制冷剂用于空调制冷作为制冷剂用于空调制冷的温度范围时，由于的温度范围时，由于CO2的临界温度的临界温度低（仅低（仅30℃），排热将在超临界区进），排热将在超临界区进行而吸热则在临界点以下进行，整行而吸热则在临界点以下进行，整个循环跨越临界点个循环跨越临界点 定义定义 制 冷 原 理 与 技 术图图2-4 CO2跨临界循环跨临界循环1—2压缩过程；压缩过程；2—3气体冷却过程；气体冷却过程； 3—4气体冷却过程；气体冷却过程；4—5节流过程；节流过程；5—6蒸发过程；蒸发过程；0—1气体过热过程气体过热过程 TS1265304 制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术（二）多级蒸气压缩式制冷循环（二）多级蒸气压缩式制冷循环 单级蒸气压缩制冷机运行时制冷剂的冷单级蒸气压缩制冷机运行时制冷剂的冷凝压力是由环境介质（如空气或水）温度所凝压力是由环境介质（如空气或水）温度所决定。

决定在一定的冷凝温度下在一定的冷凝温度下蒸发温度的降低蒸发温度的降低冷凝压力和蒸发压力之差（冷凝压力和蒸发压力之差（pk-po））增大增大压缩比压缩比pk / po变大变大 制 冷 原 理 与 技 术 单级压缩循环所能达到的最低制冷温度单级压缩循环所能达到的最低制冷温度是有限的通常，最低只能达到是有限的通常，最低只能达到-40℃左右原因原因:受单级活塞式压缩机的极限使用条件的限制受单级活塞式压缩机的极限使用条件的限制 我国活塞式制冷压缩机标准我国活塞式制冷压缩机标准GB10875--89中规定了不同制冷机中规定了不同制冷机使用温度在高温、中温和低温的使用温度在高温、中温和低温的不同温度范围不同温度范围 制 冷 原 理 与 技 术 单级蒸气压缩活塞式制冷机，压缩单级蒸气压缩活塞式制冷机，压缩比一般不超过比一般不超过10当蒸发温度过低，超当蒸发温度过低，超出极限使用条件时会带来如下问题出极限使用条件时会带来如下问题： (1)(1)压缩比增大时压缩机的输气系数压缩比增大时压缩机的输气系数λλ大为大为降低，压缩机的输气量及效率显著下降。

降低，压缩机的输气量及效率显著下降2)(2)压缩机排气温度过高，使润滑油的粘压缩机排气温度过高，使润滑油的粘度急剧下降，影响压缩机的润滑当排度急剧下降，影响压缩机的润滑当排气温度与润滑油的闪点接近时，会使润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滑油碳化，以致在阀片上产生结碳现象 制 冷 原 理 与 技 术 所所以以，，为为了了获获得得比比较较低低的的温温度度（（－－40～～－－70℃）），，同同时时又又能能使使压压缩缩机机的的工工作作压压力力控控制制在在一一个个合合适适的的范范围围内内，，就要采用多级压缩循环就要采用多级压缩循环3)(3)制制冷冷剂剂节节流流损损失失增增加加，，单单位位质质量量制制冷冷量量及及单单位位容容积积制制冷冷量量下下降降过过大大，，经济性下降经济性下降 制 冷 原 理 与 技 术 采用哪一种型式有利则与制冷剂种类、制冷采用哪一种型式有利则与制冷剂种类、制冷剂容量及其它条件有关常用的组成型式有：剂容量及其它条件有关常用的组成型式有： 1.1.一级节流、中间完全冷却的两一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环级压缩制冷循环 （如图（如图2-5 2-5 所示）所示） 2.2.一一级级节节流流、、中中间间不不完完全全冷冷却却的的两级压缩制冷循环两级压缩制冷循环（如图（如图2-62-6所示）所示） 3.3.两两级级节节流流、、中中间间完完全全冷冷却却的的两两级压缩制冷循环级压缩制冷循环 （（如图如图2-7 2-7 所示）所示） 4.4.两两级级节节流流、、中中间间不不完完全全冷冷却却的的两级压缩制冷循环两级压缩制冷循环（如图（如图2-8 2-8 所示）所示） 5.5.两级节流、具有中温蒸发器的两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷却两级压缩制冷循环中间完全冷却两级压缩制冷循环 （如图（如图2-9 2-9 所示）所示） 制 冷 原 理 与 技 术图图2-5 一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环 ( a ) 流程图流程图 b ) lgp-h图图 制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术图图2-6 一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环( a ) 流程图流程图 ( b ) lgp-h图图 制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术图图2-7 　两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环　两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环( a ) 流程图流程图 ( b ) lgp-h图图 制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术图图2-8 两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环( a ) 流程图流程图 ( b ) lgp-h图图 制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术图图2-9 两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷却两级压缩制冷循环两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷却两级压缩制冷循环( a ) 流程图流程图 ( b ) lgp-h图图 制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术（四）复叠式蒸气压缩式制冷循环（四）复叠式蒸气压缩式制冷循环 由两个（或数个）不同制冷剂工作由两个（或数个）不同制冷剂工作的单级（也可以是多级）制冷系统组合的单级（也可以是多级）制冷系统组合而成。

