制冷過程工程分析

蒸發(fā)壓力與蒸發(fā)溫度的關系蒸發(fā)壓力與蒸發(fā)溫度的關系是，蒸發(fā)壓力（低壓）越低，蒸發(fā)溫度也就越低。蒸發(fā)溫度與制冷量的關系是：在制冷劑流量一定時，蒸發(fā)溫度越低，那么與熱負荷（熱風）的溫差就越大，制冷量越大，換言之，蒸發(fā)壓力越低制冷量就越大，并且相同質量的同一制冷劑，在不同的溫度下蒸發(fā)，其蒸發(fā)潛熱也不相同，蒸發(fā)溫度越低，蒸發(fā)潛熱也越大，吸熱能力越強。熱負荷與蒸發(fā)壓力的關系是：在一恒定的工況條件下（制冷劑流量），熱負荷越大，蒸發(fā)壓力越高，反之亦然。蒸發(fā)箱的熱負荷還與熱負荷風量（風速）有關，當蒸發(fā)箱進風口的溫度不變時，風量越大，熱負荷也就越大。

在空調(diào)的高壓部分，因為液態(tài)的制冷劑處于一很高的壓力條件下所以它不會沸騰。（沸騰需要溫度和壓力兩個條件的）。但當高溫高壓的制冷劑通過節(jié)流裝置（膨脹閥或孔管或毛細管），由于膨脹，壓力突然降低，制冷劑便開始沸騰吸熱（沸騰是一種強烈的蒸發(fā)）。在蒸發(fā)箱中，使壓力變低的主要因素是壓縮機的吸氣能力，而使壓力變高的主要因素是膨脹閥的制冷劑通過量和熱負荷。壓縮機：如果壓縮機的吸氣能力很強，蒸發(fā)所產(chǎn)生的制冷劑蒸氣能被快速的吸走，那么就會使系統(tǒng)低壓維持在一較低的程度上。膨脹閥：一般認為膨脹閥的開度增大，低壓就會上升，而膨脹閥的開度減小時，低壓就會下降。當膨脹閥由于冷量的需要而增加開度時，這時制冷劑就會大量的進入蒸發(fā)箱蒸發(fā)，如果此時的吸氣能力若小于制冷劑的進入量，就會引起低壓的上升。如當車輛處于怠速時，由于此時壓縮機轉速較慢吸氣能力較差，使得蒸發(fā)壓力偏高，蒸發(fā)溫度也偏高，這時膨脹閥的感溫包感受到的溫度也較高，膨脹閥的開度就會適度的打開，使系統(tǒng)的低壓維持在一較高的數(shù)值上。當我們加油時，吸氣速度加快，低壓降低，蒸發(fā)溫度也隨之降低，這時感溫包就會感知蒸發(fā)箱的出口溫度較低而膨脹閥的開度就會適度的變小，使系統(tǒng)低壓維持在一較低的數(shù)值。這只是一種理論上的理想化解釋，實際上壓縮機的吸氣能力，膨脹閥的開度，與冷量之間的關系十分的復雜。熱負荷：熱負荷是低壓值的又一決定因素，熱負荷不但直接左右蒸發(fā)溫度和壓力，而且直接的決定膨脹閥的開度。當熱負荷較大時，制冷劑蒸發(fā)所產(chǎn)生的冷量要小于熱負荷值時，就會使蒸發(fā)壓力和溫度上升，膨脹閥感應到蒸發(fā)箱出口的溫度上升就會使膨脹閥的開度加大。因此當熱負荷過大時，系統(tǒng)的制冷量小于熱負荷時，就會使低壓上升，蒸發(fā)溫度高，出風不冷。蒸發(fā)箱的散熱性能：與冷凝器一樣，蒸發(fā)箱也是冷熱交換的重要部件，如果蒸發(fā)箱的換熱性差，那么就會造成蒸發(fā)溫度和壓力都正?；蚴瞧?，而出風溫度依然很高的現(xiàn)象。另外蒸發(fā)箱的大?。峤粨Q能力）與膨脹閥的通過量不配匹也會造成蒸發(fā)溫度和壓力偏高。這是因為蒸發(fā)箱的有效面積僅有一部分是用來蒸發(fā)的，而大部分面積卻是用來對制冷蒸氣進行過熱，所以在低壓側測得的壓力就會偏高化工運行制冷過程工程分析一、

