制冷技术-课件.pdf

绪论页码，1/1绪论本章主要内容：1,制冷技术的发展及应用2.人工制冷的方法要求：1.了解常用的制冷方法；2,了解制冷技术在实际中的应用；3.掌握学好本门课程的方法。nk:SITStore:D M%tO Ebcunents教学用LX2004 制冷技术 CHM：:/0_0.htm2008-02-25首页页码，1/1空气调节用制冷技术共32学时高1S建筑琉垣与设备工耀学科 矗普譬含推聂励普:通高等教育上也学科9业“I 规划教材PUTONG GAODENG JIAOYUTU JIAN XUEKE ZHUANYE SHIWUGUIHUAJIAOCAI空气调节用高等学校试用教材空气调节用 制冷技术第二版音目俞 主 漳为格 E审中国建筑工业出熊社制冷技术（第三版）彦启森 石文星田长青 编著nk:SITStore:D M%tO Ebcunents教学用工双004制冷技术.CHM：:/i ndex.htm2008-02-25中国建筑工业.0.1制冷技术的发展及应用页码，1/20.1制冷技术的发展及应用一、发展概况1 777年，约翰(Jo hn)实验发现制冷现象一长时间将浓硫酸和水封闭在一个容器里，水面渐渐结 冰；1 859年，卡列(Carre)发明氨一水吸收式制冷机;1 872年，波易尔(Bo yie)发明氨压缩式制冷机。由此制冷技术长足发展，至1 929年美国通用电 气公司发现“氟利昂”；1 845年，格里(Co rrie)发明空气膨胀式制冷机。二、什么是制冷技术首先要明确：制冷羊冷却冷却过程 制冷过程什么是制冷？制冷是将低温热源(某物体或某空间)中的热量转移到高温热源中去，使其达到比 环境更低的温度，并使之维持这个温度的过程。什么是技术？在某一领域(某方面)积累的知识和经验或某方面的技巧。所以说，制冷技术就是将低温热源中的热量转移到高温热源中去的知识、经验或技巧。制冷技术研究目的：1.减少能耗(充分利用太阳能、地热能等)；2.合理选择和利用制冷剂；3.提高制冷机的机械热力性能。三、制冷技术在国民经济中的应用最初制冷主要用于防暑降温和食品的贮藏。但是随着科学技术的发展，制冷技术在各个领域都得到 广泛的应用，它直接关系到很多工业部门的生产发展和人民生活水平的提高由于制冷技术和设备的广泛 使用，用于各种形式制冷机的能耗与日俱增。一些经济发达国家制冷的电耗量约占电能总消耗量的20%-30%。1用于空气调节的冷源nk:$ITStore:D 附。口：11111$教学用0004制冷技术.014:/0_1.卜012008-02-250.1制冷技术的发展及应用页码,2/2工业生产和生活服务设施中都广泛地应用空气调节。工艺性空调：满足生产工艺对室内温湿度、洁净度的要求；舒适性空调：满足人们工作、生活对室内温湿度的要求；集中供冷。2用于食品工业一些易腐食品（鱼、肉类、蛋、果品、蔬菜等）的加工、贮藏和运输，都需要在低温条件下进行，以保证食品的质量和减少干缩损失。所采用的装置有冷藏库、冷藏车、冷藏船等等。3用于石油化学工业石油化工中许多工艺过程都需要在低温下进行，如盐类的结晶、溶液的分离、石油的脱脂、天然气 的液化、石油的裂解等过程。化学工业中的合成橡胶、合成纤维、合成塑料、合成氨的生产都需要制 冷。4用于产品的性能试验及科学研究一些工业产品如飞机发动机、航空仪表、无线电和电子产品等，一些武器如坦克、大炮及弹药，都 需要在一40一 7。C的低温下进行性能试验；在机械制造业中，对钢材进行一7。-90的低温处理，可以改变其金相组织，使奥氏体变成马氏 体，提高钢制机械零件的硬度及耐磨性。一些科学研究机构，如材料研究所、物理研究所、化学研究所等都需要人工制冷，以满足科学研究 和试验的需要。5用于医疗卫生方面一些医疗手术，如心脏、肿瘤、白内障的切除等，皮肤和眼球的移植手术及低温麻醉等都需要制冷 技术；一些药物、疫苗及血液等都需要在低温下进行贮藏。此外，人工制冷用于农牧业中的种子低温处理；建筑工程及矿井、隧道的施工（流砂，冻土施工 法）；近代尖端科学技术部门中，如航天技术、卫星通讯、高速电子计算机、红外技术等领域。