【正文】 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(kuò)大溫度使用范圍，改善耗能指標(biāo)。 由于乙烷的鹵化物有同分異構(gòu)體，如 CHF2CHF2 和 CH2FCF3 都是四氟乙烷，分子量相 15 同，但結(jié)構(gòu)不同，它們的編號(hào)根據(jù)碳原子團(tuán)的原子量不對(duì)稱性進(jìn)行區(qū)分?！胺锇骸笔菄庖粋€(gè)生產(chǎn)廠商的商業(yè)名稱（商標(biāo)）。 Cl 原子數(shù)在編號(hào)中不表示，它可根據(jù)上式推算出來。目前用作制冷劑的主要是甲烷和乙烷的衍生物。如 NH3的分子量為 17，它的代號(hào)為 R717； CO H2O 分別為 R744 和 R718。 （一）無機(jī)化合物 有 NH CO H2O 等。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定用字母 R 和它后面的一級(jí)數(shù)字或字母作 為制冷劑的代號(hào)。 制冷劑 一、制冷劑的種類和編號(hào) 目前使用的制冷劑有很多種，歸納起來主要有四類：無機(jī)化合物、烴類、鹵代烴以及混合溶液。載冷劑在蒸發(fā)器中被制冷劑冷卻后，送到冷卻設(shè)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(dá)到傳遞制冷量的目的。制冷系統(tǒng)借助于制冷劑的狀態(tài)的變化，達(dá)到制冷的目的。 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(jī)，對(duì)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(duì)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(jí)壓縮中間冷卻意義？ 13．實(shí)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(zhì)。至于如何考慮，將在以后介紹。 由于蒸汽壓縮式制冷循環(huán)比較復(fù)雜，難于細(xì)致計(jì)算，所以一般均以理論循環(huán)作為計(jì)算基準(zhǔn)。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(huì)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(jīng)過蒸發(fā)器吸熱變成氣態(tài)，此時(shí)也與冷凝器相似，由于流動(dòng)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。由于制冷劑流經(jīng)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。當(dāng)制冷劑被壓縮至高于氣缸壁的溫度時(shí)，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。 （ 1）過程線 1`1``：低溫低壓氣態(tài)制冷劑由蒸發(fā)器經(jīng)管道流至壓縮機(jī)進(jìn)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(jīng)進(jìn)氣閥時(shí)節(jié)流， h 不變，壓力降至 p1； （ 3） ab：低溫氣態(tài)制冷劑進(jìn)入氣缸后至被壓縮前（即壓縮機(jī)的吸氣過程），由于氣缸壁（包括進(jìn)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(jī)中的實(shí)際壓縮過程線。 二、實(shí)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(shí)，蒸汽壓縮制冷的理論循環(huán)。制冷循環(huán)的 熱力計(jì)算 就是根據(jù)這些已知條件，求出各狀態(tài)點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)，然后計(jì)算下列數(shù)值： 1．單位質(zhì)量制冷能力 ： q0=h1h4 單位容積制冷能力：14110 v hhvqqv ??? 12 v1—— 壓縮機(jī)入口氣態(tài)制冷劑的比容， m3/kg qv—— 表 示吸入 1m3 制冷劑所產(chǎn)生的冷量 2. 制冷劑質(zhì)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(fù)荷 φ k＝ MR(h2h3)] 4. 