制冷技術(shù)講義

1、 第一章第一章 制冷技術(shù)基本知識制冷技術(shù)基本知識 1-11-1 概述概述 一、何謂制冷一、何謂制冷 日常生活中常說的“熱”或“冷”是人體對溫度高低感覺的反應(yīng)。在制冷技術(shù)中所說的冷，是指某空間內(nèi)物體的溫度低于周圍環(huán)境介質(zhì)（如水或空氣）溫度而言。因此“制冷”就是使某一空間內(nèi)物體的溫度低于周圍環(huán)境介質(zhì)的溫度，并連續(xù)維持這樣一個溫度的過程。 二、何謂人工制冷二、何謂人工制冷 我們都知道，熱量傳遞終是從高溫物體傳向低溫物體，直至二者溫度相等。熱量決不可能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體，這是自然界的可觀規(guī)律。然而，現(xiàn)代人類的生活與生產(chǎn)經(jīng)常需要某個物體或空間的溫度低于環(huán)境溫度，甚至低得很多。例如，儲藏食品需要

2、把食品冷卻到左右或15左右，甚至更低。而這種低溫要求天然冷卻是達不到的，要實現(xiàn)這一要求必須有另外的補償過程（如消耗一定的功作為補償過程）進行制冷。這種借助于一種專門裝置，消耗一定的外界能量，迫使熱量從溫度較低的被冷卻物體或空間轉(zhuǎn)移到溫度較高的周圍環(huán)境中去，得到人們所需要的各種低溫，稱謂人工制冷人工制冷。而這種裝置就稱謂制冷裝置或制冷機制冷機。 三、人工制冷的方法三、人工制冷的方法 人工制冷的方法主要有相變制冷、氣體絕熱膨脹制冷和半導(dǎo)體制冷三種。 .相變制冷 即利用物質(zhì)相變的吸熱效應(yīng)實現(xiàn)制冷。如冰融化時要吸取 80 kcal/kg 的熔解熱；氨在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下氣化時要吸取327kcal/kg 的氣

3、化潛熱；干冰在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下升華要吸取137kcal/kg 的熱量，其升華溫度為78.9。 .氣體絕熱膨脹制冷：利用氣體通過節(jié)流閥或膨脹機絕熱膨脹時，對外輸出膨脹功，同時溫度降低，達到制冷的目的。 .半導(dǎo)體制冷：珀爾帖效應(yīng)告訴我們：兩種不同金屬組成的閉合電路中接上一個直流電源時，則一個接合點變冷，另一個接合點變熱。但是純金屬的珀爾帖效應(yīng)很弱，且熱量通過導(dǎo)線對冷熱端有相互干擾，而用兩種半導(dǎo)體（型和型）組成的直流閉合電路，則有明顯的珀爾帖效應(yīng)且冷熱端無相互干擾。因此，半導(dǎo)體制冷就是利用半導(dǎo)體的溫差電效應(yīng)實現(xiàn)制冷地。 目前生產(chǎn)實際中廣泛應(yīng)用的制冷方法是：利用液體的氣化實現(xiàn)制冷，這種制冷常稱為蒸氣制冷。

4、它的類型有：蒸汽壓縮式制冷（消耗機械能） 、吸收式制冷（消耗熱能）和蒸汽噴射式制冷（消耗熱能）三種。 四、制冷體系的劃分四、制冷體系的劃分 在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究上，人們通常根據(jù)制冷溫度的不同把人工制冷分為“普冷”和“深冷”兩個體系。一般把制取溫度高于120的稱為“普冷” 、低于120的稱為“深冷” 。由于低溫范圍的不同，制冷系統(tǒng)的組成也不同，因此，根據(jù)食品制冷要求，我們只介紹普通制冷溫度范圍內(nèi)的蒸氣壓縮制冷。 1-21-2 制冷技術(shù)的熱力學(xué)基礎(chǔ)制冷技術(shù)的熱力學(xué)基礎(chǔ) 一、制冷工質(zhì)的熱力狀態(tài)參數(shù)制冷工質(zhì)的熱力狀態(tài)參數(shù)在制冷循環(huán)中，工質(zhì)不斷地進行著熱力狀態(tài)變化。描述工質(zhì)所處熱力狀態(tài)的物理量稱為工質(zhì)的

5、熱力狀態(tài)參數(shù)，簡稱狀態(tài)參數(shù)。一定的狀態(tài)，其狀態(tài)參數(shù)有確定的數(shù)值。工質(zhì)狀態(tài)變化時，初終狀態(tài)參數(shù)之間的差值，僅與初、終狀態(tài)有關(guān)，而與狀態(tài)變化的過程無關(guān)。制冷技術(shù)中常見的狀態(tài)參數(shù)有：溫度、壓力、比容、內(nèi)能、焓與熵等。這些參數(shù)對于進行制冷循環(huán)的分析和熱力計算，都是非常重要的。1 1、溫度：、溫度：溫度是描述熱力系統(tǒng)冷熱狀態(tài)的物理量。制冷工程上常用的溫標(biāo)有：攝氏溫標(biāo)和絕對溫標(biāo)。二者的區(qū)別僅是起點不同而已（t=0時，t=273.16k 它們每度的溫度間隔確是一致的。其關(guān)系可表示為： t=273+t（k）2 2、壓力：、壓力：壓力是單位面積上所承受的垂直作用力，常用符號 p表示。在國際單位制中，壓力單位為帕

6、斯卡（pa） ，實際應(yīng)用時也可用兆帕斯卡（mpa）或巴（bar）表示,1mpa=106pa 而 1bar=105 pa。壓力的標(biāo)記有絕對壓力、表壓力和真空度三種情況。三者之間的關(guān)系是： p=pb+b 或 p=b-pk 作為工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)應(yīng)該是絕對壓力，而不是表壓力或真空度。 3 3、比容：、比容：比容是指單位質(zhì)量工質(zhì)所占有的容積。比容是說明工質(zhì)分子之間密集程度的一個物理量。比容的倒數(shù)為工質(zhì)的密度，即單位容積工質(zhì)所具有的質(zhì)量，用符號 表示。 4 4、內(nèi)能：、內(nèi)能：內(nèi)能是工質(zhì)內(nèi)部所具有的分子動能和分子位能的總和。分子動能包括分子的直線運動動能、旋轉(zhuǎn)運動動能和分子內(nèi)能、振動能三項，其大小與氣體的溫度

7、有關(guān)。而分子位能的大小與分子間的距離有關(guān)，亦即與工質(zhì)的比容有關(guān)。既然氣體的內(nèi)動能決定于氣體的溫度、內(nèi)位能決定于氣體的比容，所以氣體的內(nèi)能是其溫度和比容的函數(shù)。也就是說內(nèi)能是一個狀態(tài)參數(shù)。5 5、焓：、焓：焓是一個復(fù)合的熱力狀態(tài)參數(shù)，表征系統(tǒng)中所有的總能量，它是內(nèi)能與壓力之和。對kg 工質(zhì)而言，可表示為： p （kj/kg）或（kcal/kg）式中 焓或稱比焓（kj/kg 或 kcal/kg） 比容（m3/kg） 內(nèi)能（kj/kg 或 kcal/kg） 絕對壓力（n/m2或 pa） 由于內(nèi)能和壓力位能都是溫度的參數(shù)，所以焓也是狀態(tài)參數(shù)。確切地說，焓是一定質(zhì)量的流體，從某一初始狀態(tài)變?yōu)槿我粺崃顟B(tài)

