油空气调节用制冷技术4讲述.ppt

第四节 跨临界制冷循环 主讲人：张姝 建筑环境与设备工程教研室 第四节 跨临界制冷循环 一、基本概念 亚临界循环：对于高温与中温制冷剂，在普通制冷范围内，制冷循环的冷凝压力远低于制冷剂的临界压力，称之为亚临界循环。(为目前制冷、空调领域广泛应用的循环形式) 跨临界循环：一些低温制冷剂在普通制冷范围内，利用冷却水或室外空气作为冷却介质时，压缩机的排气压力位于临界压力之上，而蒸发压力位于临界压力之下，此类循环称之为跨临界循环。 第四节 跨临界制冷循环 二、CO2作为制冷剂的发展史 在1930年以前，采用CO2(R744)制冷剂的跨临界制冷循环在船用及民用制冷领域曾作出过重要的贡献；其主要缺陷在于压缩机的工作压力很高、材料耗费严重、安全性较差。 1931年，以R12为代表的氟里昂制冷剂一经开发，以其无毒、不燃、不爆炸、无刺激性、适中的压力及较高的制冷效率等优点，很快取代了CO2(R744)在安全制冷剂方面的地位； 1990年代以后，由于氟利昂对环境的破坏作用，开始积极寻找无污染的替代制冷剂， CO2被人为是最具潜力的长期替代物。 三、CO2跨临界制冷循环 1、CO2跨临界循环的循环原理及压焓图如下图所示。 循环原理 压焓图 第四节 跨临界制冷循环 第四节 跨临界制冷循环 2、CO2跨临界制冷循环与常规亚临界循环的异同 与亚临界循环相同，蒸发温度亦低于临界温度， 吸热过程在亚临界条件下进行，主要依靠液体气化来完成； 压缩机排气压力却高于临界压力，制冷剂蒸气在超临界区定压 放热，与常规亚临界状态下的冷凝过程不同，换热过程依靠显热 交换来完成。此时高压端热交换器不再称为冷凝器，而称之为气 体冷却器； 跨临界制冷循环的热力计算与常规亚临界制冷循环完全相同。 目前制冷、空调、热泵热水器等设备若采用CO2为制冷剂，基本上都采用跨临界制冷循环方式。 第四节 跨临界制冷循环 3、最优高压侧压力P2opt 在跨临界循环中，温度和压力共同影响气体冷却器出口制冷剂的焓值。 当蒸发温度T0、气体冷却器出口温度T3保持恒定时，循环的制冷系数 随高压侧压力P2的升高，单位质量耗功量呈直线规律上升，而单位质量制冷量上升幅度却有逐渐减小的趋势，二者综合作用使得制冷系数先升高再降低，对应于最大制冷系数 的高压侧压力被称为最优高压侧压力P2opt 。 当不考虑吸气过热度时， P2opt (单位：100kPa)可以采用经验公式计算： 第四节 跨临界制冷循环 四、CO2跨临界循环的改善 1、蒸气回热循环 Co2跨临界制冷循环采用回热循环是减少节流损失、提高性能系数的有效途径之一。 原理图 压焓图 第四节 跨临界制冷循环 2、双级压缩回热循环 在回热循环的基础上，采用双级压缩有利于降低压缩机的排气温度并提高系统的性能，同时有利于压缩机的安全运行。 压焓图 原理图 第四节 跨临界制冷循环 3、用膨胀机回收膨胀功 文献分析表明，单级压缩带膨胀机的CO2 跨临界循环的制冷系数可超过相同工作条件下R22和R134a的简单循环。 原理图 第四节 跨临界制冷循环 4、CO2四种循环制冷系数比较 如果膨胀剂的效率为0.65，压缩机的绝热效率为0.9，在其他参数完全相同的条件下，分别采用上述四种循环形式： （1）简单单级压缩循环 （2）单级压缩回热循环 （3）双级压缩回热循环 （4）用膨胀机的单级压缩循环 由此可见，采用蒸气回热、双级压缩以及用膨胀机回收膨胀功均能有效地改善CO2跨临界制冷循环的性能，特别是采用带膨胀机的双级压缩蒸气回热循环，系统性能将得到明显改善。 第五节 蒸气压缩式制冷的实际循环 一、蒸气压缩式制冷实际循环的特点（与理论循环相比） 在压缩机中，气体内部和气体与气缸壁之间存在摩擦，并且气体与外部有热交换； 压缩机进、排气阀存在节流损失； 制冷剂流经管道、冷凝器和蒸发器等设备时，制冷剂与管壁或器壁之间的摩擦，以及与外部的热交换； 第五节 蒸气压缩式制冷的实际循环 二、实际循环过程分析 如下图所示：过程线1→2→3→4→1所组成的循环表示蒸发压力为P0，冷凝压力为Pk的蒸气压缩式理论循环。 过程线1’ →1” →a→b→c’ →c→d→2’ →3’ →4’ →1’表示蒸发器入口压力仍为P0、冷凝器出口压力仍为Pk、并考虑再冷与过热的蒸气压缩式实际循环。 第五节 蒸气压缩式制冷的实际循环 1、过程线1’→1’’:来自蒸发器的低压制冷剂蒸气，经管道流至压缩机，由于沿途存在摩擦阻力、局部阻力以及吸收外界的热量，制冷剂压力稍有降低，温度有所升高。 2、过程线1” →a：低压气态