第三章蒸汽壓縮式制冷設(shè)備

1、1. 系統(tǒng)組成：系統(tǒng)組成： 壓縮機，節(jié)流閥，蒸發(fā)器和冷凝器等主要設(shè)備壓縮機，節(jié)流閥，蒸發(fā)器和冷凝器等主要設(shè)備 及輔助設(shè)備（過濾器，油分離器，儲液器）。及輔助設(shè)備（過濾器，油分離器，儲液器）。3.1.1 特點及工作過程特點及工作過程壓壓-焓圖焓圖溫溫-熵圖熵圖3.1.2 制冷劑的狀態(tài)圖制冷劑的狀態(tài)圖 壓壓-焓圖：焓圖： 1點，點，2線，線，3區(qū)，區(qū)，5態(tài)，態(tài)，6等參數(shù)線等參數(shù)線簇。簇。2線線3區(qū)區(qū)5態(tài)態(tài)1點點臨界點臨界點 (critical point)下臨界線下臨界線 : 不同壓力下飽和液體狀態(tài)不同壓力下飽和液體狀態(tài)上臨界線：不同壓力下干飽和蒸汽狀態(tài)上臨界線：不同壓力下干飽和蒸汽狀態(tài)液相區(qū)液相

2、區(qū) (liquid region)汽液兩相區(qū)汽液兩相區(qū)(liquid-vapor region) 汽相區(qū)汽相區(qū) (vapor region)未飽和液體，飽和液體，濕飽和蒸汽，未飽和液體，飽和液體，濕飽和蒸汽，干飽和蒸汽，過熱蒸汽。干飽和蒸汽，過熱蒸汽。 6等參數(shù)線簇等參數(shù)線簇(壓壓-焓圖）焓圖） 等壓線等壓線- 水平線；水平線； 等焓線等焓線- 垂直線；垂直線； 等溫線等溫線- 液相區(qū)：幾乎為垂直線，液相區(qū)：幾乎為垂直線， 兩相區(qū)：水平線，兩相區(qū)：水平線， 氣相區(qū)：向下方彎曲的傾斜線；氣相區(qū)：向下方彎曲的傾斜線； 等熵線等熵線- 向右上方傾斜的實線；向右上方傾斜的實線； 等容線等容線- 向右上

3、方傾斜的虛線，比等熵線平坦；向右上方傾斜的虛線，比等熵線平坦； 等干度線等干度線- 只存在于濕蒸氣區(qū)。只存在于濕蒸氣區(qū)。 高溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩碩H和低溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩碩L溫度恒定，制冷劑在相變過程溫度恒定，制冷劑在相變過程 中與熱源之間沒有傳熱溫差，中與熱源之間沒有傳熱溫差， 蒸發(fā)溫度蒸發(fā)溫度To=TL，冷凝溫度，冷凝溫度 TK=TH； 制冷劑除在蒸發(fā)器和冷凝器外，在整個循環(huán)的其它流動制冷劑除在蒸發(fā)器和冷凝器外，在整個循環(huán)的其它流動 過程中與外界不發(fā)生熱交換。過程中與外界不發(fā)生熱交換。 制冷劑離開蒸發(fā)器的狀態(tài)為飽和蒸氣，制冷劑離開蒸發(fā)器的狀態(tài)為飽和蒸氣， 離開冷凝器的狀態(tài)為飽和液體；離開冷凝器的狀

4、態(tài)為飽和液體； 制冷劑除在壓縮機和膨脹閥處發(fā)生壓力升降外，制冷劑除在壓縮機和膨脹閥處發(fā)生壓力升降外， 在整個循環(huán)的其它流動過程中沒有壓力損失；在整個循環(huán)的其它流動過程中沒有壓力損失； 壓縮壓縮機的壓縮過程為等熵壓縮過程；機的壓縮過程為等熵壓縮過程； 制冷劑流過節(jié)流裝置時，速度變化小，可忽略不計；制冷劑流過節(jié)流裝置時，速度變化小，可忽略不計； 制冷劑在設(shè)備的連接管道中不發(fā)生狀態(tài)變化。制冷劑在設(shè)備的連接管道中不發(fā)生狀態(tài)變化。1. 簡單的理論循環(huán)假設(shè)簡單的理論循環(huán)假設(shè)2. 理想循環(huán)在坐標圖上的描述理想循環(huán)在坐標圖上的描述 工作過程工作過程（1）1-2 壓縮機中干飽和蒸汽等熵壓縮過程；壓縮機中干飽和蒸

5、汽等熵壓縮過程；（2）2-3 冷凝器中過熱蒸汽等壓冷卻及冷凝過程；冷凝器中過熱蒸汽等壓冷卻及冷凝過程；（3）3-4 節(jié)流閥中飽和液體絕熱節(jié)流過程；節(jié)流閥中飽和液體絕熱節(jié)流過程；（4）4-1 蒸發(fā)器中濕蒸汽等溫等壓汽化過程。蒸發(fā)器中濕蒸汽等溫等壓汽化過程。（2）2點：壓縮機壓縮后的排氣狀態(tài)，點：壓縮機壓縮后的排氣狀態(tài)， 對應(yīng)于冷凝壓力下的過熱蒸汽。對應(yīng)于冷凝壓力下的過熱蒸汽。 各點對應(yīng)狀態(tài)各點對應(yīng)狀態(tài)（1）1點：制冷劑進入壓縮機的狀態(tài)，點：制冷劑進入壓縮機的狀態(tài)， 對應(yīng)于蒸發(fā)溫度對應(yīng)于蒸發(fā)溫度To下的飽和蒸汽。下的飽和蒸汽。（3）3點：制冷劑在冷凝器出口處的狀態(tài)，點：制冷劑在冷凝器出口處的狀態(tài)，