8、所加入的總熱量。6 6、熵：、熵：熵是一個導(dǎo)出的熱力狀態(tài)參數(shù)，熵的中文意義是熱量被溫度除所得的商，熵的外文原名意義是“轉(zhuǎn)變” ，指熱量可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ某潭?，它表征工質(zhì)狀態(tài)變化時，與外界熱交換的程度。二、熱力學(xué)第二定律與理想制冷循環(huán)熱力學(xué)第二定律與理想制冷循環(huán) 1 1、熱力學(xué)第二定律、熱力學(xué)第二定律在熱量傳遞和熱、功轉(zhuǎn)換時，熱力學(xué)第一定律只能說明它們之間的數(shù)量關(guān)系，確不能揭示熱功轉(zhuǎn)換的條件和方向性。對于能量傳遞和轉(zhuǎn)換過程進行的方向、條件和限度則是由熱力學(xué)第二定律來揭示的，它指出：“熱量能自發(fā)的從高溫物體傳向低溫物體，而不能自發(fā)的從低溫物體傳向高溫物體” 。這正象石頭或水不可能自發(fā)的從低處向高處運動

9、一樣。但這并不是說石頭和水在任何條件下都不可能由低處移向高處，只要外界給它們足夠大的作用力，在這個力的作用下石頭或水就能由低處移向高處，這個外界作用力稱為補償。同樣，不能把熱力學(xué)第二定律的說法理解為：“不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體” 。而是只要有一個補償過程，熱量就能自低溫物體傳到高溫物體。 2 2、循環(huán)與理想制冷循環(huán)、循環(huán)與理想制冷循環(huán) (1)循環(huán)：熱變功的根本途徑是依靠工質(zhì)的膨脹。為了持續(xù)不斷地將熱轉(zhuǎn)換為功,工程上是通過熱機來實現(xiàn)的。但工質(zhì)在熱機汽缸中僅僅完成一個膨脹過程是不可能滿足要求的。為了能重復(fù)地進行膨脹，工質(zhì)在每次膨脹之后必須進行壓縮，以便使其回到初態(tài)。我們把工質(zhì)從初態(tài)出發(fā)，

10、經(jīng)過一系列狀態(tài)變化又回到初態(tài)的封閉過程，稱為“循環(huán)” 。 循環(huán)按其進行方向不同又可分為正循環(huán)和逆循環(huán)。如下圖所示：衡量，循環(huán)熱效率是指工質(zhì)在整個熱力循環(huán)中，對外界所作的凈功 w0 與循環(huán)中外界所加給工質(zhì)的熱量 q1的比值。即： b.逆循環(huán)及性能系數(shù) 膨脹-壓縮循環(huán)按逆時針方向進行的，稱為逆循環(huán)。其循環(huán)的凈功為負值。若用 q1表示工質(zhì)向高溫?zé)嵩捶懦龅臒崃?，?q2表示工質(zhì)從低溫?zé)嵩次盏臒崃?，則有：q2q1q1=q1w0t=q1-q2=1-w0q124q2q2q142w0p3561p3561正循環(huán)逆循環(huán)圖 1-1 壓容圖上的任意循環(huán)w0=q1-q2 或 q1=q2+w0 a.正循環(huán)及熱效率 膨脹

11、-壓縮循環(huán)按瞬時針方向進行的，稱為正循環(huán)。 正循環(huán)的單位質(zhì)量凈功 w0 為正值，若設(shè)高溫?zé)嵩醇咏o工質(zhì)的熱量為q1，工質(zhì)放給低溫?zé)嵩吹臒崃繛?q2，則 w0=q1-q2評價正循環(huán)的好壞，通常用循環(huán)熱效率 t來 上式說明，逆循環(huán)的效果是消耗外界的功，將熱量從低溫物體傳遞給高溫物體。如逆循環(huán)的目的是從低溫物體中吸收熱量，則稱為制冷循環(huán)。如逆循環(huán)的目的是給高溫物體供熱，則稱為熱泵循環(huán)。 逆循環(huán)的好壞通常用性能系數(shù) 來衡量。對于制冷機來說，是指從冷源吸收的熱量 q2與消耗的循環(huán)凈功 w0的比值 1稱為制冷系數(shù)。對于熱泵來說，是指供給熱源的熱量 q1與消耗的循環(huán)凈功 w0的比值2稱為供熱系數(shù)。則有：從上述

12、分析可見，伴隨著低溫?zé)嵩窗岩徊糠譄崃?q2傳送到高溫?zé)嵩粗腥サ耐瑫r, 循環(huán)的凈功 w0也將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃坎⒘飨蚋邷責(zé)嵩?，這就是使熱量從低溫?zé)嵩磦鹘o高溫?zé)嵩此匦璧难a償條件。沒有這個補償條件，熱量是不可能從低溫?zé)嵩磦鹘o高溫?zé)嵩吹摹?（2）理想制冷循環(huán)理想制冷循環(huán)可通過逆卡諾循環(huán)說明。逆卡諾循環(huán)如圖 1-2 所示，它由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成。假設(shè)低溫?zé)嵩吹臏?=q2/ w0w02= q1/ w0=q2+ w0=1+1q0qk432tkt0ts1w0圖 1-2 逆卡諾循環(huán) ts 圖度為 t0，高溫?zé)嵩吹臏囟葹?tk, 則工質(zhì)的溫度在吸熱過程中為 t0，在放熱過程中為 tk, 就是說工質(zhì)在吸熱和放

13、熱過程中是在等溫下進行的，壓縮和膨脹過程是在沒有任何損失情況下進行。其循環(huán)過程為：首先工質(zhì)在 t0下從冷源（即被冷卻物體）吸取熱量 q0，并進行等溫膨脹 4-1，然后通過絕熱壓縮 1-2，使其溫度由 t0升高至環(huán)境介質(zhì)的溫度 tk, 再在 tk下進行等溫壓縮 2-3，并向環(huán)境介質(zhì)（即高溫?zé)嵩矗┓懦鰺崃?qk, 最后再進行絕熱膨脹 3-4，使其溫度由 tk 降至 t0即使工質(zhì)回到初始狀態(tài) 4，從而完成一個循環(huán)。對于逆卡諾循環(huán)來說，由圖 1-2 可知： q0=t0(s1-s4) qk=tk(s2-s3)=tk(s1-s4） w0=qk-q0=tk(s1-s4)-t0(s1-s4)=(tk-t0)(

14、s1-s4)則逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù) k 為： 由上式可見，逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，只取決t0 (s1s4）(tkt0) (s1s4）k=q0w0=tkt0t0于冷源（即被冷卻物體）的溫度 t0和熱源（即環(huán)境介質(zhì)）的溫度 tk；降低 tk，提高 t0，均可提高制冷系數(shù)。此外，由熱力學(xué)第二定律還可以證明：“在給定的冷源和熱源溫度范圍內(nèi)工作的逆循環(huán)，以逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)為最高” 。任何實際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)都小于逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)。總上所述，理想制冷循環(huán)應(yīng)為逆卡諾循環(huán)。而實際上逆卡諾循環(huán)是無法實現(xiàn)的，但它可以用作評價實際制冷循環(huán)完善程度的指標(biāo)。通常將工作于相同溫度間的實際制冷循環(huán)的制

15、冷系數(shù) 與逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù) k之比，稱為該制冷機循環(huán)的熱力完善度，用符號 表示。即： =/k熱力完善度是用來表示制冷機循環(huán)接近逆卡諾循環(huán)循環(huán)的程度。它也是制冷循環(huán)的一個技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，但它與制冷系數(shù)的意義不同，對于工作溫度不同的制冷循環(huán)無法按其制冷系數(shù)的大小來比較循環(huán)的經(jīng)濟性，而只能根據(jù)循環(huán)的熱力完善度的大小來判斷。 1-31-3 制冷劑的相態(tài)變化及其狀態(tài)圖制冷劑的相態(tài)變化及其狀態(tài)圖一、制冷劑的相態(tài)變化一、制冷劑的相態(tài)變化眾所周知，物質(zhì)有三種狀態(tài)，就是固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。物質(zhì)的三種狀態(tài)，在一定的壓力和溫度條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。其轉(zhuǎn)化過程分別稱為： 1.1.汽化汽化 物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程稱