制冷技术的应用上一节 回目录 下一节科学技术领域应用实例能源低温输电，超导电缆输电，磁流体发电，超导贮能，超导发电机及电动机，受控热核反应，液化天然气及液氢燃 料生产、贮运等资源开发超导磁选矿，低温破碎，低温粉碎，资源勘探等空间技术火箭推进技术，辐射磁屏蔽，氢氧燃料电池，宇航员及生命呼吸气，空间环境模拟等真空技术超高真空，冷黑空间模拟，薄膜技术（真空镀膜）等电讯与电子计算机 计量检测技术 冶金宇宙通讯，移动通讯基站，超导高速计算机等超高灵敏度的检测器，红外探测器，标准计测器（电流、磁场、电压等），激光器零 纯氧炼钢，金属冷处理，有色金属冶金保护气等机械超导磁体，高速气体轴承，超导直线加速器等化工高能燃料（液氢，液氧），重氢提取，稀有气体提取，氮资源保护与利用，各种气体分离等交通运输超高速列车的超导磁悬浮装置，低温液化气体的贮运等食品 畜牧业水产品，畜产品，蔬菜，水果等快速冷冻贮存等 良种牲畜精液低温贮存（人工繁殖）等医疗卫生低温治疗，低温贮存，心磁仪，脑磁仪，兀介子照射，超导核磁成像仪，低温生物医学研究等环境保护污水、重金属污染的磁分离，低温脱硫，废旧物资的低温粉碎再利用，低温冻结干燥等原子能利用He?的提取，反应堆材料低温辐射试验，低温吸附与液化精懦法回收反应堆裂变气，重氢的低温精慵提取等基础理论研究高能物理加速器，氢气泡室，超导与超流理论，等离子体物理，凝聚态物理，超低温的获得，自由基化学反应机 理等nk:$ITStore:D Kf%!O Dcum;nts教学用DJ2004 制冷技术.CHM：:/O _l.htm2008-02-250.2制冷的方法页码，1/20.2制冷的方法实现制冷可以通过两种途径：利用天然冷源和利用人工冷源。一、利用天然冷源天然冷源是自然界存在的冷源，例如冰、雪、地下水等，可用作食品的冷藏和防暑降温。我国对天 然冷源的应用有悠久的历史，而且在采集、贮存和使用天然冷源方面积累了丰富的经验，直到现在，天 然冷源在一些地区仍然得到应用。天然冷源具有价廉、贮量大等优点，而且利用它还不需要复杂的技术 和设备。所以在满足使用要求的前提下，应优先考虑利用天然冷源。但是天然冷源受时间、地区及运输 条件的限制，一般不能得到0 C以下的温度，而且不易控制和调节。所以天然冷源只用在防暑降温和少量 食品的短期贮藏方面。工业生产及科学试验等对低温的要求，大都是通过人工冷源来实现。人工冷源是利用各种类型的制冷机械进行冷量的生产，即利用人工的方法实现制冷。人工制冷需要 比较复杂的技术和设备，而且生产的冷量成本较高，但是它完全避免了天然冷源的局限性，特别是可以 根据不同的要求获得不同的低温。人工制冷可以获得的温度称为制冷温度。人工制冷能达到的制冷温度范围很广范，从稍低于环境温 度直到接近于绝对零度。二、实现人工制冷的途径制冷的方法很多，可分为物理方法和化学方法。但绝大多数为物理方法。目前人工制冷的方法主要 有相变制冷（蒸发制冷）、气体膨胀制冷和半导体制冷三种。1.相变制冷即利用物质相变的吸热效应实现制冷。如1 atm下，冰融化时要吸取335 kJ/kg的熔解热（0）,水 汽化时的潜热为2256.9 kJ/kg（100）；同样是水，在874 Pa的压力下汽化时，可达到5的饱和温 度，汽化潜热为2489.8 kJ/kg；氨在1 at m下气化时要吸取1 369.1 kJ/kg的气化潜热（-33.4）；干冰 在1标准大气压下升华要吸取137kc al/kg的热量，其升华温度为-78.9。目前干冰制冷常被用在人工 降雨和医疗上。因此，只要选择适当的工质、创造一定的压力条件，就可以利用物体的相变获得所要求 的温度。目前相变制冷中应用得最多的是利用液体的汽化吸热的特性来实现，即为蒸汽制冷。蒸汽制冷可分 为蒸汽压缩式、蒸汽喷射式和吸收式三种类型。以第一种应用最为广泛。2.气体膨胀制冷利用高压气体通过节流阀或膨胀机绝热膨胀时，对外输出膨胀功，同时温度降低，达到制冷的目 的。与蒸汽制冷相比，气体膨胀制冷是一种没有相变的制冷方式，通常多以空气作为工质，所以也称为 空气膨胀制冷。构成这种制冷方式的循环系统称为理想气体的逆向循环系统。最早出现的空气制冷机采 用定压循环。气体逆向循环是利用气体吸收显热实现制冷的，因为气体的比热容很小，单位制冷量很小，一般情 况下要求气体的流量大，循环的经济性较低，所以后来气体膨胀制冷逐渐被蒸汽压缩式制冷所取代。现 在它主要用于飞机机舱的冷却降温，而且在循环上也有较大改进。3.气体涡流制冷高压气体经涡流管膨胀后即可分离为热冷两股气流。（1931年法国兰克）4.半导体制冷（热电制冷）1 834年，法国物理学家帕尔帖（pel tire）发现了热电制冷和制热效应。（我们知道，由两种不同导体 组成的一个闭合环路，如图所示，A、B分别表示两种不同的导体，当其中一个联接点被加热（称为热 端），另一个联接点被冷却（称为冷端）时，也就是两个联接点有温差存在时，便在环路中产生了电动 势，称为温差电动势，其大小与导体的性质及两个联接点的温差有关。