制冷系統(tǒng)課件E

1、制冷原理部分制冷方法概述要求掌握：“制冷”的定義；蒸氣壓縮式制冷的制冷方法和熱力學(xué)原理，系統(tǒng)組成，制冷循環(huán)及制冷機(jī)特性的理論分析和計(jì)算。制冷技術(shù)是為適應(yīng)人們對(duì)低溫條件的需要而產(chǎn)生和發(fā)展起來的。制冷作為一門科學(xué)是指用人工的方法在一定時(shí)間和一定空間內(nèi)將某物體或流體冷卻,使其溫度降到環(huán)境溫度以下，并保持這個(gè)低溫。這里所說的“冷”是相對(duì)于環(huán)境而言的。熱的鐵塊放在空氣中，通過輻射和對(duì)流向環(huán)境傳熱，逐漸冷卻到環(huán)境溫度。它是自發(fā)的傳熱降溫，屬于自然冷卻，不是制冷。制冷就是從物體或流體中取出熱量，并將熱量排放到環(huán)境介質(zhì)中去，以產(chǎn)生低于環(huán)境溫度的過程。機(jī)械制冷中所需機(jī)器和設(shè)備的總合稱為制冷機(jī)。制冷原理部分制冷方

2、法概述制冷機(jī)中使用的工作介質(zhì)稱為制冷劑。制冷劑在制冷機(jī)中循環(huán)流動(dòng)，同時(shí)與外界發(fā)生能量交換，即不斷地從被冷卻對(duì)象中吸取熱量，向環(huán)境排放熱量。制冷劑一系列狀態(tài)變化過程的綜合為制冷循環(huán)。為了實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)，必須消耗能量。所消耗能量的形式可以是機(jī)械能、電能、熱能、太陽能或其它可能的形式.制冷技術(shù)的研究內(nèi)容可以概括為以下三方面：研究獲得低溫的方法和有關(guān)的機(jī)理以及與此相應(yīng)的制冷循環(huán)，并對(duì)制冷循環(huán)進(jìn)行熱力學(xué)的分析和計(jì)算。研究制冷劑的性質(zhì)，從而為制冷機(jī)提供性能滿意的工作介質(zhì)。機(jī)械制冷要通過制冷劑熱力狀態(tài)的變化才能實(shí)現(xiàn)。所以，制冷劑的熱物理性質(zhì)是進(jìn)行循環(huán)分析和計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。此外，為了使制冷劑能實(shí)際應(yīng)用，還必須掌

3、握它們的一般物理化學(xué)性質(zhì)。研究實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)所必須的各種機(jī)械和技術(shù)設(shè)備，包括它們的工作原理、性能分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及制冷裝置的流程組織、系統(tǒng)配套設(shè)計(jì)。此外，還有熱絕緣問題，制冷裝置的自動(dòng)化問題，等等。制冷原理部分物質(zhì)相變制冷概述本章提示：重點(diǎn)掌握：蒸氣壓縮式制冷和蒸氣吸收式制冷的熱力學(xué)原理，系統(tǒng)組成，制冷循環(huán)及制冷機(jī)特性的理論分析和計(jì)算。一般掌握：蒸氣噴射式、吸附式制冷的制冷方法。物質(zhì)有三種集態(tài)氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)。物質(zhì)集態(tài)的改變稱之為相變。相變過程中，由于物質(zhì)分子的重新排列和分子熱運(yùn)動(dòng)速度的改變，會(huì)吸收或放出熱量。這種熱量稱作潛熱。物質(zhì)發(fā)生從質(zhì)密態(tài)到質(zhì)稀態(tài)的相變是將吸收潛熱；反之，當(dāng)它發(fā)生有質(zhì)稀態(tài)

4、向質(zhì)密態(tài)的相變時(shí)，則放出潛熱。制冷原理部分物質(zhì)相變制冷概述物質(zhì)相變制冷是利用液體在低溫下的蒸發(fā)過程及固體在低溫下的熔化或升華過程向被冷卻物體吸收熱量-即制冷量。因此，相變制冷分為液體氣化制冷與固體熔化與升華制冷，由于液體自身具有流動(dòng)性，液體氣化制冷是廣泛應(yīng)用的。液體汽化成蒸氣的過程吸收熱量，從而達(dá)到制冷的目的，為了使其連續(xù)不斷地工作，成為一個(gè)循環(huán)，便必須使制冷劑在低壓下蒸發(fā)汽化、蒸氣升壓、高壓氣體液化和高壓液體降壓。蒸氣壓縮式制冷、吸收式制冷、蒸氣噴射式和吸附式制冷都具備上述四個(gè)基本過程，屬于液體汽化制冷。制冷原理部分物質(zhì)相變制冷概述冰相變冷卻冰相變冷卻冰相變冷卻是最早使用的降溫方法，現(xiàn)在仍在

5、廣泛應(yīng)用于日常生活、農(nóng)業(yè)、科學(xué)研究等各種領(lǐng)域。冰融化和冰升華均可用于冷卻。實(shí)際主要是利用冰融化的潛熱。常壓下冰在0攝氏度融化,冰的汽化潛熱為335kj/kg。能夠滿足0攝氏度以上的制冷要求。冰冷卻時(shí)，常借助空氣或水作中間介質(zhì)以吸收被冷卻對(duì)象的潛熱。此時(shí)，換熱過程發(fā)生在水或空氣與冰表面之間。被冷卻物體所能達(dá)到的溫度一般比冰的溶解溫度高5-10攝氏度。制冷原理部分物質(zhì)相變制冷概述冰鹽相變冷卻冰鹽相變冷卻冰鹽是指冰和鹽類的混合物。用冰鹽制作制冷劑可以獲得更低的溫度。冰鹽冷卻是利用冰鹽融化過程的吸熱。冰鹽融化過程的吸熱包括冰融化吸熱和鹽溶解吸熱這兩種作用。起初，冰吸熱在0攝氏度下融化，融化水在冰表面形

6、成一層水膜；接著，鹽溶解于水，變成鹽水膜，由于溶解要吸收溶解熱，造成鹽水膜的溫度降低；繼而，在較低的溫度下冰進(jìn)一步溶化，并通過其表層的鹽水膜與被冷卻對(duì)象發(fā)生熱交換。這樣的過程一直進(jìn)行到冰的全部融化，與鹽形成均勻的鹽水溶液。 冰鹽冷卻能到達(dá)的低溫程度與鹽的種類和混合物中鹽與水的比例有關(guān)。工業(yè)上應(yīng)用最廣的冰鹽是冰塊與工業(yè)食鹽的混合物。制冷原理部分物質(zhì)相變制冷概述干冰相變冷卻干冰相變冷卻固態(tài)二氧化碳俗稱干冰。二氧化碳的三相點(diǎn)參數(shù)為：溫度-56攝氏度，壓力0.52MPa。干冰在三相點(diǎn)以上吸熱時(shí)融化為液態(tài)二氧化碳；在三相點(diǎn)和三相點(diǎn)一下吸熱時(shí)，則直接升華為二氧化碳蒸氣。干冰是良好的制冷劑，它化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，

7、對(duì)人體無害。早在19世紀(jì)，干冰冷卻就用于食品工業(yè)、冷藏運(yùn)輸、醫(yī)療、人工降雨、機(jī)械零件冷處理和冷配合等方面。制冷原理部分物質(zhì)相變制冷概述其他固體升華冷卻其他固體升華冷卻近代科學(xué)研究中心為了冷卻紅外探測器、射線探測器、機(jī)載紅外設(shè)備等的需要。采用了固態(tài)制冷劑升華的制冷系統(tǒng)。其制冷溫度取決于固體的種類、系統(tǒng)中的壓力和被冷卻對(duì)象的熱負(fù)荷。通過改變升華氣體的流量來調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的壓力和溫度，就可以保持一個(gè)特定的溫度。這種制冷系統(tǒng)的工作壽命由固體制冷劑的用量和被冷卻對(duì)象的熱負(fù)荷決定，有達(dá)1年之久的。固體升華制冷的主要優(yōu)點(diǎn)是升華潛熱大，制冷溫度低，固體制冷劑的貯存密度大。制冷原理部分物質(zhì)相變制冷概述液體蒸發(fā)制冷液

