蒸气压缩式制冷循环的改善

蒸气压缩式制冷理论循环存在着温差损失、节流损失和过热损失,使其制冷性能系数远小于理想制冷循环。减少上述损失的措施有:1)增加膨胀阀前液态制冷剂的过冷度,2)采用膨胀机替代膨胀阀,3)采用闪发蒸气分离器(节能器)。[1]

(1)回热制冷循环

为了使膨胀阀前液体的过冷度增加,进一步减少节流损失,同时又保证压缩机吸气有一定过热度(保证干压缩),可在制冷系统中增设一个回热器。回热器的作用是使膨胀阀前的制冷剂液体与压缩机吸人前的制冷剂蒸气进行热交换,将液体由3’再冷到3,吸人蒸气由1’过热到1,该过程称为回热。

回热制冷循环工作流程

图1 回热制冷循环工作流程

回热循环p-h图

图2 回热循环p-h图

回热循环(12341)与理论循环(1’2’3’4’1’)相比,由于膨胀阀前液体过冷增加了制冷量(h3’ – h3),但压缩机吸气过热又增加了压缩机耗功量(h2 – h1) - (h2’ – h1’),因此,回热循环的制冷性能系数是否提高视情况而定。

(2)带膨胀机的制冷循环

过去人们认为采用液体膨胀机得不偿丧,因此采用膨胀阀代替膨胀机造成了节流损失。但随着科技发展,液体(实际上是气液两相流)膨胀机已在实际产品上得到了采用。带两相流动膨胀机的过程近似为等熵膨胀过程(3→4’)取代膨胀阀的等焓过程(3→4)后,不但提高了制冷循环的制冷性能系数,而且膨胀机还能对外做功,既可以发电,也可以驱动辅助设备,如水泵等。从20世纪90年代开始,市场上已有相关产品出售,如带膨胀机的高能效离心式冷水机组,其名义工况性能系数COP可达到7.04,较常规机组提高了25~40%。

带膨胀机的制冷循环

图3 带膨胀机的制冷循环
(a) 工作流程,(b)p-h图

(3)带节能器的螺杆压缩式二次吸气制冷循环

由于螺杆式压缩机可以设二次吸气口,因此常在螺杆式压缩机的冷水机组或热泵机组中加入节能器,节能器分为有再冷却及无再冷两种形式,这种带节能器的二次吸气制冷循环,其冷量增加(Δq),功耗减少(Δw),性能系数COP明显提高。

带节能器的二次吸气制冷(螺杆式压缩机)

图4 带节能器的二次吸气制冷(螺杆式压缩机)

(a)工作流程,(b)p-h图

 

参考资料:
[1] 全国勘察设计注册工程师公用设备专业管理委员会秘书处. 全国勘察设计注册公用设备工程师暖通空调专业考试复习教材(第三版)[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2012.