客车空调装置课件：蒸气压缩式制冷的工作原理、理论循环

客车空调装置蒸气压缩式制冷的工作原理、理论循环

蒸气压缩式制冷的工作原理（1）1.了解制冷剂的变化过程2.掌握蒸气压缩式制冷的工作原理3.熟悉制冷系统的基本组成及各部件的主要用途。1.汽化与冷凝物质由液态转变为气态的过程，称为汽化。汽化的方式有两种：蒸发和沸腾。无论是蒸发还是沸腾，都是吸热过程，吸收的热量称为汽化潜热。温度越高、蒸发面积越大，液面上蒸气密度越小，蒸发速度愈快；反之，则愈慢。对不同液体，蒸发速度是不同的。如水在一个大气压力下，饱和温度为100℃，汽化潜热为2258kJ/kg；而在两个大气压下饱和温度是120℃，汽化潜热为2202.2kJ/kg。而R12在一个大气压下的饱和温度是-29.8℃，汽化潜热为165.3kJ/kg；在两个大气压下的饱和温度是-12℃，汽化潜热为157.3kJ/kg。制冷常用工质R12、R22、R134a的饱和压力与饱和温度见附表3-1、3-2、3-3。3.1.1工作任务3.1.2相关配套知识

蒸气压缩式制冷的工作原理2.蒸气压缩式制冷机的工作原理制冷剂在一个封闭的系统中只消耗压缩机的压缩功就能反复地实现制冷剂由液体变成蒸气，再由蒸气变成液体的相态变化，并通过这种相变将低温处的热量转移到高温处，这就是蒸气压缩式制冷机的工作原理。蒸气压缩式制冷机主要由压缩机、冷凝器、节流装置和蒸发器四个部件组成，并用管道连接成一个封闭的循环系统，如图3-1所示。图3-1蒸气压缩式制冷工作原理图

蒸气压缩式制冷的工作原理3.制冷系统各部件的主要用途制冷压缩机是制冷循环的动力，它由原动机（如电动机）拖动而工作，它除了可以及时抽出蒸发器内蒸气，维持低温低压外，还可以通过压缩作用提高制冷剂蒸气的压力和温度，创造将制冷剂蒸气的热量向外界环境介质转移的条件，即将低温低压制冷剂蒸气压缩至高温高压状态，以便能用常温的空气或水作冷却介质来冷凝制冷剂蒸气。（1）制冷压缩机冷凝器是一个热交换设备，其作用是利用环境冷却介质如空气或水，将来自制冷压缩机的高温高压制冷剂蒸气的热量带走，使高温高压制冷剂蒸气冷却、冷凝成高压常温的制冷剂液体。（2）冷凝器高压常温的制冷剂液体不能直接送人低温低压的蒸发器。根据饱和压力与饱和温度一一对应原理，降低制冷剂液体的压力，从而降低制冷剂液体的温度。将高压常温的制冷剂液体通过降压装置——节流元件，得到低温低压制冷剂，再送人蒸发器吸热汽化。目前，蒸气压缩式制冷系统中常用的节流元件有膨胀阀和毛细管。（3）节流元件蒸发器也是一个热交换设备。节流后的低温、低压制冷剂液体在其内蒸发（沸腾）变为蒸气，吸收被冷却介质的热量，使被冷却介质温度下降，达到制冷的目的。（4）蒸发器

蒸气压缩式制冷的工作原理家用电冰箱制冷系统拓展知识家用电冰箱的制冷系统主要由压缩机、冷凝器、电磁阀、毛细管、蒸发器等组成。电冰箱的核心部件是压缩机，家用电冰箱压缩机采用全封闭式压缩机，电冰箱的制冷工作原理如下：（1）第一制冷回路A：压缩机→冷凝器→二位三通电磁阀→第一毛细管→冷藏室蒸发器→冷冻室蒸发器→压缩机。（2）第二制冷回路B：压缩机→冷凝器→二位三通电磁阀→第二毛细管→冷冻室蒸发器→压缩机。典型的压缩式电冰箱制冷系统，如图4-2所示。图4-2电冰箱制冷系统布置图（a）直冷式单门电冰箱制冷系统

（b）间冷式双门双温电冰箱制冷系统1-排气管；2-毛细管；3-吸气管；4-防露管；5-蒸发器；6-冷凝器；7-干燥过滤器；8-压缩机；9-加热板（副冷凝器）

蒸气压缩式制冷的理论循环1.了解制冷剂压焓图。2.掌握制冷循环过程。3.蒸气压缩式制冷理论循环的热力学计算。3.2.1工作任务3.2.2相关配套知识1.制冷剂压焓图（图）图3-3压焓图结构示意图

蒸气压缩式制冷的理论循环（1）过冷液体区，是指饱和液体线左边的区域。（2）过热蒸气区，是指干饱和蒸气线右边的区域。（3）湿饱和蒸气区，是指饱和液体线与干饱和蒸气线包容的区域。

