第3章_蒸汽压缩式制冷08

1、 3.1 蒸气压缩式制冷循环蒸气压缩式制冷循环 (一一) 单级蒸气单级蒸气 压缩式制冷循环压缩式制冷循环 1 1朗肯循环朗肯循环 2 2劳伦茨循环劳伦茨循环 3 3跨临界循环跨临界循环 （二）多级蒸气压缩式制冷循环（二）多级蒸气压缩式制冷循环 （三）复叠式蒸气压缩式制冷循环（三）复叠式蒸气压缩式制冷循环 1朗肯循环朗肯循环 3.1.1 蒸气压缩制冷的典型循环蒸气压缩制冷的典型循环 空调、制冷、食品冷藏温度范空调、制冷、食品冷藏温度范 围大量使用的循环围大量使用的循环 基本朗肯循环基本朗肯循环 有回热的朗肯循环有回热的朗肯循环 图图3-1 3-1 基本朗肯循环基本朗肯循环 循环循环T TS S图

2、：图：1 12 2 压缩过程压缩过程 2 23 3 冷却冷凝过程冷却冷凝过程 3 34 4 节流过程节流过程 4 41 1 蒸发吸热过程蒸发吸热过程 朗肯循环图例 T S 1 2 4 3 图图3-2 有回热的朗肯循环有回热的朗肯循环 TS图：图： 12 压缩过程压缩过程 23 冷凝过程冷凝过程 33 液体过冷过程液体过冷过程 34 节流过程节流过程 4 1 蒸发过程蒸发过程 11 吸气过热过程吸气过热过程 T S 1 2 4 3 3 1 3.1.2 劳伦茨循环 朗肯循环的主要特征朗肯循环的主要特征 循环中的两个相变过程变成伴随有降循环中的两个相变过程变成伴随有降 温的定压凝结和伴随有升温的定压

3、蒸发。温的定压凝结和伴随有升温的定压蒸发。 有两个定压定温的相变过程与纯质制冷有两个定压定温的相变过程与纯质制冷 剂及共沸混合制冷剂的压力特性相适应。剂及共沸混合制冷剂的压力特性相适应。 劳伦茨循环劳伦茨循环 劳伦茨循环图例劳伦茨循环图例 图图3-3 劳伦茨循环劳伦茨循环 T S 1 2 4 3 3.1.3 跨临界循环 将将CO2作为制冷剂用于空调制冷的温度作为制冷剂用于空调制冷的温度 范围时，由于范围时，由于CO2的临界温度低（仅的临界温度低（仅30），）， 排热将在超临界区进行。而吸热则在临界排热将在超临界区进行。而吸热则在临界 点以下进行，整个循环跨越临界点。点以下进行，整个循环跨越临界

4、点。 定义定义 图图3-4 CO2跨临界循环跨临界循环 12压缩过程；压缩过程；23气体冷却过程；气体冷却过程； 34气体冷却过程；气体冷却过程；45节流过程；节流过程； 56蒸发过程；蒸发过程；01气体过热过程。气体过热过程。 T S 1 2 6 5 3 0 4 3.2.1 制冷系统的特点及工作过程制冷系统的特点及工作过程 压缩制冷剂蒸气，提高压力和温度 放热，使高压高温制冷剂蒸气冷却、 冷凝成高压常温的制冷剂液体 得到低温低压制冷剂 制冷剂液体吸热、蒸发、制冷 3.2单级蒸气压缩式制冷的理论循环 3.1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环单级蒸气压缩式制冷理论循环 v单级蒸汽压缩式制冷理论循环

5、组成： 制冷压缩机 冷凝器 节流器 蒸发器 v单级蒸气压缩式制冷循环，是指制冷剂在一次循环 中只经过一次压缩，最低蒸发温度可达-40-30。 单级蒸气压缩式制冷广泛用于制冷、冷藏、工业生 产过程的冷却，以及空气调节等各种低温要求不太 高的制冷工程。 3.1.3 单级蒸气压缩式制冷循环的工作过程 制冷剂的变化过程制冷剂的变化过程(flash) v一点： 临界点C v三区： 液相区、 两相区、 气相区。 v五态： 过冷液状态、 饱和液状态、 湿蒸气状态、 饱和蒸气状态、 过热蒸气状态。 v八线： 等压线p（水平线） 等焓线h（垂直线） 饱和液线x=0， 饱和蒸气线x=1， 无数条等干度线x 等熵线

6、s 等比体积线v 等温线t 液相区液相区 两相区两相区 气相区气相区 3.2.2 制冷剂状态图 3.2.3单级蒸气压缩式制冷的理论循环 1. 1.单级理论循环的假设条件：单级理论循环的假设条件： （1 1）压缩过程为等熵过程，即在压缩）压缩过程为等熵过程，即在压缩 过程中不存在任何不可逆损失过程中不存在任何不可逆损失 （2 2）在冷凝器和蒸发器中，制冷剂）在冷凝器和蒸发器中，制冷剂 的冷凝温度等于冷却介质的温度，蒸发的冷凝温度等于冷却介质的温度，蒸发 温度等于被冷却介质的温度，且冷凝温温度等于被冷却介质的温度，且冷凝温 度和蒸发温度都是定值度和蒸发温度都是定值 (4(4）制冷剂在管道内流动时，

7、没有流）制冷剂在管道内流动时，没有流 动阻力损失，忽略动能变化，除了蒸发动阻力损失，忽略动能变化，除了蒸发 器和冷凝器内的管子外，制冷剂与管外器和冷凝器内的管子外，制冷剂与管外 介质之间没有热交换介质之间没有热交换 （5 5）制冷剂在流过节流装置时，流速）制冷剂在流过节流装置时，流速 变化很小，可以忽略不计，且与外界环境变化很小，可以忽略不计，且与外界环境 没有热交换没有热交换 （3 3）离开蒸发器和进入压缩机的制冷）离开蒸发器和进入压缩机的制冷 剂蒸气为蒸发压力下的饱和蒸气，离开冷剂蒸气为蒸发压力下的饱和蒸气，离开冷 凝器和进入膨胀阀的液体为冷凝压力下的凝器和进入膨胀阀的液体为冷凝压力下的