对于两种导体，当冷端温度一定 时，电动势的大小只与热端的温度有关。根据这个电动势的大小，就可以确定热端周围介质的温度。这 种热电效应又叫温差电效应，也就是我们通常用来测量温度的热电偶原理。相反，如果在电路中通入电nk:SITStore:D M%tO Ebcunents教学用LX2004 制冷技术 CHM：:/0_2.htm2008-02-250.2制冷的方法页码,2/2流，则一个联接点的温度就会降低成为吸热端（冷端），而另一个联接点的温度会上升成为放热端（热 端），这样就形成了热电制冷和制热的效应。）图0-2热电偶原理.图0-3热阻制冷原理珀尔帖效应告诉我们：两种不同金属组成的闭合电路中接上一个直流电源时，则一个接合点变冷，另一个接合点变热。但是纯金属的珀尔帖效应很弱，且热量通过导线对冷热端有相互干扰，而用两种半 导体（N型和P型）组成的直流闭合电路，则有明显的珀尔帖效应且冷热端无相互干扰。因此，半导体 制冷就是利用半导体的温差电效应实现制冷的。热电制冷的系统和过程不同于另外两种制冷方式，它不需要借助工质实现能量的转移，整个装置没 有任何机械运动部件，运行中没有噪声，设备体积小，便于实现自动控制，但耗电量大，制冷量小，能 够获得的温差也不大。目前温差电制冷只用在小型制冷器中，如电子计算机恒温冷却、精密测量仪器的 冷源及精密机床的油箱冷却器等等，都是温差电制冷。利用物理现象制冷的方法还有很多，我们不一一介绍。综合上述，目前生产实际中广泛应用的制冷方法是：利用液体的汽化实现制冷，这种制冷常称为蒸 汽制冷。我们将重点学习它。它的类型有：蒸汽压缩式制冷（消耗机械能）、吸收式制冷（消耗热能）和蒸汽喷射式制冷（消耗热能）三种。三、制冷体系的划分制冷服务对象不同，要求的制冷温度也不同。在工业生产和科学研究上，人们通常根据制冷温度的 不同把人工制冷分为普冷和深冷两个体系。一般把制冷温度高于一 120 c的称为“普冷、低于一 120 c的称为“深冷。其中深冷又可分为深度制冷（一 12020K）、低温制冷与超低温制冷（20K以下）。制冷温度普通制冷A-12CTC C 153K)深度制冷-120 P-253*C超低温制冷-253*C（20 K）从制冷设备上来说，实际上所应用的制冷装置大体分为家庭用、商业用、工业用三种类型，是按照 功率（单机名义制冷量）大小来分类的：家庭用：0,35kW 商业用：0.3518kW 工业用：18kW上一节回目录下一节nk:$ITStore:D Kf%O Dcunent s 教学用DJ2004 制冷技术.CHM：:/0_2.ht m2008-02-250.3本课程的性质页码，1/2百贝 结二 第一单 第一堂 第二草 第四草 第五草 第六草 第七草 第八单0.3关于本课程本课程为“空气调节用制冷技术，即是此制冷技术是为“空调”服务的。供热工程由热源、热网和热 用户组成，热源是为热用户服务的。本课程作为空气调节之“冷源”的一门技术，讲述其制冷方法、工作 原理、制冷系统的组成、设备构造及其计算、系统设计、运行调节等。什么是空气调节？-使某一特定空间（房间）内空气温度、相对湿度、空气流速、压力、洁净度等 参数进行人工调节的技术称为空气调节，简称为空调。对于某一空间，在夏季由于太阳辐射或内外温差 向室内传进热量，以及室内人员、灯光、设备产生热量及湿量而在室内形成热、湿负荷，若要保持这房 间内空气温、湿度，就必须要求空调设备将这些热、湿负荷从室内转移出去。本课程是在学习基础课和专业基础课（传热学、流体力学、工程热力学）的基础上为了拓宽专业知 识面而设置的一门课程。本课程的主要任务是要掌握：蒸汽压缩式制冷的基本原理、系统组成和主要设备的性能及选择计算；溟化锂吸收式制冷机的工作原理和设备特点；空调冷源系统设计的基本方法。通过本门课程的学习，应具有设计、管理空调中制冷系统的初步能力，并具有设计、管理其他用途 制冷系统的基本知识。如何学好本课程？学时有限，多联系实际；多阅读一些相关的课外书籍。nk:SITStore:D M%tO Ebcunents教学用LX2004 制冷技术 CHM：:/0_3.htm2008-02-250.3本课程的性质页码,2/2主城藏永庆副主7髓11澳化锂吸收式制冷技术及应用商业用制冷装置制冷与热泵西安交通大学张早校冯冉郁永幸编it a t.*0上一节回目录下一节nk:SITStore:D M%tO Ebcunents教学用LX2004 制冷技术 CHM：:/0_3.htm2008-02-25机麒工业.