第四章蒸气压缩式制冷

第四章蒸气压缩式制冷第一页，共六十二页，2022年，8月28日3.1单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压缩终了温度的制约，通常被限制在8～10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，通常被限制在2～4第二页，共六十二页，2022年，8月28日单级蒸气压缩式制冷循环

21压缩机

节流阀45图3-1单级蒸气压缩式制冷系统简图蒸发器冷凝器第三页，共六十二页，2022年，8月28日制冷工况制热工况空气源热泵空调循环系统图2四通阀145压缩机室外换热器主毛细管室内换热器副毛细管单向阀过滤器过滤器图3-2热泵空调器制冷系统流程图第四页，共六十二页，2022年，8月28日单级蒸气压缩式工作过程由以下四个步骤完成①蒸发吸热制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体热量，由液态蒸发为气态；②蒸气压缩压缩机把低温低压制冷剂气体压缩，排出高温高压气体；③冷凝放热在冷凝器中向高温热源放热，冷却、冷凝为高压液体；④节流经过膨胀阀节流降压，得到对应蒸发温度的低压液体（含闪发蒸气），进入蒸发器吸热蒸发，再次回到过程①。第五页，共六十二页，2022年，8月28日第六页，共六十二页，2022年，8月28日蒸气压缩制冷循环T-s\P-h图第七页，共六十二页，2022年，8月28日工作过程热力分析—热力过程1）压缩过程—等熵过程，dq=0，因而dw=dh，则：2）冷凝过程—与外界无功交换，dw=0，因而dq=dh，则：3）节流过程—不可逆过程，不能用微分符号表示，但对整个节流过程前后可用积分式表示，即dw=0，dq=0，因而dh=0，则：4）蒸发过程—与外界无功交换，dw=0，因而dq=dh，则：根据热力学定律：根据热力学定律：或：第八页，共六十二页，2022年，8月28日工作过程热力分析与性能指标

1）单位制冷量：（4.7）2）单位容积制冷量：

（4.8）

3）单位理论功：

（4.9）6）逆卡诺循环的制冷系数：4）单位冷凝热：

（4.10）5）制冷系数：7）热力完善度：（4.11）

（4.12）

（4.13）

1241000hhhhwq--==e第九页，共六十二页，2022年，8月28日4.1.3液体过冷、吸气过热及回热循环1）液体过冷将节流前的制冷剂液体冷却到低于冷凝温度的状态，称为液体过冷。带有液体过冷过程的循环，叫做液体过冷循环。采用过冷循环的优点：①提高循环的制冷系数；②可以防止进入节流装置前制冷剂处于两相状态，使节流机构工作稳定。图4.3过冷循环在lgP-h图上的表示lgP

x=0x=14´4Pk32

5´5P01

ΔqO

qO

wOO

h第十页，共六十二页，2022年，8月28日2）吸气过热吸入压缩机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，称为吸气过热。具有吸气过热过程的循环，称为吸气过热循环。一定的过热度对容积式压缩机的吸气效果会有所改善，也可避免吸入气体可能带液所导致的不利后果，但是过热都将引起压缩机排气温度的增加，这一点对压缩机的工作是不利的。lgP

x=0x=1

4322´

511´

Δq0

O

h图4.4过热循环在lgP-h图上的表示第十一页，共六十二页，2022年，8月28日3）回热循环液体过冷对提高循环性能指标有益，但要实现液体过冷，需要有温度更低的冷却介质。利用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，使液体过冷、蒸气过热，称之为回热。具有回热的制冷循环，称为回热循环。利用回热循环是实现较大回热的有效措施，并在低温领域得到更为广泛的应用。第十二页，共六十二页，2022年，8月28日在实用上是否采用回热循环，除了考虑制冷系数及单位容积制冷量是否提高以外，还应考虑下列一些因素：①采用回热后，使节流前制冷剂成为过冷状态，可以在节流过程中减少气化，使节流机构工作稳定。②采用回热后，自蒸发器出来的气体流过回热器时压力有所降低，因而增大了压缩机的压比，引起压缩功的增大。因此，究竟在什么情况下采用回热循环，要综合上述因素，进行具体分析。还应指出，对于像R113、R114和RC318等类制冷剂，在T-s图上的饱和蒸气曲线向左下方倾斜，当压缩机吸入的是饱和蒸气时，其等熵压缩过程线将进入两相区内，而压缩机通常不宜工作在湿压缩区。因此，应该提高压缩机吸气温度或采用回热循环。第十三页，共六十二页，2022年，8月28日4.3蒸气压缩式制冷循环参数设计确定制冷循环的设计参数，实质上就是确定制冷循环中制冷剂的工作温度和工作压力。冷凝温度蒸发温度吸气温度过冷温度第十四页，共六十二页，2022年，8月28日4.4两级压缩和复叠式制冷循环为获得低温而采取两级压缩和复叠式制冷循环，主要有以下两方面原因单级蒸气压缩制冷循环压比的限制——单级压缩比一般不超过8～10，常用的中温制冷剂一般只能获得-20～-40的低温。制冷剂热物理特性的限制——迄今为止，还难以找到一种制冷剂，它既满足冷凝压力不太高，又满足蒸发压力不太低的要求。因此：要获得-60℃以上的低温，采用中温制冷剂的两级压缩制冷循环，可使压缩机压比减小，工作效率提高。当需要获得-60℃以下的低温时，应采用中温制冷剂与低温制冷剂复叠的制冷循环。第十五页，共六十二页，2022年，8月28日两级压缩制冷循环单级蒸气压缩活塞式制冷机，压缩比一般不超过10。当蒸发温度过低，超出极限使用条件时会带来如下问题：(1)压缩比增大时压缩机的输气系数λ大为降低，压缩机的输气量及效率显著下降。(2)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。第十六页，共六十二页，2022年，8月28日