8、體蒸發(fā)制冷液體氣化形成蒸汽，利用該過程的吸熱效應(yīng)制冷的方法稱液體蒸發(fā)制冷。當(dāng)液體處在密閉的容器內(nèi)時(shí)，若容器內(nèi)除了液體和液體本身的蒸汽外不含任何其它氣體，那么液體和蒸氣在某一壓力下將達(dá)到平衡。這種狀態(tài)稱飽和狀態(tài)。如果將一部分飽和蒸汽從容器中抽出，液體就必然要再氣化出一部分蒸汽來維持平衡。我們以該液體為制冷劑，制冷劑液體氣化時(shí)要吸收氣化潛熱，該熱量來自被冷卻對(duì)象，只要液體的蒸發(fā)溫度比環(huán)境溫度低，便可使被冷卻對(duì)象變冷或者使它維持在環(huán)境溫度下的某一低溫。制冷原理部分物質(zhì)相變制冷概述液體蒸發(fā)制冷液體蒸發(fā)制冷為了使上述過程得以連續(xù)進(jìn)行，必須不斷地從容器中抽走制冷劑蒸汽，再不斷地將其液體補(bǔ)充進(jìn)去。通過一定的

9、方法將蒸汽抽出，再令其凝結(jié)為液體后返回到容器中，就能滿足這一要求。為使制冷劑蒸氣的冷凝過程可以在常溫下實(shí)現(xiàn)，需要將制冷劑蒸氣的壓力提高到常溫下的飽和壓力，這樣，制冷劑將在低溫低壓下蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷效應(yīng)；又在常溫和高壓下凝結(jié)向環(huán)境溫度的介質(zhì)排放熱量。凝結(jié)后的制冷劑液體由于壓力較高，返回容器之前需要先降低壓力。由此可見，液體蒸發(fā)制冷循環(huán)必須具備以下四個(gè)基本過程：制冷劑液體在低壓下氣化產(chǎn)生低壓蒸汽，將低壓蒸汽抽出并提高壓力變成高壓氣。將高壓氣冷凝為高壓液體，高壓液體再降低壓力回到初始的低壓狀態(tài)。其中將低壓蒸汽提高壓力需要能量補(bǔ)償。制冷循環(huán)制冷循環(huán)制冷原理部分蒸氣壓縮式制冷機(jī)中的制冷劑 制冷劑是制冷機(jī)中

10、的工作流體，它在制冷機(jī)系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)， 通過自身熱力狀態(tài)的循環(huán)變化不斷與外界發(fā)生能量交換，達(dá)到制冷的目的。 習(xí)慣上又稱制冷劑為制冷工作介質(zhì)或簡稱工質(zhì)。液體蒸發(fā)式制冷機(jī)中，制冷劑在要求的低溫下蒸發(fā)，從被冷卻對(duì)象中吸取熱量； 再在較高的溫度下凝結(jié)，向外界排放熱量。所以，只有在工作溫度范圍能夠汽化和 凝結(jié)的物質(zhì)才有可能作為制冷劑使用。多數(shù)制冷劑在常溫和常壓下呈氣態(tài)。制冷原理部分制冷劑的性質(zhì) 蒸汽壓縮式制冷中的制冷劑有多種。按制冷劑的組成分，有單一制冷劑和混合 制冷劑； 按制冷劑物質(zhì)的化學(xué)類別分，主要有三種：無機(jī)物、氟利昂和碳?xì)浠衔铩?一一 制冷機(jī)劑的選用準(zhǔn)則：制冷機(jī)劑的選用準(zhǔn)則：1， 制冷性能 我

11、們期望制冷劑的冷凝壓力不太高，蒸發(fā)壓力在大氣壓以上或不要比大氣壓低的太多，壓力比較適中，排氣溫度不太高，單位容積制冷量大，循環(huán)的性能系數(shù)高。傳熱性好。 2， 實(shí)用性 制冷劑的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，在制冷循環(huán)過程中不分解，不變質(zhì)。無毒，無害。來源廣，價(jià)格便宜。 3， 環(huán)境可接受性 應(yīng)滿足保護(hù)大氣臭氧層和減少溫室效益的環(huán)境保護(hù)要求，制冷劑的臭氧破壞指數(shù)必須為0，溫室效益指數(shù)應(yīng)盡可能小。制冷原理部分制冷劑的性質(zhì)二二 臨界溫度：臨界溫度： 臨界溫度是物質(zhì)在臨界點(diǎn)狀態(tài)時(shí)的溫度，用Tc表示。它是制冷劑不可能加壓液化的最低溫度，即在此溫度以上，即使再怎么提高制冷劑氣體的壓力，也無法使它由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)。 三

12、三 環(huán)境影響指標(biāo)環(huán)境影響指標(biāo)大氣溫室效應(yīng)、平流層臭氧耗損和酸雨是三大環(huán)境公害。臭氧吸收太陽輻射中的紫外線， 對(duì)地球生物起保護(hù)作用。氟里昂中含氯（以及溴）的物質(zhì)若其大氣壽命長，則它在大氣中的 逸散將上升至臭氧層，受紫外線激發(fā)分解出氯離子與臭氧結(jié)成氯的氧化物，致使臭氧衰減。 由此造成皮膚癌患者人數(shù)增加，并加劇溫室效應(yīng)。制冷原理部分制冷劑的性質(zhì)三三 環(huán)境影響指標(biāo)環(huán)境影響指標(biāo)考察物質(zhì)對(duì)臭氧層的危害程度用臭氧衰減指數(shù)ODP表示；物質(zhì)造成溫室效應(yīng)危害的程度用溫室 指數(shù)GWP表示。R11的ODP和GWP值規(guī)定為1，即以R11為基準(zhǔn)，其它物質(zhì)的 和 是相對(duì)于R11 的比較值。下表給出一些氟里昂制冷劑的 和 值

13、。制冷原理部分制冷劑的性質(zhì)四四 熱力性質(zhì)及其對(duì)循環(huán)的影響熱力性質(zhì)及其對(duì)循環(huán)的影響 制冷劑的熱力性質(zhì)是指其熱力參數(shù)之間的相互關(guān)系，諸如飽和蒸氣壓力與溫度的關(guān)系，熱力狀態(tài)參數(shù)p, T, v, h,s之間的關(guān)系，還有與比熱c，絕熱指數(shù)k等的關(guān)系。這些熱力性質(zhì)是物質(zhì)固有的，一般由試驗(yàn)和熱力學(xué)微分方程求得， 然后繪制成熱力性質(zhì)圖表。工程計(jì)算使用時(shí)，可利用相應(yīng)的圖和表查取所需的熱力 參數(shù)值，也可以根據(jù)制冷劑熱力性質(zhì)的數(shù)學(xué)模型，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算行出。 在相同的工作溫度下，不同制冷劑的制冷循環(huán)特性由它們的熱力性質(zhì)所決定。 (1)制冷劑的飽和蒸汽壓力曲線純質(zhì)的飽和蒸汽壓力是溫度的單值函數(shù)，用飽和 蒸汽壓力曲線可以

14、描述這種關(guān)系。制冷原理部分制冷劑的性質(zhì)四四 熱力性質(zhì)及其對(duì)循環(huán)的影響熱力性質(zhì)及其對(duì)循環(huán)的影響 制冷劑在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(101.32kPa)下的沸騰溫度稱為標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度或標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)，用ts表示。制冷劑的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度大體上可以反映用它制冷能夠達(dá)到的低溫范圍。ts越低的制冷劑,能夠達(dá)到的制冷溫度越低。所以，習(xí)慣上往往依據(jù)Ts的高低，將制冷劑分為高溫、中溫、低溫制冷劑。由于各種物質(zhì)的飽和蒸汽壓力曲線的形狀大體相似,在某一相同的溫度下,標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度高的制冷劑的壓力低；標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度低的制冷劑的壓力高，即高溫工質(zhì)又 屬于低壓工質(zhì)；低溫工質(zhì)又屬于高壓工質(zhì)。 制冷劑的飽和蒸汽壓力溫度特性決定了給定工作溫度下制冷循環(huán)的

15、壓力和壓力比。制冷原理部分制冷劑的性質(zhì)(2)臨界溫度臨界溫度 臨界溫度是物質(zhì)在臨界點(diǎn)狀態(tài)時(shí)的溫度，用Tc表示。它是制冷劑不可能加壓液化的最低 溫度，即在該溫度以上，即使再怎樣提高壓力，制冷劑也不可能由氣體變成液體。 對(duì)于絕大多數(shù)物質(zhì)，其臨界溫度與標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度存在以下關(guān)系： Ts / T約等于0.66 (1) 這說明：標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)低的低溫制冷劑的臨界溫度也低；高溫制冷劑的臨界溫度也高。不可能找到一種制冷劑，它既有較高的臨界溫度又有很低的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)。故對(duì)于每一種制冷劑，其工作溫度范圍是有限的。 另外，蒸發(fā)制冷循環(huán)應(yīng)遠(yuǎn)離臨界點(diǎn)。若冷凝溫度tk超過制冷劑的臨界溫度Tc，則無法凝結(jié)；若Tk略低于Tc，則雖然蒸

