第四章蒸氣壓縮式制冷

第四章蒸氣壓縮式制冷第1頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三3.1單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)容積式壓縮機(jī)的單級壓比受壓縮機(jī)容積效率和壓縮終了溫度的制約，通常被限制在8～10離心式壓縮機(jī)的單級壓縮比受工質(zhì)分子量大小與葉輪的周邊速度制約，通常被限制在2～4第2頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)

21壓縮機(jī)

節(jié)流閥45圖3-1單級蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)簡圖蒸發(fā)器冷凝器第3頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三制冷工況制熱工況空氣源熱泵空調(diào)循環(huán)系統(tǒng)圖2四通閥145壓縮機(jī)室外換熱器主毛細(xì)管室內(nèi)換熱器副毛細(xì)管單向閥過濾器過濾器圖3-2熱泵空調(diào)器制冷系統(tǒng)流程圖第4頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三單級蒸氣壓縮式工作過程由以下四個步驟完成①蒸發(fā)吸熱制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻物體熱量，由液態(tài)蒸發(fā)為氣態(tài)；②蒸氣壓縮壓縮機(jī)把低溫低壓制冷劑氣體壓縮，排出高溫高壓氣體；③冷凝放熱在冷凝器中向高溫?zé)嵩捶艧?，冷卻、冷凝為高壓液體；④節(jié)流經(jīng)過膨脹閥節(jié)流降壓，得到對應(yīng)蒸發(fā)溫度的低壓液體（含閃發(fā)蒸氣），進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)，再次回到過程①。第5頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三第6頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三蒸氣壓縮制冷循環(huán)T-s\P-h圖第7頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三工作過程熱力分析—熱力過程1）壓縮過程—等熵過程，dq=0，因而dw=dh，則：2）冷凝過程—與外界無功交換，dw=0，因而dq=dh，則：3）節(jié)流過程—不可逆過程，不能用微分符號表示，但對整個節(jié)流過程前后可用積分式表示，即dw=0，dq=0，因而dh=0，則：4）蒸發(fā)過程—與外界無功交換，dw=0，因而dq=dh，則：根據(jù)熱力學(xué)定律：根據(jù)熱力學(xué)定律：或：第8頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三工作過程熱力分析與性能指標(biāo)

1）單位制冷量：（4.7）2）單位容積制冷量：

（4.8）

3）單位理論功：

（4.9）6）逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)：4）單位冷凝熱：

（4.10）5）制冷系數(shù)：7）熱力完善度：（4.11）

（4.12）

（4.13）

1241000hhhhwq--==e第9頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三4.1.3液體過冷、吸氣過熱及回?zé)嵫h(huán)1）液體過冷將節(jié)流前的制冷劑液體冷卻到低于冷凝溫度的狀態(tài)，稱為液體過冷。帶有液體過冷過程的循環(huán)，叫做液體過冷循環(huán)。采用過冷循環(huán)的優(yōu)點：①提高循環(huán)的制冷系數(shù)；②可以防止進(jìn)入節(jié)流裝置前制冷劑處于兩相狀態(tài)，使節(jié)流機(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定。圖4.3過冷循環(huán)在lgP-h圖上的表示lgP

x=0x=14′4Pk32

5′5P01

ΔqO

qO

wOO

h第10頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三2）吸氣過熱吸入壓縮機(jī)前的制冷劑蒸氣的溫度高于吸氣壓力下制冷劑的飽和溫度時，稱為吸氣過熱。具有吸氣過熱過程的循環(huán)，稱為吸氣過熱循環(huán)。一定的過熱度對容積式壓縮機(jī)的吸氣效果會有所改善，也可避免吸入氣體可能帶液所導(dǎo)致的不利后果，但是過熱都將引起壓縮機(jī)排氣溫度的增加，這一點對壓縮機(jī)的工作是不利的。lgP