6、 是與冷凝溫度是與冷凝溫度TK對應(yīng)的飽和液體。對應(yīng)的飽和液體。（4）4點：節(jié)流后流出節(jié)流閥，進入蒸發(fā)器的狀態(tài)，點：節(jié)流后流出節(jié)流閥，進入蒸發(fā)器的狀態(tài)， 為濕飽和蒸汽狀態(tài)。為濕飽和蒸汽狀態(tài)。 坐標圖中的表示坐標圖中的表示課堂問題課堂問題1：不可逆：不可逆絕熱過程熵變?nèi)绾?？絕熱過程熵變?nèi)绾?？課堂問題課堂問題2：理論循：理論循環(huán)是否是可逆循環(huán)？環(huán)是否是可逆循環(huán)？ 理論依據(jù)：理論依據(jù)： 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律 （開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動的能量守恒方程式）（開口系統(tǒng)穩(wěn)定流動的能量守恒方程式）sfWzmgcmhmQ2213. 理想循環(huán)特性理想循環(huán)特性sfwzgchq221（1）蒸發(fā)過程和單位制冷量蒸發(fā)過程和

7、單位制冷量 制冷量：制冷量： 制冷劑通過蒸發(fā)器時從低溫?zé)嵩次盏臒崃?。制冷劑通過蒸發(fā)器時從低溫?zé)嵩次盏臒崃俊?單位質(zhì)量制冷量：單位質(zhì)量制冷量： 1kg 制冷劑在蒸發(fā)器中從低溫?zé)嵩粗评鋭┰谡舭l(fā)器中從低溫?zé)嵩?吸收的熱量。吸收的熱量。kwhhqhhqmm)()(31410式中：式中： qm制冷劑的質(zhì)量流量。制冷劑的質(zhì)量流量。說說明明制冷量制冷量 制冷劑的質(zhì)量流量制冷劑的質(zhì)量流量 制冷劑進出蒸發(fā)器的焓差制冷劑進出蒸發(fā)器的焓差與壓縮機的尺寸與壓縮機的尺寸和轉(zhuǎn)速有關(guān)和轉(zhuǎn)速有關(guān)與制冷劑的種類和與制冷劑的種類和工作條件有關(guān)工作條件有關(guān)kgkJhhhhq/31410 單位容積制冷量：單位容積制冷量： 壓縮機

8、每吸入壓縮機每吸入 1m3 制冷劑蒸氣制冷劑蒸氣 （按（按壓縮機壓縮機吸氣狀態(tài)）所制取的冷量。吸氣狀態(tài)）所制取的冷量。314110/ mkJvhhvqqvz 制冷劑的質(zhì)量流量制冷劑的質(zhì)量流量： skgvqqvhm/1式中：式中： v1壓縮機入口處狀態(tài)點壓縮機入口處狀態(tài)點1的比體積。的比體積。式中：式中： qvh壓縮機的理論輸氣量，壓縮機的理論輸氣量，m3/s。（2）壓縮過程和比功）壓縮過程和比功 理論比功：理論比功： 壓縮機每壓縮和輸送壓縮機每壓縮和輸送 1kg 制冷劑所制冷劑所 消耗的壓縮功。消耗的壓縮功。 壓縮機功率：壓縮機功率：kwhhqPm)(120kgkJhhw/120 容積比功：容

9、積比功： 壓縮機每壓縮和輸送壓縮機每壓縮和輸送 1m3 制冷劑制冷劑 （按壓縮機吸氣狀態(tài)）所消耗的壓縮功。（按壓縮機吸氣狀態(tài)）所消耗的壓縮功。31121/mkJvhhvwwv與制冷劑的種類和與制冷劑的種類和工作條件有關(guān)工作條件有關(guān) 壓縮機的壓力比：壓縮機的壓力比： 循環(huán)中壓縮機的排氣壓力循環(huán)中壓縮機的排氣壓力 與吸氣壓力之比。與吸氣壓力之比。012ppppk 壓縮機的排氣溫度壓縮機的排氣溫度 T2 ： 制冷劑氣體壓縮終了的溫度。制冷劑氣體壓縮終了的溫度。（3）冷凝過程和冷凝器的熱負荷冷凝過程和冷凝器的熱負荷 冷凝器單位熱負荷：冷凝器單位熱負荷： 1kg 制冷劑蒸汽在冷凝器中放出的熱量。制冷劑蒸

10、汽在冷凝器中放出的熱量。kgkJhhqk/32（4）節(jié)流過程）節(jié)流過程 34hh 節(jié)流過程特點節(jié)流過程特點 節(jié)流前后焓值不變；但節(jié)流過程非等焓過程。節(jié)流前后焓值不變；但節(jié)流過程非等焓過程。 節(jié)流過程是不可逆過程。節(jié)流過程是不可逆過程。 節(jié)流時絕熱膨脹，對外不作功。節(jié)流時絕熱膨脹，對外不作功。 整個整個循環(huán)比功與壓縮機的理論比功相等。循環(huán)比功與壓縮機的理論比功相等。 節(jié)流后節(jié)流后4狀態(tài)點狀態(tài)點 焓值焓值04044)1 (gfhxhxh 干度干度00044fgfhhhhx 比體積比體積04044)1(gfvxvxv（6）循環(huán)效率（熱力完善度）：循環(huán)效率（熱力完善度）：001241TTThhhhKc

11、12410hhhhwq（5）制冷系數(shù)：制冷系數(shù)： 總結(jié)總結(jié) 運用某種制冷劑時：運用某種制冷劑時： 蒸發(fā)壓力蒸發(fā)壓力po ，冷凝壓力，冷凝壓力pk 反映系統(tǒng)的壓力水平；反映系統(tǒng)的壓力水平； 壓力比，壓力差和排氣溫度反映壓縮機的工作條件；壓力比，壓力差和排氣溫度反映壓縮機的工作條件； 單位制冷量，單位容積制冷量反映制冷能力，單位制冷量，單位容積制冷量反映制冷能力， COP 反映制冷循環(huán)的經(jīng)濟性。反映制冷循環(huán)的經(jīng)濟性。 制冷機的性能制冷機的性能 制冷量制冷量0 壓縮機功率壓縮機功率P 循環(huán)的性能系數(shù)循環(huán)的性能系數(shù)COP 影響理論循環(huán)特性的因素：影響理論循環(huán)特性的因素： （1）熱源的溫度；）熱源的溫度