8、饱和液体饱和液体 1）制冷系统的压缩过程制冷系统的压缩过程 2）制冷系统的冷凝过程制冷系统的冷凝过程 3）制冷系统膨胀过程制冷系统膨胀过程 4）制冷系统蒸发过程制冷系统蒸发过程 3.2.3 单级蒸气压缩式制冷理论循环 2.理论循环过程在压焓图上的表示理论循环过程在压焓图上的表示 图图3-73-7理论循环在理论循环在T-sT-s图（图（a a）和）和lnp-hlnp-h图（图（b b）上的表示）上的表示 (1)(1)单位制冷量单位制冷量q q0 0 压缩蒸气制冷循环单位制冷量可按压缩蒸气制冷循环单位制冷量可按 式（式（3-133-13）计算。）计算。 3.3.理论循环特性理论循环特性 410 h

9、hq (2)(2)单位容积制冷量单位容积制冷量q qv v 1 41 1 0 v hh v q qv (3)(3)理论比功理论比功w w0 0 对于单级蒸气压缩制冷机的理论循环来说，对于单级蒸气压缩制冷机的理论循环来说， 理论比功可表示为理论比功可表示为 120 hhw 单级压缩蒸气制冷机的理论比功也是随制单级压缩蒸气制冷机的理论比功也是随制 冷剂的种类和制冷机循环的工作温度而变的。冷剂的种类和制冷机循环的工作温度而变的。 (4)(4)单位冷凝热单位冷凝热q qk k 单位（单位（1kg1kg）制冷剂蒸气在冷凝器中放出的热）制冷剂蒸气在冷凝器中放出的热 量，称为单位冷凝热。量，称为单位冷凝热。

10、 单位冷凝热包括显热和潜热两部分单位冷凝热包括显热和潜热两部分 qhhhhhh k 233424 对于单级压缩式蒸气制冷机理论循环，存在着对于单级压缩式蒸气制冷机理论循环，存在着 下列关系下列关系 qqw k 00 (5)(5)制冷系数制冷系数 0 对于单级压缩蒸气制冷机理论循环，制冷系对于单级压缩蒸气制冷机理论循环，制冷系 数为数为 0 0 0 14 21 q w hh hh 制冷系数愈大制冷系数愈大经济性愈好经济性愈好 冷凝温度越高冷凝温度越高 制冷系数越小制冷系数越小 蒸发温度越低蒸发温度越低 (6)(6)热力完善度热力完善度 单级压缩蒸气制冷机理论循环的热力完善单级压缩蒸气制冷机理论循

11、环的热力完善 度按定义可表示为度按定义可表示为 0 04 12 410 T TT hh hh c 这里这里c c为在蒸发温度（为在蒸发温度（T T0 0）和压缩机排）和压缩机排 气温度（气温度（T T2 2）之间工作的逆卡诺循环的制冷）之间工作的逆卡诺循环的制冷 系数。热力完善度愈大，说明该循环接近可系数。热力完善度愈大，说明该循环接近可 逆循环的程度愈大。逆循环的程度愈大。 例例1-1假定循环为单级蒸气压缩假定循环为单级蒸气压缩 式制冷的理论循环，蒸发温度式制冷的理论循环，蒸发温度t0=- 10，冷凝温度，冷凝温度tk=35，工质为，工质为 R22，循环的制冷量，循环的制冷量Q0=55kW，

12、 试对该循环进行热力计算。试对该循环进行热力计算。 例例 题题 解解 点点1：t1=t0= 10， p1=p0=0.3543MPa， h1=401.555kJ/kg， v1=0.0653m3/kg 点点3：t3=tk=35， p3=pk=1.3548MPa， h3=243.114 kJ/kg， 由图可知，由图可知， h2=435.2 kJ/kg， t2=57 例例 题题 1）单位质量制冷量 kg158.441kJ/243.114-401.555 h-h h-hq 31410 3 1 0 v kJ/m2426 0.0653 158.441 q q v 2）单位容积制冷量 kg/s347. 0 1

13、58.441 55 q Q q 0 0 m 3）质量流量 4）理论比功 w0=h2-h1=435.2-401.555=33.645kJ/kg 5）压缩机消耗的理论功率 P0=qmw0=0.347133.645=11.68kW 7）冷凝器单位热负荷 qk=h2-h3 =435.2-243.114=192.086kJ/kg 8）冷凝器热负荷 Qk=qmqk=0.3471192.086=66.67kW 6）制冷系数 71. 4 33.645 158.441 q0 w 3.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环单级蒸气压缩式制冷实际循环 v3.3.1 实际循环 1）制冷压缩机的压缩过程不是等熵过程，）制冷压缩

14、机的压缩过程不是等熵过程， 且有摩擦损失。且有摩擦损失。 2）实际制冷循环中压缩机吸入的制冷剂往）实际制冷循环中压缩机吸入的制冷剂往 往是过热蒸气，节流前往往是过冷液体，即往是过热蒸气，节流前往往是过冷液体，即 存在气体过热、液体过冷现象。存在气体过热、液体过冷现象。 3）热交换过程中，存在着传热温差，被冷）热交换过程中，存在着传热温差，被冷 却介质温度高于制冷剂的蒸发温度，环境冷却介质温度高于制冷剂的蒸发温度，环境冷 却介质温度低于制冷剂冷凝温度。却介质温度低于制冷剂冷凝温度。 4）制冷剂在设备及管道内流动时，）制冷剂在设备及管道内流动时， 存在着流动阻力损失，且与外界有热存在着流动阻力损失

