制冷技術(shù)實(shí)用培訓(xùn)教程

1、 . . 108/108第一章 制冷技術(shù)基本知識 1-1 概述 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(gè)溫度的過程。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(gè)物體或空間的溫度低于環(huán)境溫度，甚至低得很多。例如，儲(chǔ)藏食品需要把食品冷卻到左右或15左右，甚至更低。而這種

2、低溫要求天然冷卻是達(dá)不到的，要實(shí)現(xiàn)這一要求必須有另外的補(bǔ)償過程（如消耗一定的功作為補(bǔ)償過程）進(jìn)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。而這種裝置就稱謂制冷裝置或制冷機(jī)。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(shí)現(xiàn)制冷。如冰融化時(shí)要吸取80 kcal/kg的熔解熱；氨在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下氣化時(shí)要吸取327kcal/kg的氣化潛熱；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

3、。 .氣體絕熱膨脹制冷：利用氣體通過節(jié)流閥或膨脹機(jī)絕熱膨脹時(shí)，對外輸出膨脹功，同時(shí)溫度降低，達(dá)到制冷的目的。 .半導(dǎo)體制冷：珀?duì)柼?yīng)告訴我們：兩種不同金屬組成的閉合電路中接上一個(gè)直流電源時(shí)，則一個(gè)接合點(diǎn)變冷，另一個(gè)接合點(diǎn)變熱。但是純金屬的珀?duì)柼?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?duì)柼?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(shí)現(xiàn)制冷地。 目前生產(chǎn)實(shí)際中廣泛應(yīng)用的制冷方法是：利用液體的氣化實(shí)現(xiàn)制冷，這種制冷常稱為蒸氣制冷。它的類型有：蒸汽壓縮式制冷（消耗機(jī)械能）、吸收式制冷（消耗熱能）和蒸汽噴射式制冷（消耗

4、熱能）三種。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(gè)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圍的蒸氣壓縮制冷。1-2 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)在制冷循環(huán)中，工質(zhì)不斷地進(jìn)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(shí)，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)

5、參數(shù)有：溫度、壓力、比容、能、焓與熵等。這些參數(shù)對于進(jìn)行制冷循環(huán)的分析和熱力計(jì)算，都是非常重要的。1、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(diǎn)不同而已（t=0時(shí)，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、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，壓力單位為帕斯卡（Pa），實(shí)際應(yīng)用時(shí)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=

6、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、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(gè)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、能：能是工質(zhì)部所具有的分子動(dòng)能和分子位能的總和。分子動(dòng)能包括分子的直線運(yùn)動(dòng)動(dòng)能、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子能、振動(dòng)能三項(xiàng)，其大小與氣體的溫度有關(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)。既然氣體的動(dòng)能決定于氣體的溫度、位能決定于氣體的比容，所以氣體的能是其溫度和比容的函數(shù)。也就是說能是一個(gè)狀態(tài)參數(shù)。5、焓：焓是一個(gè)復(fù)合的熱力狀態(tài)參數(shù)，表征系統(tǒng)中所有的總能量，它是能與

7、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） 能（kJ/kg或kcal/kg） 絕對壓力（N/m2或Pa） 由于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)所加入的總熱量。6、熵：熵是一個(gè)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(shí)，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) 1、熱力學(xué)第二定律在熱量傳遞和熱、功轉(zhuǎn)換時(shí)，熱力學(xué)第一定律只能說明

8、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(jìn)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(yùn)動(dòng)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(gè)力的作用下石頭或水就能由低處移向高處，這個(gè)外界作用力稱為補(bǔ)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(gè)補(bǔ)償過程，熱量就能自低溫物體傳到高溫物體。2、循環(huán)與理想制冷循環(huán) (1)循環(huán)：熱變功的根本途

