1、制冷原理3.3.ppt

1、各位同仁，早上好！,奥宇员工培训,员工技术培训,员工技术培训,制冷原理,奥宇员工技术培训之一,制冷原理,目录 一、制冷的热力学基础 二、单级蒸气压缩式制冷原理 三、多级压缩与复叠式制冷原理（简介） 四、吸收式制冷原理,制冷的热力学基础,一、制冷的热力学基础 1、热力学基本定律,（1）热力学第零定律 如果两个热力系统中的每一个都与第三个热力系统处于热平衡（温度相同），则它们彼此也必定处于热平衡。这一结论称为热力学第零定律。 热力学第零定律的重要性在于它给出了“温度”的定义和温度的测量方法。第零定律表明，一切互为热平衡的系统具有一个数值上相等的共同的宏观性质温度。温度是物体的热能指标。,制冷的热力

2、学基础,（2）热力学第一定律,制冷系统与外界的能量交换的主要形式是功和能的转换。 热力学第一定律是能量守恒和转换定律在热与功方面的转换关系：热可以转变为功，功也可以转变为热；消耗一定的功必产生一定的热，一定的热消失时，也必产生一定的功。即在任何发生能量转换的热力过程中，转换前后能量的总量不变。 热力学第一定律确定了态函数“内能”和“焓”，且表明一个实际过程发生后，能量总值是保持不变的,制冷的热力学基础,（3）热力学第二定律,热力学第二定律可表述为：热量能自动从高温物体向低温物体转移，但热量不可能自发地、不付代价地从低温物体向高温物体转移，这就是热量转移的不可逆性。 也就是说，在自然条件下，要使

3、热传递方向倒转过来，只有靠消耗功来实现。因此，实现人工制冷必须消耗一定的能量。 热力学第二定律也确定了一个态函数“熵”，并表明在一个不可逆过程中，系统的熵值总是增加的。 （4）热力学第三定律 不可能利用有限的手段把任何物体冷却到绝对温度的零度。,制冷的热力学基础,制冷：利用人工的方法，将某物体或某空间的温度降到低于周围环境的温度，并使之维持这一低温的过程。 实质：将热量从被冷却对象中转移到环境中去。从被冷却物体转移的热量习惯上称为冷量。,2、制冷的概念,制冷机：实现制冷所需的设备。 特点：必须消耗能量，如电能、机械能、热能等。,制冷的热力学基础,制冷分类：按照制冷温度高低，分为三类： 普通制冷

4、：T -120 ,空调制冷属于普通制冷。 深度制冷：-120 T -253 。 超低温制冷：T -253 。,制冷剂：制冷机内参与热力过程变化（能量转换和热量转移）的内部循环流动的工作介质。常用的制冷剂都是低沸点的物质，如氨（R717）、氟里昂R11、R12、R22、R134a、R123等. 制冷循环：在制冷机中，制冷剂周而复始地吸热、放热的流动循环。,制冷的热力学基础,制冷方法： 液体气化制冷：利用液体在低温下 的蒸发吸热原理，如蒸气压缩式制 冷、蒸气喷射式制冷、吸收式制冷 等。 气体膨胀制冷：高压气体经绝热膨 胀可使其压力、温度下 降，利用降 温后的气体来吸取被冷却对象的热 量即可实现制冷

5、。,制冷的热力学基础, 气体涡流制冷：高压气体经涡流管膨胀后可分离为冷、热两 股气流，利用冷气流的吸热即可制冷。, 热电制冷：利用某种半导体材料的热电效应（帕尔帖效应 ）制冷。使直流电通过半导体热电堆， 即可在一端产生冷效应，在另一端产生热效应。,制冷的热力学基础,3、物质的“相变”原理,物质是有质量和体积的物体，它以固态、液态、气态三种状态中的任何一态存在于自然界中，随着外部条件的不同，三态之间可以相互转化，称为相变。 空调制冷的基本原理就是利用了制冷剂的相变气化和液化。,制冷的热力学基础,制冷剂在一定压力、一定温度下，液态与气态相互转变： 气化：即蒸发，是制冷剂由液态转变成气态的过程，气化