x=0x=1

4322′

511′

Δq0

O

h圖4.4過熱循環(huán)在lgP-h圖上的表示第11頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三3）回?zé)嵫h(huán)液體過冷對提高循環(huán)性能指標(biāo)有益，但要實現(xiàn)液體過冷，需要有溫度更低的冷卻介質(zhì)。利用節(jié)流前的制冷劑液體與壓縮機(jī)吸入前的制冷劑蒸氣進(jìn)行熱交換，使液體過冷、蒸氣過熱，稱之為回?zé)?。具有回?zé)岬闹评溲h(huán)，稱為回?zé)嵫h(huán)。利用回?zé)嵫h(huán)是實現(xiàn)較大回?zé)岬挠行Т胧?，并在低溫領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用。第12頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三在實用上是否采用回?zé)嵫h(huán)，除了考慮制冷系數(shù)及單位容積制冷量是否提高以外，還應(yīng)考慮下列一些因素：①采用回?zé)岷?，使?jié)流前制冷劑成為過冷狀態(tài)，可以在節(jié)流過程中減少氣化，使節(jié)流機(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定。②采用回?zé)岷?，自蒸發(fā)器出來的氣體流過回?zé)崞鲿r壓力有所降低，因而增大了壓縮機(jī)的壓比，引起壓縮功的增大。因此，究竟在什么情況下采用回?zé)嵫h(huán)，要綜合上述因素，進(jìn)行具體分析。還應(yīng)指出，對于像R113、R114和RC318等類制冷劑，在T-s圖上的飽和蒸氣曲線向左下方傾斜，當(dāng)壓縮機(jī)吸入的是飽和蒸氣時，其等熵壓縮過程線將進(jìn)入兩相區(qū)內(nèi)，而壓縮機(jī)通常不宜工作在濕壓縮區(qū)。因此，應(yīng)該提高壓縮機(jī)吸氣溫度或采用回?zé)嵫h(huán)。第13頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三4.3蒸氣壓縮式制冷循環(huán)參數(shù)設(shè)計確定制冷循環(huán)的設(shè)計參數(shù)，實質(zhì)上就是確定制冷循環(huán)中制冷劑的工作溫度和工作壓力。冷凝溫度蒸發(fā)溫度吸氣溫度過冷溫度第14頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三4.4兩級壓縮和復(fù)疊式制冷循環(huán)為獲得低溫而采取兩級壓縮和復(fù)疊式制冷循環(huán)，主要有以下兩方面原因單級蒸氣壓縮制冷循環(huán)壓比的限制——單級壓縮比一般不超過8～10，常用的中溫制冷劑一般只能獲得-20～-40的低溫。制冷劑熱物理特性的限制——迄今為止，還難以找到一種制冷劑，它既滿足冷凝壓力不太高，又滿足蒸發(fā)壓力不太低的要求。因此：要獲得-60℃以上的低溫，采用中溫制冷劑的兩級壓縮制冷循環(huán)，可使壓縮機(jī)壓比減小，工作效率提高。當(dāng)需要獲得-60℃以下的低溫時，應(yīng)采用中溫制冷劑與低溫制冷劑復(fù)疊的制冷循環(huán)。第15頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三兩級壓縮制冷循環(huán)單級蒸氣壓縮活塞式制冷機(jī)，壓縮比一般不超過10。當(dāng)蒸發(fā)溫度過低，超出極限使用條件時會帶來如下問題：(1)壓縮比增大時壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)λ大為降低，壓縮機(jī)的輸氣量及效率顯著下降。(2)壓縮機(jī)排氣溫度過高，使?jié)櫥偷恼扯燃眲∠陆?，影響壓縮機(jī)的潤滑。當(dāng)排氣溫度與潤滑油的閃點接近時，會使?jié)櫥吞蓟?，以致在閥片上產(chǎn)生結(jié)碳現(xiàn)象。第16頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三

所以，為了獲得比較低的溫度（－40～－70℃），同時又能使壓縮機(jī)的工作壓力控制在一個合適的范圍內(nèi)，就要采用多級壓縮循環(huán)。(3)制冷劑節(jié)流損失增加，單位質(zhì)量制冷量及單位容積制冷量下降過大，經(jīng)濟(jì)性下降。第17頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三圖3-3兩級壓縮一級節(jié)流中間完全冷卻的制冷循環(huán)lgP

754

632

81

hb)lgP-h圖

1234低壓壓機(jī)6高壓壓機(jī)載中冷器冷冷蒸發(fā)器冷凝器卻劑水AB875a)流程圖第18頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三3.3復(fù)疊式制冷循環(huán)由兩個（或數(shù)個）不同制冷劑工作的單級（也可以是多級）制冷系統(tǒng)組合而成。第19頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三壓縮機(jī)冷凝蒸發(fā)器回?zé)崞鞴?jié)流閥蒸發(fā)器膨脹容器組成低溫系統(tǒng)制冷劑R23第20頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三圖3-4高溫部分為兩級壓縮循環(huán)、低溫部分為單級壓縮循環(huán)組成的復(fù)疊式制冷循環(huán)系統(tǒng)原理圖A1.低溫部分壓縮機(jī)；A2.高溫部分低壓級壓縮機(jī)；A3.高溫部分高壓級壓縮機(jī)；B.冷凝器；J1、J2、J3.節(jié)流閥；D1.蒸發(fā)器；D2.冷凝蒸發(fā)器；E1.低溫部分氣液熱交換器；E2.高溫部分氣液熱交換器；F.高溫部分中間冷卻器