所以，为了获得比较低的温度（－40～－70℃），同时又能使压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。(3)制冷剂节流损失增加，单位质量制冷量及单位容积制冷量下降过大，经济性下降。第十七页，共六十二页，2022年，8月28日图3-3两级压缩一级节流中间完全冷却的制冷循环lgP

754

632

81

hb)lgP-h图

1234低压压机6高压压机载中冷器冷冷蒸发器冷凝器却剂水AB875a)流程图第十八页，共六十二页，2022年，8月28日3.3复叠式制冷循环由两个（或数个）不同制冷剂工作的单级（也可以是多级）制冷系统组合而成。第十九页，共六十二页，2022年，8月28日压缩机冷凝蒸发器回热器节流阀蒸发器膨胀容器组成低温系统制冷剂R23第二十页，共六十二页，2022年，8月28日图3-4高温部分为两级压缩循环、低温部分为单级压缩循环组成的复叠式制冷循环系统原理图A1.低温部分压缩机；A2.高温部分低压级压缩机；A3.高温部分高压级压缩机；B.冷凝器；J1、J2、J3.节流阀；D1.蒸发器；D2.冷凝蒸发器；E1.低温部分气液热交换器；E2.高温部分气液热交换器；F.高温部分中间冷却器

11´21911121314

A1A2A320D2FBE1E2J3J1J254318171615D1第二十一页，共六十二页，2022年，8月28日单级压缩自动复叠循环（Auto-cascade）

混合制冷剂中高沸点组分和低沸点组分的沸点差要足够大低沸点制冷剂的冷凝由高沸点制冷剂的蒸发来实现第二十二页，共六十二页，2022年，8月28日图4.17单级压缩自复叠制冷循环流程图冷凝蒸发器精馏器7J31415

128126J2回热器1压缩机J15119

冷凝器J41310蒸发器3416回热器2

第二十三页，共六十二页，2022年，8月28日3.4蒸气压缩式制冷的应用(1)商业及人民生(2)工业生产及农牧业(3)建筑工程与隧道交通(4)科学实验研究(5)医疗卫生第二十四页，共六十二页，2022年，8月28日（一）食品冷冻冷藏装置

1．电冰箱专业上按箱内温度分为冷藏箱(C)冷藏冷冻箱(CD)冷冻箱(D)[制冷剂走向]压缩机副冷凝器主冷凝器防露管干燥过滤器毛细管蒸发器回气管压缩机。现在很多冰箱省去副冷凝器。第二十五页，共六十二页，2022年，8月28日第二十六页，共六十二页，2022年，8月28日第二十七页，共六十二页，2022年，8月28日2.开放式商品陈列柜

商店为销售需低温保藏的货物，要用专门的陈列柜，超市冷藏冷冻商品陈列柜（陈列冷柜）已成为很重要的制冷器具。第二十八页，共六十二页，2022年，8月28日第二十九页，共六十二页，2022年，8月28日3．冷库常建成固定建筑物形式,按容量大小可分小型和大中型冷库。小型冷库几乎全部采用氟利昂制冷装置。三种蒸发温度:冻结间为-33到-40℃冻结物冷藏间为-28到-30℃储冰及其他冷间为0到-15℃液泵供液制冷系统:下进上出：冷却设备下部管道进液强迫制冷剂液体自下而上流动。上进下出：上部管道进液，制冷剂液体进入冷却设备后自上而下流动。第三十页，共六十二页，2022年，8月28日第三十一页，共六十二页，2022年，8月28日4．食品速冻装置

螺旋带式冻结装置把食品放在金属传送带上进行螺旋输送冻结。

第三十二页，共六十二页，2022年，8月28日平板冻结器是在中空金属板内通以制冷剂，在金属板间加压，使食品与之紧密接触而冻结。

第三十三页，共六十二页，2022年，8月28日5．运输式冷藏装置(1)冷藏集装箱

第三十四页，共六十二页，2022年，8月28日(2)冷藏汽车

第三十五页，共六十二页，2022年，8月28日(3)铁路保温车第三十六页，共六十二页，2022年，8月28日（二）空调用制冷装置1．房间空调器按结构型式分为整体式与分体式。整体式包括窗式、穿墙式、移动式等，分体式按室内机分类为吊顶式、挂壁式、落地式、天井式、嵌入式等。第三十七页，共六十二页，2022年，8月28日(1)窗式空调器第三十八页，共六十二页，2022年，8月28日第三十九页，共六十二页，2022年，8月28日(2)分体式空调器第四十页，共六十二页，2022年，8月28日第四十一页，共六十二页，2022年，8月28日第四十二页，共六十二页，2022年，8月28日房间空调器的技术参数和能效等级制冷量和制热量：单位时间内从被调节空间内除去(或送入)的热量，单位为W或kW。功率：电源额定消耗功率。性能系数：常用COP和EER（能效比）值表示。风量。噪声。《能源效率标识管理办法》、GB12021.3—2004。空调器的能效等级按能效比值依次标为1至5级第四十三页，共六十二页，2022年，8月28日2．车辆空调装置——轿车空调

第四十四页，共六十二页，2022年，8月28日(2)客车空调第四十五页，共六十二页，2022年，8月28日(3