9、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(jī)來實(shí)現(xiàn)的。但工質(zhì)在熱機(jī)汽缸中僅僅完成一個(gè)膨脹過程是不可能滿足要求的。為了能重復(fù)地進(jìn)行膨脹，工質(zhì)在每次膨脹之后必須進(jìn)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)，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)”。 a.正循環(huán)與熱效率 膨脹-壓縮循環(huán)按瞬時(shí)針方向進(jìn)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)嵩吹臒崃繛閝2，則w0=q1-q2評價(jià)正循環(huán)的好壞，通常用循環(huán)熱效率t來-w0q124q2q2q142w0P3561P3561正循環(huán)逆循環(huán)圖1-1 壓容圖上的任意循環(huán)循

10、環(huán)按其進(jìn)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(gè)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： q2q1q1=q1w0t=q1-q2=1-b.逆循環(huán)與性能系數(shù) w0=q1-q2 或 q1=q2+w0 膨脹-壓縮循環(huán)按逆時(shí)針方向進(jìn)行的，稱為逆循環(huán)。其循環(huán)的凈功為負(fù)值。若用q1表示工質(zhì)向高溫?zé)嵩捶懦龅臒崃?，用q2表示工質(zhì)從低溫?zé)嵩次盏臒崃浚瑒t有： 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

11、常用性能系數(shù)來衡量。對于制冷機(jī)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：1=q2/ w0w02= q1/ w0=q2+ w0=1+1從上述分析可見，伴隨著低溫?zé)嵩窗岩徊糠譄崃縬2傳送到高溫?zé)嵩粗腥サ耐瑫r(shí), 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(bǔ)償條件。沒有這個(gè)補(bǔ)償條件，熱量是不可能從低溫?zé)嵩磦鹘o高溫?zé)嵩吹?。?）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。q0qk432TkT0TS1w0圖1-2 逆卡諾循環(huán)TS圖逆卡諾循環(huán)如圖1-

12、2所示，它由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)絕熱過程組成。假設(shè)低溫?zé)嵩吹臏囟葹門0，高溫?zé)嵩吹臏囟葹門k, 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)在吸熱和放熱過程中是在等溫下進(jìn)行的，壓縮和膨脹過程是在沒有任何損失情況下進(jìn)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(jìn)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(jìn)行等溫壓縮2-3，并向環(huán)境介質(zhì)（即高溫?zé)嵩矗┓懦鰺崃縬k, 最后再進(jìn)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(gè)循環(huán)。對于逆卡諾循環(huán)來說，由圖1-2可知： q0=T0

13、(S1-S4) qk=Tk(S2-S3)=Tk(S1-S4） w0=qk-q0=Tk(S1-S4)-T0(S1-S4)=(Tk-T0)(S1-S4)則逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)k為：T0 (S1S4）(TkT0) (S1S4）k=q0w0=TkT0T0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圍工作的逆循環(huán)，以逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)為最高”。任何實(shí)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)。

14、而實(shí)際上逆卡諾循環(huán)是無法實(shí)現(xiàn)的，但它可以用作評價(jià)實(shí)際制冷循環(huán)完善程度的指標(biāo)。通常將工作于一樣溫度間的實(shí)際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)與逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)k之比，稱為該制冷機(jī)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(jī)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(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jì)性，而只能根據(jù)循環(huán)的熱力完善度的大小來判斷。1-3 制冷劑的相態(tài)變化與其狀態(tài)圖一、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

15、別稱為：1.汽化 物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程稱為汽化。 汽化有蒸發(fā)和沸騰兩種形式。其中，在液體表面進(jìn)行的汽化過程叫蒸發(fā)，在液體部產(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(jìn)行，而沸騰只有液體被加熱到一定溫度才開始進(jìn)行。當(dāng)汽液兩相共存并且保持平衡狀態(tài)時(shí)稱為飽和狀態(tài)。此時(shí)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(gè)重要特點(diǎn)。 2.冷凝 物質(zhì)從汽態(tài)轉(zhuǎn)變

16、為液態(tài)的過程稱為冷凝或叫做液化。汽體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.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.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(shí)發(fā)生的過程。二、制冷劑的壓焓圖與熱力性質(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(shí)仍然直接從圖上讀出P的數(shù)值即可。1.壓焓圖(lg