6、要从周 围吸取热量，称为蒸发吸热。 液化： 即冷凝，是制冷剂蒸气由气态转变成液态的过程，液化 要向周围释放热量，称为冷凝放热。 制冷剂在相变过程中总是伴随着吸热或放热现象，这种形式的热 量称为潜热，即气化潜热和液化潜热。 沸腾： 在一定的温度（沸点）下，液体内部和表面同时发生剧烈 的气化过程。这时，液体内部形成许多小气泡上升至液面，迅速 气化并吸收周围介质的热量。 在制冷技术中，习惯上把制冷剂液体的沸腾称为蒸发，所以该换 热器叫做蒸发器。,制冷的热力学基础,液体的沸腾温度（沸点）随液体所处的压力而变化。压力越低液体的饱和温度也越低。例如： 在标准大气压条件（760 mmHg）下，水要达到100

7、才沸腾蒸发。而在低于大气压力（即真空）环境下，水的沸点会降低。如果在密封的容器里创造低压条件，如绝对压力为7.01 mmHg时,水的沸点温度为6；而当绝对压力为6 mmHg时,水的沸点温度只有4。 1Kg液态 R22 在 0.64MPa 压力时的沸腾温度为 8，吸热量为 198.695 KJ/Kg；在 0.584Mpa 压力时的沸腾温度为 5，吸热量（制冷量）为 201.246 KJ/Kg。 不同液体的沸腾温度与压力、吸热量也各不相同。因此，只要根据制冷所用制冷剂液体的热力性质，并创造一定的压力条件，就可获得所要求的沸腾温度。,制冷的热力学基础,4、传热概念 传热：两个有温差的物体之间的相互交

8、换热量的现象。当不同温度的物体相互接触时，热量便会由温度高的物体向温度低的物体传递，冷量便会由温度低的物体向温度高的物体传递，直至双方温度一致，即达到热平衡。 根据传热机理的不同，传热的基本方式有三种： 传导传热：又称导热，必须冷、热物体直接接触； 对流传热：仅发生在相互传热的流体之间； 辐射传热：无需冷、热物体直接接触。 中央空调工程上，往往不是单纯的对流传热或导热，而是对流和导热的联合传热。 除冷却塔是直接接触传热以外，很多情况下进行热量交换的冷、热流体常常有间壁隔开，例如蒸发器、冷凝器、板式换热器、末端换热器中的传热都是如此。,制冷的热力学基础,两流体通过间壁传热,传热过程： 热量从换热

9、器间壁一侧的流体穿过壁面传到另一侧流体中去的过程。 总传热方程式：,即传热过程的热流量Q与冷热流体的温差成正比，与传热系数k、传热面积A成正比。 传热系数k： 换热设备的重要参数，是进行传热计算的依据。k的大小取决于流体的物性、传热过程的条件及换热器类型等，通常由实验测定或取经验数据。 末端换热器的传热： 冷冻水（冷流体）温度升高，而室内空气流（热流体）温度降低。,末端换热器的传热,制冷的热力学基础,蒸发器中的传热： 制冷剂（冷流体）的温度不变，冷冻水（热流体）温度降低。 冷凝器中的传热： 制冷剂（热流体）的温度不变，冷却水（冷流体）温度升高。 冷却塔中的传热： 冷却水（热流体）温度降低，而室

10、外空气流（冷流体）温度升高。,蒸发器中的传热,冷凝器中的传热,冷却塔中的传热,制冷的热力学基础,5、焓的概念,压缩功：气体被压缩时，其比体积V减少，外力对气体做功。 膨胀功：当气缸内压强p大于大气压强时，气体膨胀使比体积增大，气体对外界做功。 热力学中规定： 膨胀功为正功；压缩功为负功。,等压过程Pv图,制冷的热力学基础,焓：气体内能和推动功的和。常用 h 表示。 式中： 压强，Pa/ m2 比体积，m3/kg 焓值不能直接测量，只能用其相对值，制冷工程中一般人为地假定0饱和液体的焓值为 500 kJ/kg 或 2000 kJ/kg，于是各种状态下的焓值便可确定。,内能：当施加外力对气体压缩时

11、，它从外界得到一定的压缩功，由热力学第一定律可知，外界能量输入，它不会自行消失，一定贮存在气体内部。这种贮存在气体内部的能量称为内能。内能是分子动能和势能的总和，用u表示，但它不能直接测量。,制冷的热力学基础,理论制冷循环的压焓（p-h）图,pk冷凝压力 P0蒸发压力 q0制冷量 W0压缩功,制冷的热力学基础,6、熵的概念,熵：是表征工质状态变化时，与外界换热程度的热力状态参数。熵用 S 表示，单位为 kJ /（kgK）。 与焓值一样，熵的绝对值也无法测定，只需了解工质状态变化时熵的变化情况，即用其相对值。 1 kg工质在等温加热过程中，从外界吸收热量q，加热时的温度为 T（绝对温度），加热前