16、汽可以凝結(jié)，但節(jié)流損失大，循環(huán)的制冷系數(shù)大為降低。愛森曼(Eiseman)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對(duì)比冷凝溫度Tk/Tc 和對(duì)比蒸發(fā)溫度To/Tc相同時(shí),各種制冷劑理論循環(huán)的制冷系數(shù)大體相等。制冷原理部分制冷劑的性質(zhì) 特魯頓定律推導(dǎo)出了制冷劑基本性質(zhì)對(duì)制冷循環(huán)特性影響的一些粗略規(guī)律：（一）標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)相近的物質(zhì)，分子量大的，汽化潛熱?。环肿?量小的，汽化潛熱大 .（二）同一蒸發(fā)溫度下，壓力高的制冷劑單位容積制冷量大；壓力低 的制冷劑單位容積制冷量小。制冷原理部分制冷劑的性質(zhì)吸氣溫度吸氣溫度 吸氣溫度T2是實(shí)際制冷機(jī)中必須考慮的一個(gè)安全性指標(biāo)。若制冷劑的 T2過高，有可能引起潤滑油在高溫 下分解、變質(zhì)；并造成機(jī)器潤

17、滑條件惡化、潤滑油結(jié)焦，甚至出現(xiàn)拉缸故障. T2與制冷劑氣體的比熱容有關(guān)。重分子的 T2低；輕分子的 T2高。在氟里昂制冷劑中，乙烷的衍生物 T2比甲烷的衍生物低。事實(shí),許多乙烷衍生物飽和蒸汽等熵壓縮過程線進(jìn)入兩相區(qū)（即T2與T2相同），為了避免濕壓縮，還必須設(shè)法使低壓蒸汽過熱后再壓縮。常用的中溫制冷劑R717和R22，其排氣 溫度較高，需要在壓縮過程中采取冷卻措施，以降低 T2 ；而R12，R502，R134a，R152a的T2較低，它們?cè)谌忾]式壓縮機(jī)中使用，要比用R22好得多。 制冷原理部分制冷劑的性質(zhì)五五 粘性和導(dǎo)熱性粘性和導(dǎo)熱性制冷劑的粘性和導(dǎo)熱性對(duì)制冷機(jī)輔機(jī)（特別是熱交換設(shè)備）的設(shè)

18、計(jì)有重要影響。粘性反映流體內(nèi)部分子之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力。粘性的大小與流體種類、溫度、壓力有關(guān)。 氣體的導(dǎo)熱系數(shù)一般很小，并隨溫度的升高而增大，在制冷技術(shù)常用的壓力范圍內(nèi)，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)實(shí)際上隨壓力而變化。液體的導(dǎo)熱系數(shù)主要受溫度影響，受壓力影響很小。制冷原理部分制冷劑的性質(zhì)六六 制冷劑與潤滑油的溶解性制冷劑與潤滑油的溶解性壓縮式制冷機(jī)中，除了離心式制冷機(jī)外，制冷劑都要與壓縮機(jī)潤滑油相接觸。兩者的溶解性是個(gè)很重要的問題。這個(gè)問題對(duì)系統(tǒng)中機(jī)器設(shè)備的工作特性和系統(tǒng)的流程設(shè)計(jì)都有影響。制冷劑與油的溶解性分為有限溶解和完全溶解兩種情況。完全溶解時(shí)，制冷劑與油的液體混合物成均勻溶液。有限溶解時(shí)，制

19、冷劑與油的混合物出現(xiàn)明顯分層。一層為貧油層（富含制冷劑）；一層為富油層（富含油）。制冷原理部分制冷劑的性質(zhì)六六 制冷劑與潤滑油的溶解性制冷劑與潤滑油的溶解性溶解度與溫度有關(guān)，所以上面所說的有限溶解與完全溶解可以相互轉(zhuǎn)化。下圖示出制冷劑的溶油性臨界曲線。圖中曲線包圍的區(qū)域?yàn)橛邢奕苡蛥^(qū)；曲線上方為完全溶油區(qū)。例如：R22與油的混合物，含油濃度20，溫度為18，該狀態(tài)處于圖中A點(diǎn)，在臨界曲線之上，所以這時(shí)混合物是互溶的，不出現(xiàn)分層。但若溫度降到-5，如圖中B點(diǎn)所示。B狀態(tài)進(jìn)入有限溶油區(qū)，故液體混合物將出現(xiàn)分層。過B點(diǎn)作水平線與臨界曲線有兩個(gè)交點(diǎn) 和 ，它們所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)植分別代表了貧油層中的油濃度和

20、富油層中的油濃度。制冷原理部分制冷劑的性質(zhì)六六 制冷劑與潤滑油的溶解性制冷劑與潤滑油的溶解性R134a與酯基油SE55的油溶解性曲線 制冷原理部分制冷劑的性質(zhì)六六 制冷劑與潤滑油的溶解性制冷劑與潤滑油的溶解性氨與油是典型的有限溶解。氨在油中的溶解度不超過1%(wt)。氨比油輕，混合物分層時(shí)，油在下部。所以可以很方便地從下部將油引出（回油或放油）。氟里昂制冷劑若溶油性差，則會(huì)帶來種種不利。因?yàn)榉锇阂话愣急扔椭兀l(fā)生分層時(shí)，下部為貧油層。這樣，對(duì)滿液式蒸發(fā)器而言，油浮在上面，造成機(jī)器回油困難；另外，上面的油層影響蒸發(fā)器下部制冷劑的蒸發(fā)。對(duì)于干式蒸發(fā)器而言，因?yàn)橹评鋭┦窃诠軆?nèi)沿程蒸發(fā)的，靠制冷劑氣

21、流裹挾油滴回油?；赜颓闆r好壞取決氣流速度和油粘性。制冷劑溶油越充分，才越容易將油帶回壓縮機(jī)。對(duì)壓縮機(jī)而言，運(yùn)行時(shí)曲箱處于低壓高溫，制冷劑在油中的溶解度大；停機(jī)壓力平衡時(shí)，油池中制冷劑含量增多，出現(xiàn)分層，下部分貧油層，再開機(jī)時(shí)會(huì)造成油泵吸入管中的為貧油液體，壓縮機(jī)供油不充分，影響潤滑。制冷原理部分制冷劑的性質(zhì)六六 制冷劑與潤滑油的溶解性制冷劑與潤滑油的溶解性所以，氟里昂制冷機(jī)中要求采用與制冷劑互溶性好的潤滑油。制冷劑的溶油性被認(rèn)為是決定系統(tǒng)特性和機(jī)器壽命的至關(guān)重要的問題。傳統(tǒng)氟里昂(R12,R22)的冷凍機(jī)油為烷基苯油。但這類油對(duì)不含氯的氟里昂制冷劑（HFC類）的溶解性很差。目前在更新制冷劑的工

22、作中同時(shí)也必須相應(yīng)地更新潤滑油。當(dāng)前有關(guān)新冷凍油的研究表明：與HFC類制冷劑的互溶性以酯類潤滑油（Ester）最好；其次是聚烯醇類潤滑油（PAG）和氨基油。制冷原理部分制冷劑的性質(zhì)七七 其它物理、化學(xué)性質(zhì)其它物理、化學(xué)性質(zhì)(1)(1)電絕緣性電絕緣性在全封閉和半封閉式壓縮機(jī)中，電動(dòng)機(jī)的繞組與制冷劑和潤滑油直接接觸。因此，要求制冷劑和潤滑油較好的電絕緣性。通常制冷劑和潤滑油的電絕緣性都能滿足要求。不過，需要注意：微量雜質(zhì)和水分的存在，均會(huì)造成冷凍機(jī)油和制冷劑電絕緣性降低。(2)(2)燃燒性和爆炸性燃燒性和爆炸性為了使用安全，制冷劑應(yīng)不具有易燃、易爆性。若不得不使用有燃、爆性的制冷劑時(shí)，必須具備可