16、為汽化。 汽化有蒸發(fā)和沸騰兩種形式。其中，在液體表面進行的汽化過程叫蒸發(fā)，在液體內(nèi)部產(chǎn)生氣泡的劇烈汽化過程叫沸騰。在一定壓力下，蒸發(fā)在任何溫度下都可進行，而沸騰只有液體被加熱到一定溫度才開始進行。當(dāng)汽液兩相共存并且保持平衡狀態(tài)時稱為飽和狀態(tài)。此時的蒸汽和液體分別叫做飽和蒸汽和飽和液體，處于飽和狀態(tài)的壓力與溫度稱為飽和壓力與飽和溫度。飽和壓力與飽和溫度總是相互對應(yīng)的，即一定的飽和壓力對應(yīng)著一定的飽和溫度，反之亦然。二者之間的對應(yīng)關(guān)系：飽和溫度愈高，飽和壓力也愈高。反之，飽和壓力愈高，飽和溫度也愈高。這是飽和狀態(tài)的一個重要特點。 2.2.冷凝冷凝 物質(zhì)從汽態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程稱為冷凝或叫做液化。汽體

17、的液化溫度與壓力有關(guān)，增大壓力，可使汽體在較高的溫度下液化。液化的基本方法是降低溫度和增加壓力。3.3.升華升華 物質(zhì)由固態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程稱為升華。4.4.凝華凝華 物質(zhì)由氣態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝華。例如空氣中的水蒸汽在膨脹閥上結(jié)霜時發(fā)生的過程。 二、制冷劑的壓二、制冷劑的壓焓圖及熱力性質(zhì)表焓圖及熱力性質(zhì)表制冷劑的熱力狀態(tài)可以用其熱力性質(zhì)表來說明，也可以用壓焓圖來表示。壓焓圖(lgph 圖)是一種以絕對壓力的對數(shù)值 lgp 為縱坐標(biāo)，焓值為橫坐標(biāo)的熱工圖表。采用對數(shù)值 lgp（而不采用 p）為縱坐標(biāo)的目的是為了縮小圖的尺寸，提高低壓區(qū)域的精確度，但在使用時仍然直接從圖上讀出 p 的

18、數(shù)值即可。1.1.壓壓焓圖焓圖(lgp(lgph h 圖圖) )的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)壓焓圖中有兩條比較粗的曲線，左邊一條為飽和液體線(干度=0)，右邊一條為干飽和蒸汽線(干度 =1)，兩線交于一點 k，且將圖分成了三個區(qū)域。其中 k 稱為臨界點，飽和液體線左側(cè)為過冷液體區(qū)，干飽和蒸汽線右側(cè)為過熱蒸汽區(qū)，兩線之間為濕蒸汽區(qū)。壓焓圖中有六種等狀態(tài)參數(shù)線，如圖 13 所示： 等壓線 p：水平細直線。 等焓線 h：豎直細直線。 等溫線 t：點劃線，其在過冷液體區(qū)為豎直線，在濕蒸汽區(qū)為水平線，在過熱蒸汽區(qū)為稍微向右下方彎曲的曲線。圖 13 壓焓圖等熵線 s：為從左到右稍向上彎曲的實線。等比容線 ：在濕蒸汽區(qū)和過

19、熱蒸汽區(qū)中，為從左到右稍向上彎曲的虛線，但比等熵線平坦，液體區(qū)無等比容線，因為不同壓力下的液體容積變化不大。 等干度線 ：只存在于濕蒸汽區(qū)和過熱蒸汽區(qū)域內(nèi)，走向與飽含液體線或干飽和蒸汽線基本一致。壓焓圖上每一點都代表制冷劑的某一狀態(tài)，在溫度、壓力、比容、焓、熵、干度六個狀態(tài)參數(shù)中，只要知道其中任意兩個獨立的狀態(tài)參數(shù)，就可以在圖中確定其狀態(tài)點，從而查出其它幾個狀態(tài)參數(shù)。不同的制冷劑，其壓焓圖(lgph 圖)的形狀也有所不同，常用制冷劑 r717、r12 及 r22 的飽和熱力性質(zhì)表見附表。在工程計算中，根據(jù)需要可以查取制冷劑的飽和熱力性質(zhì)表，根據(jù)一個狀態(tài)參數(shù)，再查取制冷劑的飽和液體或干飽和蒸汽的

20、其它狀態(tài)參數(shù)。 2.2.壓壓焓圖焓圖(lgp(lgph h 圖圖) )的應(yīng)用的應(yīng)用壓焓圖(lgph 圖)是進行制冷循環(huán)分析和計算的重要工具，在進行制冷循環(huán)的熱力分析和計算之前，必須首先確定循環(huán)的工作參數(shù)，以便利用壓焓圖再來確定循環(huán)的各有關(guān)狀態(tài)點的參數(shù)值，如圖 14 所示。器的狀態(tài)。過程 l2 為制冷劑在壓縮機中絕熱壓縮過程。絕熱過程點 1：為制冷劑蒸汽進入壓縮機的狀態(tài)。如不考慮管路的冷量損失，則壓縮機的吸汽溫度 t1即為制冷劑出蒸發(fā)器時的溫度 t0，即 t1t0，在理想情況下，進壓縮機的制冷劑蒸汽為飽和狀態(tài)。如已知蒸發(fā)溫度 t0，便能知道制冷劑蒸發(fā)壓力p0，這樣便能根據(jù) p0c 的等壓線和干飽

21、和蒸汽線的交點得出點 1。點 2：為制冷劑出壓縮機的狀態(tài)，也是進冷凝5tktgt01432hlgp圖 14中熵不變，即 s1s2，該過程沿點 1 的等墑線進行，它與 pk=c 的等壓線的交點即為點 2。點 5：為制冷劑在冷凝器中凝結(jié)成飽和液體的狀態(tài)。它可由 pk=c的等壓線與飽和液體線相交得到。 點 3：為制冷劑液體過冷后的狀態(tài)。因為制冷劑液體在過冷過程中的等于冷凝壓力 pk，它的溫度低于冷凝溫度，所以 pk=c 的等壓線和 tg=c 的等溫線交點即為點 3。 點 4：為制冷劑出節(jié)流閥(膨脹閥)的狀態(tài)，也是進蒸發(fā)器的初態(tài)。因為節(jié)流前后的焓值不變，而壓力降低至蒸發(fā)壓力 p0，溫度為蒸發(fā)溫度 t0

22、，所以由點 3 作垂線（即等焓線）與 t0=c 的等溫線相交即得點4。 41：為制冷劑在蒸發(fā)器中的汽化吸熱過程。這樣根據(jù)圖上所得的狀態(tài)點，即可查得各狀態(tài)點的熱力參數(shù)值。例例 1 11 1 絕對壓力為 2bar，比容為 0.7m3kg 的氨呈何種狀態(tài)? 解: 所求的狀態(tài)是 1gp 一 h 圖上 p2bar 的水平線和 0.7 m3kg 的等比容線的交點 a(見圖 15)。因為 a 點在過熱區(qū)內(nèi)，所以這時氨的狀態(tài)是過熱蒸汽，該狀態(tài)點的溫度為 20，焓值約為 1470 kjkg。例例 1 12 2 絕對壓力為 10bar，溫度為 20的氟利昂22 呈何種狀態(tài)? 解: 所求狀態(tài)可由 10bar 的等壓