12、； （2）制冷劑的性質(zhì)。）制冷劑的性質(zhì)。 理論循環(huán)的意義：理論循環(huán)的意義： （1）是實際循環(huán)的基準和參照，用于分析研究實際循環(huán)）是實際循環(huán)的基準和參照，用于分析研究實際循環(huán) 的各種不完善因素和作出相應(yīng)改進。的各種不完善因素和作出相應(yīng)改進。 （2）用于評價制冷劑。相同）用于評價制冷劑。相同Tk，To條件下，通過不同條件下，通過不同 制冷劑的理論循環(huán)特性比較，可以評價它們在熱力制冷劑的理論循環(huán)特性比較，可以評價它們在熱力 性質(zhì)方面的適宜程度。性質(zhì)方面的適宜程度。 理論循環(huán)是不可逆循環(huán)。理論循環(huán)是不可逆循環(huán)。4. 理想循環(huán)的意義理想循環(huán)的意義 影響實際循環(huán)的因素影響實際循環(huán)的因素3.2 單級蒸氣壓縮

13、式制冷的實際循環(huán)單級蒸氣壓縮式制冷的實際循環(huán) 高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩礊樽儨責(zé)嵩?，高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩礊樽儨責(zé)嵩矗?熱源與制冷劑的傳熱為有限溫差傳熱。熱源與制冷劑的傳熱為有限溫差傳熱。 外部條件外部條件 內(nèi)部條件內(nèi)部條件 制冷劑液體過冷和蒸氣過熱的影響；制冷劑液體過冷和蒸氣過熱的影響； 冷凝器，蒸發(fā)器和連接各設(shè)備的管道中因制冷劑流動冷凝器，蒸發(fā)器和連接各設(shè)備的管道中因制冷劑流動 而產(chǎn)生壓降，制冷劑通過管道與外界有熱交換；而產(chǎn)生壓降，制冷劑通過管道與外界有熱交換； 壓縮機中的實際壓縮過程為非等熵過程；壓縮機中的實際壓縮過程為非等熵過程； 系統(tǒng)中存在不凝性氣體等。系統(tǒng)中存在不凝性氣體等。（1）過冷：制冷劑

14、液體的溫度低于同一壓力下）過冷：制冷劑液體的溫度低于同一壓力下 飽和狀態(tài)的溫度。飽和狀態(tài)的溫度。 過冷度：兩者溫度之差。過冷度：兩者溫度之差。（2）液體過冷循環(huán)：液體過冷循環(huán)： 在一定的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度下，采用使在一定的冷凝溫度和蒸發(fā)溫度下，采用使 制冷劑離開冷凝器，進入節(jié)流閥之前具有一定制冷劑離開冷凝器，進入節(jié)流閥之前具有一定 過冷度的循環(huán)。過冷度的循環(huán)。1. 高壓液體過冷的影響高壓液體過冷的影響（3）過冷循環(huán)的坐標圖表示過冷循環(huán)的坐標圖表示131vhhqvz 單位容積制冷量單位容積制冷量 增大增大 循環(huán)比循環(huán)比功功 不變不變 過冷前后壓縮機進出口狀態(tài)不變，過冷前后壓縮機進出口狀態(tài)不變，比

15、功比功不變。不變。 12hhw 制冷系數(shù)制冷系數(shù) 增加增加wq0（4）過冷對制冷循環(huán)的影響）過冷對制冷循環(huán)的影響3131410hhhhhhq 單位制冷量單位制冷量 增大增大 相同過冷度下，制冷量和制冷系數(shù)提高的百分數(shù)取決于相同過冷度下，制冷量和制冷系數(shù)提高的百分數(shù)取決于 制冷劑的熱力性質(zhì)，即與制冷劑液體的比熱容和蒸發(fā)溫制冷劑的熱力性質(zhì)，即與制冷劑液體的比熱容和蒸發(fā)溫 度下的汽化潛熱有關(guān)。度下的汽化潛熱有關(guān)。（5）結(jié)論：結(jié)論： 采用液體過冷循環(huán)，理論上總是有利的，可以提高循環(huán)采用液體過冷循環(huán)，理論上總是有利的，可以提高循環(huán) 的的經(jīng)濟性。且過冷度越大，對循環(huán)越有利；經(jīng)濟性。且過冷度越大，對循環(huán)越有

16、利； 使進入節(jié)流裝置前的制冷劑液體不會因流動阻力產(chǎn)生使進入節(jié)流裝置前的制冷劑液體不會因流動阻力產(chǎn)生 氣化現(xiàn)象，從而保證了制冷劑流動的穩(wěn)定性。氣化現(xiàn)象，從而保證了制冷劑流動的穩(wěn)定性。 蒸發(fā)溫度越低，過冷使性能的相對提高越大。蒸發(fā)溫度越低，過冷使性能的相對提高越大。12124441)()(hhtchhhhhh 利用再冷卻器或過冷器獲得過冷；利用再冷卻器或過冷器獲得過冷；（6）實現(xiàn)過冷的）實現(xiàn)過冷的措施：措施： 利用冷凝器直接過冷；利用冷凝器直接過冷； 過冷度提高不多，一般可獲得過冷度提高不多，一般可獲得1-5過冷度。過冷度。 采用逆流管套式換熱器最易獲得過冷。采用逆流管套式換熱器最易獲得過冷。 在

17、冷凝器和膨脹閥之間增設(shè)一臺過冷器，在過冷器在冷凝器和膨脹閥之間增設(shè)一臺過冷器，在過冷器 中通入溫度更低的冷卻介質(zhì)（如深井水）；中通入溫度更低的冷卻介質(zhì)（如深井水）； 或?qū)⒗鋮s介質(zhì)先通過再冷卻器，然后再進入冷凝器?；?qū)⒗鋮s介質(zhì)先通過再冷卻器，然后再進入冷凝器。 采用氣采用氣- -液熱交換器（回?zé)崞鳎Ｒ簾峤粨Q器（回?zé)崞鳎?。?）蒸氣過熱循環(huán)：）蒸氣過熱循環(huán)： 制冷劑蒸氣在蒸發(fā)器中完全蒸發(fā)后仍然要制冷劑蒸氣在蒸發(fā)器中完全蒸發(fā)后仍然要 繼續(xù)吸收一部分熱量，這樣，當(dāng)它到達壓縮機繼續(xù)吸收一部分熱量，這樣，當(dāng)它到達壓縮機 之前已處于過熱狀態(tài)。之前已處于過熱狀態(tài)。（1）過熱：制冷劑蒸氣的溫度高于同）過熱：制