在这个区域中，气态和液态的制冷剂共同存在。饱和液体线与干饱和蒸气线将图划分为三个区域：图中，还有六组等参数线为：等压（=常数）线——与横坐标并行的水平线；等比焓（=常数）线——与纵坐标轴平行的垂直线；等温（

=常数）线——在未饱和液态区近于垂直轴，在湿蒸气区，因为制冷剂的状态变化是在等压、等比熵（=常数）线——向右上方倾斜的实线；等比容（=常数）线——向右上方倾斜但比等比熵线平缓的虚线；等干度（=常数）线——仅在湿蒸气区内存在的近似平行于饱和液体线或干饱和蒸气线的线。等温下进行的，故与各温度对应的饱和压力线重合，为水平线，在过热蒸气区则弯曲向下；

R12、R22制冷剂的压焓图见附图3-1、附图3-2。

蒸气压缩式制冷的理论循环2.蒸气压缩制冷的理论循环制冷剂在循环系统中不停地流动，其状态也不断地变化，它在循环系统的每一部位的状态都是各不相同的。①制冷剂在制冷压缩机中的变化按压缩机工作原理的要求，制冷剂蒸气由蒸发器的末端进入压缩机吸气口时，应该处于饱和蒸气状态，但这是很难实现的。②制冷剂在冷凝器中的变化过热蒸气进入冷凝器后，在压力不变的条件下，先是散发出一部分热量，使制冷剂过热蒸气冷却成饱和蒸气，然后饱和蒸气在等温条件下，继续放出热量而冷凝产生了饱和液体。③制冷剂在节流元件中的变化由节流元件出口流出的制冷剂变为液体约占80％、气体约占20％（体积分数）的两相混合状态，这其中少量蒸气的产生，是由于压力下降液体膨胀而出现的闪发气体，其汽化时吸收的热量来源于制冷剂本身，与外界几乎不存在热量的交换，故称为绝热膨胀过程。④制冷剂在蒸发器中的变化以液体为主的两相混合状态的制冷剂，流人蒸发器内吸收被冷却介质的热量而不断汽化，制冷剂在等压等温条件下的不断汽化，使得液体越来越少，蒸气越来越多，直到制冷剂液体全部汽化变为饱和蒸气时，又重新流回到压缩机的吸气口，再次被压缩机吸入、压缩、排出，进入下一次循环。（1）制冷剂的变化过程

蒸气压缩式制冷的理论循环实际的制冷循环极为复杂，难以获得完全真实的全部状态参数。因此，在分析和计算单级蒸气压缩式制冷循环时，通常采用理论制冷循环。理论制冷循环是建立在以下假设基础上：①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。②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。③离开蒸发器和进入制冷压缩机的制冷剂蒸气为蒸发压力下的饱和蒸气；离开冷凝器和进入节流元件的液体为冷凝压力下的饱和液体。④除节流元件产生节流降压外，制冷剂在设备、管道内的流动没有阻力损失（压降），与外界环境没有热交换。⑤节流过程为绝热过程，即与外界不发生热交换。（2）理论制冷循环的假设条件

蒸气压缩式制冷的理论循环（3）蒸气压缩制冷的理论循环过程表示在图3-4所示的压焓图上。图3-4蒸气压缩式制冷的理论循环3.蒸气压缩式制冷理论循环的热力学计算（1）单位质量制冷量

（3-1a）

（3-1b）

蒸气压缩式制冷的理论循环

（3-2）

（2）单位容积制冷量

单位容积制冷量是指吸气状态时的每一立方米制冷剂蒸气在蒸发器所能制得的冷量。

（kJ/m3）

（3）单位理论功

（kJ/kg）

（3-3）

（4）单位冷凝热

（3-4）

根据能量平衡关系，每公斤制冷剂在冷凝器中放出的热量应等于它在蒸发器中吸收的热量与压缩机所消耗的功所转化的能量之和，同样也可求得单位冷凝热：（5）制冷系数

（3-5）

蒸气压缩式制冷的理论循环

（3-6）

（6）循环效率该循环在压焓图上的表示如图3-5所示。根据R22的热力性质表（见附表3-2），查出处于饱和线上的有关状态参数值。图3-5压焓图

蒸气压缩式制冷的理论循环

（1）单位质量制冷量。q0=h1-h4=h1-h3=401.555kJ/kg-243.114kJ/kg=158.441kJ/kg（2）单位容积制冷量。qv=q0/v1=（158.441/0.0653）kJ/m3=2426kJ/m3（3）制冷剂质量流量。qm=Q0/q0=55/158.441kg/s=0.3471kg/s（4）理论比功。w0=h2-h1=435.2kJ/kg-401.555kJ/kg=33.645kJ/kg（5）压缩机消耗的理论功率。P0=qmw0=0.3471kg