第三章蒸汽压缩式制冷设备

1、 1. 系统组成：系统组成： 压缩机，节流阀，蒸发器和冷凝器等主要设备压缩机，节流阀，蒸发器和冷凝器等主要设备 及辅助设备（过滤器，油分离器，储液器）。及辅助设备（过滤器，油分离器，储液器）。 3.1.1 特点及工作过程特点及工作过程 压压-焓图焓图 温温-熵图熵图 3.1.2 制冷剂的状态图制冷剂的状态图 压压-焓图：焓图： 1点，点，2线，线，3区，区，5态，态，6等参数线等参数线簇。簇。 2线线 3区区 5态态 1点点 临界点临界点 (critical point) 下临界线下临界线 : 不同压力下饱和液体状态不同压力下饱和液体状态 上临界线：不同压力下干饱和蒸汽状态上临界线：不同压力下

2、干饱和蒸汽状态 液相区液相区 (liquid region) 汽液两相区汽液两相区(liquid-vapor region) 汽相区汽相区 (vapor region) 未饱和液体，饱和液体，湿饱和蒸汽，未饱和液体，饱和液体，湿饱和蒸汽， 干饱和蒸汽，过热蒸汽。干饱和蒸汽，过热蒸汽。 6等参数线簇等参数线簇(压压-焓图）焓图） 等压线等压线- 水平线；水平线； 等焓线等焓线- 垂直线；垂直线； 等温线等温线- 液相区：几乎为垂直线，液相区：几乎为垂直线， 两相区：水平线，两相区：水平线， 气相区：向下方弯曲的倾斜线；气相区：向下方弯曲的倾斜线； 等熵线等熵线- 向右上方倾斜的实线；向右上方倾斜

3、的实线； 等容线等容线- 向右上方倾斜的虚线，比等熵线平坦；向右上方倾斜的虚线，比等熵线平坦； 等干度线等干度线- 只存在于湿蒸气区。只存在于湿蒸气区。 高温热源高温热源TH和低温热源和低温热源TL温度恒定，制冷剂在相变过程温度恒定，制冷剂在相变过程 中与热源之间没有传热温差，中与热源之间没有传热温差， 蒸发温度蒸发温度To=TL，冷凝温度，冷凝温度 TK=TH； 制冷剂除在蒸发器和冷凝器外，在整个循环的其它流动制冷剂除在蒸发器和冷凝器外，在整个循环的其它流动 过程中与外界不发生热交换。过程中与外界不发生热交换。 制冷剂离开蒸发器的状态为饱和蒸气，制冷剂离开蒸发器的状态为饱和蒸气， 离开冷凝器

4、的状态为饱和液体；离开冷凝器的状态为饱和液体； 制冷剂除在压缩机和膨胀阀处发生压力升降外，制冷剂除在压缩机和膨胀阀处发生压力升降外， 在整个循环的其它流动过程中没有压力损失；在整个循环的其它流动过程中没有压力损失； 压缩压缩机的压缩过程为等熵压缩过程；机的压缩过程为等熵压缩过程； 制冷剂流过节流装置时，速度变化小，可忽略不计；制冷剂流过节流装置时，速度变化小，可忽略不计； 制冷剂在设备的连接管道中不发生状态变化。制冷剂在设备的连接管道中不发生状态变化。 1. 简单的理论循环假设简单的理论循环假设 2. 理想循环在坐标图上的描述理想循环在坐标图上的描述 工作过程工作过程 （1）1-2 压缩机中干

5、饱和蒸汽等熵压缩过程；压缩机中干饱和蒸汽等熵压缩过程； （2）2-3 冷凝器中过热蒸汽等压冷却及冷凝过程；冷凝器中过热蒸汽等压冷却及冷凝过程； （3）3-4 节流阀中饱和液体绝热节流过程；节流阀中饱和液体绝热节流过程； （4）4-1 蒸发器中湿蒸汽等温等压汽化过程。蒸发器中湿蒸汽等温等压汽化过程。 （2）2点：压缩机压缩后的排气状态，点：压缩机压缩后的排气状态， 对应于冷凝压力下的过热蒸汽。对应于冷凝压力下的过热蒸汽。 各点对应状态各点对应状态 （1）1点：制冷剂进入压缩机的状态，点：制冷剂进入压缩机的状态， 对应于蒸发温度对应于蒸发温度To下的饱和蒸汽。下的饱和蒸汽。 （3）3点：制冷剂在冷

6、凝器出口处的状态，点：制冷剂在冷凝器出口处的状态， 是与冷凝温度是与冷凝温度TK对应的饱和液体。对应的饱和液体。 （4）4点：节流后流出节流阀，进入蒸发器的状态，点：节流后流出节流阀，进入蒸发器的状态， 为湿饱和蒸汽状态。为湿饱和蒸汽状态。 坐标图中的表示坐标图中的表示 课堂问题课堂问题1：不可逆：不可逆 绝热过程熵变如何？绝热过程熵变如何？ 课堂问题课堂问题2：理论循：理论循 环是否是可逆循环？环是否是可逆循环？ 理论依据：理论依据： 热力学第一定律热力学第一定律 （开口系统稳定流动的能量守恒方程式）（开口系统稳定流动的能量守恒方程式） sf WzmgcmhmQ 2 2 1 3. 理想循环特