18、冷劑蒸氣的溫度高于同 一壓力下飽和蒸氣的溫度。一壓力下飽和蒸氣的溫度。 過熱度過熱度：兩者溫度之差。：兩者溫度之差。2. 壓縮機吸氣過熱的影響壓縮機吸氣過熱的影響不將液滴帶入壓縮機，避免液擊現(xiàn)象。不將液滴帶入壓縮機，避免液擊現(xiàn)象。 目的目的（3）過熱循環(huán)的坐標圖表示過熱循環(huán)的坐標圖表示（4）過熱對制冷循環(huán)的影響）過熱對制冷循環(huán)的影響 過熱循環(huán)中壓縮機的排氣溫度比理論循環(huán)過熱循環(huán)中壓縮機的排氣溫度比理論循環(huán)壓縮機的排氣溫度高；壓縮機的排氣溫度高； 壓縮機的排氣溫度壓縮機的排氣溫度 增加增加)()(12120120hhhhwhhw 循環(huán)比功循環(huán)比功 略增大略增大 由于過熱循環(huán)在由于過熱循環(huán)在1-1

19、過程中吸收了一部分熱量，過程中吸收了一部分熱量，再加上比功又略有增加，則冷凝器的熱負荷增加。再加上比功又略有增加，則冷凝器的熱負荷增加。 冷凝器的熱負荷冷凝器的熱負荷 增加增加32hhqk 若給定壓縮機，制冷劑的質(zhì)量流量若給定壓縮機，制冷劑的質(zhì)量流量qm 減小減小1vqqvhm 單位制冷量和制冷系數(shù)的變化單位制冷量和制冷系數(shù)的變化 取決于過熱是有效過熱，還是無效過熱取決于過熱是有效過熱，還是無效過熱。 若壓縮機吸入蒸氣的若壓縮機吸入蒸氣的過熱發(fā)生在蒸發(fā)器本身過熱發(fā)生在蒸發(fā)器本身，或者發(fā)生在安裝于被，或者發(fā)生在安裝于被冷卻空間內(nèi)部的吸氣管冷卻空間內(nèi)部的吸氣管道上，或兩者皆有，該道上，或兩者皆有，

20、該過熱所吸收的熱量來自過熱所吸收的熱量來自于被冷卻物體，因而產(chǎn)于被冷卻物體，因而產(chǎn)生有效的制冷作用。生有效的制冷作用。 有效過熱有效過熱 從蒸發(fā)器出來的低溫從蒸發(fā)器出來的低溫制冷劑蒸氣，在通過吸制冷劑蒸氣，在通過吸氣管道進入壓縮機之前氣管道進入壓縮機之前，從周圍環(huán)境中吸收熱，從周圍環(huán)境中吸收熱量而過熱，該過熱對被量而過熱，該過熱對被冷卻物體不產(chǎn)生任何制冷卻物體不產(chǎn)生任何制冷作用。冷作用。 無效過熱無效過熱410hhq00wq 無效過熱為有害過熱無效過熱為有害過熱。結(jié)論結(jié)論在吸氣管道上敷設(shè)隔熱材料。在吸氣管道上敷設(shè)隔熱材料。但不能完全消除。但不能完全消除。措施措施單位容積制冷量單位容積制冷量如何

21、變化？如何變化？ 無效過熱對循環(huán)性能的影響無效過熱對循環(huán)性能的影響 單位制冷量單位制冷量 不變不變 制冷量制冷量 減少減少 制冷系數(shù)制冷系數(shù) 降低降低00qqQm給定壓縮機給定壓縮機 單位容積制冷量單位容積制冷量qv：與制冷劑的性質(zhì)有關(guān)與制冷劑的性質(zhì)有關(guān) 有效過熱對循環(huán)性能的影響有效過熱對循環(huán)性能的影響 單位制冷量單位制冷量q0 增加增加NH3 單位容積制冷量單位容積制冷量下降下降； 制冷量減少；制冷量減少； 壓縮終了溫度提高壓縮終了溫度提高； 對壓縮機的壽命對壓縮機的壽命，可靠可靠 性不利；性不利； 希望有希望有5的過熱度。的過熱度。R502 單位容積制冷量增加；單位容積制冷量增加； 制冷量

22、增加；制冷量增加； 容積效率提高；容積效率提高； 吸氣過熱度受最高允許吸氣過熱度受最高允許 排氣溫度的限制；排氣溫度的限制； R502 可可允許有允許有30-50過熱過熱度。度。 單位容積制冷量減少單位容積制冷量減少，但變化較小；，但變化較??； 壓縮機的容積效率壓縮機的容積效率增加，增加，占優(yōu)勢；占優(yōu)勢； 相同工作條件下，壓縮機相同工作條件下，壓縮機排氣溫度比排氣溫度比R502高，高， 因而限制了有效過熱度允許采用的數(shù)值。因而限制了有效過熱度允許采用的數(shù)值。R22 制冷系數(shù)：制冷系數(shù)：與制冷劑的性質(zhì)有關(guān)與制冷劑的性質(zhì)有關(guān) 制冷系數(shù)下降：制冷系數(shù)下降： NH3，R22； 制冷系數(shù)增加：制冷系數(shù)增