23、靠的防火、防爆設(shè)施。制冷劑的燃燒性用燃點(diǎn)表示。它是制冷劑蒸氣與空氣混合后能產(chǎn)生閃火并繼續(xù)燃燒的最低溫度。制冷劑的爆炸性用爆炸極限表示。它是制冷劑蒸氣與空氣混合比例的一個(gè)范圍，制冷劑在空氣中的含量超過該范圍時(shí)，則氣體混合物遇到明火將發(fā)生爆炸。制冷原理部分制冷劑的性質(zhì)(3)(3)毒性毒性制冷劑的毒性用豚鼠做實(shí)驗(yàn)，按它在制冷劑蒸汽中造成重傷或死亡的時(shí)間來劃分毒性等級(jí)。美國將制冷劑毒性劃分為6個(gè)基本等級(jí)。從1級(jí)到6級(jí)，毒性逐次遞減。每相鄰兩級(jí)之間還有a,b,c等作更細(xì)的劃分。目前，國際性研究項(xiàng)目PAFA（替代物氟里昂毒性研究）尚在對(duì)新制冷劑R123，R124，R125，R134a和R141b進(jìn)行期毒性

24、研究。該項(xiàng)目始于1988年，現(xiàn)仍在進(jìn)行中。需要說明，有些制冷劑雖然無毒，但在空氣中若濃度高到一定程度，會(huì)由于缺氧窒息成對(duì)人體的傷害。另外，R11，R12，R21，R22等遇到明火時(shí)會(huì)分解出劇毒的光氣。這些都必須在使用中注意防范。制冷原理部分制冷劑的性質(zhì)(4)(4)制冷劑的溶水性制冷劑的溶水性氟里昂和烴類物質(zhì)都很難溶于水；氨易溶于水。對(duì)于難溶于水的制冷劑，若系統(tǒng)中的含水量超過制冷劑中水的溶解度，則系統(tǒng)中存在游離態(tài)的水。當(dāng)制冷溫度到達(dá)0以下時(shí)水便會(huì)結(jié)冰，堵塞膨脹閥或其它狹窄流道。這種冰堵現(xiàn)象將使制冷機(jī)無法正常工作。對(duì)于溶水性強(qiáng)的制冷劑，盡管不會(huì)出現(xiàn)上述冰堵問題，但制冷劑溶水后發(fā)生水解作用，生成的物

25、質(zhì)對(duì)金屬材料會(huì)有腐蝕危害。所以，制冷系統(tǒng)中必須嚴(yán)格控制含水量，勿使超過規(guī)定的限制值。制冷原理部分制冷劑的性質(zhì)(5)(5)熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性 在普通制冷溫度范圍內(nèi)，制冷劑是穩(wěn)定的。制冷劑的最高溫度不允許超過其分解溫度。例如，氨的最高溫度（壓縮終溫）不得超過150；R22和R502不允許超過145。制冷劑對(duì)金屬的作用 重要的是制冷劑對(duì)金屬構(gòu)件的腐蝕性。烴類制冷劑對(duì)金屬無腐蝕。純氨對(duì)鋼鐵無腐蝕；對(duì)鋁、銅或銅合金有輕微腐蝕。但若氨中含水，則對(duì)銅和幾乎所有銅合金（磷青銅除外）產(chǎn)生強(qiáng)烈腐蝕作用。制冷原理部分制冷劑的性質(zhì)(5)(5)熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性氟里昂

26、幾乎對(duì)所有金屬都無腐蝕，但對(duì)鎂和含鎂2%以上的鋁合金是例外。氟里昂中含水時(shí)，將水解生成酸性物質(zhì)，對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕作用。氟里昂與潤滑油的混合物能夠溶解銅，被溶解的銅離子隨著制冷劑循環(huán)再回到壓縮機(jī)并與鋼或鑄鐵件相接觸相，又會(huì)析出并沉積在這些鋼鐵構(gòu)件表面上，形成一層銅膜，這就是所謂鍍銅現(xiàn)象。這種現(xiàn)象隨系統(tǒng)中水分含量的提高和溫度的升高而加劇，特別是在軸承表面、吸排氣閥、氣缸壁、活塞環(huán)等光潔而又經(jīng)常摩擦的表面比較明顯。鍍銅會(huì)破壞軸封的密封性、影響閥隙流道、影響氣缸與活塞的配合間隙，對(duì)制冷機(jī)的運(yùn)行極為不利。制冷原理部分制冷劑的性質(zhì)(5)(5)熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性制冷劑對(duì)非金屬的作用 氟里

27、昂制冷劑是一種良好的有機(jī)溶劑，它很容易溶解天然橡膠和樹脂材料；氟里昂對(duì)高分子化合物雖不溶解，但卻能使之變軟、膨脹和起泡，即對(duì)高分子化合物具有所謂的膨潤作用。所以在選擇制冷系統(tǒng)的密封材料和封閉式壓縮機(jī)的電器絕緣材料時(shí)，必須注意不可使用天然橡膠和樹脂化合物，而應(yīng)該采用耐氟材料，如：氯丁乙烯、氯丁橡膠、尼龍或其它耐氟的塑料制品。氯化物制冷劑還會(huì)吸收木材、纖維及一些電器絕緣物中的水分，使這些材料收縮；在低溫下，被氯化物溶解和抽取的物質(zhì)又會(huì)析出并沉淀，有可以在系統(tǒng)的流道狹窄處造成堵塞，或者在蒸發(fā)器表面上形成附著，影響蒸發(fā)器的傳熱效果。制冷原理部分混合制冷劑 混合制冷劑是由兩種或兩種以上純制冷劑組成的混合

28、物。由于純制冷劑在品種和性質(zhì)上的局限性，采用混合物做制冷劑為調(diào)制制冷劑的性質(zhì)和擴(kuò)大制冷劑的選擇方面提供了更大的自由度。混合物按其定壓下相變時(shí)的熱力學(xué)特征分為共沸混合物與非共沸混合物。一一.共沸混合制冷劑：共沸混合制冷劑： 已發(fā)現(xiàn)具有共沸特征的混合物不到50種。其中滿足作為制冷劑性質(zhì)要求的僅十種。在所列共沸制冷劑中，已有顯著商業(yè)應(yīng)用的只有三種：R500，R502和R503。采用共沸混合制冷劑的好處是：它幾乎具有純制冷劑的所有特征，可以象純質(zhì)一樣使用方便。共沸混合制冷劑中標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)比構(gòu)成它的組分物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)都低，因而蒸發(fā)壓力比其組分的蒸發(fā)壓力高，可以擴(kuò)大應(yīng)用溫度范圍和提高單位容積制冷量。制冷原理部

29、分混合制冷劑一一.共沸混合制冷劑：共沸混合制冷劑：至于混合物其它性質(zhì)方面的調(diào)制，取決于其組分物質(zhì)的性質(zhì)。關(guān)于這一點(diǎn)，無論對(duì)共沸還是非共沸混合物都是一致的。例如，穩(wěn)定性好的組分對(duì)混合物性質(zhì)的貢獻(xiàn)是改善穩(wěn)定性；不可燃組分對(duì)混合物性質(zhì)的貢獻(xiàn)是抑制可燃性；重分子組分對(duì)混合物性質(zhì)的貢獻(xiàn)是降低排氣溫度；溶油性好的組分對(duì)混合物的性質(zhì)貢獻(xiàn)是改善溶油性；等等。非共沸混合制冷劑在使用上的一個(gè)麻煩是：系統(tǒng)泄漏會(huì)引起混合物成分的變化。而近供沸混合物制冷劑似能兼有共沸與非共沸二者之長：選擇范圍大，使用大致與純制冷劑一樣方便，系統(tǒng)泄漏對(duì)混合物成分的影響不會(huì)太厲害。目前對(duì)非共沸和近共沸混合物還在研究中。制冷原理部分潤滑油潤

30、滑油的作用：潤滑油的作用：保證壓機(jī)長期安全有效的運(yùn)行。主要作用如下：1. 潤滑壓機(jī)運(yùn)動(dòng)件摩擦表面，改善摩擦表面的工作條件。2.運(yùn)行中不斷沖洗摩擦表面，帶走摩削，減少摩擦件的磨損。3.帶走摩擦件熱量，冷卻摩擦件。4.滲入摩擦件密封面形成油封，阻止制冷劑泄露。5.能量調(diào)節(jié)，制冷原理部分潤滑油性質(zhì)與要求：性質(zhì)與要求： 潤滑油的質(zhì)量直接影響潤滑效果，為保證壓機(jī)的正常工作，使用的潤滑油應(yīng)具備符合一定要求的性質(zhì)。1.粘度： 潤滑油的粘度用運(yùn)動(dòng)粘度表示，單位是st（斯）或cst（厘斯）潤滑油粘度應(yīng)滿足壓機(jī)磨檫部位工作條件的需要，使用與制冷劑互相溶解的潤滑油，如制冷劑為R12時(shí)，應(yīng)選用高粘度潤滑油，防止?jié)櫥?/p>