7、性理想循环特性 sf wzgchq 2 2 1 （1）蒸发过程和单位制冷量蒸发过程和单位制冷量 制冷量：制冷量： 制冷剂通过蒸发器时从低温热源吸收的热量。制冷剂通过蒸发器时从低温热源吸收的热量。 单位质量制冷量：单位质量制冷量： 1kg 制冷剂在蒸发器中从低温热源制冷剂在蒸发器中从低温热源 吸收的热量。吸收的热量。 kwhhqhhq mm )()( 31410 式中：式中： qm制冷剂的质量流量。制冷剂的质量流量。 说说 明明 制冷量制冷量 制冷剂的质量流量制冷剂的质量流量 制冷剂进出蒸发器的焓差制冷剂进出蒸发器的焓差 与压缩机的尺寸与压缩机的尺寸 和转速有关和转速有关 与制冷剂的种类和与制冷

8、剂的种类和 工作条件有关工作条件有关 kgkJhhhhq/ 31410 单位容积制冷量：单位容积制冷量： 压缩机每吸入压缩机每吸入 1m3 制冷剂蒸气制冷剂蒸气 （按（按压缩机压缩机吸气状态）所制取的冷量。吸气状态）所制取的冷量。 3 1 41 1 0 / mkJ v hh v q q vz 制冷剂的质量流量制冷剂的质量流量： skg v q q vh m / 1 式中：式中： v1压缩机入口处状态点压缩机入口处状态点1的比体积。的比体积。 式中：式中： qvh压缩机的理论输气量，压缩机的理论输气量，m3/s。 （2）压缩过程和比功）压缩过程和比功 理论比功：理论比功： 压缩机每压缩和输送压缩

9、机每压缩和输送 1kg 制冷剂所制冷剂所 消耗的压缩功。消耗的压缩功。 压缩机功率：压缩机功率： kwhhqP m )( 120 kgkJhhw/ 120 容积比功：容积比功： 压缩机每压缩和输送压缩机每压缩和输送 1m3 制冷剂制冷剂 （按压缩机吸气状态）所消耗的压缩功。（按压缩机吸气状态）所消耗的压缩功。 3 1 12 1 /mkJ v hh v w wv 与制冷剂的种类和与制冷剂的种类和 工作条件有关工作条件有关 压缩机的压力比：压缩机的压力比： 循环中压缩机的排气压力循环中压缩机的排气压力 与吸气压力之比。与吸气压力之比。 01 2 p p p p k 压缩机的排气温度压缩机的排气温度

10、 T2 ： 制冷剂气体压缩终了的温度。制冷剂气体压缩终了的温度。 （3）冷凝过程和冷凝器的热负荷冷凝过程和冷凝器的热负荷 冷凝器单位热负荷：冷凝器单位热负荷： 1kg 制冷剂蒸汽在冷凝器中放出的热量。制冷剂蒸汽在冷凝器中放出的热量。 kgkJhhq k / 32 （4）节流过程）节流过程 34 hh 节流过程特点节流过程特点 节流前后焓值不变；但节流过程非等焓过程。节流前后焓值不变；但节流过程非等焓过程。 节流过程是不可逆过程。节流过程是不可逆过程。 节流时绝热膨胀，对外不作功。节流时绝热膨胀，对外不作功。 整个整个循环比功与压缩机的理论比功相等。循环比功与压缩机的理论比功相等。 节流后节流后

11、4状态点状态点 焓值焓值 04044 )1 ( gf hxhxh 干度干度 00 04 4 fg f hh hh x 比体积比体积 04044 )1( gf vxvxv （6）循环效率（热力完善度）：循环效率（热力完善度）： 0 0 12 41 T TT hh hh K c 12 410 hh hh w q （5）制冷系数：制冷系数： 总结总结 运用某种制冷剂时：运用某种制冷剂时： 蒸发压力蒸发压力po ，冷凝压力，冷凝压力pk 反映系统的压力水平；反映系统的压力水平； 压力比，压力差和排气温度反映压缩机的工作条件；压力比，压力差和排气温度反映压缩机的工作条件； 单位制冷量，单位容积制冷量反映

