复叠式制冷循环资料

报告人：盛伟（博士，副教授）15039118299，[e-mail]机械与动力工程学院复叠式制冷循环2020年1月16日根据制冷剂常温下在冷凝器中冷凝时饱和压力Pk和正常蒸发温度T0的高低，一般分为三大类：１.低压高温制冷剂冷凝压力Pk≤２～３Kg/cm2（绝对），T0０℃如Ｒ11（CFCl3），其T0＝23.7℃。这类制冷剂适用于空调系统的离心式制冷压缩机中。通常３０℃时，Pk≤3.06Kg/cm2。引课:制冷剂的一般分类18:552weisean２.中压中温制冷剂冷凝压力Pk20Kg/cm2（绝对），０℃T0-60℃。如Ｒ717、Ｒ12、Ｒ22等，这类制冷剂一般用于普通单级压缩和双级压缩的活塞式制冷压缩机中。３.高压低温制冷剂冷凝压力Pk≥20Kg/cm2（绝对），T0≤－70℃。如Ｒ13（CF3Cl）、Ｒ14（CF4）、二氧化碳、乙烷、乙烯等，这类制冷剂适用于复迭式制冷装置的低温部分或-７０℃以下的低温装置中。引课:制冷剂的一般分类为获得更低的蒸发温度单级压缩转向多级压缩限制?采用一种制冷剂循环将出现的问题：(1)．任何制冷剂，当蒸发温度降低时，其蒸发器压力也必然降低。(2)．任何制冷剂，当蒸发温度降低时，其比容就很大。(3).任何制冷剂，当蒸发温度降低时，其冷凝压力就很高。18:554weisean为了获取更低温度，采用单一制冷剂的多级压缩循环仍将受到蒸发压力过低、甚至使制冷剂凝固的限制。例：当蒸发温度为－80℃时，若采用氨作为制冷剂，它在-77.7℃时就已凝固，使循环遭到完全破坏。如果采用R22作为制冷剂，此时它虽未凝固，但蒸发压力已低达10Kpa，一方面增加了空气漏入系统的可能性，另一方面导致压缩机吸气比容增大（此时蒸气比容为1.76m3/kg）和输气系数的降低，从而使压缩机的气缸尺寸增大，运行经济性下降。对于往复式制冷压缩机而言，气阀是依靠阀片两侧气体的压力差自动启、闭来完成压缩机的吸气、压缩、排气和膨胀过程的，当吸气压力低于15Kpa时，吸气阀片因压差过低而往往无法开启，压缩机无法正常工作，增加压缩机级数也是无济于事的。18:556weisean如果采用低温制冷剂，虽然低温下它们的蒸发压力一般均高于15Kpa。例如乙烷，当蒸发温度为-100℃时，其相应的蒸发压力为52Kpa；但其冷凝压力太高，当tk=25℃时，其冷凝压力就高达4.18Mpa，使机器显得十分笨重；而且当冷凝温度35℃时就已超过了它的临界温度（℃）,使乙烷蒸气无法液化，循环的经济性大大恶化。到目前为止，还难以找到一种制冷剂，它既满足冷凝压力不太高、又满足蒸发压力不太低的要求。18:557weisean制冷剂蒸发温度过低：1、易导致压缩机和系统低压部分在高真空下运行，增加空气渗入的可能性。2、将导致压缩机吸气比容增大，输气系数减小，需要采用更大尺寸的压缩机。如R13的凝固温度为-181℃，且在低温条件下，饱和蒸汽压力仍然较高。但临界温度低，为28.8℃，不能用环境介质（水、空气）来完成冷凝过程18:558weisean1.双级压缩制冷的局限性：1.双级压缩制冷的制冷温度受制冷剂凝固点的限制不能太低。2.双级压缩制冷受蒸发压力过低的限制。3.双级压缩受循环压力比的限制。18:559weisean2.解决方法：采用低温制冷剂。注意:低温制冷剂常常在常温下无法冷凝成液体!采用低温制冷剂的制冷装置，虽然能够制取很低的温度，但不能单独工作，需要有另一台制冷装置与之联合运行，为低温制冷剂循环的冷凝过程提供冷源，降低冷凝温度和压力。即为复叠式制冷。18:5510weisean1)凝固点2)压力比3)蒸发压力过低到目前为止，还难以找到一种制冷剂，它既满足冷凝压力不太高、又满足蒸发压力不太低的要求。1、原因:18:5511weisean复叠式蒸气压缩制冷循环是由两个或两个以上的单级（也可以是多级）制冷循环组成，而且在两个制冷系统中充加不同性质的制冷剂。