12、后的熵分别为 S1、S2，对于理想过程可得： 即工质的热量变化值除以工质的温度所得的商。,制冷的热力学基础,当 S2 S1时，q0，表示工质从外界吸收热量。 当 S2 S1时，q0，表示工质对外界放热。 当 S2 = S1时，q = 0，表示等熵过程。 显然，对于制冷剂的理想绝热过程来说，是一个等熵过程。 对不可逆过程，系统的熵总是增加的，即 S2 S1 。这个规律叫做熵增加原理。 系统与外界交换物质或能量，将引起系统熵变，熵可正可负。例如，液态制冷剂蒸发过程中从外界吸收热量，引起系统熵增；气态制冷剂冷凝过程中向外界放出热量，引起系统熵减。,制冷的热力学基础,温熵图（TS 图）, 一点：临界点

13、； 二线：下界线、上界线； 三区域：过冷液体区、湿蒸气 区、过热蒸气区； 五状态：过冷液体、饱和液体、 湿蒸气、干饱和蒸气、过热蒸 气。 TS 图中的任何一点都代表工质的某种状态。,1-2为绝热等熵压缩过程，从1吸入干饱和蒸气，排出过热蒸气，排出压力为Pk，2-3为冷凝器里的等温冷凝过程，3-4为节流阀中的等熵节流膨胀过程，4 -1为蒸发器中的等温气化过程。,制冷的热力学基础,R12 的TS 图, 1-1 为液体加热阶段，点1为饱和液体； 1- 1为等温气化阶段，1为干饱和蒸气； 1-1为蒸气过热阶段，点1为过热蒸气。 当压力提高后（如 P2、 P3），饱和温度升 高，即液体的沸点提高，使汽化

14、过程缩短。,1- 1 - 1- 1 为压力 P1下的气化过程线，包括三个阶段：,制冷的热力学基础,（1）卡诺循环 1824年，法国青年工程师卡诺，提出了一种理想热机（即将热能转换为机械功的装置），称为卡诺热机，其循环称为热机循环或卡诺循环将热能转化为机械功的循环。,7、制冷循环,在温熵图上或压焓图上，循环的各个过程都是按顺时针方向依次进行的，因此称为正向热力循环。 12等温膨胀：系统从环境吸热； 23绝热膨胀：系统对环境做功； 34等温压缩：系统向环境放热； 41绝热压缩：环境对系统做功。,制冷的热力学基础,只与两个热源的温度有关，如果高温热源 T1 越高，低温热源 T2 越低，则越高。因为不

15、能获得T1或T20 K（-273），所以， 必定小于1。 提高热机的效率 ，应努力提高 T1和降低 T2 。低温热源T2通常是周围环境，降低T2难度大、成本高，是不足取的办法。所以，现代热电厂的锅炉都尽量提高水蒸气的温度T1，使用过热蒸汽去推动汽轮机，正是基于这个道理。,热机从一热源吸取了热量Q，只能把其中一部分能量转变成机械功 W。热机输出的功与吸取的热量之比，称为热效率,即卡诺循环的效率。 总是小于1，因为热量 Q 中的一部分（QW）不能被利用，而要排放到周围环境中去。,制冷的热力学基础,逆卡诺循环是一种消耗机械功的循环，在温熵图上或压焓图上，循环的各个过程都是依次逆时针方向变化的。逆卡诺

16、循环为热量的逆向转移（即制冷）提供了一种可行的方法，称为制冷循环。,（2）逆卡诺循环,逆卡诺循环是一种理想循环： 两个恒温热源 两个等温过程 两个等熵过程,制冷的热力学基础,逆卡诺循环结果： 从被冷却对象吸热 q0 向冷却介质放热 qk 循环净耗功 W0 W1 W2 qk q0,逆卡诺循环是一种理想循环，难以实现。,制冷的热力学基础, 循环在湿蒸气区内进行，属于湿压缩，湿蒸气进入压缩机气缸内， 冷的湿蒸气与热的气缸壁进行强烈热交换，将使压缩机效率大大降 低；且大量的液态制冷剂进入气缸，容易引起“液击”现象，使压 缩机发生故障。, 等温传热制冷循环，不现实: 蒸发器无传热温差 压缩机无摩擦损耗