12、制冷能力，单位制冷量，单位容积制冷量反映制冷能力， COP 反映制冷循环的经济性。反映制冷循环的经济性。 制冷机的性能制冷机的性能 制冷量制冷量0 压缩机功率压缩机功率P 循环的性能系数循环的性能系数COP 影响理论循环特性的因素：影响理论循环特性的因素： （1）热源的温度；）热源的温度； （2）制冷剂的性质。）制冷剂的性质。 理论循环的意义：理论循环的意义： （1）是实际循环的基准和参照，用于分析研究实际循环）是实际循环的基准和参照，用于分析研究实际循环 的各种不完善因素和作出相应改进。的各种不完善因素和作出相应改进。 （2）用于评价制冷剂。相同）用于评价制冷剂。相同Tk，To条件下，通过不

13、同条件下，通过不同 制冷剂的理论循环特性比较，可以评价它们在热力制冷剂的理论循环特性比较，可以评价它们在热力 性质方面的适宜程度。性质方面的适宜程度。 理论循环是不可逆循环。理论循环是不可逆循环。 4. 理想循环的意义理想循环的意义 影响实际循环的因素影响实际循环的因素 3.2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环单级蒸气压缩式制冷的实际循环 高温热源和低温热源为变温热源，高温热源和低温热源为变温热源， 热源与制冷剂的传热为有限温差传热。热源与制冷剂的传热为有限温差传热。 外部条件外部条件 内部条件内部条件 制冷剂液体过冷和蒸气过热的影响；制冷剂液体过冷和蒸气过热的影响； 冷凝器，蒸发器和连接各设备的

14、管道中因制冷剂流动冷凝器，蒸发器和连接各设备的管道中因制冷剂流动 而产生压降，制冷剂通过管道与外界有热交换；而产生压降，制冷剂通过管道与外界有热交换； 压缩机中的实际压缩过程为非等熵过程；压缩机中的实际压缩过程为非等熵过程； 系统中存在不凝性气体等。系统中存在不凝性气体等。 （1）过冷：制冷剂液体的温度低于同一压力下）过冷：制冷剂液体的温度低于同一压力下 饱和状态的温度。饱和状态的温度。 过冷度：两者温度之差。过冷度：两者温度之差。 （2）液体过冷循环：液体过冷循环： 在一定的冷凝温度和蒸发温度下，采用使在一定的冷凝温度和蒸发温度下，采用使 制冷剂离开冷凝器，进入节流阀之前具有一定制冷剂离开冷

15、凝器，进入节流阀之前具有一定 过冷度的循环。过冷度的循环。 1. 高压液体过冷的影响高压液体过冷的影响 （3）过冷循环的坐标图表示过冷循环的坐标图表示 1 3 1 v hh q vz 单位容积制冷量单位容积制冷量 增大增大 循环比循环比功功 不变不变 过冷前后压缩机进出口状态不变，过冷前后压缩机进出口状态不变，比功比功不变。不变。 12 hhw 制冷系数制冷系数 增加增加 w q 0 （4）过冷对制冷循环的影响）过冷对制冷循环的影响 31 3 1 4 10 hhhh hhq 单位制冷量单位制冷量 增大增大 相同过冷度下，制冷量和制冷系数提高的百分数取决于相同过冷度下，制冷量和制冷系数提高的百分

16、数取决于 制冷剂的热力性质，即与制冷剂液体的比热容和蒸发温制冷剂的热力性质，即与制冷剂液体的比热容和蒸发温 度下的汽化潜热有关。度下的汽化潜热有关。 （5）结论：结论： 采用液体过冷循环，理论上总是有利的，可以提高循环采用液体过冷循环，理论上总是有利的，可以提高循环 的的经济性。且过冷度越大，对循环越有利；经济性。且过冷度越大，对循环越有利； 使进入节流装置前的制冷剂液体不会因流动阻力产生使进入节流装置前的制冷剂液体不会因流动阻力产生 气化现象，从而保证了制冷剂流动的稳定性。气化现象，从而保证了制冷剂流动的稳定性。 蒸发温度越低，过冷使性能的相对提高越大。蒸发温度越低，过冷使性能的相对提高越大

17、。 1212 4441 )()( hh tc hh hhhh 利用再冷却器或过冷器获得过冷；利用再冷却器或过冷器获得过冷； （6）实现过冷的）实现过冷的措施：措施： 利用冷凝器直接过冷；利用冷凝器直接过冷； 过冷度提高不多，一般可获得过冷度提高不多，一般可获得1-5过冷度。过冷度。 采用逆流管套式换热器最易获得过冷。采用逆流管套式换热器最易获得过冷。 在冷凝器和膨胀阀之间增设一台过冷器，在过冷器在冷凝器和膨胀阀之间增设一台过冷器，在过冷器 中通入温度更低的冷却介质（如深井水）；中通入温度更低的冷却介质（如深井水）； 或将冷却介质先通过再冷却器，然后再进入冷凝器。或将冷却介质先通过再冷却器，然后