17、Ph圖)的結(jié)構(gòu)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(xì)直線。等焓線h：豎直細(xì)直線。等溫線t：點(diǎn)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(diǎn)K，且將圖分成了三個(gè)區(qū)域。其中K稱為臨界點(diǎn)，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)。等熵線S：為從左到右稍向上彎曲的實(shí)線。等比容線：在濕蒸汽區(qū)和過熱蒸汽區(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?yàn)椴煌瑝毫ο碌囊?/p>

18、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，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(diǎn)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(gè)狀態(tài)參數(shù)中，只要知道其中任意兩個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)參數(shù)，就可以在圖中確定其狀態(tài)點(diǎn)，從而查出其它幾個(gè)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與R22的飽和熱力性質(zhì)表見附表。在工程計(jì)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(gè)狀態(tài)參數(shù)，再查取制冷劑的飽和液體或干飽和蒸汽的其它狀態(tài)參數(shù)。2.壓焓圖(lgPh圖)的應(yīng)用壓焓圖(lgPh圖)是進(jìn)行制冷循環(huán)分析和計(jì)算的重要工具，在進(jìn)行制

19、冷循環(huán)的熱力分析和計(jì)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(diǎn)的參數(shù)值，如圖14所示。點(diǎn)1：為制冷劑蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)的狀態(tài)。如不考慮管路的冷量損失，則壓縮機(jī)的吸汽溫度t1即為制冷劑出蒸發(fā)器時(shí)的溫度t0，即t1t0，在理想情況下，進(jìn)壓縮機(jī)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的等壓線和干飽和蒸汽線的交點(diǎn)得出點(diǎn)1。點(diǎn)2：為制冷劑出壓縮機(jī)的狀態(tài)，也是進(jìn)冷凝5tktgt01432hlgP圖14器的狀態(tài)。過程l2為制冷劑在壓縮機(jī)中絕熱壓縮過程。絕熱過程中熵不變，即S1S2，該過程沿點(diǎn)1的等墑線進(jìn)行，它與Pk=C的等壓線的

20、交點(diǎn)即為點(diǎn)2。點(diǎn)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(diǎn)3：為制冷劑液體過冷后的狀態(tài)。因?yàn)橹评鋭┮后w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(diǎn)即為點(diǎn)3。 點(diǎn)4：為制冷劑出節(jié)流閥(膨脹閥)的狀態(tài)，也是進(jìn)蒸發(fā)器的初態(tài)。因?yàn)楣?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，所以由點(diǎn)3作垂線（即等焓線）與t0=C的等溫線相交即得點(diǎn)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(diǎn)，即可查得各狀態(tài)點(diǎn)的熱力參數(shù)值。例11 絕對壓力為2bar，比容為0.7m3kg的氨

21、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(diǎn)A(見圖15)。因?yàn)锳點(diǎn)在過熱區(qū)，所以這時(shí)氨的狀態(tài)是過熱蒸汽，該狀態(tài)點(diǎn)的溫度為20，焓值約為1470 kJkg。例12 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的等壓線和20等溫線的交點(diǎn)B來表示(見圖16)。因?yàn)锽點(diǎn)在過冷區(qū)，所以這時(shí)氟利昂22的狀態(tài)為過冷液體，其焓值為224.08 kJkg。例13 氟利昂22壓縮機(jī)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(shí)，其壓縮終態(tài)的溫度是多少?解: 壓縮機(jī)吸入狀態(tài)可由-5等溫線與干飽和蒸汽線

22、的交點(diǎn)C來確定(見圖17)。點(diǎn)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(diǎn)D是壓力PK=12 bar的等壓線與S=1.76 kJkgK的等熵線的交點(diǎn)。由圖上查得此點(diǎn)的溫度Td=47即為所求壓縮終態(tài)溫度。CD1470kJ/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)與過程中參數(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

23、定壓下進(jìn)行，而定壓過程中熱量的變化以與壓縮機(jī)在絕熱壓縮過程中所消耗的功都可以用焓差來計(jì)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)與進(jìn)行熱力計(jì)算最為方便。第二章 制冷劑與載冷劑2-1 制 冷 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(shí)現(xiàn)制冷的工作物質(zhì)。制冷劑在蒸發(fā)器吸收被冷卻介質(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(jì)性、安全性與運(yùn)行管理。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(jìn)

