【文章內容簡介】 壓焓圖。 2. 蒸汽壓縮式制冷循環(huán)在 lgph 圖上的表示 11 上圖為蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)在 lgp 圖的表示。 點 1：制冷劑蒸汽進入壓縮機狀態(tài)。若已知蒸發(fā)溫度 T0，便可知蒸發(fā)壓力 p0，據(jù)等壓線p0 與 x=1 的等干度線相交得出點 1； 點 2：為制冷劑出壓縮機的狀態(tài)，即進入冷凝器狀態(tài)，過程 12 為絕熱壓縮， s1=s2，沿點 1 的等熵線與 pk=C 的等壓線交點即得； 點 3`：制冷劑在冷凝器中凝結為飽和液體的狀態(tài)點，它由 pk=C 等壓線與 x=0 下界線相交可得； 點 3：制冷劑液體過冷狀態(tài)。液體在過冷中壓力不變，低于冷凝溫度，將 pk=C 與 trc=C過冷溫度相交得點 3； 點 4：制冷劑出節(jié)流閥狀態(tài)，即進入蒸發(fā)器狀態(tài)，節(jié)流前后 h 不變，而壓力降到 p0，溫度為蒸發(fā)溫度 T0，由點 3 作 h=C 等熗線與 t0＝ C 等溫線相交得點 4。 4—1 是制冷劑在蒸發(fā)器中氣化吸熱，即制冷 過程。 總之： 1） 1—2：絕熱壓縮過程，單位質量制冷劑消耗功 wc=h2h1 kJ/kg； 2） 2—3：制冷劑在冷凝器中定壓放熱過程，其中 2—2`放出過熱量， 2`—3`放出汽化潛熱， 3`—3 再冷卻放熱。制冷劑放熱量： qk=h2h3 kJ/kg。 3） 3—4：節(jié)流過程， h 不變； 4） 4—1：制冷劑在蒸發(fā)器在定壓吸熱（制冷）過程。制冷量： q0=h1h4 kJ/kg。 二、蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計算 計算蒸汽壓縮制冷理論循環(huán)時，首先需要確定循環(huán)的工作參數(shù)（即工況，通常為蒸發(fā)溫度 t0、冷凝溫度 tk、液態(tài) 制冷劑再冷度和壓縮機的吸氣溫度 t1），根據(jù)工況便能在 lgph 圖上確定各有關狀態(tài)點的參數(shù)值，進而畫出循環(huán)過程。蒸發(fā)溫度和冷凝溫度的確定將在第四章中講述，再冷度一般為 3～ 5℃，氨壓縮機吸氣的過熱度一般為 5～ 8℃，氟利昂壓縮機采用回熱時，吸氣溫度約為 15℃。制冷循環(huán)的 熱力計算 就是根據(jù)這些已知條件，求出各狀態(tài)點的狀態(tài)參數(shù)，然后計算下列數(shù)值： 1．單位質量制冷能力 ： q0=h1h4 單位容積制冷能力：14110 v hhvqqv ??? 12 v1—— 壓縮機入口氣態(tài)制冷劑的比容， m3/kg qv—— 表 示吸入 1m3 制冷劑所產生的冷量 2. 制冷劑質量流量 MR和體積流量 VR 00qMR ?? kg/s vRR qvMV01 ??? m3/s φ 0—— 制冷量， kJ/s 或 kW 3. 冷凝器的熱負荷 φ k＝ MR(h2h3)] 4. 壓縮機理論耗功率 Pth Pth=MR(h2h1) 5. 理論制冷系數(shù) εth： εth＝ q0/wc=Φ 0/Pth=(h1h4)/(h2h1) 蒸汽壓縮制冷的實際循環(huán) 一、實際循環(huán)與理論循環(huán) 的主要差別 前面所述的是蒸汽壓縮式制冷的理論循環(huán)，但實際循環(huán)和理論循環(huán)又有不少差別，表現(xiàn)在理論循環(huán)忽略了： 1. 在壓縮過程中： ①氣體內部及氣體與氣缸壁之間的摩擦；②氣體與外部的熱交換。 2. 制冷劑進入吸氣閥和排出時經排氣閥有節(jié)流損失； 3. 制冷劑通過管道、冷凝器、蒸發(fā)器等設備時，制冷劑與管壁、器壁之間摩擦以及外部熱交換。 二、實際循環(huán) 圖中過程線 12341 所組成的循環(huán)是蒸發(fā)壓力為 p0，冷凝壓力為 pk 時，蒸汽壓縮制冷的理論循環(huán)。如果蒸發(fā)器入口制冷劑的壓力仍為 p0，冷凝器出口制冷劑的狀態(tài)仍為 點 3，考慮了上述三方面的影響后，采用活塞式壓縮機時，蒸汽壓縮式制冷的實際循環(huán)應為：1`1``abc`cd2`34`1`。 （ 1）過程線 1`1``：低溫低壓氣態(tài)制冷劑由蒸發(fā)器經管道流至壓縮機進氣閥過程中，由 13 于沿途摩擦阻力、局部阻力以及吸收外界的熱量，所以制冷劑的壓力稍有降低，溫度有所升高； （ 2） 1``a：制冷劑蒸汽經進氣閥時節(jié)流， h 不變，壓力降至 p1； （ 3） ab：低溫氣態(tài)制冷劑進入氣缸后至被壓縮前（即壓縮機的吸氣過程），由于氣缸壁（包括進氣閥）溫度較高，制冷劑吸收氣缸壁 的熱量，故溫度有所上升，而壓力仍為 p1； （ 4） bc`：制冷劑在壓縮機中的實際壓縮過程線。開始被壓縮時，由于制冷劑內部和制冷劑與氣缸壁之間有摩擦，以及制冷劑的溫度低于氣缸壁的溫度，所以，制冷劑處于吸熱壓縮過程，比熵有所增加。當制冷劑被壓縮至高于氣缸壁的溫度時，制冷劑將向氣缸壁散熱，變?yōu)榉艧釅嚎s過程，比熵有所減小，直到壓力升至 p2。對于氨壓縮機，由于氣缸頭部被冷卻水冷卻，排氣過程中高壓氣體被進一步冷卻，制冷劑的比熵會減少得更多一些，如圖中 c`c； （ 5）過程線 cd：制冷劑從壓縮機氣缸排出時，經過排氣閥被 節(jié)流，其比焓基本不變，但壓力有所降低； （ 6） d2`：高壓氣態(tài)制冷劑從壓縮機氣缸排出后，經管道至冷凝器，由于沿程存在摩擦阻力和局部阻力，以及對外散熱，制冷劑的壓力和溫度均有所降低； （ 7） 2`3：氣態(tài)制冷劑在冷凝器中被冷凝成液態(tài)。由于制冷劑流經冷凝器的途中有摩擦和渦流，所以冷凝過程并不是定壓過程，根據(jù)冷凝器形式的不同，其壓力有不同程度的降低。 （ 8） 34`：液態(tài)制冷劑通過膨脹閥減壓、降溫后，經管道進入蒸發(fā)器。由于減壓后溫度大幅度降低，盡管該段管道有保溫，制冷劑還會從外部吸收一些熱量，所以，制冷劑的比焓稍有增加； （ 9） 4`1`：制冷劑經過蒸發(fā)器吸熱變成氣態(tài)，此時也與冷凝器相似，由于流動途中存在摩擦和渦流，蒸發(fā)過程也不是定壓過程，隨蒸發(fā)器形式的不同，壓力有不同程度的降低。 綜上所述，由于存在摩擦、渦流等阻力，以及與外界有熱量交換，蒸汽壓縮式制冷的實際循環(huán)與理論循環(huán)相比，實際能夠獲得的制冷量稍有減少，實際所消耗的功率有所增加，因此，實際循環(huán)的制冷系數(shù)將小于理論循環(huán)的制冷系數(shù)。 由于蒸汽壓縮式制冷循環(huán)比較復雜，難于細致計算，所以一般均以理論循環(huán)作為計算基準。但是在選擇壓縮機及其配用的電動機，確定制冷劑管道直 徑，計算蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱面積以及進行機房設計時，都應該考慮這些影響因素。至于如何考慮，將在以后介紹。 思考題： 1．什么循環(huán)是理想的制冷循環(huán)？它具備什么樣的條件？ 2．逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)公式？從公式中說明什么問題？ 3．為什么說制冷系數(shù)不是衡量制冷裝置經濟性的唯一指標？ 4．怎樣實現(xiàn)逆卡諾循環(huán)？ 5．蒸汽壓縮式制冷循環(huán)有哪四個主要熱力過程？有哪四個必不可少的設備？ 6．試比較有溫差制冷循環(huán)與理想循環(huán)的制冷系數(shù)。 7．蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)與理想循環(huán)有何不同？ 8．蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)中為什么用節(jié)流 閥代替膨脹機，對制冷系數(shù)有何影響？ 9．蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)中為什么用干壓縮代替濕壓縮？對制冷系數(shù)有何影響？ 10．改善蒸汽壓縮式制冷循環(huán)有哪些措施？ 11．節(jié)流閥前液體過冷有何意義？ 12．多級壓縮中間冷卻意義？ 13．實際壓縮與理論壓縮的區(qū)別？ 14 2 制冷劑和載冷劑 制冷劑是在制冷系統(tǒng)中完成制冷循環(huán)的工作物質。制冷劑在蒸發(fā)器內吸取被冷卻物體或空間的熱量而蒸發(fā)，在冷凝器內將熱量傳遞給周圍介質而被冷凝成液體。制冷系統(tǒng)借助于制冷劑的狀態(tài)的變化，達到制冷的目的。 載冷劑又叫冷媒，是在間接供冷系統(tǒng)中 用以傳遞制冷量的中間介質。