摘 要：本文对普通的双极压缩制冷系统进行改进，提出了一种准三级蒸汽压缩式制冷系统，在普通双极压缩制冷的系统的基础上，在其低压压缩部分增加了由闪蒸器构成的补气系统，通过理论计算可以得出结论，准三级蒸气压缩式制冷系统的制冷量及制冷COP与普通的两级压缩制冷系统相比，得到了明显的提高。

　　关键词 制冷系统 补气系统 准三级 闪蒸器 理论计算

　　Abstract Abstract The objectives of this paper are to improve the double-stage compression system, and build up a new quasi-tertiary vapor-compression refrigeration system. Add a air-compensating system which is composed of flash vessel to low-pressure compression part, and according to the theoritical caculation, it shows that the COP and cooling capacity of the quasi-tertiary vapor-compression refrigeration system are much better than that of the double-stage compression refrigeration system.

　　Key word refrigeration system air-compensating system flash vessel theoretical calculations 1 前言

　　在蒸气压缩式制冷系统中，当要求的温度较低时，例如在- 70 ℃～ - 60 ℃时, 单级压缩往往不能满足需要,因为随着压比的增大,会引起制冷量下降、耗功增加、制冷系数下降、压缩机输气系数减少、经济性降低等问题[1 ] 。在一般情况下,当压力比p k/ p 0≥8～10 时,就不宜用单级压缩循环,可以采用两级压缩或复叠式制冷循环[6 ]。

　　在两级压缩制冷循环中，制冷剂的压缩过程分两个阶段进行,这样可使各级压力比大大减小,由于经过中间冷却,又可使压缩机的耗功减少,可靠性、经济性均有提高[6 ] 。但是，当需要获得较低的温度时，两级压缩制冷系统的COP会降低很多，因此，我们提出一种准三级蒸气压缩式制冷系统，可以使机组的COP得到显著的提高。

　　两级压缩与准三级蒸气压缩式制冷系统的特点比较 2. 1 　两级压缩制冷循环的原理与特点：

　　在蒸发器中产生的低压蒸气,此蒸气首先被低压压缩机吸收并压缩到中间压力,进入中冷器,在其中被液体制冷剂的蒸发冷却到中间压力相对应的饱和温度(或者与中冷器中产生的饱和蒸气在管路中混合冷却后进入高压压缩机) ,然后在进入高压压缩机进一步压缩到冷凝压力, 然后进入冷凝器被冷凝成液体[1 ] 。

　　两级压缩可使各级压力比适中,由于经过中间冷却,又可使压缩机耗功减少,可靠性、经济性均有提高,而且它能获得较低的温度, 但如果蒸发压力过低,由于蒸汽比容的增大和输气系数的降低,会导致低压级压缩机的制冷剂循环量随着蒸发温度的降低而

　　减少,必然导致高压级压缩机的制冷剂循环量也随之减少，制冷量也随之衰减。

　　2.2 准三级蒸汽压缩式制冷系统的循环原理与特点：

在蒸发器产生低温低压蒸气首先被低压压缩机吸入，与从中冷器出来的中温制冷剂混合进入高压压缩机，从高压压缩机排出的高温高压液体进入冷凝器别冷凝成液体，从冷凝器3出来的液体分为两路，一路流经中间冷却器内盘管，在盘管内别盘管外的液体蒸发而得到冷却(过冷);另一路流经节流阀进入中间冷却器，节流后的液体在中间冷却器内蒸发，从中冷器出来的过冷液体进入闪蒸器，在闪蒸器内被蒸发为气态的制冷剂进入低压压缩机完成补气过程，从闪蒸器下端排出的得到充分过冷的高压液态制冷剂，经电子膨胀阀节流降压成为低温低压的液态制冷剂，再进入蒸发器。 准三级蒸汽压缩式制冷系统的优点是：由于两级压缩制冷系统的低压部分增加了一个补气循环，增加了低压压缩部分制冷剂的循环量，从而能增加高压级压缩机的制冷剂的循环量，可以在蒸发温度较低的情况下提高机组的制冷量，同时还能降低压缩机的排气温度，是机组运行可靠性增加。

　　3 补气过程的理论分析

　　准三级压缩蒸气压缩式制冷系统与普通的双级压缩制冷系统最大的区别在于其低压部分增加了补气过程，使其影响因素变得较为复杂，不能单纯的简化为多方压缩过程，其压缩过程分为三个阶段[5]：

　　(1) 补气前的压缩

　　当制冷剂蒸气(状态1)被封入压缩机压缩腔后，压缩过程开始。随着动涡盘的旋转,封闭的压缩腔达到补气口位置,制冷剂蒸气被压缩到2状态，一级压缩过程结束，即

　　图2-1中的的1-2过程，压缩机所做功为：

　　图2-1中的的1-2过程，压缩机所做功为：

[5]

　　(2)中间补气过程

　　对于中间补气过程引入两个基本假定：1)补气过程进行得非常迅速，可认为在瞬间完成;2)认为此过程为绝热的等容混合过程。应用变工质的热力学第一定律，可得下列方程：

相对补气量：[5]

　　依据质量守恒及能量守恒定律可推出出补气过程压缩功为[5]：

　　(3)补气后的压缩：

　　压缩机工作腔与补气口脱离后工作腔内的制冷剂蒸汽依靠基元容积的减小继续压缩，直至与排气腔相连通(状态3’)，而后通过排气口进入冷凝器。此过程压缩机所做的功为：

[5] 相同蒸发温度下，两级压缩与准三级压缩的制冷循环的比较 例如,某冷库要新建一个低温速冻设备,制冷量为50 kw ,冷凝温度为30 ℃,取管路有害过热5 ℃,当蒸发温度分别为- 60 ℃, - 65 ℃, -70 ℃中间冷却器盘管传热温差取3 ℃(其中中间温度的选取根据高低温两级压力比大致相等的原则) ,计算参数从P - h 图上查得，系统的压焓图如图3所示，计算过程[2] [3] [4] [5]如下

循环的单位制冷量为：

　　压压缩机消耗的理论功：

[5]

低压压缩机流量：

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