第一章蒸汽压缩式制冷的热力学原理页码，1/1第一章蒸汽压缩式制冷的热力学原理本章内容：1.01.11.21.3 蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算1.4 蒸汽压缩制冷的实际循环1,5 吗跨临界制途循环1.6思考题nk:SITStore:D M%tO Ebcunents教学用LX2004 制冷技术 CHM：:/1_O.htm2008-02-251.0基本系统及工作原理页码，1/21.0基本系统及工作原理液体的汽化过程要吸收热量，我们就利用这个原理来达到制冷的目的。一个最简单的固体或液体汽 化实现制冷的装置如图所示：利用冰融化制冷利用液体汽化制冷的装置这种装置的问题是：（1）不能连续制冷，制冷效应只能维持到氨液全部汽化为止；（2）液体汽化后被排入大气，既浪费了工质，又污染了环境；（3）汽化时的温度不易控制。如果把上述装置改造成如下图左的系统，则可以解决这些问题。这个系统主要由四大部件组成，通 过管路把它们连结在一起。系统内充有一种易挥发的工质，称之为制冷剂。如氨（N/）、二氟一氯甲烷（CHCI F2）等都可以作为制冷剂。nk:TStore:D KfO D)cunent s 教学用DJ2004 制冷技术.CHM：:/l_01.htm2008-02-251.0基本系统及工作原理页码,2/2蒸气压缩式制冷的基本系统上右图为气化制冷的工艺流程。图中虚线以外部分为制冷段，制冷剂从贮液器经膨胀阀，降低了压 力和温度。低压低温的制冷剂流入蒸发器，吸收外界的热量而汽化，从而使外界的温度降低，以达到制 冷的目的。图中虚线以内的部分为液化段，它的作用是：使蒸发器内保持一定的低压力；使在蒸发器中汽 化了的制冷剂液化，重新流回贮液器。液化的方法是使来自蒸发器的低压制冷剂增压，提高它的饱和温 度，再利用自然界中大量存在的常温空气或水，使之在冷凝器内冷凝液化。由于采用压缩机使气态制冷 剂增压，故称为蒸汽压缩式制冷。其工作原理是使制冷剂在压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等热力设备中进行压缩、放热、节流和 吸热四个主要热力过程，以完成制冷循环。高出部分压缩式制冷但是，制冷剂在制冷系统中经过什么样的热力过程所组成的制冷循环在理论上最为经济？实际应用 中制冷循环又应如何组成？以及如何进行制冷循环的热力计算？等等。这些问题，下面将一一叙述。上一节回国受下一节nk:TStore:D Kf0D)cunent s 教学用DJ2004 制冷技术.CHM：:/l_01.htm2008-02-251.1理想制冷循环页码，1/31.1 理想制冷循环一、逆卡诺循环卡诺循环分正卡诺循环和逆卡诺循环，均是由两个定温过程和两个绝热过程组成的。均是理想循 环，其组成的各热力过程与外界既无温差也无摩擦损失。1.绝热压缩过程(1-2)：耗功叫；2,等温压缩过程(2-3)：放热(V3.绝热膨胀过程(3-4)：作功4,等温膨胀过程(4-1)：制冷如何衡量其经济性呢？二、制冷系数1 kg制冷剂每一循环：制冷量q。；消耗净功Zw=Wc-We；向高温热源放热：q k=q()+Ew 效率=收获/代价=q。/Ewo 对于逆卡诺循环：讨论：1.逆卡诺循环的制冷系数仅取决于被冷却物(低温热源)的温度T。和冷却剂(周围介质水或空气)的温度Tk，而与制冷剂性质无关。2.为了提高制冷系数,在满足需要条件下应使被冷却物质温度T。升高而使冷却剂温度Tk下降；3.T。变化比丁卜变化对影响更大。因此nk:SITStore:D M%tO Ebcunents教学用LX2004 制冷技术 CHM：:/1_L htm2008-02-251.1理想制冷循环页码，2/34.热泵装置供热系数卜=4/Zw=+1,所以热泵供热量,消耗的功量，可以综合利用能源。5.制冷系数实际上不是衡量制冷装置经济性的唯一指标。从理论上讲，逆卡诺循环为提高制冷装置的经济性指出了方向，但是实现这种循环是在可逆条件下 进行的，即无温差传热又无摩擦损失，这是不可能的，否则热交换器面积无限大，制冷和压缩过程无限 缓慢。所以除了提高T。、降低Tk外，还要大力研究高效率的热交换设备。通常用热力完善度n（本书中为制冷效率，P10）来表征制冷循环的技术经济指标。将工作于相同温 度间的实际制冷循环的制冷系数与逆卡诺循环的制冷系数十之比，称为这个制冷机循环的热力完善度，即：n=i 为热力完善度是用来表示制冷机实际循环接近逆卡诺循环的程度。它的数值越大，就说明循环的不可 逆损失越小。在循环中，减少传热温差，减少摩擦，均会减少循环的不可逆程度，并导致热力完善度的 提高。