15、，且与外界有热 量交换。量交换。 5）实际节流过程不完全是绝热的等）实际节流过程不完全是绝热的等 焓过程，节流后的焓值有所增加。焓过程，节流后的焓值有所增加。 6）制冷系统中存在着不凝性气体。）制冷系统中存在着不凝性气体。 图图3-9 3-9 实际循环在实际循环在T-sT-s图（图（a a）和）和lglg p-hp-h图（图（b b）上的表示）上的表示 11 2(2)34 5 6 , , p p k 0 Lg p h实际循环可表示为图中的1-1-2-3-4-5-6-1 1-1表示蒸气的过热过程 1-2表示实际增熵压缩过程 2-3-4表示制冷剂在冷凝压力pk下的等压冷却、冷凝过程 4-5表示制冷

16、剂在冷凝压力下的过冷过程 5-6表示制冷剂在等焓下的节流过程 6-1表示制冷剂在蒸发压力p0下的等压汽化过程 简化后的实际循环简化后的实际循环 图图3-10 3-10 简化后的实际循环在简化后的实际循环在lglg p-h p-h图上的表示图上的表示 3.3.2实际因素对理想循环性能的影响 在实用上，根据实际条件对循环往往在实用上，根据实际条件对循环往往 要作一些改进，以便提高循环的热力完善要作一些改进，以便提高循环的热力完善 度。在单级制冷机循环中，这一改进主要度。在单级制冷机循环中，这一改进主要 有液体过冷、吸气过热及由此而产生的回有液体过冷、吸气过热及由此而产生的回 热循环。热循环。 将节

17、流前的制冷剂液体冷却到低于将节流前的制冷剂液体冷却到低于 冷凝温度的状态，称为过冷。冷凝温度的状态，称为过冷。 1. 1. 液体过冷液体过冷 带有过冷的循环，叫做过冷循环。带有过冷的循环，叫做过冷循环。 采用液体过冷对提高制冷量和制冷采用液体过冷对提高制冷量和制冷 系数都是有利的。系数都是有利的。 图图3-11 3-11 过冷循环在过冷循环在T-sT-s图（图（a a）和）和lglgp-hp-h图（图（b b）上的表示）上的表示 qhhhh 05544 与无过冷的循环与无过冷的循环1-2-3-4-5-11-2-3-4-5-1相比，过相比，过 冷循环的单位制冷量的增加量为冷循环的单位制冷量的增加

18、量为 因两个循环的理论比功w 0相同， 过冷循环的制冷系数 比无过冷循环的制冷系数要大。 hhhh hh c t hh 1444 21 0 21 2.2.吸入蒸气的过热吸入蒸气的过热 压缩机吸入前的制冷剂蒸气的温度高压缩机吸入前的制冷剂蒸气的温度高 于吸气压力下制冷剂的饱和温度时，称于吸气压力下制冷剂的饱和温度时，称 为过热。具有吸气过热的循环，称为过为过热。具有吸气过热的循环，称为过 热循环。热循环。 图图3-133-13过热循环在过热循环在T-sT-s图（图（a a）和）和lglgp-hp-h图（图（b b）上的表示）上的表示 110 hhq )hh()hh(w 12120 有效过热循环的

19、制冷系数可表示为有效过热循环的制冷系数可表示为 00 000 ww qq w q 由制冷剂的由制冷剂的T-sT-s图我们可以得到，在过热区，图我们可以得到，在过热区， 过热度越大，其等熵线的斜率越大，根据式过热度越大，其等熵线的斜率越大，根据式 （3-173-17），得），得 0 0 w 图图3-153-15有效过热的过热度对制冷系数的影响有效过热的过热度对制冷系数的影响 hhhh 4411 若不计回热器与环境空气之间的热交换，若不计回热器与环境空气之间的热交换， 则液体过冷的热量等于使蒸气过热的热量，其则液体过冷的热量等于使蒸气过热的热量，其 热平衡关系为热平衡关系为 3.3.回热循环回热循

20、环 利用回把热使节流前的制冷剂液体与压利用回把热使节流前的制冷剂液体与压 缩机吸入前的制冷剂蒸气进行热交换，使液体缩机吸入前的制冷剂蒸气进行热交换，使液体 过冷、蒸气过热，称之为回热。过冷、蒸气过热，称之为回热。 图图3-16 3-16 回热循环在回热循环在T-sT-s图（图（a a）和）和lglgp-hp-h图（图（b b）上的表示）上的表示 c ttctt kp4010 tt c c tt k p 4 0 10 回热循环的性能指标如下：回热循环的性能指标如下： 单位制冷量单位制冷量 41410 hhhh q 单位容积制冷量单位容积制冷量 v v q q 1 0 单位功单位功 12 hh w

21、 制冷系数制冷系数 12 410 hh hh w q 与无回热循环与无回热循环1-2-3-4-5-11-2-3-4-5-1相比较，回相比较，回 热循环的单位制冷量增大了热循环的单位制冷量增大了 Rp tchhhhq 011440 Rp tcq q 000 循环的单位功可近似地表示成循环的单位功可近似地表示成 0 0 0 1 0 1 T t w T T w w R 但单位功也增大了但单位功也增大了 )hh()hh(w ww 121200 单位容积制冷量和制冷系数可表示成单位容积制冷量和制冷系数可表示成 0 0 0 0 1 00 1 0 1 1 1 T t t q c q T t v tcq v

22、q q R R p v R Rp v 0 0 0 0 0 0 00 1 1 1 T t t q c T t w qq R R p R 11 0 00 c q t t T p R R 即即 c Tq p000 如果要使回热循环的单位容积如果要使回热循环的单位容积 制冷量及制冷系数比无回热循环高，制冷量及制冷系数比无回热循环高， 其条件应是其条件应是 3.3.其它影响其它影响 热交换及压力损失对制冷循环的影响 不凝性气体对制冷循环的影响 冷凝、蒸发过程传热温差对循环性能的影响 我国活塞式制冷压缩机标准我国活塞式制冷压缩机标准 GB10875-89中规定了不同制冷机使中规定了不同制冷机使 用温度在高