17、冷凝器无传热温差； 膨胀机难以加工。 制冷剂与热源之间的热交换在无限小的温差下进行，就需要热交换器的传热面积无限大，这在实际情况下是不现实的。,循环在湿蒸气区内进行,制冷的热力学基础,不等温传热制冷循环: 实际上，制冷剂与周围介质和被冷却对象之间总是存在着一定温差的，即有传热温差制冷循环。 逆卡诺循环 1 2 3 4 1；有传热温差循环 1 2 3 4 1 耗功量增加：等于两个阴影面积； 制冷量减少：等于阴影1 144。 可见，有传热温差制冷循环的制冷系数小于逆卡诺循环的制冷系统。,制冷的热力学基础,8、 制冷机、热泵和联合机,制冷是把低温热源中的热量转移到高温热源去的过程。 根据热源温度的不

18、同，实现这种热量转移的设备可以用制冷机，热泵及同时制冷和制热的联合机。 制冷机：将具有较低温度的被冷却物体的热量转移给环境介质，从而获得冷量的设备。,利用制冷机转移热量实现制冷,制冷的热力学基础,逆向循环不仅可以用来制冷，还可以把热能释放给某物体或空间，使其温度升高，即制热。这一用途的逆向循环系统称为热泵。 热泵是一种利用人工技术将低温热能转换为高温热能而达到供热效果的装置。热泵从本质上来说是一种热回收装置，它从低温热源吸取热能，然后转换为较高温度的热能，释放到需要热能的地方去。,利用热泵转移热量实现制热,制冷的热力学基础,热泵的构成与压缩式制冷机相同，主要由压缩机、蒸发器、冷凝器和膨胀节流阀

19、组成。 热泵与压缩式制冷机在热力学原理上是完全相同的，它们的区别主要有两点：一是 两者的目的不同；二是两者的工作温区不同。,热泵是一种能实现蒸发器与冷凝器功能转换的制冷机，既可用作供热采暖设备，又可用作制冷降温设备。冬季可用之制热，夏季可用之制冷，从而达到一机两用的目的。,制冷的热力学基础,热泵的两种工况：,热泵的夏季制冷工况,热泵的冬季制热工况,制冷的热力学基础,联合机：即制冷机+热泵，利用联合机转移热量可同时实现制冷和制热。其目的是在为一个环境提供冷量的同时为另一个环境提供热量，将从被冷却对象吸取的热量，不用排放到环境介质中去，而直接转移到需要热量的加热对象中去，从而提高了系统的效率。,可

20、见，完成热量转移有三个主要环节：吸热、放热和工质循环。吸热和放热是传热学和制冷设备研究的对象；工质循环是热力学和制冷循环研究的对象。,利用联合机转移热量，同时实现制冷和制热,单级蒸气压缩式制冷原理,二、单级蒸气压缩式制冷原理,大多数商用空调系统是基于制冷剂蒸汽压缩循环。蒸气压缩式制冷循环，有单级、多级、复叠式循环等。在各种蒸气制冷机中，单级压缩制冷机应用最广，约占制冷机总数的75%以上。,1、单级蒸气压缩制冷的理论循环,理论循环基于以下假设： 制冷剂流动无阻力，也无泄漏； 压缩机进行干压行程，吸气时制冷剂状态为干饱和蒸气； 制冷剂节流前无过冷，为等焓节流； 压缩过程不存在任何损失，为等熵过程；

21、 除蒸发器和冷凝器外，系统均在绝热条件下工作。,单级蒸气压缩式制冷原理,（1）单级蒸气压缩制冷机的组成 对完成制冷循环来说，单级蒸气压缩式制冷机主要由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器四大部件组成，并用管道连接成一个封闭的系统。 压缩机： 压缩和输送制冷蒸气，并造成蒸发器中低压和冷凝器中 高压，是整个制冷系统的“心脏”。 冷凝器：输出热量的设备，将制冷剂在蒸发器中吸收的热量和压 缩机消耗或所转化的热量，排放给冷却介质。 节流阀：对制冷剂起节流降压作用，并调节进入蒸发器中的制冷 剂流量。 蒸发器：输出冷量（吸收热量）的设备，制冷剂在蒸发器中吸收 被冷却对象的热量，从而达到制冷的目的。,单级蒸气压缩式

22、制冷原理,1低温低压气体 2高温高压气体 3高温高压液体 4低温低压液体,（2）单级压缩制冷机的工作过程四个热力过程, 蒸发过程：制冷剂液体在低压（低温）下吸热蒸发，成为低压蒸气。 压缩过程：压缩机将该低压蒸气压缩成高压（高温）蒸气。 冷凝过程：高压蒸气在冷凝器中放热冷凝，成为高压液体。 节流过程：高压液体经节流阀节流降压，重新变成低压液体。,单级蒸气压缩式制冷原理,（3）与逆卡诺循环的区别 干压缩代替湿压缩 实际的蒸气压缩制冷机都在干压缩 行程下运行，压缩机吸气状态为干 饱和蒸气。为保证干蒸气进入压缩 机，一般在节流阀与蒸发器之间加 装一个液体分离器。 节流阀代替膨胀机 液体膨胀机制造比较复