壓縮蒸氣制冷循環(huán)制冷操作是從低溫物料中取出熱量，并將此熱量傳給高溫物體的過程。根據(jù)熱力學第二定律，這種傳熱過程不可能自動進行。只有從外界補充所消耗的能量，即外界必須做功，才能將熱量從低溫傳到高溫。液體汽化為蒸氣時，要從外界吸收熱量，從而使外界的溫度有所降低。而任何一種物質的沸點(或冷凝點)，都是隨壓力的變化而變化，如氨的沸點隨壓力變化的情況見表16—1。

從表中可以看出，氨的壓力越低，沸點越低；壓力越高，沸點越高。利用氨的這一特性，使液氨在低壓(101．325kPa)下汽化，從被冷物質中吸取熱量降低其溫度，而達到使被冷物質制冷的目的。同時將汽化后的氣態(tài)氨壓縮提高壓力(如壓縮至1220kPa)，這時氣態(tài)氨的冷凝溫度(30℃)高于一般冷卻水的溫度，因此可用常溫水使氣態(tài)氨冷凝為液氨。制冷是利用制冷劑的沸點隨壓力變化的特性，使制冷劑在低壓下汽化吸收被冷物質的熱量降低其溫度達到被冷物質制冷目的，汽化后的制冷劑又在高壓下冷凝成液態(tài)。如此循環(huán)操作，借助制冷劑在狀態(tài)變化時的吸熱和放熱過程，達到制冷的目的。制冷劑如果在較高的壓力下由于設備破裂泄漏，就會導致液態(tài)制冷劑快速汽化而發(fā)生爆炸。二、

制冷循環(huán)過程制冷循環(huán)是借助一種工作介質制冷劑，使它低壓吸熱，高壓放熱，而達到使被冷物質制冷的循環(huán)操作過程。在制冷循環(huán)中的制冷劑，由于低壓氣體必須通過壓縮做功才能變成高壓氣體，即外界必須消耗壓縮功，才能實現(xiàn)制冷循環(huán)。如果把上述的制冷循環(huán)，用適當?shù)脑O備聯(lián)系起來，使傳遞熱量的工作介質制冷劑(氨)連續(xù)循環(huán)使用，就形成一個基本的壓縮蒸氣制冷的工作過程，如圖16—4所示的制冷循環(huán)。

理想制冷循環(huán)(逆卡諾循環(huán))由可逆絕熱壓縮過程(壓縮機)、等壓冷凝過程(冷凝器)、可逆絕熱膨脹過程(膨脹機)、等壓等溫蒸發(fā)過程(蒸發(fā)器)等組成。而實際制冷循環(huán)則如下所述。(1)在壓縮機中絕熱壓縮氣態(tài)氨以溫度為T1、壓力為P1的干飽和蒸氣進入壓縮機1壓縮后，溫度升至丁2，壓力升至P2，變成過熱蒸氣。(2)等壓冷卻與冷凝過熱蒸氣通過冷凝器2被常溫水冷卻，放出熱量Q2，氣態(tài)氨冷凝為液態(tài)氨，溫度為T3。(3)節(jié)流膨脹液態(tài)氨再通過節(jié)流閥5(膨脹閥)，減壓降溫使部分液氨汽化成為氣、液混合物，溫度下降為Tl，壓力下降為P1。(4)等壓等溫蒸發(fā)膨脹后的氣、液混合物進入蒸發(fā)器4，從被冷物質(冷凍鹽水)中取出熱量Q1，全部變成干飽和蒸氣，回到循環(huán)開始時的狀態(tài)，又開始下一輪循環(huán)過程。在整個制冷循環(huán)過程中，氨作為工作介質(制冷劑)，完成從低溫的冷凍物質中吸取熱量轉交給高溫物質(冷卻水)的任務。制冷循環(huán)過程的實質是由壓縮機做功，通過制冷劑從低溫熱源取出熱量，送到高溫熱源。三、