23、温、中温和低温的不同温用温度在高温、中温和低温的不同温 度范围。度范围。 3.3.4 单级蒸气压缩式制冷变工况特性单级蒸气压缩式制冷变工况特性 1. 制冷工况 压缩机的制冷量和轴功率等参数随工况条件变 化，为了衡量、比较压缩机性能，制定公认的温度 条件(名义工况)，作为压缩机制冷量选用和比较的标 准。 铭牌上标示的制冷量和功率一般是在标准工 况下的值，如为空调专用，则为空调工况。 名义工况(旧) 标准工况 空调工况 名义工况(新) 高温工况 中温工况 低温工况 最大压差工况：用来考核压缩机零件强 度、 排气温度、油温、电机绕组温度。 最大轴功率工况：用来考核压缩机噪声、 振动，并依此选配电动机

24、。 工况种类工况种类工作温度工作温度/ 制制 冷冷 剂剂 工况种类工况种类工作温度工作温度/ 制制 冷冷 剂剂 R717R12R22R717R12R22 标准工况标准工况 冷凝温度冷凝温度tk303030 最大压差工况最大压差工况 冷凝温度冷凝温度tk405040 蒸发温度蒸发温度t0 15 15 15蒸发温度蒸发温度t0 20 30（ 8） 30 过冷温度过冷温度tsc252525过冷温度过冷温度tsc405040 吸气温度吸气温度tsh 101515吸气温度吸气温度tsh 150（15）15 空调工况空调工况 冷凝温度冷凝温度tk404040 最大功率工况最大功率工况 冷凝温度冷凝温度tk

25、405040 蒸发温度蒸发温度t0555蒸发温度蒸发温度t05（0）105 过冷温度过冷温度tsc353535过冷温度过冷温度tsc405040 吸气温度吸气温度tsh101515吸气温度吸气温度tsh10（5）1515 我国常用制冷机工况（通常适用于开启式） 注：括号内的数字相当于最大压差980kPa或最高蒸发温度为0的压缩机工况。 类别类别工况序号工况序号蒸发温度蒸发温度/冷凝温度冷凝温度/吸气温度吸气温度/液体温度液体温度/机组型式机组型式 高温高温 1（1A）7（7.2）55（54.4）18（18.3）50（46.1） 所有型式所有型式 27431838 中温中温 3 （3A） 7（

26、6.7）49（48.9）18 （4.4） 44（48.9） 所有所有 型式型式 （全封闭）（全封闭） （3B）（18.3） （半封闭）（半封闭） （开启式）（开启式） 4 7431838所有型式所有型式 低温低温 5（5A） 23（ 23.3） 55（54.4）32（32.2）32（32.2）全封闭全封闭 6（6A）49（48.9）5（4.4）44（48.9） 所有型式所有型式 7 2343538 低温低温8 （8A） 4035（40.6） 10 （4.4） 30（40.6） 所有所有 型式型式 （全封闭）（全封闭） （8B）（18.3） （半封闭）（半封闭） （开启式）（开启式） 容积式制冷

27、压缩机及机组的名义工况 2. 变工况运行变工况运行 变工况定义 v单级蒸气压缩式制冷实际运行时当系统的某些参数 发生了变化，从而引起循环特性及制冷机性能变化， 称为变工况。 v影响最大的是： 冷凝温度tk变化(升高)的影响 蒸发温度t0变化(降低)的影响 (1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响 h p 1 2 3 4 tk t0 4 tk 3 2 4 q0 q0 不变 单位制冷量q0 输气系数 吸气比容v1 qv Q0 (1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响 h p 1 2 3 4 tk t0 tk 3 2 4 w0 w0 不变 单位压缩功w0 吸气比容v1 wv P

28、制冷系数 0 0 w q (2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响 单位制冷量q0 吸气比容v1 制冷剂质量流量G Q0 lgp h 1 23 4 tk t0 2 4 t0 1 q0 q0 (2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响 p h 1 23 4 tk t0 2 4 t0 1 w0 w0 P 单位压缩功w0 制冷剂质量流量G 时，P最大 3/ 0 pp k 只有在工作温度范围内能够只有在工作温度范围内能够 汽化和凝结的物质才有可能汽化和凝结的物质才有可能 作为制冷剂使用。作为制冷剂使用。 3.4.1 3.4.1 制冷剂的发展、应用制冷剂的发展、应用 乙醚是最早使用的制

29、冷剂。乙醚是最早使用的制冷剂。 18661866年年 威德豪森威德豪森(Windhausen)(Windhausen)提出使用提出使用COCO2 2作制冷剂。作制冷剂。 18701870年年 卡尔卡尔林德林德(Cart Linde)(Cart Linde)用用NHNH3 3作制冷剂。作制冷剂。 18741874年年 拉乌尔拉乌尔皮克特皮克特(Raul Pictel)(Raul Pictel)采用采用SOSO2 2作制冷剂。作制冷剂。 SOSO2 2毒性大，但作为重要制冷剂曾有毒性大，但作为重要制冷剂曾有6060年历史。年历史。 COCO2 2在使用温度范围内压力特高，致使机器极为笨重，在使用温

30、度范围内压力特高，致使机器极为笨重， 但它无毒使用安全。曾在船用冷藏装置中作制冷剂达但它无毒使用安全。曾在船用冷藏装置中作制冷剂达 5050年之久。年之久。 19551955年才被氟里昂所取代。年才被氟里昂所取代。 1.1.热力学性质方面热力学性质方面 (1) (1) 工作温度范围内有合适的压力和压力比。工作温度范围内有合适的压力和压力比。 (2) (2) 单位制冷量单位制冷量q q0 0和单位容积制冷量和单位容积制冷量q qv v较大。较大。 (3) (3) 比功比功w w和单位容积压缩功和单位容积压缩功w wv v小，循环效率高。小，循环效率高。 蒸发压力蒸发压力大气压力大气压力 冷凝压力