它既能满足在较低蒸发温度时有合适的蒸发压力，又能满足在环境温度条件下冷凝时具有适中的冷凝压力。定义:2、工作原理18:5512weisean图1示出由两个单级压缩系统组成的最简单的复叠式制冷循环系统原理图。循环工作过程可从图中清楚地看出。图2示出了这一循环的压－焓图。图中1－2－3－4－5－1为低温部分循环。6－7－8－9－10－6为高温部分循环。冷凝蒸发器中的传热温差一般取5~10℃。D冷凝蒸发器18:5514weisean实际复叠机压力控制阀电磁阀:1.作用：自动接通或切断制冷系统的供液管路，广泛用于如冷藏箱、空调器等所匹配的氟利昂制冷机中。2.位置：冷凝器与蒸发器间的管路上装有，可控制液体管路的启闭。18:5516weisean18:5517weisean压缩机冷凝蒸发器回热器节流阀蒸发器膨胀容器低温系统制冷剂R13/R23常温下低温制冷剂的饱和压力非常高，所以机组一停，需要提供一个额外膨胀空间，让低温制冷剂有地方排泄，但当机组一运行，这部分制冷剂必须参与循环，这就设计了一个膨胀容器和电磁阀来进行控制复叠式制冷机的启动问题一般先启动高温部分，后启动低温部分复叠式与多级循环的比较体积小紧凑，工作压力范围适中，运行稳定，复杂3、特点组成18:5518weisean复叠式制冷机通常由两个单独的制冷系统组成，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。高温部分系统中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）。高温部分的制冷量基本等于低温部分的冷凝热负荷。4、热力计算18:5519weisean复叠式制冷循环中中间温度的确定应根据制冷系数最大或各个压缩机压力比大致相等的原则。前者对能量利用最经济，后者对压缩机气缸工作容积的利用率较高（即输气系数较大）。由于中间温度在一定范围内变动时对制泠系数影响并不大，故按各级压力比大致相等的原则来确定中间温度更为合理。18:5520weisean冷凝蒸发器传热温差的大小不仅影响到传热面积和冷量损耗，一般5~10℃而且也影响到整个制冷机的容量和经济性，温差选得大，冷凝蒸发器的面积可小些，但却使压力比增加，循环经济性降低。制冷剂的温度越低，传热温差引起的不可逆损失越大，故蒸发器的传热温差因蒸发温度很低而应取较小值，最好不大于5℃。18:5521weisean当需要获取-60℃以下的低温时，采用中温制冷剂与低温制冷剂复叠的制冷循环。两级复叠制取-60℃～-80℃的低温，三级复叠制取-80℃～-120℃的低温。用作高温级的中温制冷剂有：R717、R22、R502、R134a、R407c、R410A等；用于低温级的低温制冷剂有：R13、R14、R23、C2H6、C2H4等。18:5522weisean三个单级压缩循环组成的复叠式制冷机循环中温高温低温中温R23高温R22或R507低温R50、R1150或R170制冷剂最低蒸发温度可达－120℃～－140℃18:5523weisean最低蒸发温度制冷剂制冷循环型式-80℃R22-R23R22单级或两级压缩—R23单级压缩组合的复叠式循环R507-R23R507单级或两级压缩—R23单级压缩组合的复叠式循环R290-R23R290两级压缩—R23单级压缩组合的复叠式循环-100℃R22-R23R22两级压缩—R23单级或两级压缩组合的复叠式循环R507-R23R507两级压缩—R23单级或两级压缩组合的复叠式循环R22-R1150R22两级压缩—R1150单级压缩组合的复叠式循环R507-R1150R507两级压缩—R1150单级压缩组合的复叠式循环-120℃R22-R1150R22两级压缩—R1150两级压缩组合的复叠式循环R507-R1150R507两级压缩—R1150两级压缩组合的复叠式循环R22-R23-R50R22单级压缩—R23单级压缩—R50单级压缩组合的复叠式循环R507-R23-R50R507单级压缩—R23单级压缩—R50单级压缩组合的复叠式循环18:555、复叠式制冷循环应用中的一些问题1)．