第三章蒸汽压缩制冷设备

第3章蒸气压缩制冷设备济宁市济宁职业技术学院钟元珍3.1蒸气压缩制冷的理论循环3.1.1特点和工作过程1.系统组成: 压缩机，节气门，蒸发器和冷凝器等设备及辅助设备（过滤器，油分离器，油箱）. 3膨胀阀4制冷剂冷凝器蒸发器2压缩机1制冷剂通过制冷剂蒸气冷却的基本系统图3.1.2制冷剂状态图压力-焓线图温度-熵线图phTcsvx p0压力-特定焓值图hTs cp vh Tx0-温度特定值熵图的压力焓图: 1点，2条线，3个区域，5个状态，6个等参线簇. 1临界点（临界点）2下临界线: 在不同压力下饱和液态的上临界线: 干燥的饱和气态液态区（液态区）3气液两相区（液态气区））蒸气区域（蒸气区域）5̬不饱和液体，饱和液体，湿饱和蒸汽，干饱和蒸汽，过热蒸汽. 6等参簇（压力-焓图）等压线---水平线；等焓线---垂直线; phTcsTscpvv hTx p x0压力特定焓图h0温度特定熵图s等温线---液相相面积: 几乎垂直线，两相面积: 水平线，气相面积: 斜线向下弯曲；等熵线---向右上方倾斜的实线；等距线-点线向右上方倾斜，比等熵线平；等压线---仅存在于湿蒸汽区域.

3.1.3单级蒸气压缩式制冷循环的理论循环1.简单的理论循环假设高温热源TH和低温热源TL的温度是恒定的，并且没有相变过程中制冷剂与热源的传热温差，蒸发温度To = TL，冷凝温度TK = TH；除了蒸发器和冷凝器外，制冷剂在整个循环的其他流程中不会与外界进行热交换. 离开蒸发器的制冷剂状态是饱和蒸气，离开冷凝器的状态是饱和液体. 除了压缩机和膨胀阀的压力上升和下降外，在整个循环的其他流动过程中没有压力损失；压缩过程是等熵压缩过程. 当制冷剂流经节流装置时，速度变化很小，可以忽略不计；制冷剂在设备的连接管中不会改变状态. 2.在坐标图上描述理想循环. 工作过程3膨胀阀4冷却介质冷凝器蒸发器2压缩机1通过冷却介质蒸汽进行压缩制冷的基本系统图（1）1-2干燥压缩机中的饱和蒸汽等. （2）2-3冷凝器中过热蒸汽的等压冷却和冷凝过程； （3）节流阀中饱和液体的3-4绝热节流过程； （4）4-1蒸发器中的湿蒸汽等温等压汽化过程. 每个点对应于状态3膨胀阀4冷却剂冷凝器蒸发器2压缩机1用冷却剂蒸气进行压缩冷却的基本系统图（1）1点: 制冷剂进入压缩机的状态，对应于蒸发温度To Saturated蒸气.

（2）点2: 压缩压缩机排气的状态对应于冷凝压力下的过热蒸汽. （3）要点3: 冷凝器出口处的制冷剂状态是与冷凝温度TK相对应的饱和液体. （4）4分: 节流后，它从节流阀流出并进入蒸发器状态，该状态为湿饱和蒸汽状态. 坐标图p3 pk，TK 2’2po，To410理论周期p-h图中的表示hT23 pk，TK 2’po，To4’410理论周期T-s图S类问题1: 不可逆绝热过程中的熵变化是什么？课堂问题2: 理论周期是可逆的吗？ 3.理想循环特性的理论基础: 热力学第一定律（开放系统稳定流动的能量守恒方程）Qmh1 2mc2 fmgz Wsqh 1 2c2 fgzws（1）蒸发过程和单位制冷量单位质量制冷量: 1kg制冷剂蒸发器从低温热源吸收的热量. 制冷量: q0 h 1 h 4 h 1 h 3 kJ / kg制冷剂通过蒸发器时从低温热源吸收的热量. 0 qm（h 1 h 4）qm（h 1 h 3）kw其中: qm-制冷剂的质量流量. 压缩机的尺寸表示制冷量. 制冷剂的质量流量和速度与进入和离开蒸发器的制冷剂之间的焓差以及制冷剂的类型和工作状态有关. 单位制冷量: 压缩机吸入1m3的制冷剂蒸汽（根据压缩机的吸气状态）.