24、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(gè)必要條件。 .壓力要適中。蒸發(fā)壓力最好與大氣壓相近并稍高于大氣壓力，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(shí)，可以減少制冷劑的循環(huán)量，縮小壓縮機(jī)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(dòng)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，在初溫和壓縮比一樣的情況下

25、，KT2?？梢?，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(jià)格便宜，易于購得。且應(yīng)具有一定的吸水性，以免當(dāng)制冷系統(tǒng)中滲進(jìn)極少量的水分時(shí)，產(chǎn)生“冰塞”而影響正常運(yùn)行。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(shí)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(jī)中。通常時(shí)，Pk3.06Kg/cm2 。 .中壓中溫制冷劑 冷凝壓力Pk 20Kg/cm2（絕對），-

26、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(jī)中。 .高壓低溫制冷劑 冷凝壓力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 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(dá)時(shí)也決不可能超過1.5MPa 。氨的單位標(biāo)準(zhǔn)容積

27、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(huì)從氨液中析出而凍結(jié)，故系統(tǒng)不會(huì)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，對銅與銅合金有腐蝕作用，且使蒸發(fā)溫度稍許提高。因此，氨制冷裝置中不能使用銅與銅合金材料，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(jià)格便宜，易于獲得。但是，氨有較強(qiáng)的毒性和可燃性。若以容積計(jì)，當(dāng)空氣中氨的含量達(dá)到0.50.6時(shí)，人在其中停留半個(gè)小時(shí)即可中毒，達(dá)到1113時(shí)即可點(diǎn)燃，達(dá)到16時(shí)遇明火就會(huì)爆炸。因此，氨制冷機(jī)房必須注意通風(fēng)排氣，并需經(jīng)常排除系統(tǒng)中的空氣與其它不凝性氣體。 總上所述，氨作為制冷劑的優(yōu)點(diǎn)是

28、：易于獲得、價(jià)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(dòng)阻力小，泄漏時(shí)易發(fā)現(xiàn)。其缺點(diǎn)是：有刺激性臭味、有毒、可以燃燒和爆炸，對銅與銅合金有腐蝕作用。 .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(shí)才會(huì)使人窒息。但與明火接觸或溫度達(dá)400以上時(shí)，則分解出對人體有害的氣體

29、。 12能與任意比例的潤滑油互溶且能溶解各種有機(jī)物，但其吸水性極弱。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(shí)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(huì)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(shí)，利用22比12適宜，

30、故目前22被廣泛應(yīng)用于4060的雙級壓縮或空調(diào)制冷系統(tǒng)中。2-2 載 冷 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 選擇載冷劑時(shí)應(yīng)考慮因素有：冰點(diǎn)、比熱、對金屬腐蝕性和價(jià)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(diǎn)低且要適宜，因凝固點(diǎn)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(jià)格低廉，易于購得。二、常用載冷劑與性質(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。 .空氣和水 空

31、氣或水是最廉價(jià)、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(diǎn)。但空氣的比熱小，所以只有利用空氣直接冷卻時(shí)才采用空氣作載冷劑。水雖有比熱大的優(yōu)點(diǎn)，但水的冰點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)與濃度的關(guān)系。 圖中曲線（實(shí)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 ,無論哪一種鹽水，當(dāng)

32、 -30鹽水的濃度小于某一定值時(shí)，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(diǎn) 0 10 20 30 40 50對應(yīng)濃度稱共晶濃度。該點(diǎn)相當(dāng)于 圖2-1 鹽水的凝固點(diǎn)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(diǎn)。 在共晶點(diǎn)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(diǎn)時(shí)，則有冰從鹽水中析出，所以共晶點(diǎn)左面的曲線稱為析冰線。當(dāng)鹽水的濃度超過共晶濃度時(shí)（即在共晶點(diǎn)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(diǎn)以下時(shí)，從溶液中析出的不再是冰而是結(jié)晶鹽，因此共晶點(diǎn)右面的曲線

33、稱為析鹽線。 不同的鹽水溶液其共晶點(diǎn)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(diǎn)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，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(shí)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(diǎn)，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(huì)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(diǎn)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(shí)，使其凝固溫度比制冷劑的蒸發(fā)溫度低為宜。