11′21911121314

A1A2A320D2FBE1E2J3J1J254318171615D1第21頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三單級壓縮自動復(fù)疊循環(huán)（Auto-cascade）

混合制冷劑中高沸點組分和低沸點組分的沸點差要足夠大低沸點制冷劑的冷凝由高沸點制冷劑的蒸發(fā)來實現(xiàn)第22頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三圖4.17單級壓縮自復(fù)疊制冷循環(huán)流程圖冷凝蒸發(fā)器精餾器7J31415

128126J2回?zé)崞?壓縮機(jī)J15119

冷凝器J41310蒸發(fā)器3416回?zé)崞?

第23頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三3.4蒸氣壓縮式制冷的應(yīng)用(1)商業(yè)及人民生(2)工業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)牧業(yè)(3)建筑工程與隧道交通(4)科學(xué)實驗研究(5)醫(yī)療衛(wèi)生第24頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三（一）食品冷凍冷藏裝置

1．電冰箱專業(yè)上按箱內(nèi)溫度分為冷藏箱(C)冷藏冷凍箱(CD)冷凍箱(D)[制冷劑走向]壓縮機(jī)副冷凝器主冷凝器防露管干燥過濾器毛細(xì)管蒸發(fā)器回氣管壓縮機(jī)?，F(xiàn)在很多冰箱省去副冷凝器。第25頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三第26頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三第27頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三2.開放式商品陳列柜

商店為銷售需低溫保藏的貨物，要用專門的陳列柜，超市冷藏冷凍商品陳列柜（陳列冷柜）已成為很重要的制冷器具。第28頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三第29頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三3．冷庫常建成固定建筑物形式,按容量大小可分小型和大中型冷庫。小型冷庫幾乎全部采用氟利昂制冷裝置。三種蒸發(fā)溫度:凍結(jié)間為-33到-40℃凍結(jié)物冷藏間為-28到-30℃儲冰及其他冷間為0到-15℃液泵供液制冷系統(tǒng):下進(jìn)上出：冷卻設(shè)備下部管道進(jìn)液強(qiáng)迫制冷劑液體自下而上流動。上進(jìn)下出：上部管道進(jìn)液，制冷劑液體進(jìn)入冷卻設(shè)備后自上而下流動。第30頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三第31頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三4．食品速凍裝置

螺旋帶式凍結(jié)裝置把食品放在金屬傳送帶上進(jìn)行螺旋輸送凍結(jié)。

第32頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三平板凍結(jié)器是在中空金屬板內(nèi)通以制冷劑，在金屬板間加壓，使食品與之緊密接觸而凍結(jié)。

第33頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三5．運輸式冷藏裝置(1)冷藏集裝箱

第34頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三(2)冷藏汽車

第35頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三(3)鐵路保溫車第36頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三（二）空調(diào)用制冷裝置1．房間空調(diào)器按結(jié)構(gòu)型式分為整體式與分體式。整體式包括窗式、穿墻式、移動式等，分體式按室內(nèi)機(jī)分類為吊頂式、掛壁式、落地式、天井式、嵌入式等。第37頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三(1)窗式空調(diào)器第38頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三第39頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三(2)分體式空調(diào)器第40頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三第41頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三第42頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三房間空調(diào)器的技術(shù)參數(shù)和能效等級制冷量和制熱量：單位時間內(nèi)從被調(diào)節(jié)空間內(nèi)除去(或送入)的熱量，單位為W或kW。功率：電源額定消耗功率。性能系數(shù)：常用COP和EER（能效比）值表示。風(fēng)量。噪聲?！赌茉葱蕵?biāo)識管理辦法》、GB12021.3—2004?？照{(diào)器的能效等級按能效比值依次標(biāo)為1至5級第43頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三2．車輛空調(diào)裝置——轎車空調(diào)

第44頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三(2)客車空調(diào)第45頁，共62頁，2023年，2月20日，星期三(3)列車空調(diào)第46頁，共62頁，2023年