23、線和 20等溫線的交點 b 來表示(見圖 16)。因為 b 點在過冷區(qū)內(nèi)，所以這時氟利昂22 的狀態(tài)為過冷液體，其焓值為 224.08 kjkg。例例 1 13 3 氟利昂22 壓縮機吸入的汽體為-5的干飽和蒸汽，如將其絕熱壓縮到 pk為 12bar 時，其壓縮終態(tài)的溫度是多少?解: 壓縮機吸入狀態(tài)可由-5等溫線與干飽和蒸汽線的交點 c 來確定(見圖 17)。點 c 的熵值 s=1.76 kjkgk，因其為絕熱壓縮過程，故壓縮過程熵值不變。因此壓縮終點 d 是壓力 pk=12 bar 的等壓線與 s=1.76 kjkgk 的等熵線的交點。由圖上查得此點的溫度td=47即為所求壓縮終態(tài)溫度。cd

24、1470kj/kg20a2.0barhlgp=0.7m3/kgb224.08kj/kg2010barhlgp47s=1.7612bar5hlgp圖 15圖 16圖 17 綜上所述，壓一焓圖不僅可以簡便地確定制冷劑的狀態(tài)參數(shù)，并且能表示出制冷循環(huán)及過程中參數(shù)的變化和能量變化，它可以用線段的長短來表示能量多少。由于制冷劑在蒸發(fā)器和冷凝器中的吸熱和放熱過程都是在定壓下進行，而定壓過程中熱量的變化以及壓縮機在絕熱壓縮過程中所消耗的功都可以用焓差來計算，并且制冷劑在節(jié)流閥前后的焓值又保持不變，所以利用 1gp 一 h 圖來分析制冷循環(huán)及進行熱力計算最為方便。 第二章第二章 制冷劑與載冷劑制冷劑與載冷劑

25、2-12-1 制制 冷冷 劑劑 制冷劑又稱制冷工質(zhì)，它是在制冷系統(tǒng)中不斷循環(huán)并通過其本身的狀態(tài)變化以實現(xiàn)制冷的工作物質(zhì)。制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)吸收被冷卻介質(zhì)（水或空氣等）的熱量而汽化，在冷凝器中將熱量傳遞給周圍空氣或水而冷凝。它的性質(zhì)直接關(guān)系到制冷裝置的制冷效果、經(jīng)濟性、安全性及運行管理。 一、對制冷劑性質(zhì)的要求一、對制冷劑性質(zhì)的要求 .臨界溫度要高，凝固溫度要低。這是對制冷劑性質(zhì)的基本要求。臨界溫度高，便于用一般的冷卻水或空氣進行冷凝；凝固溫度低，以免其在蒸發(fā)溫度下凝固，便于滿足較低溫度的制冷要求。 .在大氣壓力下的蒸發(fā)溫度要低。這是低溫制冷的一個必要條件。 .壓力要適中。蒸發(fā)壓力最好與大氣壓相近

26、并稍高于大氣壓力，以防空氣滲入制冷系統(tǒng)中，從而降低制冷能力。冷凝壓力不宜過高（一般1215 絕對大氣壓） ，以減少制冷設(shè)備承受的壓力，以免壓縮功耗過大并可降低高壓系統(tǒng)滲漏的可能性。 .單位容積制冷量v 要大。這樣在制冷量一定時，可以減少制冷劑的循環(huán)量，縮小壓縮機的尺寸。 .導(dǎo)熱系數(shù)要高，粘度和密度要小。以提高各換熱器的傳熱系數(shù)，降低其在系統(tǒng)中的流動阻力損失。 .絕熱指數(shù)要小。由絕熱過程中參數(shù)間關(guān)系式可知，在初溫和壓縮比相同的情況下，kt2。可見，小可降低排氣溫度。 .具有化學(xué)穩(wěn)定性。不燃燒、不爆炸、高溫下不分解、對金屬不腐蝕、與潤滑油不起化學(xué)反應(yīng)、對人身健康無損無害。 .價格便宜，易于購得。且

27、應(yīng)具有一定的吸水性，以免當(dāng)制冷系統(tǒng)中滲進極少量的水分時，產(chǎn)生“冰塞”而影響正常運行。 二、制冷劑的一般分類二、制冷劑的一般分類 根據(jù)制冷劑常溫下在冷凝器中冷凝時飽和壓力 pk 和正常蒸發(fā)溫度 t0的高低，一般分為三大類： .低壓高溫制冷劑 冷凝壓力 pkkg/cm2（絕對） ，t0 如11（cfcl3） ，其 t023.7。這類制冷劑適用于空調(diào)系統(tǒng)的離心式制冷壓縮機中。通常時，pk3.06kg/cm2 。 .中壓中溫制冷劑 冷凝壓力 pk 20kg/cm2（絕對） ，-60。 如717、12、22 等，這類制冷劑一般用于普通單級壓縮和雙級壓縮的活塞式制冷壓縮機中。 .高壓低溫制冷劑 冷凝壓力

28、pk20kg/cm2（絕對） ，t070。 如13（cf3cl） 、14（cf4） 、二氧化碳、乙烷、乙烯等，這類制冷劑適用于復(fù)迭式制冷裝置的低溫部分或以下的低溫裝置中。 三、常用制冷劑的特性三、常用制冷劑的特性 用于食品工業(yè)和空調(diào)制冷的有十多種。其中被廣泛采用的只有以下幾種： .氨（代號：717） 氨是目前使用最為廣泛的一種中壓中溫制冷劑。氨的凝固溫度為-77.7，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為33.3，在常溫下冷凝壓力一般為1.11.3mpa，即使當(dāng)夏季冷卻水溫高達時也決不可能超過1.5mpa 。氨的單位標(biāo)準(zhǔn)容積制冷量大約為 520kcal/3。 氨有很好的吸水性，即使在低溫下水也不會從氨液中析出而凍結(jié)，

29、故系統(tǒng)內(nèi)不會發(fā)生“冰塞”現(xiàn)象。氨對鋼鐵不起腐蝕作用，但氨液中含有水分后，對銅及銅合金有腐蝕作用，且使蒸發(fā)溫度稍許提高。因此，氨制冷裝置中不能使用銅及銅合金材料，并規(guī)定氨中含水量不應(yīng)超過 0.2。 氨的比重和粘度小，放熱系數(shù)高，價格便宜，易于獲得。但是，氨有較強的毒性和可燃性。若以容積計，當(dāng)空氣中氨的含量達到0.50.6時，人在其中停留半個小時即可中毒，達到 1113時即可點燃，達到 16時遇明火就會爆炸。因此，氨制冷機房必須注意通風(fēng)排氣，并需經(jīng)常排除系統(tǒng)中的空氣及其它不凝性氣體。 總上所述，氨作為制冷劑的優(yōu)點是：易于獲得、價格低廉、壓力適中、單位制冷量大、放熱系數(shù)高、幾乎不溶解于油、流動阻力小

30、，泄漏時易發(fā)現(xiàn)。其缺點是：有刺激性臭味、有毒、可以燃燒和爆炸，對銅及銅合金有腐蝕作用。 .氟利昂12（代號：12） 12 為烷烴的鹵代物，學(xué)名二氟二氯甲烷。它是我國中小型制冷裝置中使用較為廣泛的中壓中溫制冷劑。12 標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為29.8，冷凝壓力一般為 0.780.98mpa，凝固溫度為-155，單位容積標(biāo)準(zhǔn)制冷量約為 288kcal/3。 12 是一種無色、透明、沒有氣味，幾乎無毒性、不燃燒、不爆炸，很安全的制冷劑。只有在空氣中容積濃度超過 80時才會使人窒息。但與明火接觸或溫度達 400以上時，則分解出對人體有害的氣體。 12 能與任意比例的潤滑油互溶且能溶解各種有機物，但其吸水性極弱。