31、不要过高冷凝压力不要过高 冷凝压力与蒸发压力之比不宜过大冷凝压力与蒸发压力之比不宜过大 (4) (4) 等熵压缩终了温度等熵压缩终了温度t t2 2不能太高，以免润滑条件恶化不能太高，以免润滑条件恶化 或制冷剂自身在高温下分解。或制冷剂自身在高温下分解。 3.4.2 3.4.2 制冷剂的选用原则制冷剂的选用原则 2.2.迁移性质方面迁移性质方面 (1) (1) 粘度、密度尽量小。粘度、密度尽量小。 (2) (2) 导热系数大，可提高传热系导热系数大，可提高传热系 数，减少传热面积。数，减少传热面积。 3.3.物理化学性质方面物理化学性质方面 4.4.其它其它 (1) (1) 无毒、不燃烧、不爆

32、炸、使用安全无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全。 (2) (2) 化学稳定性和热稳定性好。化学稳定性和热稳定性好。 (3) (3) 对大气环境无破坏作用。对大气环境无破坏作用。 原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。 3.4.3 3.4.3 制冷剂命名制冷剂命名 制冷剂按其化学组成主要有三类制冷剂按其化学组成主要有三类 无机物无机物 氟里昂氟里昂 碳氢化合物碳氢化合物 字母字母“R”R”和它后面的一组数字或字和它后面的一组数字或字 母母 表示制冷剂表示制冷剂 根据制冷剂分子组成按一根据制冷剂分子组成按一 定规则编写定规则编写 制冷剂的简写符号制冷剂的简写符号

33、1.1.无机化合物无机化合物 2.2.氟里昂和烷烃类氟里昂和烷烃类 简写符号规定为简写符号规定为R7( )( )R7( )( ) 括号中填入的数字是该无机物分子量的整数部分。括号中填入的数字是该无机物分子量的整数部分。 简写符号规定为简写符号规定为R(m-1)(n+1)(x)B(z)R(m-1)(n+1)(x)B(z) 数值为零时省去写，同分异构体则在其最后加小写数值为零时省去写，同分异构体则在其最后加小写 英文字母以示区别。英文字母以示区别。 编写规则编写规则 3.3.非共沸混合工质非共沸混合工质 简写符号为简写符号为R4( )( )R4( )( ) 括号中的数字为该工质命名的先后顺序号，从

34、括号中的数字为该工质命名的先后顺序号，从0000 开始若构成非共沸混合工质的纯物质种类相同，开始若构成非共沸混合工质的纯物质种类相同， 但成分含量不同，则分别在最后加上大写英文字但成分含量不同，则分别在最后加上大写英文字 母以示区别母以示区别 4.4.共沸混合工质共沸混合工质 简写符号为简写符号为R5( )( )R5( )( ) 括号中的数字为该工质命名的先后顺序号，从括号中的数字为该工质命名的先后顺序号，从 0000开始开始 表表3-7 3-7 制冷剂符号举例制冷剂符号举例 化合物名称化合物名称分子式分子式m、n、x、z值值简写符号简写符号 一氟三氯甲烷一氟三氯甲烷CFCl3 m=1,n=0

35、,x=1R11 二氟二氯甲烷二氟二氯甲烷CF2Cl2 m=1,n=0,x=2R12 三氟一溴甲烷三氟一溴甲烷CF3Brm=1,n=0,x=3,z=1 R13B1 二氟一氯甲烷二氟一氯甲烷CHF2Cl m=1,n=1,x=2R22 二氟甲烷二氟甲烷CH2F2 m=1,n=2,x=2R32 甲烷甲烷CH4 m=1,n=4,x=0R50 三氟二氯乙烷三氟二氯乙烷C2HF3Cl2 m=2,n=1,x=3R123 五氟乙烷五氟乙烷C2HF5 m=2,n=1,x=5R125 四氟乙烷四氟乙烷C2H2F4 m=2,n=2,x=4R134a 乙烷乙烷C2H6 m=2,n=6,x=0R170 丙烷丙烷C3H8

36、m=3,n=8,x=0R290 3.4.4 3.4.4 制冷剂的物理化学性质及其应用制冷剂的物理化学性质及其应用 1.1.安全性安全性 (1) (1) 毒性毒性 虽然一些氟里昂制冷剂其毒性都较低，但虽然一些氟里昂制冷剂其毒性都较低，但 在高温或火焰作用下会分解出极毒的光气。在高温或火焰作用下会分解出极毒的光气。 (2) (2) 燃烧性和爆炸性燃烧性和爆炸性 在空气中发生燃烧或爆炸的体积百分比范围。在空气中发生燃烧或爆炸的体积百分比范围。 这一范围的下限值越小，表示越易燃；下限这一范围的下限值越小，表示越易燃；下限 值相同，则范围越宽越易燃。值相同，则范围越宽越易燃。 爆炸极限爆炸极限 表表3-

37、8 3-8 一些制冷剂的易燃易爆特性一些制冷剂的易燃易爆特性 制冷剂制冷剂 代代 号号 爆炸爆炸 极限极限 (容积容积%) 制冷剂制冷剂 代代 号号 爆炸爆炸 极限极限 (容积容积%) 制冷剂制冷剂 代代 号号 爆炸爆炸 极限极限 (容积容积%) 11None124 None2902.3-7.3 12 None125 None500 None 22 None134a None502 None 23 None142b6.7-14.9 600a1.8-8.4 3214-31143a6.0-na717 16.0-25.0 123 None152a3.9-16.9 718 None 注：注：NoneN

38、one表示不燃烧，表示不燃烧，nana表示未知。表示未知。 (3) (3) 以毒性和可燃性为界限的安全分类以毒性和可燃性为界限的安全分类 毒毒 性性 可可 燃燃 性性 TLVs值确定或一值确定或一 定的系数，制冷定的系数，制冷 剂 体 积 分 数剂 体 积 分 数 410-4 TLVs值确定或一值确定或一 定的系数，制冷定的系数，制冷 剂 体 积 分 数剂 体 积 分 数 0.1kg/m3, 燃烧热燃烧热19000kJ/kg 低度可低度可 燃性燃性 A2 B2 制冷剂制冷剂 LFL0.1kg/m3, 燃烧热燃烧热19000kJ/kg 高度可高度可 燃性燃性 A3 B3 低毒性低毒性高毒性高毒性