18、再进入冷凝器。 采用气采用气- -液热交换器（回热器）。液热交换器（回热器）。 （2）蒸气过热循环：）蒸气过热循环： 制冷剂蒸气在蒸发器中完全蒸发后仍然要制冷剂蒸气在蒸发器中完全蒸发后仍然要 继续吸收一部分热量，这样，当它到达压缩机继续吸收一部分热量，这样，当它到达压缩机 之前已处于过热状态。之前已处于过热状态。 （1）过热：制冷剂蒸气的温度高于同）过热：制冷剂蒸气的温度高于同 一压力下饱和蒸气的温度。一压力下饱和蒸气的温度。 过热度过热度：两者温度之差。：两者温度之差。 2. 压缩机吸气过热的影响压缩机吸气过热的影响 不将液滴带入压缩机，避免液击现象。不将液滴带入压缩机，避免液击现象。 目的

19、目的 （3）过热循环的坐标图表示过热循环的坐标图表示 （4）过热对制冷循环的影响）过热对制冷循环的影响 过热循环中压缩机的排气温度比理论循环过热循环中压缩机的排气温度比理论循环 压缩机的排气温度高；压缩机的排气温度高； 压缩机的排气温度压缩机的排气温度 增加增加 )()( 12 12 0 12 0 hhhhw hhw 循环比功循环比功 略增大略增大 由于过热循环在由于过热循环在1-1过程中吸收了一部分热量，过程中吸收了一部分热量， 再加上比功又略有增加，则冷凝器的热负荷增加。再加上比功又略有增加，则冷凝器的热负荷增加。 冷凝器的热负荷冷凝器的热负荷 增加增加 3 2 hhq k 若给定压缩机，

20、制冷剂的质量流量若给定压缩机，制冷剂的质量流量qm 减小减小 1 v q q vh m 单位制冷量和制冷系数的变化单位制冷量和制冷系数的变化 取决于过热是有效过热，还是无效过热取决于过热是有效过热，还是无效过热。 若压缩机吸入蒸气的若压缩机吸入蒸气的 过热发生在蒸发器本身过热发生在蒸发器本身 ，或者发生在安装于被，或者发生在安装于被 冷却空间内部的吸气管冷却空间内部的吸气管 道上，或两者皆有，该道上，或两者皆有，该 过热所吸收的热量来自过热所吸收的热量来自 于被冷却物体，因而产于被冷却物体，因而产 生有效的制冷作用。生有效的制冷作用。 有效过热有效过热 从蒸发器出来的低温从蒸发器出来的低温 制

21、冷剂蒸气，在通过吸制冷剂蒸气，在通过吸 气管道进入压缩机之前气管道进入压缩机之前 ，从周围环境中吸收热，从周围环境中吸收热 量而过热，该过热对被量而过热，该过热对被 冷却物体不产生任何制冷却物体不产生任何制 冷作用。冷作用。 无效过热无效过热 410 hhq 0 0 w q 无效过热为有害过热无效过热为有害过热。结论结论 在吸气管道上敷设隔热材料。在吸气管道上敷设隔热材料。 但不能完全消除。但不能完全消除。 措施措施 单位容积制冷量单位容积制冷量 如何变化？如何变化？ 无效过热对循环性能的影响无效过热对循环性能的影响 单位制冷量单位制冷量 不变不变 制冷量制冷量 减少减少 制冷系数制冷系数 降

22、低降低 00 qqQ m 给定压缩机给定压缩机 单位容积制冷量单位容积制冷量qv：与制冷剂的性质有关与制冷剂的性质有关 有效过热对循环性能的影响有效过热对循环性能的影响 单位制冷量单位制冷量q0 增加增加 NH3 单位容积制冷量单位容积制冷量下降下降； 制冷量减少；制冷量减少； 压缩终了温度提高压缩终了温度提高； 对压缩机的寿命对压缩机的寿命，可靠可靠 性不利；性不利； 希望有希望有5的过热度。的过热度。 R502 单位容积制冷量增加；单位容积制冷量增加； 制冷量增加；制冷量增加； 容积效率提高；容积效率提高； 吸气过热度受最高允许吸气过热度受最高允许 排气温度的限制；排气温度的限制； R50

23、2 可可允许有允许有30-50过热过热度。度。 单位容积制冷量减少单位容积制冷量减少，但变化较小；，但变化较小； 压缩机的容积效率压缩机的容积效率增加，增加，占优势；占优势； 相同工作条件下，压缩机相同工作条件下，压缩机排气温度比排气温度比R502高，高， 因而限制了有效过热度允许采用的数值。因而限制了有效过热度允许采用的数值。 R22 制冷系数：制冷系数：与制冷剂的性质有关与制冷剂的性质有关 制冷系数下降：制冷系数下降： NH3，R22； 制冷系数增加：制冷系数增加： R502，丙烷。，丙烷。 （1）回热：使节流前的制冷剂液体和压缩机吸入）回热：使节流前的制冷剂液体和压缩机吸入 前的制冷剂蒸