31、因此，在小型氟利昂制冷裝置中不設(shè)分油器，而裝設(shè)干燥器。同時規(guī)定12 中含水量不得大于 0.0025，系統(tǒng)中不能用一般天然橡膠作密封墊片，而應(yīng)采用丁晴橡膠或氯乙醇等人造橡膠。否則，會造成密封墊片的膨脹，從而引起制冷劑的泄漏。 .氟利昂22（代號：） 22 也是烷烴的鹵代物，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度約為 41，凝固溫度約為160，冷凝壓力同氨相似，單位容積標(biāo)準(zhǔn)制冷量約為454kcal/3。 22 的許多性質(zhì)與12 相似，但化學(xué)穩(wěn)定性不如12，毒性也比12 稍大。但是，22 的單位容積制冷量卻比12 大的多，接近于氨。當(dāng)要求4070的低溫時，利用22 比12 適宜，故目前22 被廣泛應(yīng)用于4060的雙級壓縮或空

32、調(diào)制冷系統(tǒng)中。 2-22-2 載載 冷冷 劑劑 載冷劑是用來先接受制冷劑冷量而后去冷卻其它物質(zhì)的媒介物質(zhì)，又稱冷媒。它在間接制冷系統(tǒng)中起著傳遞制冷劑冷量的作用。 一、對載冷劑的要求一、對載冷劑的要求 選擇載冷劑時應(yīng)考慮因素有：冰點、比熱、對金屬腐蝕性和價格等。 .比熱要大 比熱大，載冷量就大，從而可減小載冷劑的循環(huán)量。 .粘度低、導(dǎo)熱系數(shù)高 。 .凝固點低且要適宜，因凝固點過低將導(dǎo)致比熱減小、粘度增大。 .無臭、無毒、使用安全，且對金屬的腐蝕性要小。 .價格低廉，易于購得。 二、常用載冷劑及性質(zhì)二、常用載冷劑及性質(zhì) 載冷劑的種類較多，可以是氣體、液體或固體。常用載冷劑有空氣、水和鹽水溶液。 .

33、空氣和水 空氣或水是最廉價、最易獲得的載冷劑。都具有密度小、安全無害、對設(shè)備幾乎無腐蝕性等優(yōu)點。但空氣的比熱小，所以只有利用空氣直接冷卻時才采用空氣作載冷劑。水雖有比熱大的優(yōu)點，但水的冰點高，所以水僅能用作制出以上的載冷劑。以下應(yīng)采用鹽水作載冷劑。 .鹽水溶液 鹽水是最常用的載冷劑，由鹽溶于水制成。常用的鹽水主要有氯化鈉水溶液和氯化鈣水溶液。 鹽水的性質(zhì)于溶液中含鹽量的多少有關(guān)。特別需要指出，鹽水的凝固點取決于鹽水的濃度。圖 2-1 中的曲線表示鹽水溶液的凝固點與濃度的關(guān)系。 圖中曲線（實線）為氯化鈉 0鹽水的凝固曲線，曲線（虛線） -10為氯化鈣鹽水的凝固曲線。由這兩 -20條曲線可知 ,無

34、論哪一種鹽水，當(dāng) -30鹽水的濃度小于某一定值時，其凝 -40固溫度隨濃度的增加而降低，而當(dāng) -50濃度大于這一定值以后，凝固溫度 -60隨濃度的增加反而升高。該臨界點 0 10 20 30 40 50對應(yīng)濃度稱共晶濃度。該點相當(dāng)于 圖 2-1 鹽水的凝固點與濃度的關(guān)系全部鹽水溶液凍結(jié)成一塊冰鹽結(jié)晶體，它是最低的凝固點。 在共晶點的左側(cè)，如果鹽水的濃度不變，而溫度降低，當(dāng)?shù)陀谠摑舛人鶎?yīng)的凝固點時，則有冰從鹽水中析出，所以共晶點左面的曲線稱為析冰線。當(dāng)鹽水的濃度超過共晶濃度時（即在共晶點的右面） ，如果鹽水的濃度不變，而當(dāng)溫度降低到該濃度所對應(yīng)的凝固點以下時，從溶液中析出的不再是冰而是結(jié)晶鹽，

35、因此共晶點右面的曲線稱為析鹽線。 不同的鹽水溶液其共晶點是不同的，如氯化鈉鹽水的共晶溫度為21.2，共晶濃度為 22.4；而氯化鈣鹽水的共晶溫度為55，共晶濃度為 29.9。 鹽水雖具有原料充沛、成本低、凝固點可調(diào)等優(yōu)點，但由于鹽水的濃度對鹽水溶液的性質(zhì)具有很大影響，故鹽水作為載冷劑時應(yīng)注意以下問題： （）要合理地選擇鹽水的濃度。鹽水的濃度增高，雖可降低凝固點，但使鹽水密度加大、比熱減小。而鹽水密度加大與比熱減小，都會使輸液泵的功率消耗增大。因此，不應(yīng)選擇過高的鹽水濃度，而應(yīng)根據(jù)使鹽水的凝固點低于載冷劑系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的最低溫度為原則來選擇鹽水的濃度。目前一般在選擇鹽水濃度時，使其凝固溫度比制冷

36、劑的蒸發(fā)溫度低為宜。 （）注意鹽水對設(shè)備及管道的腐蝕問題。鹽水對金屬的腐蝕隨溶液中含氧量的減少而變慢。為此，最好采用閉式鹽水系統(tǒng)，以減少鹽水與空氣接觸機會，從而降低對設(shè)備及管道的腐蝕。此外，鹽水的含氧量隨鹽水濃度的降低而增高。因而，從含氧量與腐蝕性來要求，鹽水濃度不可太低。另外，為了減輕鹽水的腐蝕性，還應(yīng)在鹽水中加入一定量的防腐劑并使其具有合適的酸堿性。一般3氯化鈉水溶液中應(yīng)加 3.2kg 重鉻酸鈉和 0.88kg 氫氧化鈉；3氯化鈣水溶液中應(yīng)加 1.6kg 重鉻酸鈉和 0.44kg 氫氧化鈉。加入防腐劑后，必須使鹽水呈弱堿性（p=7.58.5） ，這可通過氫氧化鈉的加入量進行調(diào)整。添加防腐劑

37、時應(yīng)特別小心并注意毒性。 （）鹽水載冷劑在使用過程中，會因吸收空氣中的水分而使其濃度降低。為了防止鹽水的濃度降低，引起凝固點溫度升高，必須定期檢測鹽水的比重。若濃度降低，應(yīng)適當(dāng)補充鹽量，以保持在適當(dāng)?shù)臐舛取?2-32-3 潤潤 滑滑 油油 一、潤滑油的作用一、潤滑油的作用 潤滑油在制冷工程上通常稱為冷凍機油，它在制冷壓縮機的運行中起著重要作用。主要有如下幾方面： 1.起潤滑作用：減小機器運動部件的摩擦和磨損，延長使用壽命。 2.降低溫度 冷凍機油在制冷壓縮機內(nèi)不斷循環(huán)，能夠帶走制冷壓縮機工作過程中產(chǎn)生的許多熱量，使機器保持較低的溫度，從而提高制冷壓縮機的效率和使用可靠性。 3.起密封作用 冷凍