所以，热力完善度是制冷循环的一个技术经济指标，但它与制冷系数的意义不同。只是从热力学 第一定律（能量转换）的数量角度反应循环的经济性，而可是同时考虑了能量转换的数量关系和实际循环 中不可逆程度的影响。从数量上看，可以小于1,等于1或大于1,而n则始终小于1,因为理想的可逆循 环的实际上是不可能达到的。当比较两个制冷装置循环的经济性时，如果两者的工作温度Tk、T。相同，采 用与采用n进行比较是等价的；如果两者的Tk、T。不同，只有对它们的“加以比较才是有意义的，因为这 时只比较不能看出哪个制冷装置的经济性更好。三、蒸汽压缩式制冷的理想循环实现逆卡诺循环最大的困难是两个等温过程。而只有液体的定 压蒸发吸热过程和蒸汽的定压凝结放热过程是定温过程，所以在湿 蒸汽区域内进行的制冷循环有可能易于实现逆卡诺循环。四、有温差传热的制冷循环TT*实际上冷凝器和蒸发器放热和吸热过程都是在有温差的Ti 情况下进行的。逆卡诺循环12,3,4,，有温差循环1 234,当获得相同冷 r0 量时（41ab=4,7M b）,压缩功多消耗阴影部分的面积。To有温差传热时的制冷系数白nk:SITStore:D M%tO Ebcunents教学用LX2004 制冷技术 CHM：:/1_L htm2008-02-251.1理想制冷循环页码，3/3将它与逆卡诺循环的制冷系数1一 i-r-相比，由于乙丁,，Tcunent s 教学用DJ2004 制冷技术.CHM：:/1_2.ht m2008-02-251.2蒸汽压缩式制冷的理论循环页码，3/14小与制冷剂性质有关，制冷系数降低的程度称为过热损失。一般说来，节流损失大的制冷剂，过热损失 小，而且pJPkr越大，过热损失会越大。综上所述，制冷理论循环与理想循环的三个不同点是：用节流阀代替膨胀机；干压缩代替湿压缩；吸热及放热过程为定压过程且存在传热温 差。蒸发器实际循环的制冷系数除与高、低温热源的温度有关外，还与制冷剂的热力性质有关。因此，研究选 用适宜的制冷剂，对节约能源有很大意义。上面提到，实际循环中存在节流损失和过热损失，那么能否减小这些损失呢？采取什么样的方法来 实现呢？二、改善蒸汽压缩制冷循环的措施减小节流损失有再冷却和回热两个措施；而采用具有中间冷却的多级压缩可以减少过热损失。（1）节流阀前液态制冷剂过冷前面提到：制冷剂液体经节流阀膨胀后，使循环的单位质量制冷量减小，制冷系数降低。而且，对 于同一种制冷剂，节流损失的大小主要与节流前后制冷剂的温度差有关。温差越小，则节流损失越小。节流前后制冷剂的温差，就是冷凝温度与蒸发温度之差。蒸发温度取决于被冷却物体所要求的温度，冷 凝温度取决于冷却介质的温度，它们都不能随意改变。如果能进一步降低节流前液体制冷剂的温度（过 冷），则可减小节流损失。制冷剂液体的过冷，通常是采用温度较低的冷却水（如深井水），通过串接于冷凝器后的过冷器（或称再冷却器），使制冷剂的温度进一步降低，从而使制冷剂液体过冷。如图所示。这样，冷凝后的 液态制冷剂可以在冷凝压力下被再冷至状态点3,o图中3-3,就是高压液态制冷剂在再冷却器中的再冷却 过程。再冷却所能达到的温度称为再冷温度，冷凝温度与再冷温度之差At s称为再冷度。nk:$ITStore:D Kf%O Dcunent s 教学用DJ2004 制冷技术.CHM：:/1_2.ht m2008-02-251.2蒸汽压缩式制冷的理论循环页码，4/14蒸发器由T-s图上可以明显地看出，由于液态制冷剂的再冷却，节流过程由3-4变为3,一4,，单位质量制冷 能力增加Aq（）（面积a44，ba）,而压缩机的耗功量并未增加。因此，减少了节流损失，使制冷系数有所提 高。过冷在再冷却器中进行。当冷凝器用空气冷却时，过冷器用水冷却；当冷凝器用水冷却时，再冷却 用深井水冷却。当单设过冷器时需增加冷却水或深井水设施、水泵等，还要耗功，使投入增加。所以是 否采用过冷循环需经过技术经济比较确定。当采用冷却水与制冷剂逆流时，适当放大冷凝面积也可达到 过冷目的。（2）蒸汽回热循环在某些实际制冷装置中，为了使节流前制冷剂液体进一步过冷，以便减少节流损失，同时又能保证 压缩机吸入具有一定过热度的蒸汽，可以利用一个热交换器，使节流前的制冷剂液体与来自蒸发器的低 温蒸汽进行热交换。这样，把由于压缩机吸入过热蒸汽所多消耗的功量，利用节流前制冷剂液体的过冷 来弥补。这种热交换器称为回热器，并将这种循环叫做蒸汽回热循环。回热器一般采用盘管式。