而成定义定义 制 冷 原 理 与 技 术最低蒸最低蒸发发温度温度制冷制冷剂剂制冷循制冷循环环型式型式-80℃R22-R23R22单级单级或两或两级压缩级压缩—R23单级压缩组单级压缩组合的复叠式合的复叠式循循环环R507-R23R507单级单级或两或两级压缩级压缩—R23单级压缩组单级压缩组合的复叠式合的复叠式循循环环R290-R23R290两两级压缩级压缩—R23单级压缩组单级压缩组合的复叠式循合的复叠式循环环-100℃R22-R23R22两两级压缩级压缩—R23单级单级或两或两级压缩组级压缩组合的复叠式合的复叠式循循环环R507-R23R507两两级压缩级压缩—R23单级单级或两或两级压缩组级压缩组合的复叠式合的复叠式循循环环R22-R1150R22两两级压缩级压缩—R1150单级压缩组单级压缩组合的复叠式循合的复叠式循环环R507-R1150R507两两级压缩级压缩—R1150单级压缩组单级压缩组合的复叠式循合的复叠式循环环-120℃R22-R1150R22两两级压缩级压缩—R1150两两级压缩组级压缩组合的复叠式循合的复叠式循环环R507-R1150R507两两级压缩级压缩—R1150两两级压缩组级压缩组合的复叠式循合的复叠式循环环R22-R23-R50R22单级压缩单级压缩—R23单级压缩单级压缩—R50单级压缩组单级压缩组合合的复叠式循的复叠式循环环R507-R23-R50R507单级压缩单级压缩—R23单级压缩单级压缩—R50单级压缩组单级压缩组合合的复叠式循的复叠式循环环 制 冷 原 理 与 技 术 1.两两个个单单级级压压缩缩循循环环组组成成的的复复叠式制冷机叠式制冷机 高温压缩机高温压缩机冷凝器冷凝器节流阀节流阀冷凝蒸发器冷凝蒸发器高温系统高温系统制冷剂制冷剂R23 制 冷 原 理 与 技 术压缩机压缩机冷凝蒸发器冷凝蒸发器回热器回热器节流阀节流阀蒸发器蒸发器膨胀容器组成膨胀容器组成低温系统低温系统制冷剂制冷剂R22 制 冷 原 理 与 技 术图图2-10　　 由两个单级系统组成的复叠式制冷机由两个单级系统组成的复叠式制冷机 a) 制冷循环系统制冷循环系统 b) T-s图图 制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术 2.一一个个两两级级压压缩缩循循环环和和一一个个单单级压缩循环组成的复叠式制冷机级压缩循环组成的复叠式制冷机 高温部分高温部分一级节流一级节流中间不完全冷却中间不完全冷却节流前液体过冷节流前液体过冷带回热的两级压缩循环带回热的两级压缩循环 制 冷 原 理 与 技 术R22或或R507低温部分低温部分带回热的单级压缩循环带回热的单级压缩循环制冷剂制冷剂低温低温高温高温最低蒸发温度可达最低蒸发温度可达-110℃-110℃R23或或R1150 制 冷 原 理 与 技 术图图2-11 高温部分为两级压缩循环、低温部分为单级压缩高温部分为两级压缩循环、低温部分为单级压缩循环组成的复叠式制冷循环系统原理图循环组成的复叠式制冷循环系统原理图a1—低温部分压缩低温部分压缩机机 a2—高温部分低压级压缩机高温部分低压级压缩机 a3—高温部分高压级压缩高温部分高压级压缩机机b—冷凝器冷凝器 c1、、c2、、c3—节流阀节流阀 d—蒸发器蒸发器 d12冷凝冷凝-蒸发器蒸发器e1—低温部分气低温部分气-液热交换器液热交换器 e2—高温部分气高温部分气-液液热交换器热交换器 f—高温部分中间冷却器高温部分中间冷却器 制 冷 原 理 与 技 术图图2-12 高温部分为两级压缩循环、低温部分为高温部分为两级压缩循环、低温部分为单级压缩循环组成的复叠式制冷循环单级压缩循环组成的复叠式制冷循环lgp-h图图(a) 高温部分高温部分 (b) 低温部分低温部分 制 冷 原 理 与 技 术 3.三个单级压缩循环组成的复叠三个单级压缩循环组成的复叠式制冷机式制冷机 循环循环中温中温高温高温低温低温中温中温 R23高温高温 R22或或R507低温低温 R50、、R1150或或R170制冷剂制冷剂最低蒸发温度可达－最低蒸发温度可达－120℃～－～－140℃ 制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术开式开式半开式半开式4.用用CO2作为第二制冷剂的复叠式制冷机作为第二制冷剂的复叠式制冷机二氧化碳二氧化碳液体液体干冰干冰冷凝冷凝节流降压节流降压制冷机制冷机 制 冷 原 理 与 技 术图图2-14 CO2的压力的压力—焓示意图焓示意图  制 冷 原 理 与 技 术图图2-15 生产干冰的复叠式循环原理图及温熵图生产干冰的复叠式循环原理图及温熵图(a) 系统原理图系统原理图 (b) T-S 图图 制 冷 原 理 与 技 术。