34、（）注意鹽水對設(shè)備與管道的腐蝕問題。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(jī)會(huì)，從而降低對設(shè)備與管道的腐蝕。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(jìn)行調(diào)整。添加防腐劑時(shí)應(yīng)特別小心并注意毒性。 （）鹽水載冷劑

35、在使用過程中，會(huì)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(diǎn)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(bǔ)充鹽量，以保持在適當(dāng)?shù)臐舛取?-3 潤滑油一、潤滑油的作用 潤滑油在制冷工程上通常稱為冷凍機(jī)油，它在制冷壓縮機(jī)的運(yùn)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(jī)器運(yùn)動(dòng)部件的摩擦和磨損，延長使用壽命。 2.降低溫度 冷凍機(jī)油在制冷壓縮機(jī)不斷循環(huán)，能夠帶走制冷壓縮機(jī)工作過程中產(chǎn)生的許多熱量，使機(jī)器保持較低的溫度，從而提高制冷壓縮機(jī)的效率和使用可靠性。 3.起密封作用 冷凍機(jī)油在軸封與汽缸與活塞間起密封作用，防止制冷劑泄漏。4.提供卸載機(jī)構(gòu)的動(dòng)力 帶

36、有卸載裝置的制冷壓縮機(jī)中，利用冷凍機(jī)油的油壓作為卸載機(jī)構(gòu)的動(dòng)力。二、潤滑油的性能指標(biāo)與選用(一) 潤滑油的性能指標(biāo) 1.粘度 粘度是潤滑油的一個(gè)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(huì)使?jié)櫥驼扯冉档?，故?yīng)選用粘度較高的潤滑油。壓縮機(jī)中潤滑油的粘度過大和過小都不好。粘度過大會(huì)使壓縮機(jī)摩擦功率和摩擦發(fā)熱量增加，啟動(dòng)力矩增大，機(jī)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50升高到100時(shí)，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(diǎn) 潤滑

37、油的濁點(diǎn)是表示當(dāng)溫度降低到某一數(shù)值時(shí)，潤滑油中開始析出石蠟(即潤滑油變得混濁)時(shí)的溫度。制冷壓縮機(jī)中所使用的潤滑油，其濁點(diǎn)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(huì)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(diǎn) 潤滑油在試驗(yàn)條件下，冷卻到停止流動(dòng)的溫度，稱為凝固點(diǎn)。用于制冷機(jī)的潤滑油，凝固點(diǎn)應(yīng)越低越好。一般凝固點(diǎn)應(yīng)低于-40。當(dāng)潤滑油與制冷劑互相溶解時(shí)，凝固點(diǎn)將會(huì)降低。4.閃點(diǎn) 潤滑油(在開口盛油器)加熱到它的蒸汽與火焰接觸時(shí)，發(fā)生閃火的最低溫度稱為閃點(diǎn)。制冷壓縮機(jī)所用的潤滑油其閃點(diǎn)應(yīng)比排汽溫

38、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(diǎn)應(yīng)在160170以上。 5.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(huì)生成焦炭、酸性物等有害物質(zhì)。 6.含水量與機(jī)械雜質(zhì) 潤滑油中不應(yīng)含有水分，因?yàn)樗植坏珪?huì)使蒸發(fā)壓力下降，蒸發(fā)溫度升高，而且會(huì)加劇油的化學(xué)變化與腐蝕金屬的作用。水分在氟利昂壓縮機(jī)中還會(huì)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、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(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不良。這種現(xiàn)象出現(xiàn)在封閉式和半封閉式壓縮機(jī)中較多。

39、一般新油中不含有水分和機(jī)械雜質(zhì)，因?yàn)橛糜谥评錂C(jī)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(qiáng)的吸濕性，所以在儲(chǔ)運(yùn)、加油時(shí)，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(jī)械雜質(zhì)。潤滑油中的機(jī)械雜質(zhì)會(huì)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(gè)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)時(shí)，絕緣性能就會(huì)降低。 半封閉式和全封閉式壓縮機(jī),一般要求潤滑油的擊穿電壓在25kV以上。因?yàn)闈櫥椭苯雍碗姍C(jī)繞組接觸。（二）國產(chǎn)