23、加： R502，丙烷。，丙烷。（1）回?zé)幔菏构?jié)流前的制冷劑液體和壓縮機吸入）回?zé)幔菏构?jié)流前的制冷劑液體和壓縮機吸入 前的制冷劑蒸氣進行熱交換，同時達到前的制冷劑蒸氣進行熱交換，同時達到 液體過冷和吸氣過熱的目的。液體過冷和吸氣過熱的目的。（2）回?zé)嵫h(huán)制冷系統(tǒng)圖）回?zé)嵫h(huán)制冷系統(tǒng)圖 3. 氣氣-液熱交換器（回?zé)幔ρh(huán)性能的影響液熱交換器（回?zé)幔ρh(huán)性能的影響（3）回?zé)嵫h(huán)坐標圖）回?zé)嵫h(huán)坐標圖 回?zé)崞鞯哪芰科胶怅P(guān)系回?zé)崞鞯哪芰科胶怅P(guān)系 不計回?zé)崞髋c外界環(huán)境之間的能量交換，不計回?zé)崞髋c外界環(huán)境之間的能量交換， 回?zé)崞髦兄评鋭┮后w放出的熱量應(yīng)等于回?zé)崞髦兄评鋭┮后w放出的熱量應(yīng)等于 制冷劑蒸氣吸

24、收的熱量。制冷劑蒸氣吸收的熱量。 （4）回?zé)嵫h(huán)分析）回?zé)嵫h(huán)分析 443311hhhhhh即；即；)()(11033ttcttcp式中：式中：c：液體的比熱容，：液體的比熱容， cp0：低壓蒸氣的比熱容。低壓蒸氣的比熱容。 循環(huán)比功循環(huán)比功 略增加略增加)()(12 1 20 1 20hhhhwhhw 單位制冷量單位制冷量 增加增加41410hhhhq比同有效過熱分析比同有效過熱分析回?zé)嵫h(huán)等價于沒有過冷的有效過熱循環(huán)。回?zé)嵫h(huán)等價于沒有過冷的有效過熱循環(huán)。說明說明 制冷系數(shù)制冷系數(shù) 可增加或減小可增加或減小 與制冷劑的性質(zhì)有關(guān)。與制冷劑的性質(zhì)有關(guān)。（5）回?zé)嵫h(huán)的應(yīng)用）回?zé)嵫h(huán)的應(yīng)用 從單

25、位容積制冷量和制冷系數(shù)角度看：從單位容積制冷量和制冷系數(shù)角度看： R502，R290，R134a 采用回?zé)嵫h(huán)有利；采用回?zé)嵫h(huán)有利； R22，R717 采用回?zé)嵫h(huán)不利。采用回?zé)嵫h(huán)不利。 為防止壓縮過程產(chǎn)生液擊現(xiàn)象，采用回?zé)嵫h(huán)；為防止壓縮過程產(chǎn)生液擊現(xiàn)象，采用回?zé)嵫h(huán)； R113，R114，RC318等類制冷劑等類制冷劑 T-S圖上飽和蒸氣曲線向左下方傾斜，當(dāng)壓縮機吸入圖上飽和蒸氣曲線向左下方傾斜，當(dāng)壓縮機吸入 的是飽和氣體時，等熵壓縮后進入濕蒸氣區(qū)，不利于的是飽和氣體時，等熵壓縮后進入濕蒸氣區(qū)，不利于 壓縮機工作。必須采用回?zé)嵫h(huán)。壓縮機工作。必須采用回?zé)嵫h(huán)。 蒸發(fā)溫度較高的制冷機一

26、般不用回?zé)崞?。蒸發(fā)溫度較高的制冷機一般不用回?zé)崞鳌?對小型制冷機來說，通常把冷凝后的液體管道對小型制冷機來說，通常把冷凝后的液體管道 （或毛細管）與壓縮機前的吸氣管道包扎在一起（或毛細管）與壓縮機前的吸氣管道包扎在一起 ， 形成一個簡單的回?zé)崞?。形成一個簡單的回?zé)崞鳌?蒸發(fā)溫度低的制冷機用回?zé)崞饔兄匾饬x：蒸發(fā)溫度低的制冷機用回?zé)崞饔兄匾饬x： 低溫制冷裝置中，吸氣溫度過低會使壓縮機汽缸外壁低溫制冷裝置中，吸氣溫度過低會使壓縮機汽缸外壁 結(jié)霜，潤滑條件惡化，應(yīng)設(shè)法提高吸氣溫度。結(jié)霜，潤滑條件惡化，應(yīng)設(shè)法提高吸氣溫度。 同時高壓液體因回?zé)岫玫竭^冷。同時高壓液體因回?zé)岫玫竭^冷。 對較大型制冷機

27、，需用一個專門的回?zé)崞鳌^大型制冷機，需用一個專門的回?zé)崞鳌?壓縮機吸氣比體積增加，壓縮機吸氣比體積增加， 壓力比增加；壓力比增加； 循環(huán)比功增大；循環(huán)比功增大； 容積效率降低；容積效率降低； 制冷系數(shù)降低。制冷系數(shù)降低。 （1）吸氣管道）吸氣管道 壓縮機吸氣比體積增大；壓縮機吸氣比體積增大； 單位容積制冷量減小；單位容積制冷量減小； 排氣溫度上升；排氣溫度上升； 循環(huán)性能系數(shù)下降。循環(huán)性能系數(shù)下降。 增大管徑，降低流速。增大管徑，降低流速。4. 管道壓力損失和熱交換對循環(huán)性能的影響管道壓力損失和熱交換對循環(huán)性能的影響熱交換熱交換無效過熱無效過熱壓力降壓力降有害有害采取措施采取措施 增加了壓

28、縮機的排氣壓力；增加了壓縮機的排氣壓力； 增加了壓縮機的壓力比，比功；增加了壓縮機的壓力比，比功； 增加了壓縮機排氣溫度；增加了壓縮機排氣溫度； 容積效率降低；容積效率降低； 制冷系數(shù)下降。制冷系數(shù)下降。 冷卻高壓氣體；冷卻高壓氣體； 減小冷凝器的熱負荷。減小冷凝器的熱負荷。 排氣管道中制冷劑的流速也必須加以控制。排氣管道中制冷劑的流速也必須加以控制。 該壓力降相對于壓縮機的壓力比而言，要小得多，該壓力降相對于壓縮機的壓力比而言，要小得多， 對系統(tǒng)的影響較小。對系統(tǒng)的影響較小。（2）排氣管道）排氣管道 熱交換熱交換有利有利壓力降壓力降有害有害采取措施采取措施（3）高壓液體管道）高壓液體管道 熱

