蒸汽压缩式制冷循环

h
高压级理论功为
wg ? h7 ? h6
q mg 6
3
2 q md
对于中间不完全冷却的两 级循环，根据中间冷却器 的热平衡关系
qmg h9
? ? ? qmg? qmd h3 ? qmd h4
10 4
q mg q md
中间冷却器
可得到流经高压级压缩机的制冷剂流量：
qmg ? ? qmd h3 ? h4 ? ?h3 ? h9 ?
压力比pk / po变大
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。
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-40℃左右。
原因: 受单级活塞式压缩机的极限使用条件的限制。
单级蒸气压缩活塞式制冷机，压缩比一 般不超过10。当蒸发温度过低，超出极限使 用条件时会带来如下问题：
第4章 蒸气压缩式制冷循环
4.1 单级蒸气 压缩式制冷循环
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1．朗肯循环 2．劳伦茨循环 3．跨临界循环
4.2 多级蒸气压缩式制冷循环
4.3 复叠式制冷循环
4.1 单级蒸气压缩式制冷循环
容积式压缩机的单级压比受 压缩机容积效率、制冷剂凝固温度 和压缩终了温度的制约
通常被限制在8～10
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
所以，为了获得比较低的温度（－ 40～－70℃），同时又能使压缩机的工作压 力控制在一个合适的范围内，就要采用多级 压缩循环。
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：
4.2.2 两级压缩制冷循环
1.一级节流、中间完全冷却的两级压缩 制冷循环 （如图4-5 所示） 2.一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制 冷循环（如图4-6所示） 3.两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷 循环 （如图4-7 所示） 4.两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制 冷循环（如图4-8 所示） 5.两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷 却两级压缩制冷循环， (如图4-9 所示）
图4-5 一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环
( a ) 流程图
b ) lgp-h图
图4-6 一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环
( a ) 流程图
( b ) lgp-h 图
图4-7 两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环
( a ) 流程图
( b ) lgp-h 图
图4-8 两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环
低压级制冷剂循环量：
qmd
?
Q0 q0
?
Qo h1 ? h4
p
9 8 pk
7
4 10 pm 3 6 2
5
p0 1
h
从而可算出低压压缩机消耗的理论功率：
Ptd
?
qmdwd
?
h2 ? h1 h1 ? h4
Q0
qmg
3
对于中间冷却器：
qmghg ? qmdh2
? qmgh3 ? qmdh4
则：
qmg
?
qmd(h2 ? h4 ) h3 ? h9
4.2 多级蒸气压缩式制冷循环
?4.2.1 概述 ?4.2.2 两级压缩制冷循环 ?4.2.3 两级压缩制冷循环的热力计算 ?4.2.4 中间压力的选择
4.2.1 概述
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 决定。
在一定的冷凝温度下 蒸发温度的降低
冷凝压力和蒸发压力之差（pk-po）增大
?
?
h2
?
h1 ?
h1 ? h4 h2 ? h4
h3 ? h9
(h7
?
h3 )
二、两级节流、中间完全冷却的两级压缩循环
单位制冷量：
p
q0 ? h1 ? h4
9 8 pk
7
低压级理论功：
4 10
wd ? h2 ? h1
低压级制冷剂循环量： 5
pm 3 6
2
p0 1
qmd
?
Q0 q0
?
Qo h1 ? h4
? ? 另外： qmgh6 ? qmg ? qmd h3 ? qmdh2
可得：
S
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
2．劳伦茨循环
朗肯循环的主要特征 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 性相适应。 劳伦茨循环
循环中的两个相变过程变成伴 随有降温的定压凝结和伴随有升温 的定压蒸发。
(1)压缩比增大时压缩机的输气系数λ大为降 低，压缩机的输气量及效率显著下降。
(2)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。
(3)制冷剂节流损失增加，单位质量制冷量 及单位容积制冷量下降过大，经济性下降。
2qmd
10 4
qmg qmd
中间冷却器
高压压缩机的单位理论功为
wg ? h7 ? h3
由此可得高压压缩机的理论功率：
Ptg
?
qmgwg
?
Qo h1 ? h4
h2 h3
? ?
h4 h9
(h7
?
h3)
根据制冷系数的定义，两级压缩制冷循 环的理论制冷系数为
??
Qo
qmg wg ? qmd wd
最后可得：
T 2
3
1 4
s 图2-3 劳伦茨循环
3．跨临界循环
定义
将CO2作为制冷剂用于空调制冷的温度范 围时，由于 CO2的临界温度低（仅 30℃），排 热将在超临界区进行。而吸热则在临界点以下 进行，整个循环跨越临界点。
T
2
3 4
1
5
60
图4-4 CO2跨临界循环
S
1—2压缩过程； 2—3气体冷却过程； 3—4气体冷却过程； 4—5节流过程； 5—6蒸发过程； 0—1气体过热过程。
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
朗肯循环图例
T 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
2
3 3'
1' 4
1
( a ) 流程图
( b ) lgp-h图
图4-9 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
( a ) 流程图
( b ) lgp-h 图
4.2.3 两级压缩制冷循环的热力计算
一、两级节流、中间完全冷却的两级压缩循环
单位制冷量：
q0 ? h1 ? h4
低压级理论功：
wd ? h2 ? h1