40、冷凍機(jī)油的規(guī)格與選用我國目前冷凍機(jī)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(shí)運(yùn)動(dòng)粘度中心值分為N15、N22、N32、N46和N68五個(gè)粘度等級，都可用于以氨為制冷劑的冷凍機(jī)。其主要性能指標(biāo)如表21所示。但是以前頒布的冷凍機(jī)油規(guī)格是按50時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度值而分為13、18、25和30四個(gè)牌號。選用時(shí)可參考冷凍機(jī)油新舊粘度等級對照表。實(shí)踐中，一般R12壓縮機(jī)選用N32(18號)，R22壓縮機(jī)選用N46(25號)，氨壓縮機(jī)選用N22（13號）或N46(25號)。 表21 國產(chǎn)冷凍機(jī)油的規(guī)格與主要性能指標(biāo) 項(xiàng) 目 質(zhì) 量 指 標(biāo)粘度等級N15N22N32N4

41、6N68運(yùn)動(dòng)粘度(mm2/s)13.5-16.519.8-24.228.8-35.241.4-50.661.2-74.8閃點(diǎn)(),不低于150160160170180凝點(diǎn)(),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(jī) 械 雜 質(zhì)無第三章 蒸氣壓縮式制冷循環(huán)3-1 單級壓縮制冷循環(huán) 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(jī)、冷凝器、膨脹閥(或毛細(xì)管)和蒸發(fā)器四大部件組成。實(shí)際上，單級壓縮制冷循環(huán)的組成，除上述四大部件外，還

42、有輔助部件，如圖31所示。水膨脹閥壓縮機(jī)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31244312lgPh圖3-1 單級壓縮制冷循環(huán)示意圖二、單級壓縮制冷機(jī)的工作過程 來自蒸發(fā)器的低溫低壓蒸氣(狀態(tài))，經(jīng)汽液分離器后，被壓縮機(jī)吸入氣缸壓縮成高壓高溫的過熱蒸氣(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(jìn)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(jìn)入汽液分離器。

43、從汽液分離器出來的低壓低溫液體，進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)產(chǎn)生冷效應(yīng)，使庫房的空氣與物料的溫度下降，從而完成一個(gè)制冷循環(huán)。然后重復(fù)上述過程。 這里需要說明一點(diǎn)，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(diǎn)我們后面再講。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(jī)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(jī)壓縮每公斤制冷劑所消耗的功。 .單位冷凝熱負(fù)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。3-2液體過冷與吸汽

44、過熱對循環(huán)的影響一、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(jìn)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)。4q0q03lgPtk4312ht0圖32 過冷循環(huán)21q0lgPtk4312ht0圖33吸入蒸汽過熱循環(huán)q0假如能使制冷劑液體經(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(jìn)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，

45、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，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(jìn)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、吸入蒸汽的過熱壓縮機(jī)吸入前制冷劑蒸汽的溫度高于吸汽壓力下的飽和溫度時(shí)，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(jī)吸入的蒸汽不是點(diǎn)1的飽和蒸汽，而是點(diǎn)1的過熱蒸汽，則壓縮機(jī)的壓縮過程將沿12進(jìn)行。單位壓縮功則由w0=h2-h1變?yōu)閣0=h

46、2-h1，由于壓縮機(jī)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(shí)，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)器向被冷卻介質(zhì)吸收的熱量，則應(yīng)計(jì)算在制冷量，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(jìn)入壓縮機(jī)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(shí)，過熱循環(huán)還會(huì)使壓縮機(jī)排汽溫度升高，冷凝器的熱負(fù)