38、機油在軸封及汽缸與活塞間起密封作用，防止制冷劑泄漏。4.提供卸載機構(gòu)的動力 帶有卸載裝置的制冷壓縮機中，利用冷凍機油的油壓作為卸載機構(gòu)的動力。 二、潤滑油的性能指標(biāo)及選用二、潤滑油的性能指標(biāo)及選用 (一) 潤滑油的性能指標(biāo) 1.粘度 粘度是潤滑油的一個主要性能指標(biāo)，不同制冷劑對粘度有不同要求，如 r12 與潤滑油能相互溶解，會使?jié)櫥驼扯冉档?，故?yīng)選用粘度較高的潤滑油。壓縮機中潤滑油的粘度過大和過小都不好。粘度過大會使壓縮機摩擦功率和摩擦發(fā)熱量增加，啟動力矩增大，機器效率降低;粘度過小，則因不能建立起所需油膜而加速軸承等處的磨損。因此粘度必須適中。潤滑油的粘度隨溫度變化而有很大變化(例如溫度由

39、 50升高到100時，礦物油的粘度值降低到原來值的1/31/6)。故應(yīng)選用溫度對粘度影響小的潤滑油。2.濁點 潤滑油的濁點是表示當(dāng)溫度降低到某一數(shù)值時，潤滑油中開始析出石蠟(即潤滑油變得混濁)時的溫度。制冷壓縮機中所使用的潤滑油，其濁點應(yīng)低于制冷劑的蒸發(fā)溫度。特別在氟系統(tǒng)中，一部分潤滑油溶解于制冷劑中而隨制冷劑流到制冷系統(tǒng)各處，若油中有石蠟析出，它會積存在節(jié)流閥處引起堵塞，或積存在蒸發(fā)器的傳熱表面，減弱傳熱效果。3.凝固點 潤滑油在試驗條件下，冷卻到停止流動的溫度，稱為凝固點。用于制冷機的潤滑油，凝固點應(yīng)越低越好。一般凝固點應(yīng)低于-40。當(dāng)潤滑油與制冷劑互相溶解時，凝固點將會降低。4.閃點 潤

40、滑油(在開口盛油器內(nèi))加熱到它的蒸汽與火焰接觸時，發(fā)生閃火的最低溫度稱為閃點。制冷壓縮機所用的潤滑油其閃點應(yīng)比排汽溫度高 2535，以免引起潤滑油的燃燒與結(jié)焦。通常對氨、r12 和 r22 用的潤滑油，其閃點應(yīng)在 160170以上。 5.學(xué)穩(wěn)定性及抗氧化性 潤滑油應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化，否則在高溫或金屬的催化作用下，與制冷劑等接觸反應(yīng)，會生成焦炭、酸性物等有害物質(zhì)。 6.含水量與機械雜質(zhì) 潤滑油中不應(yīng)含有水分，因為水分不但會使蒸發(fā)壓力下降，蒸發(fā)溫度升高，而且會加劇油的化學(xué)變化及腐蝕金屬的作用。水分在氟利昂壓縮機中還會引起“鍍鋼現(xiàn)象” ，使銅零件與氟利昂發(fā)生作用而分解出銅，并積聚在軸承、

41、閥門等零件的鋼質(zhì)表面上。結(jié)果使這些表的厚度增加，破壞了軸承的間隙，使機器運轉(zhuǎn)不良。這種現(xiàn)象出現(xiàn)在封閉式和半封閉式壓縮機中較多。 一般新油中不含有水分和機械雜質(zhì)，因為用于制冷機的潤滑油，在生產(chǎn)過程中都經(jīng)過了嚴(yán)格的脫水處理。但脫水潤滑油具有很強的吸濕性，所以在儲運、加油時，應(yīng)盡量避免和空氣接觸。 用汽油或苯將潤滑油溶解稀釋，并用濾紙過濾后所殘存的物質(zhì)稱為潤滑油的機械雜質(zhì)。潤滑油中的機械雜質(zhì)會加速零件的磨損和油的絕緣性能的降低、堵塞潤滑油通道，所以雜質(zhì)也是越少越好，一般規(guī)定不超過 0.01。 7.擊穿電壓 擊穿電壓是一個表示潤滑油絕緣性能的指標(biāo)，純潤滑油絕緣性能很好，但當(dāng)其含有水分、纖維、灰塵等雜質(zhì)

42、時，絕緣性能就會降低。 半封閉式和全封閉式壓縮機,一般要求潤滑油的擊穿電壓在 25kv以上。因為潤滑油直接和電機繞組接觸。 （二）國產(chǎn)冷凍機油的規(guī)格及選用（二）國產(chǎn)冷凍機油的規(guī)格及選用我國目前冷凍機油規(guī)格是按照石油化工總公司頒布的zbe3400386的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的，本標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，按 40時運動粘度中心值分為 n15、n22、n32、n46 和 n68 五個粘度等級，都可用于以氨為制冷劑的冷凍機。其主要性能指標(biāo)如表 21 所示。但是以前頒布的冷凍機油規(guī)格是按 50時的運動粘度值而分為 13、18、25 和 30四個牌號。選用時可參考冷凍機油新舊粘度等級對照表。實踐中，一般 r12 壓縮機選用 n3

43、2(18 號)，r22 壓縮機選用n46(25 號)，氨壓縮機選用 n22（13 號）或 n46(25 號)。 表 21 國產(chǎn)冷凍機油的規(guī)格及主要性能指標(biāo) 項 目 質(zhì) 量 指 標(biāo)粘 度 等 級n15n22n32n46n68運動粘度(mm2/s)13.5-16.519.8-24.228.8-35.241.4-50.661.2-74.8閃點(),不低于150160160170180凝點(),不高于4035酸值(mgkoh/g)不大于0.020.030.05氧化后酸值不大于氧化沉淀物不大于0.050.005%0.20.02%0.050.005%0.10.02%水 分無機 械 雜 質(zhì)無 第三章第三章

44、蒸氣壓縮式制冷循環(huán)蒸氣壓縮式制冷循環(huán) 3-13-1 單級壓縮制冷循環(huán)單級壓縮制冷循環(huán) 一、單級壓縮制冷循環(huán)的基本組成一、單級壓縮制冷循環(huán)的基本組成 理論上，最簡單的壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)由：壓縮機、冷凝器、膨脹閥(或毛細管)和蒸發(fā)器四大部件組成。實際上，單級壓縮制冷循環(huán)的組成，除上述四大部件外，還有輔助部件，如圖 31 所示。 水膨脹閥壓縮機放油放空氣水均壓管放油分油器冷凝器貯液器汽液分離器蒸發(fā)器蒸發(fā)器312443121lgph圖 3-1 單級壓縮制冷循環(huán)示意圖 二、單級壓縮制冷機的工作過程二、單級壓縮制冷機的工作過程 來自蒸發(fā)器內(nèi)的低溫低壓蒸氣(狀態(tài))，經(jīng)汽液分離器后，被壓縮機吸入氣缸內(nèi)壓縮成高

45、壓高溫的過熱蒸氣(狀態(tài) 2)。然后，經(jīng)氨油分離器使其中所攜帶的潤滑油分離出來，再進入冷凝器，由于高壓高溫過熱氨氣的溫度高于其環(huán)境介質(zhì)(如冷卻水)的溫度，且其壓力使氨氣能在常溫下冷凝成液體狀態(tài)，因而被凝結(jié)成高壓常溫的氨液(狀態(tài) 3)并流入貯液器。該高壓常溫的氨液通過調(diào)節(jié)站經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓變成了低壓低溫的氨液(狀態(tài) 4)，然后再次進入汽液分離器。從汽液分離器出來的低壓低溫液體，進入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)產(chǎn)生冷效應(yīng)，使庫房內(nèi)的空氣及物料的溫度下降，從而完成一個制冷循環(huán)。然后重復(fù)上述過程。 這里需要說明一點，上述兩次提到了汽液分離器，這說明該部件在制冷循環(huán)中有很重要的作用。那么汽液分離器的作用是什么？這一點我