24、气进行热交换，同时达到前的制冷剂蒸气进行热交换，同时达到 液体过冷和吸气过热的目的。液体过冷和吸气过热的目的。 （2）回热循环制冷系统图）回热循环制冷系统图 3. 气气-液热交换器（回热）对循环性能的影响液热交换器（回热）对循环性能的影响 （3）回热循环坐标图）回热循环坐标图 回热器的能量平衡关系回热器的能量平衡关系 不计回热器与外界环境之间的能量交换，不计回热器与外界环境之间的能量交换， 回热器中制冷剂液体放出的热量应等于回热器中制冷剂液体放出的热量应等于 制冷剂蒸气吸收的热量。制冷剂蒸气吸收的热量。 （4）回热循环分析）回热循环分析 443311 hhhhhh 即；即； )()( 1103

25、3 ttcttc p 式中：式中：c：液体的比热容，：液体的比热容， cp0： ：低压蒸气的比热容。 低压蒸气的比热容。 循环比功循环比功 略增加略增加 )()( 12 1 20 1 20 hhhhw hhw 单位制冷量单位制冷量 增加增加 41410 hhhhq 比同有效过热分析比同有效过热分析 回热循环等价于没有过冷的有效过热循环。回热循环等价于没有过冷的有效过热循环。 说明说明 制冷系数制冷系数 可增加或减小可增加或减小 与制冷剂的性质有关。与制冷剂的性质有关。 （5）回热循环的应用）回热循环的应用 从单位容积制冷量和制冷系数角度看：从单位容积制冷量和制冷系数角度看： R502，R290

26、，R134a 采用回热循环有利；采用回热循环有利； R22，R717 采用回热循环不利。采用回热循环不利。 为防止压缩过程产生液击现象，采用回热循环；为防止压缩过程产生液击现象，采用回热循环； R113，R114，RC318等类制冷剂等类制冷剂 T-S图上饱和蒸气曲线向左下方倾斜，当压缩机吸入图上饱和蒸气曲线向左下方倾斜，当压缩机吸入 的是饱和气体时，等熵压缩后进入湿蒸气区，不利于的是饱和气体时，等熵压缩后进入湿蒸气区，不利于 压缩机工作。必须采用回热循环。压缩机工作。必须采用回热循环。 蒸发温度较高的制冷机一般不用回热器。蒸发温度较高的制冷机一般不用回热器。 对小型制冷机来说，通常把冷凝后的

27、液体管道对小型制冷机来说，通常把冷凝后的液体管道 （或毛细管）与压缩机前的吸气管道包扎在一起（或毛细管）与压缩机前的吸气管道包扎在一起 ， 形成一个简单的回热器。形成一个简单的回热器。 蒸发温度低的制冷机用回热器有重要意义：蒸发温度低的制冷机用回热器有重要意义： 低温制冷装置中，吸气温度过低会使压缩机汽缸外壁低温制冷装置中，吸气温度过低会使压缩机汽缸外壁 结霜，润滑条件恶化，应设法提高吸气温度。结霜，润滑条件恶化，应设法提高吸气温度。 同时高压液体因回热而得到过冷。同时高压液体因回热而得到过冷。 对较大型制冷机，需用一个专门的回热器。对较大型制冷机，需用一个专门的回热器。 压缩机吸气比体积增加

28、，压缩机吸气比体积增加， 压力比增加；压力比增加； 循环比功增大；循环比功增大； 容积效率降低；容积效率降低； 制冷系数降低。制冷系数降低。 （1）吸气管道）吸气管道 压缩机吸气比体积增大；压缩机吸气比体积增大； 单位容积制冷量减小；单位容积制冷量减小； 排气温度上升；排气温度上升； 循环性能系数下降。循环性能系数下降。 增大管径，降低流速。增大管径，降低流速。 4. 管道压力损失和热交换对循环性能的影响管道压力损失和热交换对循环性能的影响 热交换热交换无效过热无效过热压力降压力降有害有害 采取措施采取措施 增加了压缩机的排气压力；增加了压缩机的排气压力； 增加了压缩机的压力比，比功；增加了压

29、缩机的压力比，比功； 增加了压缩机排气温度；增加了压缩机排气温度； 容积效率降低；容积效率降低； 制冷系数下降。制冷系数下降。 冷却高压气体；冷却高压气体； 减小冷凝器的热负荷。减小冷凝器的热负荷。 排气管道中制冷剂的流速也必须加以控制。排气管道中制冷剂的流速也必须加以控制。 该压力降相对于压缩机的压力比而言，要小得多，该压力降相对于压缩机的压力比而言，要小得多， 对系统的影响较小。对系统的影响较小。 （2）排气管道）排气管道 热交换热交换有利有利压力降压力降有害有害 采取措施采取措施 （3）高压液体管道）高压液体管道 热交换：考虑两种可能情况热交换：考虑两种可能情况 a: 热交换热交换有利有