31、變稀。粘度過小，影響磨檫表面建立正常的油膜。而粘度過大，會(huì)增加壓機(jī)的摩擦功率和摩擦熱，加大啟動(dòng)力矩。 活塞式氟利昂壓機(jī)采用運(yùn)動(dòng)粘度為1115、1822、2529cst的13# 、18#、 25#冷凍油。離心式壓機(jī)采用3065cst的30#、冷凍油。制冷原理部分潤滑油凝固點(diǎn)：凝固點(diǎn)：制冷壓機(jī)用冷凍油的凝固點(diǎn)越底越好，一般應(yīng)底于制冷劑最低蒸發(fā)溫度度。采用不同制冷劑的壓機(jī)工作條件不同，對(duì)潤滑油凝固點(diǎn)的要求也不同。一般與壓機(jī)的潤滑油凝固點(diǎn)應(yīng)低于-度，而壓機(jī)潤滑油的凝固點(diǎn)就應(yīng)低于-度。閃點(diǎn)：閃點(diǎn)：潤滑油被加熱到其蒸汽與明火接觸即發(fā)生閃火的最低溫度，稱為閃點(diǎn)制冷機(jī)用潤滑油的閃點(diǎn)應(yīng)比排氣溫度高-度，以免引起

32、潤滑油的燃燒和結(jié)焦。與和壓機(jī)用潤滑油閃點(diǎn)應(yīng)在-度以上。制冷原理部分潤滑油化學(xué)穩(wěn)定性與抗氧化性：化學(xué)穩(wěn)定性與抗氧化性：潤滑油應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)零部件不腐蝕。純凈的潤滑油對(duì)銅鑄鐵鋼及合金等金屬不腐蝕，但當(dāng)潤滑油中含水分或制冷劑時(shí)，會(huì)發(fā)生腐蝕作用。潤滑油的酸堿性要小。在高溫條件下與水、金屬、空氣、制冷劑、密封墊等接觸時(shí)應(yīng)不起分解、聚合、氧化等反應(yīng)，防止?jié)櫥饘俦砻娼Y(jié)焦，影響閥門工作，堵塞油濾器、油路、及各閥門通道。電絕緣性：電絕緣性：半封閉和全封閉制冷壓機(jī)要求潤滑油具有良好的電絕緣性，其擊穿電壓高于.以上。制冷原理部分潤滑油含水量和機(jī)械雜質(zhì)：含水量和機(jī)械雜質(zhì)： 冷凍油不應(yīng)含水和機(jī)械雜質(zhì)。因?yàn)?/p>

33、油中有水會(huì)破壞油膜，還會(huì)導(dǎo)致制冷系統(tǒng)冰塞，加劇油的化學(xué)變化和引起金屬腐蝕等。潤滑油中含機(jī)械雜質(zhì)會(huì)使運(yùn)動(dòng)件的磨損加劇，堵塞過濾器和潤滑油路。潤滑油的規(guī)格與選用：潤滑油的規(guī)格與選用： 根據(jù)國家工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)生產(chǎn)和普通使用的制冷機(jī)潤滑油有13#、18#、25#、三種規(guī)格。 R717機(jī)采用13#，R12機(jī)多采用18#，R22多采用25#冷凍油。制冷原理部分潤滑油油系統(tǒng)溫度、壓力控制：油系統(tǒng)溫度、壓力控制：A. 油溫：油溫：制冷壓縮機(jī)工作中潤滑油的油溫直接影響其潤滑效果。油溫過底，粘度過大，則難以建立油壓。油溫過高，粘度過小，則產(chǎn)生結(jié)焦和油的化學(xué)性質(zhì)變化，影響正常油膜的形成。制冷機(jī)的油溫一般情況下比環(huán)

34、境溫度高20-40度。R-12、22的油溫一般不超過70度。B.油壓：油壓：制冷原理部分潤滑油制冷原理部分潤滑油制冷原理部分潤滑油制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)制冷的基本熱力學(xué)原理： 從熱力學(xué)角度說，制冷系統(tǒng)是利用逆向循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。按補(bǔ)償能量的形式（或驅(qū)動(dòng)方式），制冷方法歸為兩大類：以機(jī)械能或電能為補(bǔ)償?shù)暮鸵詿崮転檠a(bǔ)償?shù)?。前者如蒸氣壓縮式、熱電式制冷機(jī)等；后者如吸收、蒸氣噴射、吸附式制冷機(jī)等。兩類制冷機(jī)的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系如下圖所示。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)制冷機(jī)的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系：(a) 以電能或機(jī)械能驅(qū)動(dòng)的制冷機(jī)(b) 以熱能驅(qū)動(dòng)的制冷機(jī)制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí) 熱力學(xué)關(guān)心的是能量轉(zhuǎn)換的經(jīng)濟(jì)性，即花

35、費(fèi)一定的補(bǔ)償能，可以收到多少制冷效果（制冷量）。為此，對(duì)于機(jī)械或電驅(qū)動(dòng)方式的制冷機(jī)引入制冷系數(shù) 來衡量；對(duì)于熱能驅(qū)動(dòng)方式的制冷機(jī)，引入熱力系數(shù)COP來衡量。式中 Q0 - 制冷機(jī)的制冷量； W - 冷機(jī)的輸入功； Qg - 驅(qū)動(dòng)熱源向制冷機(jī)輸入的熱量。 國外習(xí)慣上將制冷系數(shù)和熱力系數(shù)統(tǒng)稱為制冷機(jī)的性能系數(shù)COP(Coefficience of Performance)。我們要研究一定條件下COP的最高值。（COP）（1）（2）制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí) 對(duì)于電能或機(jī)械能驅(qū)動(dòng)的制冷機(jī)，參上圖(a)。制冷機(jī)消耗功w實(shí)現(xiàn)從低溫?zé)嵩矗ū焕鋮s對(duì)象，溫度Tc）吸熱，向高溫?zé)嵩矗ㄍǔ榄h(huán)境，溫度Ta）排熱。假

36、定兩熱源均為恒溫?zé)嵩矗蚋邷責(zé)嵩吹呐艧崃繛镼a，由低溫?zé)嵩吹奈鼰崃浚粗评淞浚镼0，制冷機(jī)為可逆循環(huán)。由熱力學(xué)第一定律有 由熱力學(xué)第二定律，在兩個(gè)恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆機(jī)，一個(gè)循環(huán)的熵增等于零，即（3）（4）制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)將式(3)代入式(4)得即由定義式(1)，則可逆制冷的制冷系數(shù)為（5）（6）制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)式(6)說明：兩恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆制冷機(jī)，其制冷系數(shù)只與熱源溫度有關(guān)，而與制冷機(jī)使用的制冷劑性質(zhì)無關(guān)。Ec的值與兩熱源溫度的接低程度有關(guān)，Tc與Ta越接近（Tc/ Ta越?。?，則Ec越大；反之Ec越小。實(shí)際制冷機(jī)制冷系數(shù)E隨熱源溫度的變化趨勢(shì)與可逆機(jī)是一致的。制冷原

37、理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)： 蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器組成，用管道將它們連接成一個(gè)密封系統(tǒng)。制冷劑液體在蒸發(fā)器內(nèi)以低溫與被冷卻對(duì)象發(fā)生熱交換，吸收被冷卻對(duì)象的熱量并氣化，產(chǎn)生的低壓蒸汽被壓縮機(jī)吸入，經(jīng)壓縮后以高壓排出。壓縮機(jī)排出的高壓氣態(tài)制冷劑進(jìn)冷凝器，被常溫的冷卻水或空氣冷卻，凝結(jié)成高壓液體。高壓液體流經(jīng)膨脹閥時(shí)節(jié)流，變成低壓低溫的氣液兩相混合物，進(jìn)入蒸發(fā)器，其中的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)制冷，產(chǎn)生的低壓蒸汽再次被壓縮機(jī)吸入。如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。蒸汽壓縮式制冷原理蒸汽壓縮式制冷原理制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)逆卡諾制冷循環(huán)： 定義：設(shè)有恒溫?zé)嵩春秃銣責(zé)釁R，