載冷劑在蒸發(fā)器中被制冷劑冷卻后，送到冷卻設備中，吸收被冷卻物體或空間的熱量，再返回蒸發(fā)器重新被冷卻，如此循環(huán)不止，以達到傳遞制冷量的目的。 本章主要介紹制冷劑必備的特性以及常用制冷劑和載冷劑的主要性質。 制冷劑 一、制冷劑的種類和編號 目前使用的制冷劑有很多種，歸納起來主要有四類：無機化合物、烴類、鹵代烴以及混合溶液。 為了書寫方便，我國國家標準 GB777887 規(guī)定了各種通用制冷劑的代號，以代替使用其化學名稱、分子式或商品名稱。標準中規(guī)定用字母 R 和它后面的一級數(shù)字或字母作 為制冷劑的代號。字母 R 表示制冷劑（ Refrigerant），后面的數(shù)字或字母則根據(jù)制冷劑的種類及分子組成，按一定的規(guī)則編寫。 （一）無機化合物 有 NH CO H2O 等。對于這類制冷劑，其代號“ R”后的第一位數(shù)字為 7， 7 后面的數(shù)字為該物質分子量的整數(shù)部分。如 NH3的分子量為 17，它的代號為 R717； CO H2O 分別為 R744 和 R718。 名稱 分子量 代號 標準蒸發(fā)溫度 凝固溫度 臨界溫度 絕熱指數(shù) k H2O 18 NH3 17 CO2 44 （二）鹵代烴（氟里昂 Freon） 氟里昂是飽和碳氫化合物的 F、 Cl、 Br 的衍生物的總稱。目前用作制冷劑的主要是甲烷和乙烷的衍生物。 飽和碳氫化合物的分子通式為： CmH2m+2，氟里昂的分子通式為 CmHnFxClyBrz，其原子數(shù) m、 n、 x、 y、 z 之間的關系為： 2m+2=n+x+y+z 氟里昂的代號為 RabcBd， B 代表化合物中的 Br 原子； a、 b、 c、 d 為整數(shù)，分別為： a 等于碳原子數(shù)減 1，即 a=m1，當 a=0 時，編號中省略； b 等于氫原子數(shù)加 1，即 b=n+1； c 等于氟原子數(shù)，即 c=x； d 等于 Br 原子數(shù)，即 d=z，當 d=0 時，編號中 Bd 都省略。 Cl 原子數(shù)在編號中不表示，它可根據(jù)上式推算出來。 習慣上， R1 R22??又稱為氟里昂 1氟里昂 22??，也有寫成 F1 F22???！胺锇骸笔菄庖粋€生產廠商的商業(yè)名稱（商標）。其他廠商就冠以其他名稱，如“阿克敦”（ Arcton）、“琴納特朗”（ Geron）等。 由于乙烷的鹵化物有同分異構體，如 CHF2CHF2 和 CH2FCF3 都是四氟乙烷，分子量相 15 同，但結構不同，它們的編號根據(jù)碳原子團的原子量不對稱性進行區(qū)分。前者兩個碳原子團的原子量對稱，則用 R134 表示；后 者不對稱較大，則用 R134a 表示。 化合物名稱 分子式 m、 n、 x、 z 值 a、 b、 c、 d 值 編號 一氟三氯甲烷 CFCl3 1 0 1 0 0 1 1 0 R11 二氟二氯甲烷 CF2Cl2 R12 五氟一氯乙烷 C2F5Cl R115 三氟一溴甲烷 R13B1 甲烷 1 4 0 0 0 5 0 0 R50 乙烷 2 6 0 0 1 7 0 0 R170 丙烷 3 8 0 0 2 9 0 0 R290 乙烯 2 4 0 0 1 5 0 0 R1150 丙烯 C3H6 R1270 （三）多元混合溶液 由兩種或兩種以上的制冷劑按一定比例相互溶解而成的溶合物，以擴大溫度使用范圍，改善耗能指標。 分為共沸混合溶液與非共沸混合溶液。 共沸溶液：性質與單質溶液一樣，在恒定的壓力下蒸發(fā)或冷凝時，蒸發(fā)溫度或冷凝溫度保持不變，而且其氣相和液相具有相同的組分。共沸溶液制冷劑代號 R 后的第一個數(shù)字為 5，后面的數(shù)字按使用時間的先后順序編號。最早的為 R500，后面的依次為 R50 R502 等。 代號 組分 質量成分％ 標準 t0 R500 R12/R152 R501 R22/R12 75/25 R502 R22/R115 R503 R23/R13 R504 R32/R115 R505 R12/R31 78/22 32 R506 R31/R114 非共沸溶液在恒定的壓力下蒸發(fā)或冷凝時，其蒸發(fā)溫度或冷凝溫度以及氣相和液相的組分均不能保持恒定。由于非共沸溶液在組分不同、混合比不同時，會顯示出不同的熱力學性質，可滿 足各種制冷要求。與單一制冷劑相比，可使平均傳熱溫差減小，即可使傳熱過程中因傳熱溫差引