qzvq0 v1h1 h 4 v1kJ / m3其中: v1-压缩机入口处状态点1的特定体积. 制冷剂质量流量: qmq vh v1kg / s其中: qvh-压缩机的理论风量，m3 / s. （2）制冷剂的压缩过程和比功，类型和理论比功: 工作条件与压缩机每消耗一千克压缩和输送的制冷剂所消耗的压缩功有关. w 0 h 2 h 1 kJ / kg体积比功: 压缩机每压缩和输送1m3制冷剂（根据压缩机吸入状态）消耗的压缩功. wvw v1h 2 h1 v1kJ / m3压缩机功率: P 0 q m（h 2 h 1）kw压缩机压力比: 循环中压缩机排气压力与吸气压力之比. p2 pkp1 p0压缩机排气温度T2: 制冷剂气体压缩结束的温度. （3）冷凝器的冷凝过程和热负荷冷凝器的单位热负荷: 在冷凝器中释放1kg的制冷剂蒸气热. qk h 2 h 3 kJ / kg（4）节流过程的节流过程特性？节流过程是不可逆的过程. . ？节流期间的绝热膨胀，无需外部工作. . ？节流前后的焓值不变. 但节流过程不是等焓过程. h4 h3？整个循环的比功率等于压缩机的理论比功率. 节流后，4个状态点的焓值干燥率体积h 4（1 x4）hf 0 x4 hg 0x4h4 hf 0 hg 0 hf 0v4（1 x4）vf 0 x4 vg0（5）制冷系数: q0 h1 h4w h2 h1（6 ）循环效率（热完美性）: h1 h4 TK T0 c h2 h1T0总结了冰箱的性能p制冷量Ф00压缩机功率P循环性能系数COP3pk，TK 2'2po，To41理论循环ph图h使用某种制冷剂时中介: ？蒸发压力po，冷凝压力pk反映了系统的压力水平；压力比，压力差和排气温度反映了压缩机的工作状态；单位制冷量，单位体积制冷量是否反映了制冷量？ COP反映了制冷循环的经济性.

4. 理想循环的意义理论循环是不可逆循环. 影响理论循环特性的因素: p3pk，TK 2’2po，To410理论循环p-h图h（1）热源的温度； （2）制冷剂的性质. 理论循环的意义: （1）是实际循环的基准和参考，用于分析和研究实际循环的各种不完善因素，并做出相应的改进. （2）用于评估制冷剂. 在相同的Tk和To条件下，通过比较不同制冷剂的理论循环特性，可以评估它们在热性能方面的适用性. 3.2单级蒸气压缩制冷的实际循环影响实际循环的因素外部条件？高温热源和低温热源是可变温度热源. 热源与制冷剂之间的热传递是有限的温差热传递. 内部条件？制冷剂液体过冷和蒸汽过热的作用；连接到设备的冷凝器，蒸发器和管道会由于制冷剂的流动而引起压降，制冷剂通过管道与外界进行热交换；压缩机实际的压缩过程是非等熵过程；系统中存在不可冷凝的气体. 3.2.1各种实际因素对循环的影响1.高压液体过冷的影响（1）过冷: 在相同压力下，制冷剂液体的温度低于饱和状态的温度. 过冷: 两个温度之间的差异. （2）液体过冷循环: 在一定的冷凝温度和蒸发温度下，在制冷剂离开冷凝器进入节流阀之前，采用一定程度的过冷循环. （3）过冷循环的图表表示p3'3 pk，TK 2'2po，To4'410高压液体过冷循环hT3 3'2 2'4'410高压液体过冷循环S（4）过冷影响关于制冷循环单位制冷量的增加单位制冷量的增加q0 h1 h4'h1 h3'h1 h3qz vh1 h3'v1循环特定功不变w h2 h1过冷前后的压缩机入口和出口状态保持不变，特定功常数.