23、杂，且液体 的膨胀功又很小，因此一般采用结 构简单的节流阀代替结构复杂的膨 胀机，但会造成节流损失。 有温差传热代替无温差传热 T0 = TL- T0 ; Tk = Tk Th,单级蒸气压缩式制冷原理,（4）单级蒸气压缩制冷的特点： 制冷设备需组成一个封闭系统，制冷剂在其中循环流动，并 在一次循环中要连续发生两次相变（一次蒸发、一次冷凝）。 实现制冷循环的推动力来自压缩机，在它同节流机构的配合 下，将制冷系统分为低压和高压两个部分。在低压部分中， 通过蒸发器向被冷却物体吸热；在高压部分中，通过冷凝器 向环境介质放热。 制冷剂蒸汽只经一次压缩，从蒸发 压力P0压缩到冷凝压力Pk。,（5）单级蒸气

24、压缩制冷的压焓图 压焓图的作用： 表示热力过程 确定状态参数；分析能量变化,蒸气压缩制冷理论循环 P-h 图,单级蒸气压缩式制冷原理,（6）单级蒸气压缩制冷的热力计算, 单位质量制冷量 q0：1kg 制冷剂在蒸发器中从被冷却对象所吸 取的热量（即制取的冷量）。 q0 h1-h4 (kJ/kg) 单位容积制冷量 qV：制冷压缩机每吸入1m3制冷剂（按吸气状 态计算）蒸气，在蒸发器中所产生的制冷量。 qV q0 / v1 = (h1-h4)/v1 （kJ/m3） 单位质量压缩功W0： 制冷循环中，压缩机每输送1kg 制冷剂所 消耗的压缩功。 W0 h2-h1 (kJ/kg),单级蒸气压缩式制冷原理

25、, 单位质量冷凝负荷qk：1kg 制冷剂蒸气在冷凝器中冷却和冷凝 过程中所放出的热量。 qk h2-h3 (kJ/kg) qk qo+W0 制冷系数 0：制冷循环的q0与W0之比。 0 q0 / W0 (h1-h4) / (h2-h1) 制冷剂质量流量 G：单位时间压缩机所吸入的制冷剂蒸气质量。 G Q0/q0 (kg/h 或 kg/s) 式中 Q0单位时间制冷机所制取的冷量， (kJ/h)。,单级蒸气压缩式制冷原理, 制冷剂蒸气容积流量 Vs：单位时间压缩机所吸入的制冷剂蒸气 容积。 Vs GV1 （m3/s） 压缩机所需理论功率N0：即绝热功率。 N0 GW0 （kW） 热力完善度：工作于

26、相同温度间的实际制冷循环的制冷系数 与逆卡诺循环制冷系数的比值。 0 / k 热力完善度是用来表示实际制冷循环接近逆卡诺循环的程度。,单级蒸气压缩式制冷原理,（1）实际制冷循环的特点 压缩过程并非等熵绝热过程，存在流动阻力、热量交换、机械摩 擦、工质泄漏和气缸余隙容积，使输气量减小，消耗功率增大； 制冷剂同外界的热交换是在有温差条件下进行，存在传热温差； 节流过程不是完全绝热，节流后焓值有所增加，存在节流损失； 制冷剂流经管道时，因有阻力和热交换，压力要降低，温度要变 化，存在流动损失； 冷凝器中存在不凝性气体，造成冷凝压力增大、压缩功耗增加， 制冷系数下降。 因此，制冷机的实际循环比理论循环

27、要复杂得多，而且制冷系数 远低于理论循环的制冷系数。,2、单级蒸气压缩制冷的实际循环,单级蒸气压缩式制冷原理,（2）改善实际制冷循环的热力措施 液体过冷 基本概念 液体过冷：制冷剂液体的温度低于其压力所对应的饱和液体温 度（冷凝温度），称为液体过冷。这种液体称为过冷液体。 过冷度：液体过冷温度与其压力所对应的饱和液体温度之差。 过冷循环：具有液体过冷的制冷循环，称为过冷循环。 实现方法 冷凝器后加装过冷器； 适当增大冷凝器面积； 设置回热器，采用回热循环。,单级蒸气压缩式制冷原理,单级蒸气压缩式制冷原理,结论：液体过冷对循环是有利的，但需增加一个过冷器，还需消耗深井水，投资大，运行费用高，一般