30、利 若制冷剂液体温度若制冷剂液体温度 高于环境温度，高压高于环境温度，高压 制冷剂液体散热，起制冷剂液体散热，起 到过冷作用，对循环到过冷作用，对循环 有益；有益； 若制冷剂液体温度低于若制冷剂液体温度低于 环境温度，制冷剂被环境环境温度，制冷剂被环境 加热，高压液管中将有部加热，高压液管中将有部 分制冷剂液体汽化，影响分制冷剂液体汽化，影响 膨胀阀的流通能力且使其膨胀阀的流通能力且使其 工作不稳定。造成蒸发器工作不稳定。造成蒸发器 缺液，制冷能力下降。缺液，制冷能力下降。 b: 热交换热交换不利不利 产生的原因：产生的原因： 液体管路中的压力降；液体管路中的压力降； 高度差导致压力降。高度差

31、导致压力降。 产生的影响：产生的影响： 使膨胀阀前的制冷剂压力降低；使膨胀阀前的制冷剂压力降低； 阀前后的压力差减小；阀前后的压力差减小； 高压液管的压力损失将使阀前液体出现闪蒸气；高压液管的压力损失将使阀前液体出现闪蒸气； 影响膨胀阀的通流能力及其工作的稳定性。影响膨胀阀的通流能力及其工作的稳定性。 设计时，注意冷凝器和节流装置的相对位置；设计时，注意冷凝器和节流装置的相对位置； 同时，降低节流前管路的阻力损失。同时，降低节流前管路的阻力损失。 压力降压力降有害有害 采取措施采取措施 a：管道安装在被冷却空间，有效制冷；：管道安装在被冷却空间，有效制冷； b：管道安装在室外，无效制冷。：管道

32、安装在室外，无效制冷。 两相管道的压力降，使膨胀阀出口压力升高，两相管道的压力降，使膨胀阀出口压力升高， 阀前后压差减小，略削弱膨胀阀通流能力；阀前后压差减小，略削弱膨胀阀通流能力； 通常这一管道的距离是较短的，压力降对系统性能通常这一管道的距离是较短的，压力降对系统性能 几乎没有影响。几乎没有影响。 （4）低压（两相）管道）低压（两相）管道 热交换热交换两种情况两种情况 压力降压力降几乎无影响几乎无影响 5. 蒸发器蒸发器 a：假设制冷剂流出蒸发器的状态不变：假设制冷剂流出蒸发器的状态不变： 则进入蒸发器的压力增加，温度增加，蒸发器中的则进入蒸发器的压力增加，温度增加，蒸发器中的 传热温差减

33、小，要求换热面积增加。对系统性能无影响。传热温差减小，要求换热面积增加。对系统性能无影响。 b：假设制冷剂进入蒸发器状态不变，不改变传热温差：假设制冷剂进入蒸发器状态不变，不改变传热温差： 则结果与吸入管道压力降引起的结果相同。则结果与吸入管道压力降引起的结果相同。 比照吸气管道比照吸气管道 制冷系统管道中，应高度注意处理吸气管制冷系统管道中，应高度注意处理吸气管 道和高压液体管道对制冷循环的影响。道和高压液体管道对制冷循环的影响。 结论结论 压力降压力降考虑两种情况考虑两种情况 6. 冷凝器冷凝器 假设冷凝器出口压力不变假设冷凝器出口压力不变 则需提高冷凝器入口处压力，则需提高冷凝器入口处压

34、力， 要求压缩机排气压力升高，压力比增大；循环比功增加；要求压缩机排气压力升高，压力比增大；循环比功增加； 制冷系数减小。制冷系数减小。 压力降压力降注意条件注意条件 7. 压缩机压缩机 热交换热交换多变过程多变过程 初始阶段：汽缸壁面温度初始阶段：汽缸壁面温度 吸入蒸气温度，由汽缸壁吸入蒸气温度，由汽缸壁 向蒸气传热；向蒸气传热； 压缩到一定阶段：蒸气温度升高压缩到一定阶段：蒸气温度升高 汽缸壁面温度，汽缸壁面温度， 热量由蒸气传向汽缸壁面。热量由蒸气传向汽缸壁面。 功率损失，容积损失功率损失，容积损失 功率损失：使压缩机实际消耗功率增大；功率损失：使压缩机实际消耗功率增大； 容积损失：使压

35、缩机输气量减小；容积损失：使压缩机输气量减小； 制冷量下降，性能系数下降。制冷量下降，性能系数下降。 （1）压缩机的指示效率压缩机的指示效率 指示功：直接用于气体压缩所消耗的功。指示功：直接用于气体压缩所消耗的功。 指示效率：指示比功与理论比功的比值。指示效率：指示比功与理论比功的比值。 i i w w （2）压缩机的机械效率压缩机的机械效率 机械效率：指示比功与压缩机实际机械效率：指示比功与压缩机实际 消耗的轴比功之比。消耗的轴比功之比。 s i m w w （3）电动机效率电动机效率 电动机效率：作用在压缩机轴上的功电动机效率：作用在压缩机轴上的功 与压缩机实际输入的功之比。与压缩机实际输