46、們后面再講。 三、單級壓縮制冷循環(huán)的性能指標(biāo)三、單級壓縮制冷循環(huán)的性能指標(biāo) .單位制冷量 q0 即kg 制冷劑在蒸發(fā)器中所能制取的冷量。 .單位容積制冷量v 指壓縮機吸入每立方米制冷劑蒸氣所能制取冷量。 .單位理論功。 指壓縮機壓縮每公斤制冷劑所消耗的功。 .單位冷凝熱負荷k 指kg 制冷劑蒸氣在冷凝器中放出的熱量。.理論制冷系數(shù) 0即單位制冷量與單位理論功之比。3-23-2 液體過冷及吸汽過熱對循環(huán)的影響液體過冷及吸汽過熱對循環(huán)的影響一、液體過冷一、液體過冷所謂液體過冷，就是指在冷凝壓力下將節(jié)流閥前液態(tài)制冷劑進行再冷卻，使其溫度低于冷凝壓力下的飽和溫度。通常帶有過冷的循環(huán)，稱做過冷循環(huán)。假如

47、能使制冷劑液體經(jīng)節(jié)流閥后產(chǎn)生的閃發(fā)汽體量減少，則循環(huán)的單位制冷量必然增大。而節(jié)流閥后產(chǎn)生的閃發(fā)蒸汽量不僅與制冷劑4q0q03lgptk4312ht0圖 32 過冷循環(huán)21q0lgptk4312ht0圖 33 吸入蒸汽過熱循環(huán)q0的種類有關(guān)，而且與節(jié)流前后的溫度有關(guān)。圖 32 為具有液體過冷循環(huán)的 1gph 圖。由圖可知，將節(jié)流前的液體制冷劑進行過冷，可減少節(jié)流后產(chǎn)生“閃發(fā)汽體”的量即減少節(jié)流損失，從而增大單位制冷量。易求得其增加量為： 。 h3h3，可見過冷循環(huán)增加的制冷量就是過冷液體制冷劑放出的熱量。顯然節(jié)流前的液體制冷劑溫度越低，即過冷度 tg=tk-tg越大，節(jié)流后產(chǎn)生的閃發(fā)蒸汽量就越少

48、，從而使制冷量越大，但單位壓縮功 w0不變，制冷劑的循環(huán)量 g 也不變。綜上所述，對節(jié)流閥前制冷劑進行過冷，可使節(jié)流損失減少，制冷量q0增大，從而使制冷系數(shù)提高。二、吸入蒸汽的過熱二、吸入蒸汽的過熱壓縮機吸入前制冷劑蒸汽的溫度高于吸汽壓力下的飽和溫度時，稱為吸汽過熱。具有吸汽過熱的循環(huán)，稱為過熱循環(huán)。圖 33 為具有蒸汽過熱循環(huán)的 1gph 圖。在此循環(huán)中壓縮機吸入的蒸汽不是點1 的飽和蒸汽，而是點1的過熱蒸汽，則壓縮機的壓縮過程將沿12進行。單位壓縮功則由w0=h2-h1變?yōu)?w0=h2-h1，由于壓縮機吸汽溫度的微少增大，將引起排汽溫度的較大增加，從而使 w0w0，也就是說吸入蒸汽的過熱將

49、引起單位耗功量增加。單位制冷量的增減則要看 11過熱過程中增加的吸熱量 q0是否有效，如果這部分吸熱量 q0是在制冷劑離開蒸發(fā)器后流經(jīng)吸汽管道時，向環(huán)境介質(zhì)吸收的熱量，則稱為“有害過熱” 。 如果這部分吸熱量q0是在蒸發(fā)器內(nèi)向被冷卻介質(zhì)吸收的熱量，則應(yīng)計算在制冷量內(nèi)，稱為“有效過熱” 。顯然，有害過熱的制冷系數(shù)降低，且過熱度越大，制冷系數(shù)降低得越多?？傊?，過熱循環(huán)使進入壓縮機的蒸汽溫度升高，吸汽比容增加，單位容積制冷量減少，使制冷量減少，制冷系數(shù)降低；同時，過熱循環(huán)還會使壓縮機排汽溫度升高，冷凝器的熱負荷 qk增大。盡管如此，實際使用時，大多數(shù)循環(huán)還是希望壓縮機吸汽有適當(dāng)?shù)倪^熱度。因為過熱可以

50、防止液滴帶入汽缸，從而可避免壓縮機產(chǎn)生液擊。通常氨壓縮機一般取 5的過熱度，氟利昂壓縮機的過熱度一般可取大一些。這是因為氨過熱后排汽溫度上升較大，而氟利昂壓縮機因其絕熱指數(shù)k 值較低，排汽溫度也不致于過高。另外，氟利昂制冷系統(tǒng)中需利用制冷劑在蒸發(fā)器中的的過熱度，來調(diào)節(jié)熱力膨脹閥的開啟度，以自動控制制冷劑的供液量。三、回?zé)嵫h(huán)三、回?zé)嵫h(huán)為了減輕吸汽管道的有害過熱以提高制冷循環(huán)的經(jīng)濟性，可以采用回?zé)嵫h(huán)。所謂的回?zé)嵫h(huán)，就是利用一個熱交換器(稱為回?zé)崞?使節(jié)流前的液體制冷劑和來自蒸發(fā)器的低溫蒸汽進行熱交換，使液體過冷蒸汽過熱。這種在使蒸汽過熱的同時使液體過冷的循環(huán)，稱為回?zé)嵫h(huán)。如圖 34 所示

51、。由圖 34 可知，回?zé)嵫h(huán)單位制冷量增大了 。 h3h3，單位壓縮功增大了 w0=(h2-h1)-(h2-h1)。而采用回?zé)嵫h(huán)后制冷系數(shù)是增大還是減少，則很難直接看出來。可通過下式進行分析：回?zé)崞?q0321q0lgptk4312ht0圖 34 回?zé)嵫h(huán)q0冷凝器節(jié)流閥壓縮機000q00000qqh對于無回?zé)嵫h(huán)對于回?zé)嵫h(huán)顯然，回?zé)嵫h(huán)制冷系數(shù)提高的條件是： w0q0-q0w00，即：q0/q0w0/w0 上式表明，只有單位制冷量的相對增加量大于單位壓縮功的相對增大量時，采用回?zé)嵫h(huán)后制冷系數(shù)才能提高。然而，這一條件并非對所有的制冷劑都符合，而對于大多數(shù)制冷劑來說，則不滿足上式條件。根據(jù)

52、計算，在正常情況下的普通制冷溫度范圍內(nèi)，只有r12、r290 和 r502 制冷劑，采用回?zé)嵫h(huán)是有利的；而 r11、r717和 r22 等制冷劑，采用回?zé)嵫h(huán)則是不利的。 但是，根據(jù)制冷系數(shù)是否提高來判斷應(yīng)用回?zé)嵫h(huán)是否有利，這只是問題的一個方面。因為制冷系數(shù)的提高，決不是采用回?zé)嵫h(huán)的唯一目的，事實上應(yīng)用回?zé)嵫h(huán)還有如下優(yōu)點：(1)可以防止低壓蒸汽中夾帶的液滴進入壓縮機中，因而避免發(fā)生液擊；（2)可以提高低壓蒸汽的溫度，減輕或避免在回汽管道中的有害過熱；同時還可以減輕吸入蒸汽與汽缸壁之間的熱交換，使壓縮機的輸汽系數(shù)提高；(3)對于在低壓下工作的壓縮機(多級壓縮制冷循環(huán)的低壓級壓縮機)，可0