安全操作溫度的選擇制冷裝置在安全操作運行中重要的控制點有：蒸發(fā)溫度和壓力、冷凝溫度和壓力、壓縮機的進出口溫度、過冷溫度及冷卻溫度。(一)

蒸發(fā)溫度制冷過程的蒸發(fā)溫度是指制冷劑在蒸發(fā)器中的沸騰溫度。實際使用中的制冷系統(tǒng)，由于用途各異，蒸發(fā)溫度各不相同，但制冷劑的蒸發(fā)溫度必須低于被冷物料要求達到的最低溫度，使蒸發(fā)器中制冷劑與被冷物料之間有一定的溫度差，以保證傳熱所需的推動力。這樣制冷劑在蒸發(fā)時，才能從冷物料中吸收熱量，實現(xiàn)低溫傳熱過程。若蒸發(fā)溫度T1高時，則蒸發(fā)器中傳熱溫差小，要保證一定的吸熱量，必須加大蒸發(fā)器的傳熱面積，相反，蒸發(fā)溫度低時，蒸發(fā)器的傳熱溫差增大選擇適宜的蒸發(fā)溫度，不僅是保證安全運行必需的，而且涉及到安全控制的難易程度和經(jīng)濟費用。蒸發(fā)器內(nèi)溫度的高低可通過節(jié)流閥開度的大小來調(diào)節(jié)，一般生產(chǎn)上取蒸發(fā)溫度比被冷物料所要求的溫度低4—8K。(二)

冷凝溫度制冷過程的冷凝溫度是指制冷劑蒸氣在冷凝器中的凝結溫度。影響冷凝溫度的因素有冷卻水溫度、冷卻水流量、冷凝器傳熱面積大小及清潔度。冷凝溫度主要受冷卻水溫度的限制，由于使用的地區(qū)不一和季節(jié)的不同，其冷凝溫度也不同，但它必須高于冷卻水的溫度，使冷凝器中的制冷劑與冷卻水之間有一定的溫度差，以保證熱量傳遞。即使氣態(tài)制冷劑冷凝成液態(tài)，實現(xiàn)高溫放熱過程。通常取制冷劑的冷凝溫度比冷卻水高8～10K。(三)

操作溫度與壓縮比的關系壓縮比是壓縮機出口壓強P2與人口壓強P1的比值。壓縮比與操作溫度的關系如圖16—5所示。當冷凝溫度一定時，隨著蒸發(fā)溫度的降低，壓縮比明顯加大。當蒸發(fā)溫度一定時，隨著冷凝溫度的升高，壓縮比也明顯加大，制冷系數(shù)變小，對生產(chǎn)也不利。因此，應該嚴格控制制冷劑的操作溫度，蒸發(fā)溫度不能太低，冷凝溫度也不能太高，壓縮比不至于過大，工業(yè)上單級壓縮循環(huán)壓縮比不超過6—8。這樣就可以提高制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟性，發(fā)揮較大的效益。四、

制冷劑的過冷制冷劑的過冷就是在進入節(jié)流閥之前將液態(tài)制冷劑溫度降低，使其低于冷凝壓力下所對應的飽和溫度，成為該壓力下的過冷液體。由圖16—5可以看出，若蒸發(fā)溫度一定時，降低冷凝溫度，可使壓縮比有所下降，功率消耗減小，制冷系數(shù)增大，可獲得較好的制冷效果。通常取制冷劑的過冷溫度比冷凝溫度低5K或比冷卻水進口溫度高3—5K。工業(yè)上常采用下列措施實現(xiàn)制冷劑的過冷。(1)在冷凝器中過冷

使用的冷凝器面積適當大于冷凝所需的面積，當冷卻水溫度低于冷凝溫度時，制冷劑就可得到一定程度的過冷。(2)用過冷器過冷

在冷凝器或貯液器后串聯(lián)一個采用低溫水或深井水作冷卻介質的過冷器，使制冷劑過冷。此法常用于大型制冷系統(tǒng)之中。(3)用直接蒸發(fā)的過冷器