36、入的功之比。e s m w w 0 （4）压缩机的容积效率压缩机的容积效率 容积效率：压缩机实际输气量与理论输气量之比。容积效率：压缩机实际输气量与理论输气量之比。 vh vs q q 不凝性气体（如空气）积存在冷凝器上部，将使不凝性气体（如空气）积存在冷凝器上部，将使 冷凝器内压力增加，导致压缩机排气压力升高，冷凝器内压力增加，导致压缩机排气压力升高， 比功增大，制冷系数减小，应及时排出。比功增大，制冷系数减小，应及时排出。 水分存在使制冷剂发生水化反应，对系统材料有水分存在使制冷剂发生水化反应，对系统材料有 腐蚀作用。腐蚀作用。 润滑油与制冷剂直接接触，二者产生互溶性，润滑油与制冷剂直接接

37、触，二者产生互溶性， 使制冷剂的热力性质偏移。使制冷剂的热力性质偏移。 8. 不凝性气体的存在对循环性能的影响不凝性气体的存在对循环性能的影响 1. 制冷系统管道中要特别注意吸气管道，高压液管。制冷系统管道中要特别注意吸气管道，高压液管。 2. 注意不同种类的制冷剂其热力性能的不同变化。注意不同种类的制冷剂其热力性能的不同变化。 总结总结 实际循环在坐标图中的表示实际循环在坐标图中的表示 过程过程4- 1： 制冷剂在蒸发器中的蒸发，降压过程；制冷剂在蒸发器中的蒸发，降压过程； 过程过程1- 1 ： ： 制冷剂蒸气在回热器及吸气管道中的加热 制冷剂蒸气在回热器及吸气管道中的加热 和降压过程；和降

38、压过程； 过程过程1-1： 蒸气经过吸气阀时的加热和压降过程；蒸气经过吸气阀时的加热和压降过程； 过程过程1”- 2： 压缩机内实际的压缩过程；压缩机内实际的压缩过程； 过程过程2 - 2： 压缩机排气经过排气阀的降压过程；压缩机排气经过排气阀的降压过程； 过程过程2- 3： 经排气阀管道进入冷凝器的冷却，冷凝及经排气阀管道进入冷凝器的冷却，冷凝及 压降过程；压降过程； 过程过程3 -3： 制冷剂液体在回热器及管道中降温，降压制冷剂液体在回热器及管道中降温，降压 过程；过程； 过程过程3- 4：节流过程。：节流过程。 实际循环中的热力过程实际循环中的热力过程 1. 热力计算的内容和步骤热力计算

39、的内容和步骤 热力计算的内容：热力计算的内容： 在设计工况下，计算实际循环特性，计算在设计工况下，计算实际循环特性，计算 制冷机的性能和各热交换设备的热负荷。制冷机的性能和各热交换设备的热负荷。 热力计算的方法：热力计算的方法： （1）进行设计计算时，首先按照制冷机的使用要求）进行设计计算时，首先按照制冷机的使用要求 和使用时的环境条件，选择制冷剂，规划制冷和使用时的环境条件，选择制冷剂，规划制冷 系统流程。系统流程。 （2）然后进行热力计算。）然后进行热力计算。 热力计算的步骤：热力计算的步骤： （1）按已知系统流程绘制）按已知系统流程绘制p-h图表示循环图表示循环 （采取必要的简化）；（采

40、取必要的简化）； （2）确定循环工况；）确定循环工况； （3）计算实际循环的特性；）计算实际循环的特性； （4）计算制冷机性能以及各热交换设备的热负荷。）计算制冷机性能以及各热交换设备的热负荷。 3.4.1 采用复叠式制冷循环的原因采用复叠式制冷循环的原因 1. 为了获得更低温度，采用单一制冷剂的多级压缩为了获得更低温度，采用单一制冷剂的多级压缩 循环将受蒸发温度过低，制冷剂凝固的限制；循环将受蒸发温度过低，制冷剂凝固的限制； 氨；标准蒸发温度为氨；标准蒸发温度为 -33.4， 凝固凝固温温度度为为 -77.7。 例如例如 蒸发压力过低会带来下列问题：蒸发压力过低会带来下列问题： 蒸发器与外界

41、的压差增大，空气渗入系统的蒸发器与外界的压差增大，空气渗入系统的 可能性增加，影响系统的正常工作。可能性增加，影响系统的正常工作。 吸气比体积大，实际吸入汽缸的气体减少，吸气比体积大，实际吸入汽缸的气体减少， 增加了汽缸尺寸。增加了汽缸尺寸。 对活塞式压缩机，压缩机的吸排气靠阀门自动对活塞式压缩机，压缩机的吸排气靠阀门自动 起闭来完成，当吸气压力低于起闭来完成，当吸气压力低于0.01-0.015MPa时，时， 难于克服吸气阀弹簧力，影响压缩机难于克服吸气阀弹簧力，影响压缩机 的正常工作。的正常工作。 3.2.1 采用复叠式制冷循环的原因采用复叠式制冷循环的原因 2. 采用低温制冷剂时，蒸发压力