29、交換：考慮兩種可能情況熱交換：考慮兩種可能情況a: 熱交換熱交換有利有利若制冷劑液體溫度若制冷劑液體溫度高于環(huán)境溫度，高壓高于環(huán)境溫度，高壓制冷劑液體散熱，起制冷劑液體散熱，起到過冷作用，對循環(huán)到過冷作用，對循環(huán)有益；有益；若制冷劑液體溫度低于若制冷劑液體溫度低于環(huán)境溫度，制冷劑被環(huán)境環(huán)境溫度，制冷劑被環(huán)境加熱，高壓液管中將有部加熱，高壓液管中將有部分制冷劑液體汽化，影響分制冷劑液體汽化，影響膨脹閥的流通能力且使其膨脹閥的流通能力且使其工作不穩(wěn)定。造成蒸發(fā)器工作不穩(wěn)定。造成蒸發(fā)器缺液，制冷能力下降。缺液，制冷能力下降。b: 熱交換熱交換不利不利 產(chǎn)生的原因：產(chǎn)生的原因： 液體管路中的壓力降；液

30、體管路中的壓力降； 高度差導(dǎo)致壓力降。高度差導(dǎo)致壓力降。 產(chǎn)生的影響：產(chǎn)生的影響： 使膨脹閥前的制冷劑壓力降低；使膨脹閥前的制冷劑壓力降低； 閥前后的壓力差減小；閥前后的壓力差減小； 高壓液管的壓力損失將使閥前液體出現(xiàn)閃蒸氣；高壓液管的壓力損失將使閥前液體出現(xiàn)閃蒸氣； 影響膨脹閥的通流能力及其工作的穩(wěn)定性。影響膨脹閥的通流能力及其工作的穩(wěn)定性。 設(shè)計時，注意冷凝器和節(jié)流裝置的相對位置；設(shè)計時，注意冷凝器和節(jié)流裝置的相對位置； 同時，降低節(jié)流前管路的阻力損失。同時，降低節(jié)流前管路的阻力損失。壓力降壓力降有害有害采取措施采取措施 a：管道安裝在被冷卻空間，有效制冷；：管道安裝在被冷卻空間，有效制冷

31、； b：管道安裝在室外，無效制冷。：管道安裝在室外，無效制冷。 兩相管道的壓力降，使膨脹閥出口壓力升高，兩相管道的壓力降，使膨脹閥出口壓力升高， 閥前后壓差減小，略削弱膨脹閥通流能力；閥前后壓差減小，略削弱膨脹閥通流能力； 通常這一管道的距離是較短的，壓力降對系統(tǒng)性能通常這一管道的距離是較短的，壓力降對系統(tǒng)性能 幾乎沒有影響。幾乎沒有影響。（4）低壓（兩相）管道）低壓（兩相）管道 熱交換熱交換兩種情況兩種情況壓力降壓力降幾乎無影響幾乎無影響5. 蒸發(fā)器蒸發(fā)器a：假設(shè)制冷劑流出蒸發(fā)器的狀態(tài)不變：假設(shè)制冷劑流出蒸發(fā)器的狀態(tài)不變： 則進入蒸發(fā)器的壓力增加，溫度增加，蒸發(fā)器中的則進入蒸發(fā)器的壓力增加，

32、溫度增加，蒸發(fā)器中的 傳熱溫差減小，要求換熱面積增加。對系統(tǒng)性能無影響。傳熱溫差減小，要求換熱面積增加。對系統(tǒng)性能無影響。b：假設(shè)制冷劑進入蒸發(fā)器狀態(tài)不變，不改變傳熱溫差：假設(shè)制冷劑進入蒸發(fā)器狀態(tài)不變，不改變傳熱溫差： 則結(jié)果與吸入管道壓力降引起的結(jié)果相同。則結(jié)果與吸入管道壓力降引起的結(jié)果相同。比照吸氣管道比照吸氣管道 制冷系統(tǒng)管道中，應(yīng)高度注意處理吸氣管制冷系統(tǒng)管道中，應(yīng)高度注意處理吸氣管 道和高壓液體管道對制冷循環(huán)的影響。道和高壓液體管道對制冷循環(huán)的影響。結(jié)論結(jié)論壓力降壓力降考慮兩種情況考慮兩種情況6. 冷凝器冷凝器 假設(shè)冷凝器出口壓力不變假設(shè)冷凝器出口壓力不變 則需提高冷凝器入口處壓力，

33、則需提高冷凝器入口處壓力， 要求壓縮機排氣壓力升高，壓力比增大；循環(huán)比功增加；要求壓縮機排氣壓力升高，壓力比增大；循環(huán)比功增加； 制冷系數(shù)減小。制冷系數(shù)減小。壓力降壓力降注意條件注意條件7. 壓縮機壓縮機 熱交換熱交換多變過程多變過程 初始階段：汽缸壁面溫度初始階段：汽缸壁面溫度 吸入蒸氣溫度，由汽缸壁吸入蒸氣溫度，由汽缸壁 向蒸氣傳熱；向蒸氣傳熱； 壓縮到一定階段：蒸氣溫度升高壓縮到一定階段：蒸氣溫度升高 汽缸壁面溫度，汽缸壁面溫度， 熱量由蒸氣傳向汽缸壁面。熱量由蒸氣傳向汽缸壁面。功率損失，容積損失功率損失，容積損失 功率損失：使壓縮機實際消耗功率增大；功率損失：使壓縮機實際消耗功率增大；

34、 容積損失：使壓縮機輸氣量減小；容積損失：使壓縮機輸氣量減小； 制冷量下降，性能系數(shù)下降。制冷量下降，性能系數(shù)下降。（1）壓縮機的指示效率壓縮機的指示效率 指示功：直接用于氣體壓縮所消耗的功。指示功：直接用于氣體壓縮所消耗的功。 指示效率：指示比功與理論比功的比值。指示效率：指示比功與理論比功的比值。iiww（2）壓縮機的機械效率壓縮機的機械效率 機械效率：指示比功與壓縮機實際機械效率：指示比功與壓縮機實際 消耗的軸比功之比。消耗的軸比功之比。simww（3）電動機效率電動機效率 電動機效率：作用在壓縮機軸上的功電動機效率：作用在壓縮機軸上的功 與壓縮機實際輸入的功之比。與壓縮機實際輸入的功之