在小型制冷机中，往往不装设回热器，而是将蒸发器出口的低温蒸汽管道 与节流前的液体管道并列敷设在一起，外面用隔热材料包扎起来，使两管壁接触进行热量交换，从而达 到回热的目的。nk:$ITStore:D Kf%O Dcunent s 教学用DJ2004 制冷技术.CHM：:/1_2.ht m2008-02-251.2蒸汽压缩式制冷的理论循环页码，5/14蒸发器制冷循环中本来吸入的是饱和蒸汽，经过回热后吸入的是过热蒸汽，这是出于安全，压缩机吸入的 必须具有一定过热度的蒸汽。据稳定流动连续性定理，经过回热器，液态制冷剂与气态制冷剂的质量流 量相等，在无热损失的情况下，每kg液态制冷剂放出的热量等于每kg气态制冷剂吸收的热量。几点说明：过冷增加的制冷能力Aq。(面积4,4bb，)=过热吸热量Aq(面积,但是压缩机多耗功A wr(1 2 21)；V是否提高取决于制冷剂性质和工作温度上下限。F12、F22,/；NH3 F11,X压缩机吸入制冷剂蒸汽过热度/,排汽温度/,耗功AW0/,所以过热度是有害的。因此吸气 管还要过长并注意保温。有害过热；通常允许的吸气过热度与制冷工质种类有关：NH3,58度；F12,可以取得较大。对于NH3不采用回热循环。因为：NH3绝热指数k=1.3比R12(k=L14)、R22(k=1.2)大，使得排气温度(3)回收膨胀功nk:$ITStore:D Kf%O Dcunent s 教学用DJ2004 制冷技术.CHM：:/1_2.ht m2008-02-251.2蒸汽压缩式制冷的理论循环页码，6/14（4）多级压缩当压缩比p/Po 810时：排气温度过高，过热损失大；由于压缩机余隙容积的存在，使制冷 能力下降，所以采用多级压缩，中间冷却的方法。优点：排气温度、，压缩机耗功缺点：增加了压缩机和中间冷却设备。综上所述，改善制冷循环的措施：减少节流损失-过冷、回热；减少过热损失多级压缩，中间冷却。三、多级压缩1 为什么要用多级压缩？单级蒸汽压缩局限性：（1）冷凝压力-tk-环境温度、冷却介质温度（难以改变）蒸发压力-t。-用户要求（经常变化）（2）用户要求蒸发温度X-蒸发压力、一压缩比（Pk/Po）/（3）pk/p0增大将导致:压缩机输气系数下降；压缩机排气温度升高，润滑条件变坏；压缩机耗功增加，制冷量下降，制冷系数降低。单级蒸汽压缩条件：氨制冷系统：Pk/Po W8；最低蒸发温度=-25；nk:SITStore:D M%tO Ebcunents教学用LX2004 制冷技术 CHM：:/1_2.htm2008-02-251.2蒸汽压缩式制冷的理论循环页码，7/14氟利昂制冷系统：Pk/Po W10;最低蒸发温度=-37；活塞式蒸汽压缩系统多采用双级压缩。2,双级蒸汽压缩工作原理：压缩过程分两阶段进行低压级压缩 高压级压缩蒸发压力-中间压力-冷凝压力a.来自蒸发器的低温制冷剂蒸汽（压力为Po）先进入低压级压缩机，在其中压缩到中间压力Pm*b.经过中间冷却器冷却（分为两种情况一一中间完全冷却为饱和蒸汽和中间不完全冷却为过热蒸 汽）；c,再进入高压级压缩机，将其压缩为冷凝压力Pk,排入冷凝器中。3,双级压缩的几种形式：（1）闪发蒸汽分离器如果来自冷凝器的高压液态制冷剂在节流降压至某中间压力时，将闪发蒸汽分离出来，通到压缩机 进行压缩，就可以达到节约压缩机耗功的目的。分离能 内发廉气一 冷凝器 T图1-13带闪发蒸气分离器的双级压缩制冷（a）工作流程；（6）理论循环（2）中间冷却器中间冷却器与闪发蒸汽分离器虽然都是利用制冷剂冷却来自低压级压缩机的排气，但闪发蒸汽分离 器只能使温度稍有下降，仍保持过热蒸汽状态，故为不完全中间冷却，不适用于氨制冷系统；而加设中 间冷却器后，可将低压级压缩机的排气温度冷却至饱和状态，达到完全中间冷却。此外，中间冷却器中 还可设有液体冷却盘管，使来自冷凝器的高压液获得较大的再冷度。一次（级）节流、中间完全冷却的双级压缩制冷循环冷却水商从级区缩机 声 冷凝器1/低压级压缩机能胀网广咻l&j冷却器7鹿张.