42、均高于采用低温制冷剂时，蒸发压力均高于10KPa， 但冷凝压力太高，接近于临界状态，使循环但冷凝压力太高，接近于临界状态，使循环 的节流损失大大增加。的节流损失大大增加。 3.2.1 采用复叠式制冷循环的原因采用复叠式制冷循环的原因 例如例如 用乙烷做低温制冷剂，用乙烷做低温制冷剂， 当蒸发温度当蒸发温度t0=-100时，蒸发压力时，蒸发压力p0=542kPa， 冷凝温度冷凝温度tk=30时，冷凝压力时，冷凝压力pk=4860kPa， 接近其临界状态。节流损失大大增加。接近其临界状态。节流损失大大增加。 3.2.2 复叠式制冷循环复叠式制冷循环 1. 系统的组成：系统的组成： 由两个（或数个）

43、采用不同制冷剂的单级（或多级）由两个（或数个）采用不同制冷剂的单级（或多级） 制冷系统组成，分别称为高温部分和低温部分。制冷系统组成，分别称为高温部分和低温部分。 高温系统使用中温制冷剂，低温系统采用低温制冷剂。高温系统使用中温制冷剂，低温系统采用低温制冷剂。 两部分由一只蒸发冷凝器联系起来。两部分由一只蒸发冷凝器联系起来。 高温部分制冷剂的蒸发用来使低温部分制冷剂冷凝。高温部分制冷剂的蒸发用来使低温部分制冷剂冷凝。 两部分之间靠蒸发冷凝器来实现传热。高温部分的制冷剂两部分之间靠蒸发冷凝器来实现传热。高温部分的制冷剂 再通过自己系统的冷凝器释放给环境介质水或空气。再通过自己系统的冷凝器释放给环

44、境介质水或空气。 而低温部分通过自己系统的蒸发器来吸收被冷却对象低温而低温部分通过自己系统的蒸发器来吸收被冷却对象低温 环境下的热量。环境下的热量。 复叠式制冷循环的组合形式与制冷温度和制冷剂种类复叠式制冷循环的组合形式与制冷温度和制冷剂种类 实际确定具体使用何种形式主要考虑：实际确定具体使用何种形式主要考虑： 所要达到的温度，使用场所，制冷剂种类，所要达到的温度，使用场所，制冷剂种类， 特性及效率等因素。特性及效率等因素。 说明说明 2. 复叠式制冷循环的组合形式与制冷温度和复叠式制冷循环的组合形式与制冷温度和 制冷剂种类制冷剂种类 R50 复叠式制冷循环的组合形式与制冷温度和制冷剂种类复叠

45、式制冷循环的组合形式与制冷温度和制冷剂种类 3.2.2 复叠式制冷循环复叠式制冷循环 3. 制冷制冷系统及系统及P-h图和图和T-S图表示图表示 由两个单级压缩系统组成的复叠式制冷系统由两个单级压缩系统组成的复叠式制冷系统 压缩机压缩机 蒸发器蒸发器 节节 流流 阀阀 1 23 4 冷凝蒸发器冷凝蒸发器 压缩机压缩机 节节 流流 阀阀 冷凝器冷凝器 5 67 8 T s 2 4 3 1 0 6 8 7 5 循环工况：循环工况： 高温级高温级 tkg=35, t0g=-45 低温级低温级 tkd=-50, t0d=-85 蒸发器工作的低温室温度蒸发器工作的低温室温度: : -80 冷凝蒸发器传热

46、温差范围冷凝蒸发器传热温差范围: : 5-10 （低温部分的冷凝温度必须高于高温部分的（低温部分的冷凝温度必须高于高温部分的 蒸发温度。）蒸发温度。） 两级复叠制冷循环系统（两级复叠制冷循环系统（R22-R23） 工作原理图：工作原理图： 辅助设备的作用：辅助设备的作用： 举例举例 A 低温压缩机；低温压缩机； B高温级压缩机；高温级压缩机； C油分离器；油分离器； D水冷冷却器；水冷冷却器； E冷凝蒸发器；冷凝蒸发器； F过滤器；过滤器； G回热器；回热器； H电磁阀；电磁阀； I热力膨胀阀；热力膨胀阀； K蒸发器；蒸发器； W膨胀容器；膨胀容器； V截止阀；截止阀； R减压阀；减压阀； S低温级排气冷却器低温级排气冷却器 A B KIH G H F V F D E C W R S 两级复叠制冷循环系统（两级复叠制冷循环系统（R22-R23） 两级复叠制冷循环