125 蒸气压缩式制冷热泵-劳仑兹循环

125 蒸气压缩式制冷热泵-劳仑兹循环

     ●背景

    当冷凝器的载热介质进出温差和蒸发器的载冷介质进出温差较大时(如冷水流经冷凝器直接被加热到设定温度的一次加热型或速热型热泵热水机、以及空气为介质的热泵干燥机、食品速冻机等),则蒸气压缩式制冷热泵工质在冷凝器中的温度变化应与载热介质温度变化相匹配,工质在蒸发器中的温度变化应与载冷介质的温度变化相匹配(以便装置具有较高的制冷系数或制热系数),如下图所示(图中高温热汇即指载热介质,低温热源即指载冷介质)。

       ●劳仑兹循环

       工质在冷凝器中变温放热、工质在蒸发器中变温吸热的理想循环是劳仑兹循环(具有和卡诺循环相同的当量制冷系数或制热系数),如下图。

       ●理论循环

       实际制冷热泵工质循环时,由于工质物性的限制,其循环会偏离劳仑兹循环,当压缩过程等熵、节流过程等焓、工质出蒸发器无过热、工质出冷凝器无过冷时的理论循环如下图所示(劳仑兹循环的更详细资料请参见陈东和谢继红编著的《热泵技术及其应用》第5456)。

       ●实现方式

       以一次加热型(速热型)热泵热水机为例,实现工质与载热介质或载冷介质温度匹配的途径通常有三个:

       ●采用变温相变工质,如非共沸混合工质(NARM)。此时装置流程及循环图如下。

       ●采用跨临界循环工质。如采用二氧化碳为工质的跨临界循环时,装置流程及循环如下图所示。

       ●采用多机组串联方式。如下图所示。

       图中的每个机组均为常规的定温相变工质机组,但自左至右机组的工作温度逐渐升高,也可实现工质温度与热水温度的较好匹配(具体实现方式的详细内容请参见《热泵技术手册》第1版或第2版上“热泵热水装置设计”一章)。

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