28、只适用于蒸发温度低于-50时。 蒸气过热 基本概念 蒸气过热：制冷剂蒸气的温度高于其压力对应的饱和温度（蒸发 温度）。 过热度：蒸气过热后的温度与同压力下饱和温度的差值。 过热循环：具有蒸气过热的循环。 有效过热：过热所吸收热量来自于被冷却对象，产生有用的制冷 效果。 无效过热：过热所吸收热量来自于被冷却对象以外（如蒸气流经 压缩机吸气管道时吸收的周围热量），无制冷效果。,单级蒸气压缩式制冷原理, 实现方法 蒸发器面积增大产生的过热，称蒸发器内过热（有效过热）； 压缩机吸气管漏热导致的过热，称管道内过热（无效过热）； 设置回热器吸收制冷剂液体热量而产生的过热，称回热器内 过热（无效过热，但伴随

29、有液体过冷）。,单级蒸气压缩式制冷原理, 热力分析 1 2 3 4 1为基本循环； 1 1 2 2 3 4 1为有过热的循环。 1 1 吸入蒸气的过热过程； 1 2 过热蒸气的压缩过程； 过热度：T 单位质量制冷量不变： q0 = h1- h4 单位质量压缩功增大： W0 = h2- h1 单位质量冷凝负荷增大：qk= h2- h4,结论：无效过热应尽量设法减小；有效过热是否对循环有益与制冷剂种类有关：氨制冷系数稍有降低；R22制冷系数无变化；R12和 R502 制冷系数略有提高。,单级蒸气压缩式制冷原理,虽然蒸气过热对制冷有不利影响，但在制冷循环中仍希望有适量的 过热度，以改善制冷循环性能和

30、压缩机的安全运行。因为过热： 可避免制冷剂液体进入压缩机而造成“液击”现象； 蒸发器内适当的有效过热，可增大循环的有效制冷量； 可减小蒸气与气缸壁的温差，从而减小传热造成的压缩损失； 可防止蒸气温度过低造成压缩机外结霜，从而改变润滑条件； 对往复式压缩机的容积效率有所改善。 回热循环 在压缩机吸入管道侧安装一个回热器，令节流前的液体同吸入前的蒸气进行热交换，同时达到实现液体过冷和吸气过热的目的，这就是回热循环。,单级蒸气压缩式制冷原理, 回热循环 冷凝后的制冷剂液体与蒸发后的制冷剂蒸气进行热交换，实现液体过冷和蒸气过热的制冷循环。,回热循环的P-h 图,回热循环的T-S 图,单级蒸气压缩式制冷

31、原理, 热力分析 1 1和 3 3为回热过程。 单位质量制冷量增大，因回热循环使制冷剂液体过冷； 单位质量压缩功增大，因回热后，压缩机吸气过热； 单位质量冷凝负荷增加； 回热循环不一定提高制冷系数。 回热循环的优点 循环的单位质量制冷量增大，当制冷量给定时，制冷剂的循环流量G可以减小； 吸入蒸气的温度提高了，可减少蒸气在吸气管中的有害过热； 吸入蒸气与气缸壁之间热交换的温差减小，既改善了压缩机低温 下工作的润滑条件，又提高了输气系数。,单级蒸气压缩式制冷原理,（3）实际循环的热力计算 工作参数的确定 蒸发温度 T0：即制冷剂在蒸发器中气化时的温度。它由被冷却 对象的温度TL及传热温差确定，而传

32、热温差与所用的冷媒有关。 以空气为冷媒时： T0 TL（810） 以水为冷媒时： T0 TL（46） 冷凝温度 Tk： 即制冷剂在冷凝器中液化的温度。它由冷却介质 的温度Th及传热温差确定，也与冷凝器形式（水冷或气冷）有关。 以空气为冷却介质时： Tk Th +（1315） 以水为冷却介质时： Tk Th +（57）,单级蒸气压缩式制冷原理, 压缩机吸气温度 T1： 即进入制冷压缩机的温度，它取决于回热的过热度。 氨： T1 T0 +（58）； 氟利昂：T1 15。 过冷温度： 制冷剂过冷度取决于冷却介质的温度与过冷器的传热温差。对于 用水作冷却介质的过冷器 T3 Tk（35）,单级蒸气压缩式