35、比。esmww0（4）壓縮機的容積效率壓縮機的容積效率 容積效率：壓縮機實際輸氣量與理論輸氣量之比。容積效率：壓縮機實際輸氣量與理論輸氣量之比。vhvsqq 不凝性氣體（如空氣）積存在冷凝器上部，將使不凝性氣體（如空氣）積存在冷凝器上部，將使 冷凝器內(nèi)壓力增加，導(dǎo)致壓縮機排氣壓力升高，冷凝器內(nèi)壓力增加，導(dǎo)致壓縮機排氣壓力升高， 比功增大，制冷系數(shù)減小，應(yīng)及時排出。比功增大，制冷系數(shù)減小，應(yīng)及時排出。 水分存在使制冷劑發(fā)生水化反應(yīng)，對系統(tǒng)材料有水分存在使制冷劑發(fā)生水化反應(yīng)，對系統(tǒng)材料有 腐蝕作用。腐蝕作用。 潤滑油與制冷劑直接接觸，二者產(chǎn)生互溶性，潤滑油與制冷劑直接接觸，二者產(chǎn)生互溶性， 使制冷

36、劑的熱力性質(zhì)偏移。使制冷劑的熱力性質(zhì)偏移。8. 不凝性氣體的存在對循環(huán)性能的影響不凝性氣體的存在對循環(huán)性能的影響1. 制冷系統(tǒng)管道中要特別注意吸氣管道，高壓液管。制冷系統(tǒng)管道中要特別注意吸氣管道，高壓液管。2. 注意不同種類的制冷劑其熱力性能的不同變化。注意不同種類的制冷劑其熱力性能的不同變化。總結(jié)總結(jié) 實際循環(huán)在坐標圖中的表示實際循環(huán)在坐標圖中的表示 過程過程4- 1： 制冷劑在蒸發(fā)器中的蒸發(fā)，降壓過程；制冷劑在蒸發(fā)器中的蒸發(fā)，降壓過程； 過程過程1- 1 ： 制冷劑蒸氣在回?zé)崞骷拔鼩夤艿乐械募訜嶂评鋭┱魵庠诨責(zé)崞骷拔鼩夤艿乐械募訜?和降壓過程；和降壓過程； 過程過程1-1： 蒸氣經(jīng)過吸氣閥

37、時的加熱和壓降過程；蒸氣經(jīng)過吸氣閥時的加熱和壓降過程； 過程過程1”- 2： 壓縮機內(nèi)實際的壓縮過程；壓縮機內(nèi)實際的壓縮過程； 過程過程2 - 2： 壓縮機排氣經(jīng)過排氣閥的降壓過程；壓縮機排氣經(jīng)過排氣閥的降壓過程； 過程過程2- 3： 經(jīng)排氣閥管道進入冷凝器的冷卻，冷凝及經(jīng)排氣閥管道進入冷凝器的冷卻，冷凝及 壓降過程；壓降過程； 過程過程3 -3： 制冷劑液體在回?zé)崞骷肮艿乐薪禍?，降壓制冷劑液體在回?zé)崞骷肮艿乐薪禍?，降?過程；過程； 過程過程3- 4：節(jié)流過程。：節(jié)流過程。 實際循環(huán)中的熱力過程實際循環(huán)中的熱力過程1. 熱力計算的內(nèi)容和步驟熱力計算的內(nèi)容和步驟 熱力計算的內(nèi)容：熱力計算的內(nèi)容

38、： 在設(shè)計工況下，計算實際循環(huán)特性，計算在設(shè)計工況下，計算實際循環(huán)特性，計算 制冷機的性能和各熱交換設(shè)備的熱負荷。制冷機的性能和各熱交換設(shè)備的熱負荷。 熱力計算的方法：熱力計算的方法：（1）進行設(shè)計計算時，首先按照制冷機的使用要求）進行設(shè)計計算時，首先按照制冷機的使用要求 和使用時的環(huán)境條件，選擇制冷劑，規(guī)劃制冷和使用時的環(huán)境條件，選擇制冷劑，規(guī)劃制冷 系統(tǒng)流程。系統(tǒng)流程。（2）然后進行熱力計算。）然后進行熱力計算。 熱力計算的步驟：熱力計算的步驟：（1）按已知系統(tǒng)流程繪制）按已知系統(tǒng)流程繪制p-h圖表示循環(huán)圖表示循環(huán) （采取必要的簡化）；（采取必要的簡化）；（2）確定循環(huán)工況；）確定循環(huán)工況

39、；（3）計算實際循環(huán)的特性；）計算實際循環(huán)的特性；（4）計算制冷機性能以及各熱交換設(shè)備的熱負荷。）計算制冷機性能以及各熱交換設(shè)備的熱負荷。3.4.1 采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因1. 為了獲得更低溫度，采用單一制冷劑的多級壓縮為了獲得更低溫度，采用單一制冷劑的多級壓縮 循環(huán)將受蒸發(fā)溫度過低，制冷劑凝固的限制；循環(huán)將受蒸發(fā)溫度過低，制冷劑凝固的限制；氨；標準蒸發(fā)溫度為氨；標準蒸發(fā)溫度為 -33.4， 凝固凝固溫溫度度為為 -77.7。例如例如蒸發(fā)壓力過低會帶來下列問題：蒸發(fā)壓力過低會帶來下列問題： 蒸發(fā)器與外界的壓差增大，空氣滲入系統(tǒng)的蒸發(fā)器與外界的壓差增大，空氣滲入系統(tǒng)的