53、00000000000000qqqqqh則以改善其潤滑條件。所以是否采用回?zé)嵫h(huán)，需要從許多方面綜合考慮。 在單級壓縮制冷機中，以 r12 為制冷劑的制冷裝置都可采用回?zé)嵫h(huán)。 例例 3 311某單級氨制冷壓縮機，在環(huán)境介質(zhì)溫度 t=30，蒸發(fā)t0=-10且無吸汽過熱設(shè)計工況下，制冷量 q0=200kw。若冷凝器的傳熱溫差取 t=5(但節(jié)流閥前的液體無過冷)，試計算其制冷系數(shù)。若取過冷度 tg=5，再計算其制冷系數(shù)并加以比較。 解：根據(jù)已知條件確定工作溫度 h4=h5=662.67 kj/kg 1=0.4177 m3/kg有關(guān)熱力性能指標(biāo)計算結(jié)果如下有關(guān)熱力性能指標(biāo)計算結(jié)果如下： 1、單位制冷

54、量 q0=h1-h5=1749.72-662.67=1087.05 kj/kg 2、單位理論功 w0=h2-h1=1990-1749.72=240.28 kj/kglgp-10354302h5圖 35 例 31 壓焓圖 蒸發(fā)溫度 t0=-10 冷凝溫度 tk=t+t=35 根據(jù)工況參數(shù)繪出該循環(huán)的 lgph 圖，如圖 35 所示。查氨的熱力性質(zhì)表及圖得各主要點的參數(shù)如下：h0=1749.72 kj/kg h2=1990 kj/kg 3、理論制冷系數(shù) 0=q0/w0=1087.05/240.28=4.524 若取過冷度 tg=5，則 理論制冷系數(shù) 0=q0/w0=1110.71/240.28=4

55、.622 則有：(4.62-4.524)/4.524=2.17，二者比較可見，過冷循環(huán)與飽和循環(huán)相比可以提高制冷系數(shù)。 例例 3 322設(shè)某制冷系統(tǒng)，采用 r22 過熱循環(huán)，其工況為蒸發(fā)溫度t0=-15，吸汽溫度t0=-5，冷凝溫度tk=35。試計算其制冷系數(shù)并與飽和循環(huán)加以比較。 h1=399.17kj/kg h2=438kj/kg h4=h5=242.93kj/kg h1=405.5kj/kg h2=448.5kj/kg 1=82 l/kg則：1、單位制冷量 q0=h1-h5=399.17-242.93=156.24 kj/kg 2、單位理論功 w0=h2-h1=448.5-405.5=4

56、3 kj/kg 3、理論制冷系數(shù) 0=q0/w0=156.24/43=3.6335 21lgp-15354312h5圖 36 例 32 壓焓圖-5 解：根據(jù)題設(shè)已知 蒸發(fā)溫度 t0=-15冷凝溫度 tk= =35吸汽溫度 t1=-5 根據(jù)以上工況參數(shù)繪出該循環(huán)的 lgph 圖，如圖 516 所示。查 r22 的熱力性質(zhì)表及圖得各主要點的參數(shù)如下：而飽和循環(huán)： 1、單位制冷量 q0b=h1-h5=399.17-242.93=156.24 kj/kg 2、單位理論功 w0b=h2-h1=438-399.17=38.83 kj/kg3、理論制冷系數(shù) 0b=q0b/w0b=156.24/38.83=4

57、.0237 二者比較則有：(4.0237-3.6335)/4.0237=9.7，可見過熱循環(huán)使制冷系數(shù)降低。故應(yīng)盡可能減少壓縮機吸入蒸汽的過熱度。 例例 3 333設(shè)某回?zé)嵫h(huán)中蒸發(fā)溫度 t0=-10，冷凝溫度 tk=35，吸氣溫度 t1=10(無有害過熱)，試分別以氨和 r12 為工質(zhì)，確定該回?zé)嵫h(huán)的制冷系數(shù)并與其飽和循環(huán)加以比較。解：根據(jù)給定條件繪出循環(huán)系統(tǒng)及壓焓圖，如圖 37 所示?；?zé)崞?4025圖 37 例 33 循環(huán)系統(tǒng)及壓焓圖521lgptk430h3冷凝器節(jié)流閥壓縮機工質(zhì)h0h1h2h3h40氨1749.7217942061662.67618.394.24r12348.063

58、59.5385233.58221.644.96r12飽和循環(huán)348.06374233.584.41kj/kg按給定工況分別查出下列各有關(guān)參數(shù)值：其中：h4=h3-(h1-h0) 由上表和例 31 計算結(jié)果知，該工況下氨飽和循環(huán)的制冷系數(shù)0=4.524，采用回?zé)嵫h(huán)后制冷系數(shù)降低為 0=4.24；而 r12 在該工況下，采用回?zé)嵫h(huán)后的制冷系數(shù)由 0=4.41(飽和)增大到0=4.96?？梢?，r12 采用回?zé)嵫h(huán)是有利的，而對于氨來說采用回?zé)嵫h(huán)卻是十分不利的。3-33-3 單級壓縮制冷循環(huán)的熱力計算單級壓縮制冷循環(huán)的熱力計算 熱力計算的目的是要算出制冷循環(huán)的性能指標(biāo)、壓縮機的容量、功率及各熱交

59、換器的熱負荷等，為我們設(shè)計制冷系統(tǒng)或選擇制冷設(shè)備提供原始數(shù)據(jù)，并對制冷循環(huán)的性能分析提供指標(biāo)。在進行熱力計算時，應(yīng)首先確定制冷循環(huán)的工作參數(shù)，選定制冷劑和循環(huán)形式。然后在已知制冷量的情況下，即可進行循環(huán)的熱力計算。 一、工作參數(shù)的確定一、工作參數(shù)的確定 確定循環(huán)的工作參數(shù)就是要確定制冷劑的工作溫度和壓力。 1、蒸發(fā)溫度 t0： 即制冷劑在蒸發(fā)器中汽化時的溫度。蒸發(fā)溫度的確定與所采用的冷媒種類有關(guān)。如用空氣作載冷劑時，通常取t0=t-10()；而如以鹽水作載冷劑時，則通常取 t0=t-5()。式中：t載冷劑所要求的溫度()。2、冷凝溫度 tk：即制冷劑在冷凝器中液化的溫度。冷凝溫度的確定取決于冷

60、凝器的構(gòu)造及所采用的冷卻介質(zhì)(空氣或水)。對水冷式冷凝器，常取 tk=冷凝器中冷卻水出口溫度+5（） ；對風(fēng)冷式冷凝器，常取 tk=冷凝器的進風(fēng)溫度+(1015)（） ；對蒸發(fā)式冷凝器，常取 tk=夏季室外濕球溫度+(510） （） 。 3、過冷溫度 tg： 制冷劑在冷凝壓力下，其溫度低于冷凝溫度時，稱為過冷溫度。一般情況下，過冷溫度比冷凝溫度低 35，即tg=tk-(35)。4、吸氣溫度：即低溫低壓蒸汽進入壓縮機時的溫度。低溫低壓蒸汽進入壓縮機時的溫度，應(yīng)根據(jù)蒸汽離開蒸發(fā)器時的情況及在管道中的吸熱情況來決定。對于氨壓縮機一般取 5的過熱度，氟利昂壓縮機的吸氣溫度可取 15。5、冷凝壓力 pk