摘要：传统蒸汽压缩式制冷系统的制冷效率较低，而带膨胀机制冷循环的效率更高。通过热力学分析和实验对比，表明采用带膨胀机的制冷循环的COP随膨胀机的效率增大而增大，并且采用不同材料制冷剂的制冷系统关于膨胀机的效率的变化率也不尽相同，通过合理搭配膨胀机和制冷剂材料，会较大的提高制冷系统的COP，提高节能性。
关键词：膨胀机；节能性分析
1引言
节流过程是传统蒸气压缩式制冷系统的主要损失之一。采用节流元件时，来自冷凝器的制冷剂通过节流元件时，动能增加，压力下降，并产生不可逆的扰动和摩擦，使增加的动能转变为热能，被制冷剂吸收，使绝热节流后流体的熵增加，在蒸发器中的做功能力下降。采用膨胀机替换节流阀，有两个优点：一是可以降低蒸发器入口的焓值，从而增加系统单位制冷量；二是可以回收部分膨胀功。这样就可以提高系统COP，同时有可能减小系统尺寸和重量。
2带膨胀机的制冷循环分析
图2两种制冷循环温熵图
基本的蒸气压缩制冷循环如图1中1-2-3-4h-1所示，如果用膨胀机替换节流阀，则循环过程如图1中1-2-3-4e-1所示。可以看出，与普通膨胀阀系统对比，用膨胀机替换节流阀有两点优势：
（1）蒸发器入口的焓值降低了，因此增加了单位制冷量Δqe：
蒸发温度为5℃、冷凝温度为45℃时，几种常规制冷剂带膨胀机循环的制冷COP 和单位制冷量qeva随膨胀机效率的变化规律图
图5空调系统每年节省的总能量
3.分析与讨论
由（10）可以看出带膨胀机的制冷循环效率大于采用节流阀的制冷循环，且带膨胀机的制冷循环效率随制冷机效率增大而增大。
图3、图4，随着膨胀机效率的升高，系统COP和单位制冷量都逐渐增加。对于CO2系统无论是系统COP还是节能率，提高幅度最大。其次为R407c，R1234yf，R410A提高程度相接近；R22、R134a和R32提高程度相接近，R717提高程度最小。比如在膨胀机效率达到50%时，R744、R407c、R410A、R1234yf、R134a、R32、R22、R717各种制冷系统COP提高率依次为23.9%、14.9%、11.7%、11%、9.3%、8.7%、8.6%、4%，节能率依次为19.3%、13%、10.4%、9.9%、8.5%、8%、7.9%、3.9%。
图5表示用膨胀机代替节流阀后，空调系统每年节省的总能量。假设空调系统每年运行2000h，膨胀机的效率为50%，空调系统的制冷量为100kW，蒸发温度为5°C，冷凝温度为45°C.从图中可以看出，用膨胀机代替节流阀，可使常规制冷系统每年节省能量1.7-6.2MWh，跨临界CO2 系统节省的能量远远高于其他制冷剂，每年可节省17MWh。
结论
在工程中，采用带膨胀机的制冷循环将提高制冷系统的能效比和制冷效率，采用小型高效的膨胀机能减小制冷系统的体积和重量，提高制冷系统的普及性。合理的搭配使用膨胀机的制冷循环和制冷系统，能够有效的提高制冷系统的效率。在生产生活中，能够节约能源，提高制冷系统的普遍性和经济适用性。
论文作者:张雯浩
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/11
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