47、荷QK增大。盡管如此，實(shí)際使用時(shí)，大多數(shù)循環(huán)還是希望壓縮機(jī)吸汽有適當(dāng)?shù)倪^熱度。因?yàn)檫^熱可以防止液滴帶入汽缸，從而可避免壓縮機(jī)產(chǎn)生液擊。通常氨壓縮機(jī)一般取5的過熱度，氟利昂壓縮機(jī)的過熱度一般可取大一些。這是因?yàn)榘边^熱后排汽溫度上升較大，而氟利昂壓縮機(jī)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(dòng)控制制冷劑的供液量。三、回?zé)嵫h(huán)回?zé)崞?q0321q0lgPtk4312ht0圖34回?zé)嵫h(huán)q0冷凝器節(jié)流閥壓縮機(jī)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(jì)性，可以采用回?zé)嵫h(huán)。所謂的回?zé)嵫h(huán)，就是利用一個(gè)熱交換器(

48、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(jìn)行熱交換，使液體過冷蒸汽過熱。這種在使蒸汽過熱的同時(shí)使液體過冷的循環(huán)，稱為回?zé)嵫h(huán)。如圖34所示。對于無回?zé)嵫h(huán)對于回?zé)嵫h(huán)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?？赏ㄟ^下式進(jìn)行分析：則顯然，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(shí)，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)

49、制冷劑來說，則不滿足上式條件。根據(jù)計(jì)算，在正常情況下的普通制冷溫度圍，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(gè)方面。因?yàn)橹评湎禂?shù)的提高，決不是采用回?zé)嵫h(huán)的唯一目的，事實(shí)上應(yīng)用回?zé)嵫h(huán)還有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)可以防止低壓蒸汽中夾帶的液滴進(jìn)入壓縮機(jī)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(shí)還可以減輕吸入蒸汽與汽缸壁之間的熱交換，使壓縮機(jī)的輸汽系數(shù)提高；(3)對于在低壓下工作的壓縮機(jī)(多級壓縮制冷循環(huán)的低

50、壓級壓縮機(jī))，可以改善其潤滑條件。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(jī)中，以R12為制冷劑的制冷裝置都可采用回?zé)嵫h(huán)。例31某單級氨制冷壓縮機(jī)，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(jì)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(jì)算其制冷系數(shù)。若取過冷度tg=5，再計(jì)算其制冷系數(shù)并加以比較。lgP-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)表與圖得各主要點(diǎn)的參數(shù)如下：h0=1749.72 k

51、j/kg h2=1990 kj/kg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(jì)算結(jié)果如下： 1、單位制冷量 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/kg3、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=4.622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

52、可以提高制冷系數(shù)。 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)表與圖得各主要點(diǎn)的參數(shù)如下：21lgP-15354312h5圖36 例32壓焓圖-5例32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(jì)算其制冷系數(shù)并與飽和循環(huán)加以比較。 h1=399.17kj/kg h2=438kj/kgh4=h5=242.93kj/kg h1=405.5kj/kg h2=448.5kj/kg1=82 L/kg則：1、單位制冷量 q0=

53、h1-h5=399.17-242.93=156.24 kj/kg 2、單位理論功 w0=h2-h1=448.5-405.5=43 kj/kg 3、理論制冷系數(shù) 0=q0/w0=156.24/43=3.6335 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=4.0237 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(jī)吸入蒸汽的

54、過熱度。例33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)與壓焓圖，如圖37所示?；?zé)崞?4025圖37 例33循環(huán)系統(tǒng)與壓焓圖521lgPtk430h3冷凝器節(jié)流閥壓縮機(jī)工質(zhì)h0h1h2h3h40氨1749.7217942061662.67618.394.24R12348.06359.5385233.58221.644.96R12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-

55、h0) 由上表和例31計(jì)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。3-3 單級壓縮制冷循環(huán)的熱力計(jì)算 熱力計(jì)算的目的是要算出制冷循環(huán)的性能指標(biāo)、壓縮機(jī)的容量、功率與各熱交換器的熱負(fù)荷等，為我們設(shè)計(jì)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(jìn)行熱力計(jì)算時(shí)，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(jìn)行循環(huán)的熱力計(jì)算。一

56、、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(shí)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(shí)，通常取t0=t-10()；而如以鹽水作載冷劑時(shí)，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凝器的構(gòu)造與所采用的冷卻介質(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(jìn)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：