33、制冷原理, 实际循环的温熵图与压焓图,（4）影响制冷循环性能的因素 实际制冷循环中，由于外部条件变化，其蒸发温度和冷凝温度不可能始终保持恒定，而是变化的，从而对制冷循环性能产生影响。,实际循环的P-h 图,实际循环的T-S 图,单级蒸气压缩式制冷原理,Tk 变化时循环特性的改变,制冷机的压缩比 pk / p0 增大。制冷量减小，压缩功增大，制冷系数降低。当Tk降低时，变化情况相反。因此，在制冷机的运行中，宜适当保持低的冷凝温度。,单级蒸气压缩式制冷原理,可见，当蒸发温度降低时，蒸发压力降低，制冷机的压缩比 pk / p0增大，制冷机的制冷量减小，制冷系数降低。当T0升高时，变化情况则相反。故在

34、制冷机运行中，在满足制冷工艺要求的前提下，宜适当保持高的蒸发温度。,T0 变化时循环特性的改变,单级蒸气压缩式制冷原理,蒸发温度T0变化时，压缩比（pk/p0 ）会发生变化，压缩机的轴功率No是增大还是减小，是一个比较复杂的问题，它同制冷机的工作温度和压力有关。热力学分析和实践表明，对于各种制冷剂，大约是压缩比pk/p0 = 2.53 时，压缩机的轴功率达最大值。,压缩机轴功率No与蒸发温度T0的关系示意图,单级蒸气压缩式制冷原理,3、蒸气压缩式制冷设备 压缩式制冷机的种类：,单级蒸气压缩式制冷原理, 活塞式压缩机 活塞式压缩机结构紧凑、外形美观、配件齐全、制冷系统流程简单、安装调试简捷、占地

35、面积小、操作管理方便。但制冷量较小（100 KW），部件易磨损，吸气阀与排气阀的阀片寿命较短。 活塞式压缩机如下图,单级蒸气压缩式制冷原理,活塞式压缩机工作循环分为四个过程：,活塞式冷水机组的种类： 活塞式多机头冷水机组 风冷式活塞冷水机组 活塞式模块化冷水机组 风冷式活塞热泵机组,单级蒸气压缩式制冷原理, 螺杆式压缩机 螺杆式压缩机是大中型制冷设备，它的输入功率范围101000kW。 它依靠两个运动部件阳阴转子或螺杆与星轮的旋转运动来压缩 制冷剂气体的。螺杆式制冷机具有结构紧凑、体积小、重量轻、易 损件少、占地面积小、操作维护方便、运行平衡等优点，从而获得 了广泛的应用。但噪声较大。 螺杆式

36、压缩机以喷射大量的油来保持其良好的性能，因此，在机组 中除主机螺杆式压缩机以外，还有辅机油分离器、油过滤 器、液压泵、油冷却器、油分配器等。,单级蒸气压缩式制冷原理,螺杆式压缩机组循环系统如下图：,单级蒸气压缩式制冷原理,螺杆式压缩机类型 单螺杆式压缩机 单螺杆式压缩机又称蜗杆式压缩机，是将一个螺杆和星轮装于铸铁机壳内组成压缩机。, 双螺杆式压缩机 双螺杆式压缩机是一种能量可调式喷油压缩机，它的吸气、压缩、排气三个连续过程是通过一对相互啮合的阴阳转子旋转时产生周期性的容积变化实现的。,单级蒸气压缩式制冷原理, 离心式制冷压缩机 离心式制冷压缩机是一种速度型压缩机。离心式制冷压缩机是借 助叶轮旋

37、转运动产生的离心力来压缩制冷剂气体的。 离心式压缩机由于是连续运转，就可通过提高转速增大对制冷剂 气体的压缩，所以制冷量较大，Q1000 KW的机组多用离心式 冷水机组。 离心式冷水机组的特点： 单机制冷量大，制冷量在580 2800 KW； 结构紧凑，重量轻，尺寸小，因而占地面积小； 没有气阀、填料、活塞环等易损件，因而工作可靠； 运转平稳，振动小，噪声低；,单级蒸气压缩式制冷原理, 性能系数高； 调节方便； 易于实现多级压缩和节流。 离心式制冷机的缺点： 单级压缩机在低负荷时易发生喘振； 运行工况偏离设计工况时，效率下 降较快，变工况适应能力不强； 材料强度、加工精度要求较高； 制冷量随蒸