38、其溫度分別為TL 和TH ，在這兩個(gè)溫度 之間的可逆制冷循環(huán)是卡諾制冷循環(huán)?？ㄖZ制冷循環(huán)的原理圖如下所示：制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)勞倫茨循環(huán)： 勞侖茲循環(huán)熱源的熱容量是有限的，在與制冷工質(zhì)進(jìn)行熱量交換過程中， 熱源的溫度也將發(fā)生變化，即被冷卻物體（冷源）的溫度將逐漸下降，環(huán)境介質(zhì)（熱源） 的溫度將逐漸上升。為了達(dá)到變溫條件下耗功最小的目的，應(yīng)使制冷工質(zhì)在吸、 排熱過程中其溫度也發(fā)生變化，而且變化趨勢(shì)與冷、熱源的變化趨勢(shì)完全一樣， 使制冷工質(zhì)與冷、熱源之間進(jìn)行熱交換過程中的傳熱溫差始終為無限小，沒有不可逆換熱損失， 另外兩個(gè)過程仍分別為可逆絕熱壓縮與可逆絕熱膨脹過程，如下圖2所示：制冷原理部分制

39、冷基礎(chǔ)知識(shí)勞倫茨循環(huán)： 這樣， 1-2-3-4-1即為一個(gè)變溫條件下的可逆逆向循環(huán)-勞侖茲循環(huán)。顯然，實(shí)現(xiàn)這一循環(huán)所消耗 的功為最小，制冷系數(shù)達(dá)到在給定條件下的最大值。 制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)勞倫茨循環(huán)： 為了表達(dá)變溫條件下可逆循環(huán)的制冷系數(shù)，可采用平均當(dāng)量溫度這一概念。若用T0m0m表示工質(zhì)的 平均吸熱溫度，用Tm表示工質(zhì)的平均放熱溫度，則： 其大小分別可用面積41562和23652表示，平均吸熱溫度 T0m0m與平均放熱溫度 Tm就是以熵差為底、面積分別等于41564和23652的矩形的高度。變溫情況下可逆循環(huán)的制冷系數(shù)可表示為：制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)勞倫茨循環(huán)：即相當(dāng)于工作在T0m，

40、Tm 之間的逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)。 勞倫茨循環(huán)如圖2所示，循環(huán)由兩個(gè)變溫過程和兩個(gè)等熵過程組成。 制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)單級(jí)蒸氣壓縮混合工質(zhì)制冷循環(huán)： 制冷機(jī)在實(shí)際工作過程中，冷卻介質(zhì)和被冷卻物體的溫度將發(fā)生變化，冷凝器和蒸發(fā)器中也不可 避免地存在因溫差傳熱而引起的不可逆損失。為了減少這種不可逆損失，制冷工質(zhì)和傳熱介質(zhì)之間應(yīng) 保持盡可能小的傳熱溫差。 非共沸混合制冷劑在等壓下冷凝或蒸發(fā)時(shí)溫度均發(fā)生變化，冷凝時(shí)溫度由Tk k 逐漸降低至Tkk， 蒸發(fā)時(shí)溫度由T0 0逐漸升高至T00 ，我們利用這一特性，采用非共沸混合工質(zhì)就可以達(dá)到減少傳熱溫差的目的， 如下圖3所示。極限情況下循環(huán)即變?yōu)閯趤銎澭?/p>

41、環(huán)。 制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)圖3 變溫?zé)嵩磿r(shí)逆卡諾循環(huán)：制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)非共沸混合制冷劑單級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)的T-S圖及p-h 圖如下圖4所示。它與純制冷劑循環(huán)的區(qū)別僅 在于制冷劑在冷凝和蒸發(fā)晨溫度在不為斷地變化。圖4 非共沸混合制冷劑單級(jí)蒸汽壓縮制冷循環(huán)的T-S圖及p-h圖：采用非共沸混合工質(zhì)不僅可以達(dá)到節(jié)能，而且可以擴(kuò)大溫度使用范圍。 制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)單級(jí)蒸氣壓縮制冷： 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)，冷凝器，膨脹閥和蒸發(fā)器組成。其工作過程如下:制冷劑在壓力溫度下沸騰，低于被冷卻物體或流體的溫度。壓縮機(jī)不斷地抽吸蒸發(fā)器中產(chǎn)生的蒸氣，并將它壓縮到冷凝壓力，然后送往冷凝器，在

42、壓力下等壓冷卻和冷凝成液體，制冷劑冷卻和冷凝時(shí)放出的熱量傳給冷卻介質(zhì)(通常是水或空氣)，與冷凝壓力相對(duì)應(yīng)的冷凝溫度一定要高于冷卻介質(zhì)的溫度，冷凝后的液體通過膨脹閥或其他節(jié)流元件進(jìn)入蒸發(fā)器。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)單級(jí)蒸氣壓縮制冷： 在整個(gè)循環(huán)過程中，壓縮機(jī)起著壓縮和輸送制冷級(jí)蒸氣并造成蒸發(fā)器中的低壓力，冷凝器中的高壓力的作用，是整個(gè)系統(tǒng)的心臟;節(jié)流閥對(duì)制冷劑起節(jié)流降壓作用并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量;蒸發(fā)器是輸出冷量的設(shè)備，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻物體的熱量，從而達(dá)到制取冷量的目的;冷凝器是輸出熱量的設(shè)備，從蒸發(fā)器中吸取的熱量連壓縮機(jī)消耗的功轉(zhuǎn)化的熱量在冷凝器中被冷卻介質(zhì)帶走。制冷原理部分制

43、冷基礎(chǔ)知識(shí)單級(jí)蒸汽壓縮制冷的理論循環(huán)： 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)如下圖所示。它由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器組成。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)單級(jí)蒸汽壓縮制冷的理論循環(huán)： 其工作過程如下：制冷劑在蒸發(fā)壓力下沸騰， 蒸發(fā)溫度低于被冷卻物體或流體的溫度。壓縮機(jī)不斷地抽吸蒸發(fā)器中產(chǎn)生的蒸氣，并將它壓縮到冷凝壓力， 然后送往冷凝器，在冷凝壓力下等壓冷卻和冷凝成液體，制冷劑冷卻和冷凝時(shí)放出的熱量傳給冷卻介質(zhì)（通常是水或空氣） 與冷凝壓力相對(duì)應(yīng)的冷凝溫度一定要高于冷卻介質(zhì)的溫度，冷凝后的液體通過膨脹閥或其它節(jié)流元件進(jìn)入蒸發(fā)器。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)單級(jí)蒸汽壓縮制冷的理論循環(huán)： 當(dāng)制冷劑通過膨脹閥時(shí)，壓力從冷

44、凝壓力降到蒸發(fā)壓力，部分液體氣化，剩余液體的溫度降至蒸發(fā)溫度，于是離開膨脹閥的制冷劑變成溫度為蒸發(fā)溫度的兩相混合物。 混合物中的液體在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，從被冷卻物體中吸取它所需要的氣化潛熱?；旌衔镏械恼魵馔ǔ７Q為閃發(fā)蒸氣，在它被壓縮機(jī)重新吸入之前幾乎不再起吸熱作用 。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)單級(jí)蒸汽壓縮制冷的理論循環(huán)： 在整個(gè)循環(huán)過程中，壓縮機(jī)起著壓縮和輸送制冷劑蒸氣并造成蒸發(fā)器中低壓力、冷凝器中高壓力的作用，是整個(gè)系統(tǒng)的心臟； 節(jié)流閥對(duì)制冷劑起節(jié)流降壓作用并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量；蒸發(fā)器是輸出冷量的設(shè)備，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻物體的熱量，從而達(dá)到制取冷量的目的； 冷凝器是輸出熱量的設(shè)備，

45、從蒸發(fā)器中吸取的熱量連同壓縮機(jī)消耗的功所轉(zhuǎn)化的熱量的冷凝器中被冷卻介質(zhì)帶走。根據(jù)熱力學(xué)第二定律， 壓縮機(jī)所消耗的功（電能）起了補(bǔ)償作用，使制冷劑不斷從低溫物體中吸熱，并向高溫物體放熱，從而完整個(gè)制冷循環(huán)。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)各部件的作用： 壓縮機(jī): 壓縮和輸送制冷蒸汽，并造成蒸發(fā)器中低壓、冷凝器中高壓，是整個(gè)系統(tǒng)的心臟。冷凝器: 是輸出熱量的設(shè)備，將制冷劑在蒸發(fā)器中吸收的熱量和壓縮機(jī)消耗功所轉(zhuǎn)化的熱量排放給冷卻介質(zhì)。節(jié)流閥: 對(duì)制冷劑起節(jié)流降壓作用，并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量。蒸發(fā)器: 是輸出冷量的設(shè)備，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻對(duì)象的熱量，從而達(dá)到制冷的目的。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)壓