壓縮機(jī)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(shí)際循環(huán) 一、實(shí)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(shí)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(nèi)部及氣體與氣缸壁之間的摩擦；②氣體與外部的熱交換。 二、蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算 計(jì)算蒸汽壓縮制冷理論循環(huán)時(shí)，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(jī)的吸氣溫度 t1），根據(jù)工況便能在 lgph 圖上確定各有關(guān)狀態(tài)點(diǎn)的參數(shù)值，進(jìn)而畫出循環(huán)過程。 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。 總之： 1） 1—2：絕熱壓縮過程，單位質(zhì)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。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(diǎn) 3； 點(diǎn) 4：制冷劑出節(jié)流閥狀態(tài)，即進(jìn)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(diǎn) 3 作 h=C 等熗線與 t0＝ C 等溫線相交得點(diǎn) 4。 點(diǎn) 1：制冷劑蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)狀態(tài)。附錄有 NH R2 R12 等的壓焓圖。不同制冷劑的壓焓圖的形狀也有所不同。在濕蒸汽區(qū)等壓線與等溫線重合。箭頭表示各參數(shù)值增加的方向。 等干度線 —— 只存在于濕蒸汽區(qū)域內(nèi)，其方向大致與飽和液體線或飽和蒸汽線相近，視干度大小而定。 為了提高低壓區(qū)的精度，所以縱坐標(biāo)是 lgp。 但是，制冷劑在蒸發(fā)器和冷凝器的吸熱或放熱過程都是在定壓下進(jìn)行的，而定壓過程熱量的變化以及壓縮機(jī)在絕熱壓縮過程中所耗的功都可以用焓差來計(jì)算，而且制冷劑在節(jié)流閥前后的焓值又保持不變，所以實(shí)際利用以焓為橫坐標(biāo)、壓力為縱坐標(biāo)的壓焓圖最為方便。 綜上所述，改善制冷循環(huán)的措施： 減少節(jié)流損失 —— 過冷、回?zé)?；減少過熱損失 —— 多級(jí)壓縮，中間冷卻。 （ 3）多級(jí)壓縮 當(dāng)壓縮比 pk/p0＞ 8～ 10 時(shí)：① 排氣溫度過高，過熱損失大；② 由于壓縮機(jī)余隙容積的存在，使制冷能力下降，所以采用多級(jí)壓縮，中間冷卻的方法。 對(duì)于 NH3不采用回?zé)嵫h(huán)。因此吸氣管還要過長并注意保溫。 幾點(diǎn)說明： ① 過冷增加的制冷能力Δ q0（面積 4`4bb`）＝過熱吸熱量Δ q（面積 11`a`a），但是壓縮機(jī)多耗功Δ wc（ 1`2`21）； ② ε是否提高取決于制冷劑性質(zhì)和工作溫度上下限。 制冷循環(huán)中本來吸入的是飽和蒸汽，經(jīng)過回?zé)岷笪氲氖沁^熱蒸汽，這是出于安全，壓縮機(jī)吸入的必須具有一定過 熱度的蒸汽。 回?zé)崞饕话悴捎帽P管式。這樣，把由于壓縮機(jī)吸入過熱蒸汽所多消耗的功量，利用節(jié)流前制冷劑液體的過冷來彌補(bǔ)。當(dāng)采用冷卻水與制冷劑逆流時(shí)，適當(dāng)放大冷凝面積也可達(dá)到過冷目的。當(dāng)單設(shè)過冷器時(shí)需增加冷卻水或深井水設(shè)施、水泵等，還要耗功，使投 入增加。 過冷在再冷卻器中進(jìn)行。 由 Ts 圖上可以明顯地看出，由于液態(tài)制冷劑的再冷卻，節(jié)流過程由 3→ 4 變?yōu)?3`→ 4`，單位質(zhì)量制冷能力增加Δ q0（ 面積 a44`ba），而壓縮機(jī)的耗功量并未增加。圖中 3→ 3`就是高壓液態(tài)制冷劑在再冷卻器中的再冷卻過程。如圖所示。如果能進(jìn)一步降低節(jié)流前液體制冷劑 的溫度（過冷），則可減小節(jié)流損失。節(jié)流前后制冷劑的溫差，就是冷凝溫度與蒸發(fā)溫度之差。而且，對(duì)于同一種制冷劑，節(jié)流損失的大小主要與節(jié)流前后制冷劑的溫度差有關(guān)。 上面提到，實(shí)際循環(huán)中存在節(jié)流損失和過熱損失，那么能否減小這些損失呢？采取什么樣 的方法來實(shí)現(xiàn)呢？ 二、改善蒸汽壓縮制冷循環(huán)的措施 減小節(jié)流損失有再冷卻和回?zé)醿蓚€(gè)措施；而采用具有中間冷卻的多級(jí)壓縮可以減少過熱損失。 