39、 表表39 39 一些制冷剂的安全分一些制冷剂的安全分 类类 制冷剂制冷剂 代代 号号 安全安全 分类分类 制冷剂制冷剂 代代 号号 安全安全 分类分类 制冷剂制冷剂 代代 号号 安全安全 分类分类 11A1124 A1290 A3 12 A1125 A1500 A1 22 A1134a A1502 A1 23 A1142b A2600a A3 32 A2143a A2717 B2 123B1152a A2718 A1 3.3.对材料的作用对材料的作用 “镀铜镀铜”现现 象象当制冷剂在系统中与铜或铜合金部件接触时，铜溶当制冷剂在系统中与铜或铜合金部件接触时，铜溶 解到混合物中，当和钢或铸铁部件

40、接触时，被溶解的解到混合物中，当和钢或铸铁部件接触时，被溶解的 铜离子析出并沉浸在钢铁部件上形成一层铜膜。铜离子析出并沉浸在钢铁部件上形成一层铜膜。 制冷系统中应尽量避免水分存在和铜铁共用。制冷系统中应尽量避免水分存在和铜铁共用。 氨制冷机中不能用黄铜、紫铜和其它铜合金（磷氨制冷机中不能用黄铜、紫铜和其它铜合金（磷 青铜除外），因为有水分时要引起腐蚀。青铜除外），因为有水分时要引起腐蚀。 氟里昂对塑料等高分子化合物会起氟里昂对塑料等高分子化合物会起“膨润膨润”作用作用 ( (变软、膨胀和起泡变软、膨胀和起泡) )，故在制冷系统中要选用特殊橡，故在制冷系统中要选用特殊橡 胶或塑料。胶或塑料。 4

41、.4.与润滑油的互溶性与润滑油的互溶性 对每种氟对每种氟 利昂存在利昂存在 一个一个溶解溶解 临界温度临界温度， 即溶解曲即溶解曲 线最高点线最高点 的温度的温度 图图3-26 3-26 制冷剂与润滑油的溶解曲线制冷剂与润滑油的溶解曲线 ) 5.5.与水的溶解性与水的溶解性 “冰堵现象冰堵现象” ” 当温度降到当温度降到00以下时，水结成冰而堵塞节流以下时，水结成冰而堵塞节流 阀或毛细管的通道形成阀或毛细管的通道形成“冰堵冰堵”，致使制冷机，致使制冷机 不能正常工作。不能正常工作。 6.6.泄漏性泄漏性 氨氨有强烈臭气，靠嗅觉易判是否泄漏。易溶于有强烈臭气，靠嗅觉易判是否泄漏。易溶于 水故不用

42、肥皂水检漏，水故不用肥皂水检漏，用酚酞试剂和试纸检漏用酚酞试剂和试纸检漏 氟利昂氟利昂无色无臭，无色无臭，卤素喷灯卤素喷灯和和电子检漏仪电子检漏仪检漏检漏 沸点沸点-33.3-33.3，凝固点，凝固点-77.9-77.9 单位容积制冷量大粘性小，传热性好，流动阻力小单位容积制冷量大粘性小，传热性好，流动阻力小 毒性较大，有一定的可燃性，安全分类为毒性较大，有一定的可燃性，安全分类为B2 B2 氨蒸气无色，具有强烈的刺激性臭味氨蒸气无色，具有强烈的刺激性臭味 氨液飞溅到皮肤上会引起肿胀甚至冻伤氨液飞溅到皮肤上会引起肿胀甚至冻伤 氨系统中有水分会加剧对金属腐蚀同时减小制冷量氨系统中有水分会加剧对金

43、属腐蚀同时减小制冷量 以任意比与水互溶但在矿物润滑油中的溶解度很小以任意比与水互溶但在矿物润滑油中的溶解度很小 系统中氨分离的游离氢积累至一定程度遇空气爆炸系统中氨分离的游离氢积累至一定程度遇空气爆炸 氨液比重比矿物润滑油小，油沉积下部需定期放出氨液比重比矿物润滑油小，油沉积下部需定期放出 在氨制冷机中不用铜和铜合金材料在氨制冷机中不用铜和铜合金材料( (磷青铜除外磷青铜除外) ) 3.4.5 3.4.5 常用制冷剂常用制冷剂 1.1.无机物无机物 氨氨 2.2.氟利昂氟利昂 (1) R12(1) R12（二氟二氯甲烷（二氟二氯甲烷 CFCF2 2ClCl2 2） 沸点沸点-29.8-29.8

44、，凝固点，凝固点-158-158。 无色，有较弱芳香味，毒性小，不燃不爆，安全。无色，有较弱芳香味，毒性小，不燃不爆，安全。 系统里应严格限制含水量，一般规定不得超过系统里应严格限制含水量，一般规定不得超过0.001% 0.001% 常用温度范围内能与矿物性润滑油以任意比互溶常用温度范围内能与矿物性润滑油以任意比互溶 不腐蚀一般金属但能腐蚀镁及含镁量超过不腐蚀一般金属但能腐蚀镁及含镁量超过2%2%铝镁合金。铝镁合金。 对天然橡胶和塑料有膨润作用。对天然橡胶和塑料有膨润作用。 (2) R134a(2) R134a（四氟乙烷（四氟乙烷 CHCH2 2FCFFCF3 3） 毒性非常低，不可燃，安全。

45、毒性非常低，不可燃，安全。 与矿物润滑油不相溶，但能完全溶解于多元醇酯类。与矿物润滑油不相溶，但能完全溶解于多元醇酯类。 化学稳定性很好，溶水性比化学稳定性很好，溶水性比R12R12强得多，对系统干燥强得多，对系统干燥 和清洁性要求更高，用与和清洁性要求更高，用与R12R12不同的干燥剂。不同的干燥剂。 (3) R11(3) R11（一氟三氯甲烷（一氟三氯甲烷 CFClCFCl3 3） 沸点沸点23.823.8，凝固点，凝固点-111-111。 毒性比毒性比R12R12更小，安全。更小，安全。 水在水在R11R11中的溶解能力与中的溶解能力与R12R12相接近。相接近。 对金属及矿物润滑油的作