停机后低温制冷剂的处理当复叠式制冷机在停止运转后，系统内部温度会逐渐升高到接近环境温度，低温部分的制冷剂就会全部汽化成过热蒸气，这时低温部分的压力将会超出制冷系统允许的最高工作压力这一非常危险的情况。当环境温度为40℃时，低温部分允许的最高绝对压力为1.079MPa。为解决这一问题，大型系统采用高温系统定时开机，以维持低温系统较低压力，但这种方法耗功大；或者将低温制冷剂抽出装入高压钢瓶中。对于小型复叠式制冷装置，通常在低温部分的系统中连接一个膨胀容器，当停机后低温部分的制冷剂蒸气可进入膨胀容器，如系统中不设膨胀容器，则应考虑加大蒸发冷凝器的容积，使其起到膨胀容器的作用，以免系统压力过高。18:5525weisean2).系统的起动由于低温制冷剂的临界温度一般较低，所以复叠式制冷机在起动时，必须先起动高温部分，当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超过允许的最高压力时，才可以起动低温部分。例如：对于使用R22与R13的二元复叠式制冷循环，要先将R22的蒸发温度降至-15℃以下，这时低温系统中R13的最高冷凝温度大约为-l0℃，相应的饱和压力为1.5616MPa（在允许值内）。对于小型复叠式制冷循环，高低温部分可同时起动，但在低温系统上必须装设压力控制阀，以保证系统的安全。18:5526weisean3)．温度范围的调节复叠式制冷循环的制冷温度是可以调节的，但有一定的温度范围。因压力比不能太大，所以吸气压力不能调节得太低，这就决定了它的下限温度不能太低。同时，吸气压力也不能调得太高，因为随着吸气压力的升高，蒸发温度也升高，当蒸发温度高到一定程度时，就失去了复叠式循环的意义。而且随着吸气压力的升高，冷凝压力也升高，一般压缩机的耐压为2MPa。为使压缩机和制冷系统能正常工作，复叠式制冷循环的蒸发温度在调节时一般不高于-50℃，也不应低于-80℃。18:5527weisean6、低温箱复叠式系统的常见故障与排除既有电气又有制冷机械出现故障，全面检查综合分析一般过程可以先“外”后“里”外部因素——冷却水、供电等内部因素——先检查电气系统，后查制冷系统18:5528weisean故障现象原因分析排除方法设备不制冷或降温缓慢排气压力过高吸气压力过低制冷剂量不足（漏）管路脏堵或冰堵蒸发器供液电磁阀损坏膨胀阀流量过大、过小或损坏查漏并补充制冷剂更坏被堵器件或干燥剂更换电磁阀调整或更换膨胀阀制冷系统中有空气冷却水量不足或温度过高冷凝器水管积垢过厚放空气增加供水量清洗冷凝器制冷系统中制冷剂量不足膨胀阀冰堵或损坏过滤器堵塞查漏并补充制冷剂对管路进行干燥或更换膨胀阀更换过滤器6、低温箱复叠式系统的常见故障与排除18:5530weisean补充：自复叠从低于环境温度的空间或物体中吸收热量，并将其转移给环境介质的过程称为制冷。制冷技术是为适应人们对低于环境温度条件的需要而产生和发展起来的。现代制冷技术始于18世纪中叶。1755年爱丁堡的化学教授库仑(WilliamCullen)利用乙醚蒸发使水结冰。他的学生布拉克(Black)从本质上解释了融化和汽化现象，导出了潜热的概念，并发明了冰量热器，标志着现代制冷技术的开始。18:5531weisean此后的200多年时间里，制冷技术得到了飞速的发展,其中利用工质节流后产生制冷效应的焦耳-汤姆逊效应(Joule-Thomsoneffect)是最古老的制冷方法之一。在普冷领域，蒸汽压缩式制冷系统就是利用工质的节流制冷效应进行工作的，目前这种制冷方法在普冷领域占据着主导地位；在低温领域，利用气体节流制冷效应的林德-汉普逊(Linde-Hampson)循环也获得了广泛的应用，是气体液化和低温制