阀发 器蒸冷却水)nk:SITStore:D M%tO Ebcunents教学用LX2004 制冷技术 CHM：:/1_2.htm2008-02-251.2蒸汽压缩式制冷的理论循环页码，8/14级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环 一次（级）节流、中间不完全冷却的双级压缩制冷循环高压级压缩机低质级压格机中间冷却器向热器压缩机 压缩机一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环一级节流中间完全冷却与一级节流中间不完全冷却的区别：一级节流中间完全冷却的压缩过程：从蒸发器来的制冷剂在低压级压缩机中压缩至中间压力 Pm，排入到中间冷却器中，被其中的液体制冷剂冷却成中间压力Pm下的饱和蒸汽，再进入高压级压缩 机中被压缩到冷凝压力Pk;一级节流中间不完全冷却的压缩过程：低压级压缩机的排气不是直接进入中间冷却器冷却，而 是和中间冷却器出来的中温制冷剂蒸汽在管道中混合被冷却，然后进入高级压缩机压缩；一级节流中间不完全冷却的制冷系统中一般设有回热器，保证低压级压缩机的过热度。因此供 液的制冷剂液体两次过冷。nk:SITStore:D M%tO Ebcunents教学用LX2004 制冷技术 CHM：:/1_2.htm2008-02-251.2蒸汽压缩式制冷的理论循环页码，9/14此外，还有下面几种形式:压缩机压缩机RTF两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环nk:SITStore:D M%tO Ebcunents教学用LX2004 制冷技术 CHM：:/1_2.htm2008-02-251.2蒸汽压缩式制冷的理论循环页码，10/14压缩机 压缩机cunent s 教学用DJ2004 制冷技术.CHM：:/1_2.ht m2008-02-251.2蒸汽压缩式制冷的理论循环页码，11/14用2、R717,在to=-7O时，吸气压力分别为12.3kPa和10.9kPa；R22的吸气压力稍高，但在一 70时也只有20.5kPa,此时压缩机虽然还能工作，但节流系数很小，使容积效率太低。采用R13、R14等低温制冷剂有可能获得较低的蒸发温度。但是这种制冷剂的临界点很低，R13的 临界温度为28.8,临界压力为38.57bar。若采用一般冷却介质，很难使气态制冷剂冷凝。即使被冷 凝，也是在临界点附近，循环的节流损失会很大，制冷系数太低，同时也要求制冷设备必须有很高的承 压能力，使其过于笨重。综上所述，一般当蒸发温度低于一80时，使用单一的制冷的循环有困难，低温制冷剂在常温下无 法冷凝成液体，故不能单独工作，需要有另一台制冷装置与之联合运行，为低温制冷剂循环的冷凝过程 提供冷源，降低冷凝温度和压力。这就是复叠式制冷。2.复叠式压缩工作原理：复叠式压缩制冷系统通常由两个单级压缩循环组成，之间用蒸发冷凝器联系起来:高温部分：采用中温制冷剂，制冷剂的蒸发用来使低温部分系统中的制冷剂冷凝，其蒸发器是低温 部分的冷凝器。低温部分：采用低温制冷剂，蒸发时从被冷却对象吸热制冷。蒸发冷凝器图1-16复叠式蒸气压缩制冷(Q)工作过程；(&)理论循环冷凝器3.复叠式压缩机实例:nk:SITStore:D M%tO Ebcunents教学用LX2004 制冷技术 CHM：:/1_2.htm2008-02-251.2蒸汽压缩式制冷的理论循环页码，12/14I蒸发器L由两个单级系统组成的复叠式制冷机三个单级压缩循环组成的复叠式制冷机nk:SITStore:D M%tO Ebcunents教学用LX2004 制冷技术 CHM：:/1_2.htm2008-02-251.2蒸汽压缩式制冷的理论循环页码，13/14v二F年I 压缩机陛卜 压缩机跳C02L X-1生产干冰的复叠式循环原理图nk:$ITStore:D Kf%O Dcunent s 教学用DJ2004 制冷技术.CHM：:/1_2.ht m2008-02-251.2蒸汽压缩式制冷的理论循环页码，14/14复叠式制冷装置压缩机2-油分离器3-蒸发冷凝器4-过滤器5-膨胀阀6-低温蒸发器7-膨胀筒8-冷凝器具9-干燥器五、小结：各种蒸汽压缩式制冷方式的比较上一节回目录下一节制冷循环使用原因应用温度范围制冷剂单级压缩一般制冷5-30 c一种双级压缩压缩比过大一 60 c 一 80 一种复叠式压缩制低温cunent s 教学用DJ2004 制冷技术.CHM：:/1_2.ht m2008-02-251.3蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算页码，1/21.3蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算一、I gp-h（压焰）图的应用1.组成在分析蒸汽压缩制冷循环时使用的是温墙图，因为热力过程线下面的面积是该过程吸收或放出的热 量，很直观，便于分析比较。