由于实际采用的蒸气压缩式制冷理论循环有节流损失和过热损失,它的制冷系数小于有传热温差的逆卡诺循环的制冷系数。因此必须采取措施减小节流损失和过热损失,提高制冷系数,这对节省能耗非常必要。一般采用阀前再冷拎和吸气回热两个措施来减少节流损失和采用具有中间冷却的多级压缩来减少过热损失。
一、膨胀阀前液态制冷剂的再冷却
前面曾经提到,制冷剂液体经膨胀阀节流后,使循环的单位制冷量减小,制冷系数降低。而且,对于同一种制冷剂,节流损失的大小主要与节流前后的温差有关,温差越小,节流损失越小。节流前后制冷剂的温差就是冷凝温度与蒸发温度之差。蒸发温度取决于被冷却物体所要求的混度;冷凝温度取决于冷却剂的温度,并受自然条件限制,因此如果能进一步降低节流前液体冷剂的温度,即可减小节流损失。
图1·5所示在冷凝器后面增设再冷却器,使冷却水先经过再冷却器,然后进人冷凝器,这样冷凝后的液态制冷剂可以在冷凝压力下被再冷至状态点3',图1~5中3一3过程就是高压制冷剂在再冷器中的再冷却过程,再冷却所能达到的温度Te,称为再冷温度,冷凝温度与再冷温度之差△t称为再冷度。
从温嫡图中可以看出,由于液态制冷剂的再冷,节流过程由3→4变为3'→4',单位质量制冷剂的制冷量增加△qu(面积a44'6a),而压缩机耗功量并未增加,因此减少了节流损失,从而使制冷系数有所提高。
二、蒸气回热循环为了使膨张阀前液态制冷剂的温度降得更低(即增大再冷度),以便进一步诚少节流损失,同时又能保证压缩机吸人具有一定过热度的蒸气,可以采用蒸气回热循环。
图1-6所示为来自蒸发器的低温气态制冷剂1,在进人压缩前先经过一个热交换器—回热器。在回热器中低温蒸气与来自冷凝器的饱和液态制冷剂3(或再冷液)进行热交换,低温燕气1被定压过热至状态1',而温度较高的液体3被定压再冷却到状态3',回热循环1'→2'→3→3→4’→1→1'中,3→3为液体的再冷却过程,1→1'为低压蒸气的过热过程,过热后的蒸气湿度T,称为过热温度,过热温度与蒸发温度之差△:,b称为过热度。
根据稳定流动连续定理,流经问热器的液态制冷剂的质量流量与制冷循环中工作的制冷剂质量流量相等。因此,在对外无热损失情况下,每千克液态制冷剂放出的热量就等于每千克气念制玲剂吸收的热量。也就是说,单位质量制冷剂再冷所增加的制冷能力△。(面积b4'4bb),等于单位质量气态制冷剂所吸收的热量△y(面积a11aa)。出于有了回热器,虽然单位质量制冷能力有所增加,但是压缩机的耗功量也增加了△。(面积11'221)。因此,回热式蒸气缩制玲循环的理论制冷系数是今提高应具体分析,它与削冷剂的性质和工作温度的上下限有关,例如对制冷剂氟利昂12是有利的,对于制冷剂氨、氟利昂11等则不利,氟利昂22则介于二者之间。此外,蒸气回热循环将提高压缩机的排气温度,所以实际制怜装置是否值得采用,应了细考虑。
从温嫡图看出,对于回热式蒸气压缩式制冷循环,压缩机吸入过热蒸气所多消耗的功量可靠制冷剂的再冷却弥补,但是如果蒸发器与玉缩机之间管路过长,则会引起低乐低温气态制冷剂过热,从而导致压缩机耗功量无谓地增加,这种过热度是有害过热度。为此,张发器与飞缩机之间的管路应用绝热材料保温。