實(shí)際循環(huán)的制冷系數(shù)除與高、低溫?zé)嵩吹臏囟扔嘘P(guān)外，還與制冷劑的熱力性質(zhì)有關(guān)。一般說來，節(jié)流損失大的制冷劑，過熱損失小，而且 pk/pkr 越大，過熱損失會(huì)越大。 循環(huán)分析： 采用節(jié)流閥＋干壓縮時(shí)，循環(huán)為 12341。壓縮機(jī)絕熱壓縮是在過熱區(qū)進(jìn)行的，由狀態(tài) 1 絕熱線與冷凝壓力線 pk 的交點(diǎn)定出狀態(tài) 2，為壓縮終了的狀態(tài)點(diǎn)。這是不允許的。 原因 ： ① 濕壓縮制冷能力降低：吸入濕蒸汽時(shí)，制冷劑與壓縮機(jī)汽缸壁 熱交換強(qiáng)烈，因?yàn)閴嚎s后溫度很高，吸入時(shí)流體碰到熱的汽缸壁，液珠變?yōu)闅怏w，占據(jù)了汽缸的有效空間，使壓縮機(jī)吸入制冷劑的質(zhì)量減少；同時(shí)，汽缸壁受到強(qiáng)烈冷卻，壓縮時(shí)汽缸壁又從壓縮蒸汽中吸收熱量，這種強(qiáng)烈熱交換不可逆程度增加，熵增大，耗功量增大。 （ 2）干壓縮代替濕壓縮 在濕壓縮時(shí)，壓縮機(jī)所吸入的是濕蒸汽，壓縮后為飽和蒸汽，而干壓縮時(shí)壓縮機(jī)吸入的是飽和汽，壓縮后為過熱蒸汽。 多耗功 we，面積 304`。 ③ 節(jié)流 損失大小： 隨（ TkT0）的增加而增大；與制冷劑性質(zhì)有關(guān)：飽和液線越平緩（制冷劑比熱越大），制冷劑汽化潛熱越小或冷凝壓力 pk越接近臨界壓力 pk時(shí)，節(jié)流損失越大。與理想循環(huán)相比，除了兩個(gè)傳熱過程為等壓過程和有傳熱溫差外，尚有下述兩個(gè)區(qū)別： （ 1）用節(jié)流 閥代替膨脹機(jī) 原因 ： ① 進(jìn)入膨脹機(jī)的是液態(tài)制冷劑，體積變體很小，膨脹機(jī)體積也要很小，難于制造； ② 膨脹機(jī)作功能力不足以克服機(jī)器本身的摩擦阻力； ③ 節(jié)流閥便于調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量。 有溫差傳熱時(shí)的制 冷系數(shù)： εc’= (p5) 蒸汽壓縮式制冷的理論循環(huán) 一、蒸汽壓縮式制冷的理論循環(huán) 雖然人們?cè)O(shè)想利用濕蒸汽來實(shí)現(xiàn)逆卡諾循環(huán)，但是在實(shí)際上，即使在濕蒸汽區(qū)，其理想循環(huán)也難以實(shí)現(xiàn)，困難在于： ①無溫差傳熱過程實(shí)際上不能實(shí)現(xiàn)；②液體膨脹做功少；③濕壓縮危害。 6 四、有溫差傳熱的制冷循環(huán) 實(shí)際上冷凝器和蒸發(fā)器放熱和吸熱過程都是在有溫差的情況下進(jìn)行的。 三、蒸汽壓縮式制冷的理想循環(huán) 實(shí)現(xiàn)逆卡諾循環(huán)最大的困難是兩個(gè)等溫過程。從數(shù)量上看，ε可以小于 1，等于 1 或大于 1，而η則始終小于 1，因?yàn)槔硐氲目赡嫜h(huán)的實(shí)際上是不可能達(dá)到的。所以，熱力完善度是制冷循環(huán)的一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但它與制冷系數(shù)的意義不同。它的數(shù)值越大，就說明循環(huán)的不可逆損失越小。 通常用 熱力完善度 η來表征制冷循環(huán)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。 從理論上講，逆卡諾循環(huán)為提高制冷裝 置的經(jīng)濟(jì)性指出了方向，但是實(shí)現(xiàn)這種循環(huán)是在可逆條件下進(jìn)行的，即無溫差傳熱又無摩擦損失，這是不可能的，否則熱交換器面積無限大，制冷和壓縮過程無限緩慢。 P６ . 4. 熱泵裝置 供熱系數(shù) μ＝ qk/∑w＝ ε＋ 1，所以熱泵供熱量＞消耗的功量，可以綜合利用能源。 對(duì)于逆卡諾循環(huán)： q0＝ T0’(sasb) qk＝ q0＋∑ w ∑ w＝ qkq0 εc＝ q0/∑ w=T0’(sasb)/(Tk’T0’)=T0’/（ Tk’T0’） 討論： 1．逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)僅取決于被冷卻物（低溫?zé)嵩矗┑臏囟?T0’和冷卻劑（周圍介質(zhì)水或空氣）的溫度 Tk’，而與制冷劑性質(zhì)無關(guān)。它是一個(gè)理想循環(huán)，其組成的各熱力過程， 2 與外界既無溫差也無摩擦損失 。但是，制冷劑在制冷系統(tǒng)中經(jīng)過什么樣的熱力過程所組成的制冷循環(huán)在理論上最為經(jīng)濟(jì)？實(shí)際應(yīng)用中制冷循環(huán)又應(yīng)如何組成？以及如何進(jìn)行制冷循環(huán)的熱力計(jì)算等問題，下面一一敘述。由于采用壓