38、发温度降低而减少快， 随转数降低而急剧下降。,多级压缩与复叠式制冷原理,1、单级蒸气压缩制冷的局限性 单级压缩制冷时， 冷凝温度Tk取决于环境温度、冷却介质温度； 蒸发温度T0取决于用户要求（制冷系统用途）； 蒸发温度T0降低，蒸发压力p0 降低，压缩比 pk/p0 增大。 压缩比增大，会导致： 压缩机的输气系数下降； 压缩机排气温度升高，润滑条件恶化； 功耗增大 ，制冷量下降，制冷系数降低。 因此，单级压缩制冷，氨制冷系统：pk/p0 8， 最低T0 25 ；氟利昂制冷系统： pk/p0 10， 最低T0 37 。,三、多级压缩与复叠式制冷原理（简介）,多级压缩与复叠式制冷原理,采用多级蒸气

39、压缩制冷循环，可以避免或减少单级压缩由于压缩比过大所引起的一系列不利因素，改善制冷压缩机的工作条件，从而提高制冷效率，降低功耗。但在实际工程中，若级数过多，系统复杂，设备费用增加，所以现代制冷机常用两级制冷循环。 2、两级蒸气压缩制冷循环 （1）两级蒸气压缩制冷循环的基本形式 两级蒸气压缩制冷，按照节流次数和中间冷却方式不同有各种形式： 一次节流中间完全冷却； 一次节流中间不完全冷却； 一次节流中间完全不冷却； 二次节流中间完全冷却 ； 二次节流中间不完全冷却。,多级压缩与复叠式制冷原理, 一次节流：将制冷剂液体由冷凝压力pk直接节流至蒸发压力 p0， 由于压差大且调节方便， 故应用广泛。 二

40、次节流；将制冷剂液体由冷凝压力pk先节流到中间压力 pm， 然后再节流至蒸发压力p0，实际工程应用并不多。 （2）一次节流中间完全冷却两级压缩循环,多级压缩与复叠式制冷原理,两级压缩的工作过程： P0 压缩到 Pm； 经过中间冷却器冷却； Pm 压缩到 Pk。 3、复叠式蒸气压缩制冷 （1）采用复叠式压缩的原因 双级压缩制冷的局限性： 双级压缩制冷的制冷温度，受中温 制冷剂凝固点的限制不能太低；而低温制冷剂在常温下又无法 冷凝成液体。因此，当需要获取60以下的低温时，双级压 缩制冷难以实现 。 解决的办法：采用两台不同制冷剂的制冷装置联合运行，使中 温制冷剂循环为低温制冷剂循环提供冷源，降低其

41、冷凝温度和 压力，即为复叠式压缩制冷。,多级压缩与复叠式制冷原理,（2）复叠式制冷循环的构成 复叠式制冷系统通常由两个采用不同制冷剂的单级制冷循环组成，分别称为高温级及低温级部分，之间用冷凝蒸发器（它既是高温部分的蒸发器，又是低温部分的冷凝器）联系起来。 高温部分：采用中温制冷剂，其蒸发器为低温部分冷凝器中的 制冷剂提供冷凝服务。 低温部分：采用低温制冷剂，其蒸发器为被冷却对象提供制冷。,多级压缩与复叠式制冷原理,几种蒸气压缩式制冷方式的比较,吸收式制冷原理,四、吸收式制冷原理,1、吸收式制冷的概念 吸收式制冷是利用溶液（工质对）在一定条件下能析出低沸点组分蒸气，而在另一种条件下又能吸收低沸点

42、组分蒸气的特性来完成制冷循环。 目前，吸收式制冷机多用二元溶液，习惯上称低沸点组分为制冷剂；称高沸点组分为吸收剂，二者组成二元工质对。 获得广泛应用的工质对，只有氨水和溴化锂水溶液，前者用于低温系统，后者用于空调系统。 溴化锂水溶液是一种吸水性极强的物质，在常温和低温下能强烈地吸收周围的水蒸气，而在高温下又能将其吸收的水分释放出来。,吸收式制冷原理,2、吸收式制冷机的构成 溴化锂吸收式制冷机都有四大热交换装置： 发生器：输出高压制冷剂蒸气； 冷凝器：制冷剂水蒸气液化成水； 蒸发器：制冷剂水气化生成水蒸气； 吸收器：吸收低压制冷剂蒸气； 发生器和冷凝器为高压侧；蒸发器与吸收器为低压侧，二者之间压差仅 6.58 kpa，因此，通常采用U形管或节流短管代替节流阀，就可以控制住压力平衡。,溴化锂吸收式制冷机的构成示意图,吸收式制冷原理,3、吸收式制冷循环的四个主要过程 发生过程 吸收剂