57、 制冷劑在冷凝壓力下，其溫度低于冷凝溫度時(shí)，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(jìn)入壓縮機(jī)時(shí)的溫度。低溫低壓蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)時(shí)的溫度，應(yīng)根據(jù)蒸汽離開蒸發(fā)器時(shí)的情況與在管道中的吸熱情況來決定。對于氨壓縮機(jī)一般取5的過熱度，氟利昂壓縮機(jī)的吸氣溫度可取15。5、冷凝壓力PK和蒸發(fā)壓力P0： 由冷凝溫度tK、蒸發(fā)溫度t0與所選用的制冷劑即可分別確定出冷凝壓力PK和蒸發(fā)壓力P0。二、理論循環(huán)的熱力計(jì)算 循環(huán)的工作參數(shù)確定后，就可以進(jìn)行制冷循環(huán)的熱力計(jì)算，具體步驟如下：lgP5壓縮機(jī)冷凝器蒸發(fā)器膨脹閥1244312h511圖38 單級壓縮制

58、冷循環(huán) 1、根據(jù)已確定的循環(huán)型式和工作參數(shù)，在壓焓圖上繪出制冷循環(huán)圖，如圖38。然后查出各主要狀態(tài)點(diǎn)的有關(guān)參數(shù)，并計(jì)算出單位制冷量q0，單位理論功w0和理論循環(huán)的制冷系數(shù)0。2、當(dāng)制冷量Q0已知，而需要選配壓縮機(jī)時(shí)，可先求出制冷劑的循環(huán)量G，然后計(jì)算壓縮機(jī)的實(shí)際輸汽量VS，最后求出壓縮機(jī)的理論輸汽量Vh。 根據(jù)Vh的數(shù)值即可選配壓縮機(jī)。如果壓縮機(jī)已經(jīng)選定，需要核算其制冷量時(shí)，則可根據(jù)Vh的計(jì)算公式求出Q0。 3、根據(jù)循環(huán)的單位理論功w0，計(jì)算壓縮機(jī)的理論功率N0、指示功率Ni和軸功率Ne。式中i壓縮機(jī)的指示效率。m壓縮機(jī)的機(jī)械效率，一般m=0.850.95。k壓縮機(jī)的絕熱效率，一般k=0.65

59、0.72。 4、計(jì)算理論制冷系數(shù)0、實(shí)際制冷系數(shù)和熱力完善度，從而考核和比較制冷循環(huán)的先進(jìn)性。式中T環(huán)境介質(zhì)的平均溫度，T0被冷卻介質(zhì)的溫度。5、計(jì)算冷凝器的熱負(fù)荷QK例34某單級氨制冷壓縮機(jī)，在環(huán)境介質(zhì)溫度t=30，被冷卻介質(zhì)溫度t1=-5的設(shè)計(jì)工況下，制冷量Q0=200KW。若冷凝器的傳熱溫差取t=5，蒸發(fā)器的傳熱溫差取t0=5，過冷度tg=5，但無吸汽過熱度，壓縮機(jī)的輸汽系數(shù)=0.70，指示效率i=0.80，機(jī)械效率m=0.90，試進(jìn)行制冷壓縮機(jī)的熱力計(jì)算。 蒸發(fā)溫度 t0=t1-5=-10 冷凝溫度 tk=t+t=35 過冷溫度 tg=tk-tg=30根據(jù)以上工況參數(shù)繪出該循環(huán)的lgP

60、h圖，如圖39所示。查氨的熱力性質(zhì)表與圖得各主要點(diǎn)的參數(shù)如下：lgP-10354312h530圖39 例34壓焓圖 解：根據(jù)已知條件確定工作溫度 h1=1749.72kj/kg h2=1990kj/kg h4=h5=639.01kj/kg 1=0.4177m3/kg熱力計(jì)算具體步驟和結(jié)果如下： 1、單位制冷量 q0=h1-h5=1749.72-639.01=1110.71 kj/kg 2、單位理論功 w0=h2-h1=1990-1749.72=240.28 kj/kg 3、單位容積制冷量 q=q0/1=1110.71/0.4177=2659.11 kj/m3 4、理論制冷系數(shù) 0=q0/w0=