46、焓圖： 壓焓圖的結(jié)構(gòu)如下圖所示。以絕對(duì)壓力為縱坐標(biāo)（為了縮小圖的尺寸，提高低壓區(qū)域的精度， 通?？v坐標(biāo)取對(duì)數(shù)坐標(biāo)），以焓值為橫坐標(biāo)。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)壓焓圖： 圖中臨界點(diǎn)K左邊的粗實(shí)線為飽和液體線，線上的任何一點(diǎn)代表一個(gè)飽和液體狀態(tài)，干度 x=0。 右邊的粗實(shí)線為飽和蒸氣線，線上任何一點(diǎn)代表一個(gè)飽和蒸氣狀態(tài)，干度 x=1。這兩條粗實(shí)線將圖分 為三個(gè)區(qū)域：飽和液體線的左邊為過冷液體，過冷液體的溫度低于相同壓力下飽和液體的溫度；飽和蒸氣線的 右邊是過熱蒸氣區(qū)，該區(qū)域內(nèi)的蒸氣稱為過熱蒸氣，它的溫度高于同一壓力下飽和蒸氣的溫度； 兩條線之間的區(qū)域?yàn)閮上鄥^(qū)，制冷劑在該區(qū)域內(nèi)處于氣、液混合狀態(tài)（濕蒸

47、氣狀態(tài)）。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)壓焓圖：圖中共有 六種等參數(shù)線簇：等壓線-水平線；等焓線-垂直線；等溫線-液體區(qū)幾乎為垂直線。兩相區(qū)內(nèi)，因制冷劑狀態(tài)的變化是在等壓、等溫下進(jìn)行，故等 溫線與等壓線重合，是水平線。過熱蒸氣區(qū)為向右下方彎曲的傾斜線；等熵線-向右上方傾斜的實(shí)線；等容線-向右上方傾斜的虛線，比等熵線平坦；等于度線-只存在于濕蒸氣區(qū)域內(nèi)，其方向大致與飽和液體線或飽和蒸氣線相近，視干度大小而定。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)各部件的作用 制冷循環(huán)過程在壓焓圖上的表示： 單級(jí)蒸氣壓縮制冷理論循環(huán)工作過程可清楚地表示在壓焓圖上，如下圖所示。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)各部件的作用 制冷循環(huán)過程在壓焓圖

48、上的表示： 對(duì)于最簡單的理論循環(huán)（或稱簡單的飽和循環(huán)），離開蒸發(fā)器和進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑蒸氣是處于蒸發(fā) 壓力下的飽和蒸氣； 離開冷凝器和進(jìn)入膨脹閥的液體是處于冷凝壓力下的飽和液體；壓縮機(jī)的壓縮過程為等熵壓縮； 制冷劑通過膨脹閥節(jié)流時(shí)，其前、后焓值相等；制冷劑在蒸發(fā)和冷凝過程中沒有壓力損失； 在各設(shè)備的連接管道中制冷劑不發(fā)生狀態(tài)變化；制冷劑的冷凝溫度等于冷卻介質(zhì)溫度， 蒸發(fā)溫度等于被冷卻介質(zhì)的溫度。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)各部件的作用 制冷循環(huán)過程在壓焓圖上的表示： 顯然，上述條件與實(shí)際循環(huán)是存在著偏差的， 但由于理論循環(huán)可使問題得到簡化，便于對(duì)它們進(jìn)行分析研究，而且理論循環(huán)的各個(gè)過程均是 實(shí)際循

49、環(huán)的基礎(chǔ)，它可作為實(shí)際循環(huán)的比較標(biāo)準(zhǔn)，因此仍有必要對(duì)它加以詳細(xì)的分析?，F(xiàn)將上圖中各狀態(tài)點(diǎn)及各個(gè)過程敘述如下：點(diǎn)1表示制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)的狀態(tài)。它是對(duì)應(yīng)于蒸發(fā)溫度T0的飽和蒸氣。根據(jù)壓力與飽和溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，該點(diǎn)位于 的等壓線與飽和蒸氣線（x=1）的交點(diǎn)上。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)各部件的作用 制冷循環(huán)過程在壓焓圖上的表示： 點(diǎn)2表示制冷劑出壓縮機(jī)時(shí)的狀態(tài)，也就是進(jìn)冷凝器時(shí)的狀態(tài)。過程線1-2表示制冷劑蒸氣在壓縮機(jī)中的等熵壓縮過程 ，壓力由蒸發(fā)壓力 升高到冷凝壓力 。因此該點(diǎn)可通過1點(diǎn)的等熵線和壓力為冷凝壓力的等壓線的交點(diǎn)來確定。由于壓縮過程中外界對(duì)制冷劑作功，制冷劑溫度升高，因此點(diǎn)2表示過熱蒸氣

50、狀態(tài)。 點(diǎn)3表示制冷劑出冷凝器時(shí)的狀態(tài)。它是與冷凝溫度 所對(duì)應(yīng)的飽和液體。過程線2-2-3表示制冷劑在冷凝器內(nèi)的冷卻（2-2）和冷凝（2-3）的過程。由于這個(gè)過程是在冷凝壓力 不變的情況下進(jìn)行的，進(jìn)入冷凝器的過熱蒸氣首先 將部分熱量放給外界冷卻介質(zhì)，在等壓下冷卻成飽和蒸氣（點(diǎn)2），然后再在等壓、等溫下繼續(xù)放出熱量， 直至最后冷凝成飽和液體（點(diǎn)3）。因此，冷凝壓力的等壓線和x0的飽和液體線的交點(diǎn)即為點(diǎn)3的狀態(tài)。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)各部件的作用 制冷循環(huán)過程在壓焓圖上的表示： 點(diǎn)4表示制冷劑出節(jié)流閥時(shí)的狀態(tài)，也就是進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)的狀態(tài)。 過程線3-4表示制冷劑在通過節(jié)流閥時(shí)的節(jié)流過程。在這一過程

51、中，制冷劑的壓力由冷凝壓力降到 蒸發(fā)壓力 ，溫度由冷凝溫度降到蒸發(fā)溫度 ，并進(jìn)入兩相區(qū)。由于節(jié)流前后制冷劑的焓值不變，因此由點(diǎn)3作等焓線與蒸發(fā)壓力的等壓線的交點(diǎn)即為點(diǎn)4的狀態(tài)。由于節(jié)流過程是一個(gè)不可逆過程，所以用一虛線表示3-4過程。 過程線4-1表示制冷劑在蒸發(fā)器中的氣化過程。由于這一過程是在等溫、等壓下進(jìn)行的，液體制冷劑吸取被冷卻介質(zhì)的熱量（即制冷）而不斷氣化，制冷劑的狀態(tài)沿蒸發(fā)壓力的等壓線 向干度增大的方向變化，直到全部變?yōu)轱柡驼魵鉃橹?。這樣，制冷劑的狀態(tài)又重新回到進(jìn)入壓縮機(jī)前的狀態(tài)點(diǎn)1，從而完成一個(gè)完整的理論制冷循環(huán)。 制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)單級(jí)蒸氣壓縮制冷的實(shí)際循環(huán)： 在實(shí)際的制冷

52、循環(huán)中，與理論循環(huán)是有差別的，例如:理論循環(huán)中沒有考慮到制冷劑液體過冷和蒸氣過熱的影響;也沒有考慮冷凝器蒸發(fā)器和連接各設(shè)備的管道中因制冷的流動(dòng)而產(chǎn)生的壓降;壓縮機(jī)的實(shí)際過程也并非是等熵過程;系統(tǒng)中存在著不凝性氣體等。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)各種實(shí)際因素對(duì)循環(huán)的影響：各種實(shí)際因素對(duì)循環(huán)的影響：液體過冷對(duì)循環(huán)的影響： 液體制冷劑節(jié)流后進(jìn)入濕蒸汽區(qū)，節(jié)流后制冷劑的干度愈小，它在蒸發(fā)器中氣 化時(shí)的吸熱量愈大，循環(huán)的制冷系數(shù)愈高。在一定的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度下，采用使節(jié)流前制冷劑液體過冷的方法可以達(dá)到減少節(jié)流后干度的目的。在世界循環(huán)中，往往采用一定的過冷度通常情況下，假定冷凝器出水溫度比冷凝溫度低3-5K