46、用关系也与对金属及矿物润滑油的作用关系也与R12R12大致相似。大致相似。 与明火接触时，较与明火接触时，较R12R12更易分解出光气。更易分解出光气。 (4) R22(4) R22（二氟一氯甲烷（二氟一氯甲烷 CHFCHF2 2ClCl） 沸点沸点-40.8-40.8，凝固点，凝固点-160-160。 毒性比毒性比R12R12略大，无色无味，不燃不爆，安全。略大，无色无味，不燃不爆，安全。 属于属于HCFCHCFC类制冷剂，也要被限制和禁止使用。类制冷剂，也要被限制和禁止使用。 对金属与非金属的作用以及泄漏特性都与对金属与非金属的作用以及泄漏特性都与R12R12相似。相似。 化学性质不如化学

47、性质不如R12R12稳定，对有机物的膨润作用更强。稳定，对有机物的膨润作用更强。 部分与矿物润滑油互溶。部分与矿物润滑油互溶。 溶水性稍大于溶水性稍大于R12R12，系统内应装设干燥器。，系统内应装设干燥器。 3.3.碳氢化合物碳氢化合物 (1) R600a(1) R600a（异丁烷（异丁烷 i-Ci-C4 4H H10 10） ） (2) R290(2) R290（丙烷（丙烷 C C3 3H H8 8） 沸点和凝固点比沸点和凝固点比R600aR600a低，蒸气压较高和容积制低，蒸气压较高和容积制 冷量比冷量比R600aR600a大，其他制冷特性及安全特性均与大，其他制冷特性及安全特性均与 R

48、600aR600a相似。相似。 沸点沸点-11.73-11.73，凝固点，凝固点-160-160。 毒性非常低，在空气中可燃，应注意防火防爆。毒性非常低，在空气中可燃，应注意防火防爆。 与矿物润滑油能很好互溶，与其他物质的化学与矿物润滑油能很好互溶，与其他物质的化学 相溶性很好，与水的溶解性很差。相溶性很好，与水的溶解性很差。 4.4.混合制冷剂混合制冷剂 (1) (1) 共沸制冷剂共沸制冷剂 共沸制冷剂特点：共沸制冷剂特点： 一定蒸发压力下蒸发时具有几乎不变的蒸发温度，而一定蒸发压力下蒸发时具有几乎不变的蒸发温度，而 且蒸发温度一般比组成它的单组分的蒸发温度低。且蒸发温度一般比组成它的单组分

49、的蒸发温度低。 一定蒸发温度下，共沸制冷剂单位容积制冷量比组成一定蒸发温度下，共沸制冷剂单位容积制冷量比组成 它的单一制冷剂的容积制冷量要大。它的单一制冷剂的容积制冷量要大。 共沸制冷剂化学稳定性较组成它的单一制冷剂好。共沸制冷剂化学稳定性较组成它的单一制冷剂好。 在全封闭和半封闭压缩机中，采用共沸制冷剂可使电在全封闭和半封闭压缩机中，采用共沸制冷剂可使电 机得到更好的冷却，电机绕组温升减小。机得到更好的冷却，电机绕组温升减小。 几种共沸制冷剂的组成和沸点几种共沸制冷剂的组成和沸点 代号代号组分组分质量成分质量成分分子分子 量量 沸点沸点 () 共沸共沸 温度温度 各组分的各组分的 沸点沸点(

50、) R500R12/152a73.8/26.299.3-33.50-29.8/-25 R501R22/1284.5/15.593.1-41.5-41-40.8/-29.8 R502R22/11548.8/51.2111.6-45.419-40.8/-38 R503R23/1340.1/59.987.6-88.088-82.2/-81.5 R504R32/11548.2/51.879.2-59.217-51.2/-38 R505R12/3178.0/22.0103.5-30115-29.8/-9.8 R506R31/11455.1/44.993.7-12.518-9.8/3.5 R507 R12

51、5/143a50.0/50.098.9-46.7-48.8/-47.7 (2) (2) 非共沸制冷剂非共沸制冷剂 一定压力下溶液一定压力下溶液 加热时，首先到达饱加热时，首先到达饱 和液体点和液体点A(A(泡点泡点) )，再，再 加热到达点加热到达点B B，即进入，即进入 两相区，继续加热到两相区，继续加热到 点点C(C(露点露点) )时全部蒸发时全部蒸发 完成为饱和蒸气。完成为饱和蒸气。 泡点温度和露点温度的温差称之为泡点温度和露点温度的温差称之为温度滑移温度滑移 图图3-29 3-29 非共沸制冷剂的非共沸制冷剂的T-T-图图 (3) (3) 常用混合制冷剂的特性常用混合制冷剂的特性 沸点

52、沸点-33.5-33.5，ODPODP值较高。值较高。 1) 1) 共沸制冷剂共沸制冷剂R500R500 可代替可代替R12R12用于活塞式制冷机用于活塞式制冷机 沸点沸点-45.4-45.4，ODPODP值较高。值较高。 溶水性比溶水性比R12R12大大1.51.5倍，在倍，在8282以上有较好的溶油性。以上有较好的溶油性。 沸点沸点-88-88，不燃烧，无毒无腐蚀性，不燃烧，无毒无腐蚀性，ODPODP值较高。值较高。 适用于复叠式制冷机的低温级。适用于复叠式制冷机的低温级。 沸点沸点-46.7-46.7，ODPODP值为零。值为零。 不溶于矿物油，但溶于聚酯类润滑油。不溶于矿物油，但溶于聚

