制冷与热泵循环节能技术新认识

    1 前言

    理论上讲,湿蒸气循环可以实现卡诺循环。如图1(a)所示。作为正循环行之有效的是朗肯循环,其对应的逆循环是压缩过热蒸气的蒸气压缩制冷循环,如图1(b)所示。

    实际制冷循环的制冷系数与同工作温度下的卡诺循环制冷系数之比可称热力学完善度,或有效性系数。

    虽然蒸气压缩制冷循环已偏离了逆向卡诺循环,但理论上如果采用膨胀机代替节流阀,并将包括过热区的变温放热过程变换成当量的定温放热过程,这个循环仍然是可逆循环,只要两个热源温度确定,不同工质循环的效率都相等,与所采用的工质性质无关。这与热力学第二定律和卡诺定理是一致的。

    尽管制冷循环分析已趋于成熟,但随着工质热物性计算机程序的发展,新工质的出现,尤其非共沸混合工质的应用,传统的分析方法常产生某些困惑,有必要重新审视并提出新的分析方法。这些分析仍基于热力学第一定律和第二定律,目标是提高循环效率并保证有较大的制冷量输出。而后者主要是循环的蒸发温度T0和冷凝温度Tk与低温温度Tl和高温温度Th之间的关系,引出了有限时间热力学的分析方法。

    2 对蒸气过热的再认识

     蒸气过热有两个含意,一是压缩机的排气过热,只要压缩机吸气温度在饱和线附近,工质压缩终了温度一般都高于冷凝温度。另一是吸气温度已高于其蒸发温度形成的吸气过热。

    对过热蒸气的压缩使压缩终点有较大的排气过热度,使排气温度高于冷凝温度。在同样的蒸发温度和冷凝温度下,不同的工质排气过热度是不同的。将过热区和两相区的温度加权平均,可得出当量冷凝温度TE。

    对定压变比热过程,当量温度TE采用式(3)来计算;对定压定比热过程,当量温度TE采用式(4)来计算;对于有相变、有过热或过冷的分段组合过程,当量温度TE采用式(5)来计算。

    式中 Ti—各换热段的当量温度,K

    1,2—分别表示换热过程的初、终状态

    Ki—各换热段换热量占总换热量的权,%

    某些工质的当量冷凝温度比较高,如R22或R32,若仍以原来的名义冷凝温度为比较基准,可能会产生较大的误差。见表1。表中当量制冷系数当量冷凝温度下计算的制冷系数。

    许多文献分析吸气过热的利与弊是在名义冷凝温度(也包括名义蒸发温度)下进行的,其结论亦有一定误差。过热蒸气和饱和蒸气的放热系数并不相同,实际的换热器分析最好分段进行。

    3 对回热循环的再认识

    回热循环采用一回热器,联合液体过冷和吸气过热以改善循环效率,并可避免液击。