制冷系数增加q0w（5）结论: ？液体过冷循环的使用在理论上始终是有利的，并且可以改善循环的经济性. 并且过冷度越大，对循环越有利；？在相同的过冷度下蒸汽制冷机，制冷量和制冷系数的增加百分比取决于制冷剂的热力学性质，即制冷剂液体的比热和蒸发温度下的汽化潜热. （h1 h4）（h4 h4）cth2 h1h2 h1？进入节流装置之前的制冷剂液体不会由于流动阻力而蒸发，从而确保了制冷剂流动的稳定性. ？蒸发温度越低，由于过冷而导致的性能相对改善越大. （6）实现过冷的措施: 使用冷凝器直接过冷；使用逆流管套式热交换器最容易实现过冷. ？过冷度没有太大的提高，一般可以得到1-5℃的过冷. •使用过冷器或过冷器获得过冷； •在冷凝器和膨胀阀之间增加一个过冷器，并将较冷的冷却介质（例如深井水）通入该过冷器中；或在进入冷凝器之前，使冷却介质通过过冷器. ？使用气液热交换器（蓄热室）. 2.压缩机过热的影响（1）过热: 在相同压力下，制冷剂蒸汽的温度高于饱和蒸汽的温度. 过热: 两个温度之间的差异. （2）蒸汽过热循环: 制冷剂蒸汽在蒸发器中完全蒸发后，仍继续吸收部分热量，因此当到达压缩机时，它已经处于过热状态.

为了避免液滴进入压缩机，请不要将液滴带入压缩机. （3）过热循环图显示p 3 pk，TK 2 2'po，To41 1'0循环，吸入过热hT 32'21'410循环，吸入过热S（4）过热至制冷循环压缩机增加. 过热循环中压缩机的排气温度高于理论循环压缩机的排气温度. 循环比功率略有增加w'0h2'h1'w 0（h 2'h 1'）（h 2 h1）冷凝器的热负荷增加. 由于过热循环在1-1'过程中吸收了一部分热量，并且比功略有增加，因此冷凝器的热负荷也会增加. qkh 2'h3如果给定压缩机，则制冷剂qmqmq vh v1'的质量流率会降低单位制冷量和冷却介质3膨胀冷凝器2压缩机的冷却系数的变化，具体取决于过热是否有效地过热. 膨胀阀蒸锅热量无效. 41.冷却介质的压缩制冷剂蒸气制冷的基本系统图有效过热无效过热如果压缩机的吸入蒸汽过热发生在蒸发器本身或安装在冷却空间内的吸入管中，或两者同时发生，这种过热来自要冷却的物体，从而产生有效的冷却效果. 从蒸发器中出来的低温制冷剂蒸汽从周围环境吸收热量，并在通过吸入管进入压缩机之前过热. 过热不会对要冷却的物体产生任何冷却效果.

无效的过热对循环性能的影响单位制冷量恒定q 0 h1 h4给定的压缩机制冷量减少Q 0 q m q 0制冷系数减小q0w0单位体积制冷量结论无效的过热是有害的过热. 如何改变？措施在吸管上铺设绝缘材料. 但是它不能完全消除. 有效过热对循环性能的影响单位制冷量q0增加单位体积制冷量qv: 与制冷剂NH3R502的性质有关？单位体积的冷却能力下降；冷却能力降低；压缩结束时的温度升高；可靠性不好；？希望有5℃的过热度. •增加单位体积的冷却能力； •增强的冷却能力； •提高容积效率； •吸入过热受最大允许排气温度限制； •R502可以允许30-50°C的过热度. R22？单位体积的制冷量减少了，但是变化很小；利用压缩机来提高压缩机的容积效率；在相同的工作条件下，压缩机的排气温度高于R502，因此限制了有效过热的允许值. 制冷系数: 与制冷剂的性质有关？制冷系数降低: NH3，R22 ;?制冷系数提高: R502，丙烷. 3.气液热交换器（再生）对循环性能的影响（1）再生: 节流前的制冷剂液体与压缩机吸入前的制冷剂蒸气之间进行热交换，同时达到液体过冷和吸入的目的.

（2）再生循环制冷系统图3冷凝器2'再生器1'压缩机3'节流阀4'1带有换热循环系统的蒸发器图p3'3 pk，TK2 2'po，To4'41 1'0换热循环图h（3）再生循环坐标图p3'3 pk，TK2 2'po，To4'41 1'0再生循环图hT32 2'3'4'41'10次热循环图S（4）再生循环分析再生器的能量平衡关系不周期不好.

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