40、可能性增加，影響系統(tǒng)的正常工作。可能性增加，影響系統(tǒng)的正常工作。 吸氣比體積大，實際吸入汽缸的氣體減少，吸氣比體積大，實際吸入汽缸的氣體減少， 增加了汽缸尺寸。增加了汽缸尺寸。 對活塞式壓縮機，壓縮機的吸排氣靠閥門自動對活塞式壓縮機，壓縮機的吸排氣靠閥門自動 起閉來完成，當(dāng)吸氣壓力低于起閉來完成，當(dāng)吸氣壓力低于0.01-0.015MPa時，時， 難于克服吸氣閥彈簧力，影響壓縮機難于克服吸氣閥彈簧力，影響壓縮機 的正常工作。的正常工作。3.2.1 采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因2. 采用低溫制冷劑時，蒸發(fā)壓力均高于采用低溫制冷劑時，蒸發(fā)壓力均高于10KPa， 但冷凝壓力太高，接

41、近于臨界狀態(tài)，使循環(huán)但冷凝壓力太高，接近于臨界狀態(tài)，使循環(huán) 的節(jié)流損失大大增加。的節(jié)流損失大大增加。3.2.1 采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因例如例如 用乙烷做低溫制冷劑，用乙烷做低溫制冷劑，當(dāng)蒸發(fā)溫度當(dāng)蒸發(fā)溫度t0=-100時，蒸發(fā)壓力時，蒸發(fā)壓力p0=542kPa，冷凝溫度冷凝溫度tk=30時，冷凝壓力時，冷凝壓力pk=4860kPa，接近其臨界狀態(tài)。節(jié)流損失大大增加。接近其臨界狀態(tài)。節(jié)流損失大大增加。3.2.2 復(fù)疊式制冷循環(huán)復(fù)疊式制冷循環(huán)1. 系統(tǒng)的組成：系統(tǒng)的組成： 由兩個（或數(shù)個）采用不同制冷劑的單級（或多級）由兩個（或數(shù)個）采用不同制冷劑的單級（或多級） 制冷系

42、統(tǒng)組成，分別稱為高溫部分和低溫部分。制冷系統(tǒng)組成，分別稱為高溫部分和低溫部分。 高溫系統(tǒng)使用中溫制冷劑，低溫系統(tǒng)采用低溫制冷劑。高溫系統(tǒng)使用中溫制冷劑，低溫系統(tǒng)采用低溫制冷劑。 兩部分由一只蒸發(fā)冷凝器聯(lián)系起來。兩部分由一只蒸發(fā)冷凝器聯(lián)系起來。 高溫部分制冷劑的蒸發(fā)用來使低溫部分制冷劑冷凝。高溫部分制冷劑的蒸發(fā)用來使低溫部分制冷劑冷凝。 兩部分之間靠蒸發(fā)冷凝器來實現(xiàn)傳熱。高溫部分的制冷劑兩部分之間靠蒸發(fā)冷凝器來實現(xiàn)傳熱。高溫部分的制冷劑 再通過自己系統(tǒng)的冷凝器釋放給環(huán)境介質(zhì)水或空氣。再通過自己系統(tǒng)的冷凝器釋放給環(huán)境介質(zhì)水或空氣。 而低溫部分通過自己系統(tǒng)的蒸發(fā)器來吸收被冷卻對象低溫而低溫部分通過自

43、己系統(tǒng)的蒸發(fā)器來吸收被冷卻對象低溫 環(huán)境下的熱量。環(huán)境下的熱量。復(fù)疊式制冷循環(huán)的組合形式與制冷溫度和制冷劑種類復(fù)疊式制冷循環(huán)的組合形式與制冷溫度和制冷劑種類實際確定具體使用何種形式主要考慮：實際確定具體使用何種形式主要考慮： 所要達到的溫度，使用場所，制冷劑種類，所要達到的溫度，使用場所，制冷劑種類，特性及效率等因素。特性及效率等因素。說明說明2. 復(fù)疊式制冷循環(huán)的組合形式與制冷溫度和復(fù)疊式制冷循環(huán)的組合形式與制冷溫度和 制冷劑種類制冷劑種類R50復(fù)疊式制冷循環(huán)的組合形式與制冷溫度和制冷劑種類復(fù)疊式制冷循環(huán)的組合形式與制冷溫度和制冷劑種類3.2.2 復(fù)疊式制冷循環(huán)復(fù)疊式制冷循環(huán)3. 制冷制冷系

44、統(tǒng)及系統(tǒng)及P-h圖和圖和T-S圖表示圖表示 由兩個單級壓縮系統(tǒng)組成的復(fù)疊式制冷系統(tǒng)由兩個單級壓縮系統(tǒng)組成的復(fù)疊式制冷系統(tǒng)壓縮機壓縮機蒸發(fā)器蒸發(fā)器節(jié)節(jié)流流閥閥1234冷凝蒸發(fā)器冷凝蒸發(fā)器壓縮機壓縮機節(jié)節(jié)流流閥閥冷凝器冷凝器5678Ts24 31 068 75 循環(huán)工況：循環(huán)工況： 高溫級高溫級 tkg=35, t0g=-45 低溫級低溫級 tkd=-50, t0d=-85 蒸發(fā)器工作的低溫室溫度蒸發(fā)器工作的低溫室溫度: : -80 冷凝蒸發(fā)器傳熱溫差范圍冷凝蒸發(fā)器傳熱溫差范圍: : 5-10 （低溫部分的冷凝溫度必須高于高溫部分的（低溫部分的冷凝溫度必須高于高溫部分的 蒸發(fā)溫度。）蒸發(fā)溫度。）兩級復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)（兩級復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)（R22-R23） 工作原理圖：工作原理圖： 輔助設(shè)備的作用：輔助設(shè)備的作用：舉例舉例A 低溫壓縮機；低溫壓縮機；B高溫級壓縮機；高溫級壓縮機；C油分離器；油分離器；D水冷冷卻器；水冷冷卻器；E冷凝蒸發(fā)器；冷凝蒸發(fā)器；F過濾器；過濾器；G回?zé)崞鳎换責(zé)崞?；H電磁閥；電磁閥；I熱力膨脹閥；熱力膨脹閥；K蒸發(fā)器；蒸發(fā)器；W膨脹容器；膨脹容器；V截止閥；截止閥；R減壓閥；減壓閥；S低溫級排氣冷卻器低溫級排氣冷卻器ABKIHGHFVFDECWRS兩級復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)（兩級復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)（R22-R23）兩級復(fù)疊制冷循環(huán)系統(tǒng)（兩