但是，制冷剂在蒸发器和冷凝器的吸热或放热过程都是在定压下进行的，而定压过程热量的变化以 及压缩机在绝热压缩过程中所耗的功都可以用始差来计算，而且制冷剂在节流阀前后的始值又保持不 变，所以实际利用以培为横坐标、压力为纵坐标的压始图最为方便。在压-始图上可以用线段的长短来表 示能量的多少。为了提高低压区的精度，所以纵坐标是Igp。等压线水平线;等培线一垂直线;等燧线一向右上方倾斜的实线;等容线.-向右上方倾斜的虚线，但比等嫡线平缓。等温线一液区几乎是垂直线，两相区与等压线重合为水平线，过热区是向右下方弯曲的 倾斜线；等干度线只存在于湿蒸汽区域内，其方向大致与饱和液体线或饱和蒸汽线相近，视干 度大小而定。共六种等值线簇。箭头表示各参数值增加的方向。干度x=1的线是饱和蒸汽线（上界线），干度x=0的是饱和液线（下界线），此两条线将整个图分为三个区，饱和蒸汽线以右为过热区，饱和液线以左为 液态区，两线之间为湿蒸汽区。在湿蒸汽区等压线与等温线重合。由于实际计算中压力较高区域和湿蒸 汽区的中间部分很少利用，可以删去。不同制冷剂的压始图的形状也有所不同。压焰图是制冷循环分析 和计算的重要工具，应很好地了解和掌握。附录有曲3、R22、R12等的压熔图。上图为蒸汽压缩式制冷理论循环在I gp-h图的表示。点1：制冷剂蒸汽进入压缩机状态。若已知蒸发温度T。，便可知蒸发压力P。，据等压线pg与x=1的等干 度线相交得出点1；点2：为制冷剂出压缩机的状态，即进入冷凝器状态，过程1-2为绝热压缩，s1=s2,沿点1的等嫡线与 Pk=C的等压线交点即得；点T：制冷剂在冷凝器中凝结为饱和液体的状态点，它由Pk=C等压线与x=0下界线相交可得；nk:$ITStore:D Kf%O Dcunents教学用DJ2004 制冷技术.CHM：:/1_3.htm2008-02-251.3蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算页码,2/2点3:制冷剂液体过冷状态。液体在过冷中压力不变，低于冷凝温度，将Pk=C与trc=C过冷温度相交得 点3；点4：制冷剂出节流阀状态，即进入蒸发器状态，节流前后h不变，而压力降到Po,温度为蒸发温度 To,由点3作h=C等培线与10=（等温线相交得点4。4-1是制冷剂在蒸发器中汽化吸热，即制冷过程。总之：1）1-2：绝热压缩过程，单位质量制冷剂消耗功皿=11241 kJ/kg；2）2-3：制冷剂在冷凝器中定压放热过程，其中2-2,放出过热量，2，-3,放出汽化潜热，3匚3再冷 却放热。制冷剂放热量：qk=h2-h3 kJ/kgo3）3-4：节流过程，h不变；4）4-1：制冷剂在蒸发器在定压吸热（制冷）过程。制冷量：qhh4 kJ/kgo二、蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算计算蒸汽压缩制冷理论循环时，首先需要确定循环的工作参数（即工况，通常为蒸发温度t。、冷凝 温度tk、液态制冷剂再冷度和压缩机的吸气温度11），根据工况便能在igp-h图上确定各有关状态点的参 数值，进而画出循环过程。蒸发温度和冷凝温度的确定将在第四章中讲述，再冷度一般为35,氨压 缩机吸气的过热度一般为58C,氟利昂压缩机采用回热时，吸气温度约为15。制冷循环的热力计算 就是根据这些已知条件，求出各状态点的状态参数，然后计算下列数值：1.单位质量制冷能力：/64单位容积制冷能力：q,=/v1压缩机入口气态制冷剂的比容，m3/kg；qv-表示吸入1冲制冷剂所产生的冷量。2,制冷剂质量流量MR和体积流量Vr：Mr=（pq/q0 kg/sVr=Mr j=仰 I qv m3/s3,冷凝器的热负荷：=MR（h2-h3）4.压缩机理论耗功率Pth：Pth=MR（h2-h1）5.理论制冷系数f h：.产Qo/%=也由力=（力广力4（力2出）6.制冷效率 1 r：t/p=t/c/上一节回目录下一节nk:SITStore:D M%tO Ebcunents教学用LX2004 制冷技术 CHM：:/1_3.htm2008-02-251.4蒸汽压缩制冷的实际循环 页码，1/21.4蒸汽压缩制冷的实际循环一、实际循环与理论循环的主要差别前面所述的是蒸汽压缩式制冷的理论循环，但实际循环和理论循环又有不少差别，表现在理论循环 忽略了：1.在压缩过程中，气体内部及气体与气缸壁之间的摩擦以及气体与外部的热交换。2.制冷剂进入吸气阀和排出时经排气阀有节流损失；3.制冷剂通过管道、冷凝器、蒸发器等设备时，制冷剂与管壁、器壁之间摩擦以及外部热交换。二、实际循环图中过程线1