53、，冷卻水在冷凝器中的溫升為38K，因而冷卻水的進(jìn)口溫度比出口溫度低513K，這就足以使制冷劑出口溫度達(dá)到一定的過冷度。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)液體過冷對(duì)循環(huán)的影響： 下圖1為具有液體過冷的循環(huán)和理論循環(huán)的對(duì)比圖，1-2-3-4-1為理論循環(huán)，1-2-3-4-1表示過冷循環(huán)。 具有液體過冷的循環(huán)：制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)液體過冷對(duì)循環(huán)的影響： 兩個(gè)循環(huán)的比功相同，過冷循環(huán)中單位制冷量增加，從而導(dǎo)致過冷循環(huán)的制冷系數(shù)增加。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)蒸氣過熱對(duì)循環(huán)性能的影響： 實(shí)際循環(huán)中，為了不將液滴帶入壓縮機(jī)，通常制冷劑液體在蒸發(fā)器中完全蒸發(fā)后 仍然要繼續(xù)吸收一部分熱量，這樣，在它到達(dá)壓縮機(jī)之前已處

54、于過熱狀態(tài)，如下圖表示。1-2-3-4-1表示理論循環(huán)，1-2-3-4-1表示具有蒸氣過熱的循環(huán)。 制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)蒸氣過熱對(duì)循環(huán)性能的影響： 吸入過熱蒸氣對(duì)制冷量和制冷系數(shù)的影響取決于蒸氣過程時(shí)吸收的熱量是否產(chǎn)生有用的制冷效果以及過熱度的大小。 制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)（1）過熱沒有產(chǎn)生有用的制冷效果： 由蒸發(fā)器出來的低溫制冷劑蒸氣，在通過吸入管道進(jìn)入壓縮機(jī)之前，從周圍環(huán)境中吸取熱量而過熱，但它并沒有對(duì)被冷卻物質(zhì)產(chǎn)生任何制冷效應(yīng)，這種過熱稱為“無效”過熱。由于循環(huán)的單位制冷量和運(yùn)行在相同冷凝溫度和蒸發(fā)溫度下的理論循環(huán)的單位制冷量是相等的，但蒸氣比容的增加使單位容積制冷量減少，對(duì)給定壓

55、縮機(jī)而言它將導(dǎo)致循環(huán)制冷量的降低。 制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)（2）吸熱本身產(chǎn)生有用的制冷效果：如果吸入蒸氣的過熱產(chǎn)生在蒸發(fā)器本身的后部，或者產(chǎn)生在安裝于被冷卻室內(nèi)的 吸氣管道上，或者產(chǎn)生在兩者皆有的情況下，那么，由于過熱而吸收的熱量來自被冷卻空間，因而產(chǎn)生了有用的制冷效果，我們稱這種過熱為“有效”過熱。 下圖為一些制冷劑在過熱區(qū)內(nèi)單容積制冷量的變化情況。從圖中可以看出，氨過熱對(duì)容積制冷量是不利的，它將使裝置的制冷量減少。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)各種制冷劑在過熱區(qū)內(nèi)單位容積制冷量的變化情況：制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)氣、液熱交換對(duì)循環(huán)性能的影響： 在系統(tǒng)中增加一個(gè)氣-液熱交換器，結(jié)果使得制冷劑液體

56、過冷，低溫蒸氣有效過熱。這樣，不但可增加單位制冷量，而且可以減少蒸氣與環(huán)境空氣之間的傳熱溫差，減少甚至消除吸氣管道中的有害過熱 具有氣-液熱交換器的壓焓圖如下所示。 制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)熱交換及壓力損失對(duì)循環(huán)性能的影響： 實(shí)際循環(huán)中，由于熱交換和流動(dòng)阻力的存在，制冷劑熱力狀態(tài)的變化不可避免。 下面將討論這些因素對(duì)循環(huán)性能的影響（1）吸入管道 吸入管道對(duì)循環(huán)性能的影響最大。吸入管道中的壓力降始終是有害的，它使得吸 氣比容增大，壓縮機(jī)的壓力比增大，單位容積制冷量減少，壓縮機(jī)容積效率降低，比壓力增大，制冷系數(shù)下降。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)熱交換及壓力損失對(duì)循環(huán)性能的影響：（2）排出管道 在壓縮機(jī)

57、的排出管道中，熱量由高溫制冷劑蒸氣傳給周圍空氣，它不會(huì)引起性能 的改變，僅僅是減少了冷凝器中的熱負(fù)荷。 （3）冷凝器到膨脹閥之間的液體管道在冷凝器到膨脹閥這段管路中，熱量通常由液體制冷劑傳給周圍空氣，使液體制 冷劑過冷，制冷量增大。然而，也可能水冷冷凝器中的冷卻水溫度很低，冷凝溫度低于環(huán)境溫度，熱量由空氣傳給液體制冷劑，可能導(dǎo)致部分液體氣化，這不僅使單位制冷量下降，而且使得膨脹閥不能正常工作.制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)熱交換及壓力損失對(duì)循環(huán)性能的影響：（4）膨脹閥到蒸發(fā)器之間的管道 通常膨脹閥是緊靠蒸發(fā)器安裝的。倘若將它安裝在被冷卻空間內(nèi)，傳給管道的熱 量將產(chǎn)生有效制冷量；若安裝在室外，熱量的傳

58、遞使制冷量減少，因而此段管道必須保溫。 （5）冷凝器 假定出冷凝器的壓力不變，為克服冷凝器中制冷劑的流動(dòng)阻力，必須提高進(jìn)冷凝 器時(shí)制冷劑的壓力，這必須導(dǎo)致壓縮機(jī)的排氣壓力升高，壓力比增大，壓縮機(jī)耗功增加，制冷系數(shù)下降。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)熱交換及壓力損失對(duì)循環(huán)性能的影響：（6）壓縮機(jī) 在理論循環(huán)中，假設(shè)壓縮過程為等熵過程。而實(shí)際上，整個(gè)過程是一個(gè)壓縮指數(shù) 在不斷變化的多方過程。另外，由于壓縮機(jī)氣缸中有余隙容積的存在，氣體經(jīng)過吸、排氣閥及通道出有熱量交換及流動(dòng)阻力，這些因素都會(huì)使壓縮機(jī)的輸氣量減少，制冷量下降，消耗的功率增大。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)不凝性氣體的存在對(duì)循環(huán)性能的影響： 系統(tǒng)中

59、的不凝性氣體往往積存在冷凝器上部，因?yàn)樗荒芡ㄟ^冷凝器的液封.不凝性氣體的存在將使冷凝器內(nèi)的壓力增加，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)排氣壓力提高，比功增加制冷系數(shù)下降，壓縮機(jī)容積效率降低.應(yīng)及時(shí)加以排除.實(shí)際循環(huán)與理論循環(huán)的比較圖（ph）如下圖所示： 制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷機(jī)的性能及工況：性能： 制冷壓縮機(jī)的性能隨蒸發(fā)溫度和冷凝溫度的變化而變化，其中蒸發(fā)溫度的變化對(duì) 性能具有更大的影響。 蒸發(fā)溫度對(duì)循環(huán)性能的影響： 在分析蒸發(fā)溫度對(duì)循環(huán)性能的影響時(shí)，假定冷凝溫度保持不變。當(dāng)蒸發(fā)溫度由T0 降低到T0時(shí)，循環(huán)由原來的1-2-3-4-1變?yōu)?-2-3-4-1，如下圖所示。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知

60、識(shí)性能：制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)性能：(1) 單位容積制冷量: 單位容積制冷量為 ，當(dāng)蒸發(fā)溫度由t0 降到t0時(shí)，h1稍有降低，因而 h1h1h3h3 稍低于h1h1h3h3 .由于T0的降低使蒸發(fā)壓力P0隨之下降，因而壓縮機(jī)的吸氣比容V1增大，使分母有較大的改變，qv隨T0的降低而迅速下降，因而對(duì)于一臺(tái)給定的壓縮機(jī)而言，隨T0的下降，制冷量迅速下降。 （2）制冷系數(shù): 由于制冷系數(shù)是單位制冷量q0與比功w0之比值，顯然，當(dāng)蒸發(fā)溫度T0降低時(shí)，制冷系數(shù)是下降的，如下圖所示。制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)氨的制冷系數(shù)與蒸發(fā)溫度的關(guān)系 :制冷原理部分制冷基礎(chǔ)知識(shí)冷凝溫度對(duì)循環(huán)性能的影響： 在分析冷凝溫度