53、酯类润滑油。 2) 2) 共沸制冷剂共沸制冷剂R502R502 可代替可代替R22R22用于获得低温用于获得低温 3) 3) 共沸制冷剂共沸制冷剂R503 R503 可代替可代替R13R13使用使用 4) 4) 共沸制冷剂共沸制冷剂R507 R507 用用R502R502的场合都可用的场合都可用R507R507替代替代 5) 5) 非共沸制冷剂非共沸制冷剂R401AR401A和和R401BR401B 性能与性能与R12R12较接近。较接近。 能溶于聚醇类和聚酯类润滑油。能溶于聚醇类和聚酯类润滑油。 可作为过度性替代物可作为过度性替代物 泡露点温差大，使用时最好将热交换器作成逆流形式泡露点温差大

54、，使用时最好将热交换器作成逆流形式 不能与矿物润滑油互溶，但能溶于聚酯类合成润滑油不能与矿物润滑油互溶，但能溶于聚酯类合成润滑油 低温工况下，容积制冷量比低温工况下，容积制冷量比R22R22要低得多。要低得多。 不能与矿物润滑油互溶，但能溶于聚酯类合成润滑油。不能与矿物润滑油互溶，但能溶于聚酯类合成润滑油。 泡露点温差仅泡露点温差仅0.20.2，可称之为近共沸混合制冷剂。，可称之为近共沸混合制冷剂。 具有与共沸混合制冷剂类似的优点。具有与共沸混合制冷剂类似的优点。 不能直接用来替换不能直接用来替换R22R22的制冷系统。的制冷系统。 7) 7) 非共沸制冷剂非共沸制冷剂R410AR410A两元

55、混合制冷剂两元混合制冷剂 6) 6) 非共沸制冷剂非共沸制冷剂R407CR407C三元非共沸混合制冷剂三元非共沸混合制冷剂 3.6 多级蒸气压缩式制冷循环 单级蒸气压缩制冷机运行时制冷剂的冷凝压力单级蒸气压缩制冷机运行时制冷剂的冷凝压力 是由环境介质（如空气或水）温度所决定。是由环境介质（如空气或水）温度所决定。 在一定的冷凝温度下在一定的冷凝温度下 蒸发温度的降低蒸发温度的降低 冷凝压力和蒸发压力之差（冷凝压力和蒸发压力之差（pk-po）增大）增大 压缩比压缩比pk / po变大变大 多级蒸气压缩式制冷循环多级蒸气压缩式制冷循环 容积式压缩机的单级压比受压缩机容积效率和容积式压缩机的单级压比

56、受压缩机容积效率和 压缩终了温度的制约压缩终了温度的制约 通常被限制在通常被限制在810 离心式压缩机的单级压缩比受工质离心式压缩机的单级压缩比受工质 分子量大小与叶轮的周边速度制约分子量大小与叶轮的周边速度制约 通常被限制在通常被限制在 24 单级蒸气压缩活塞式制冷机，压缩比一单级蒸气压缩活塞式制冷机，压缩比一 般不超过般不超过10。当蒸发温度过低，超出极限使。当蒸发温度过低，超出极限使 用条件时会带来如下问题用条件时会带来如下问题： (1)(1)压缩比增大时压缩机的输气系数压缩比增大时压缩机的输气系数大为大为 降低，压缩机的输气量及效率显著下降。降低，压缩机的输气量及效率显著下降。 (2)

57、(2)压缩机排气温度过高，使润滑油的粘压缩机排气温度过高，使润滑油的粘 度急剧下降，影响压缩机的润滑。当排气度急剧下降，影响压缩机的润滑。当排气 温度与润滑油的闪点接近时，会使润滑油温度与润滑油的闪点接近时，会使润滑油 碳化，以致在阀片上产生结碳现象。碳化，以致在阀片上产生结碳现象。 所以，为了获得比较低的温度所以，为了获得比较低的温度 （4070），同时又能使压），同时又能使压 缩机的工作压力控制在一个合适的缩机的工作压力控制在一个合适的 范围内，就要采用多级压缩循环。范围内，就要采用多级压缩循环。 (3)(3)制冷剂节流损失增加，单位质量制冷剂节流损失增加，单位质量 制冷量及单位容积制冷量

58、下降过大，制冷量及单位容积制冷量下降过大， 经济性下降。经济性下降。 3.6.1两级压缩制冷的循环方式 1.1.一级节流、中间完全冷却的两级压一级节流、中间完全冷却的两级压 缩制冷循环缩制冷循环 （如图（如图3-34a 3-34a 所示）所示） 2.2.一级节流、中间不完全冷却的两级一级节流、中间不完全冷却的两级 压缩制冷循环压缩制冷循环（如图（如图3-34c3-34c所示）所示） 3.3.两级节流、中间完全冷却的两级压两级节流、中间完全冷却的两级压 缩制冷循环缩制冷循环 （如图如图3-34b 3-34b 所示）所示） 4. 4.两级节流、中间不完全冷却的两级压缩两级节流、中间不完全冷却的两级

59、压缩 制冷循环制冷循环（如图（如图3-34d3-34d所示）所示） 一级节流中间完全冷却循环 图图3-35 一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环 ( a ) 流程图流程图 b ) lgp-h图图 一级节流中间不完全冷却循环 图图3-34 一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环 ( a ) 流程图流程图 ( b ) lgp-h图图 图图3-34两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环 ( a ) 流程图流程图 ( b ) lgp-h图图 图图3-34两级节流、中间不完

60、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 ( a ) 流程图流程图 ( b ) lgp-h图图 图图3-34两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷却两级压缩制冷循环两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷却两级压缩制冷循环 ( a ) 流程图流程图 ( b ) lgp-h图图 双级蒸气压缩式制冷循环 3.6.2两级压缩制冷循环的热力分析 1.1.单位制冷量：单位制冷量： q0=h1-h4 2.2.低压压缩机的单位理论功：低压压缩机的单位理论功： wd=h2-h1 当制冷机的冷负荷为当制冷机的冷负荷为Q Q0 0时，低压级制冷剂时，低压级制冷剂 循环量：循环量： 41 hh