第一章 蒸汽压缩式制冷的 热力学原理
主编: 刘建兵
吴兆春
第一章蒸汽压缩式制冷的
热力学原理
冷凝温度蒸发温度对蒸汽压缩式制冷机组性能的影响
冷凝温度蒸发温度对蒸汽压缩式制冷机组性能的影 响 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
冷凝温度、蒸发温度对蒸汽压缩式制冷机组性能的影响通常空调系统使用的制冷机组，使用最为广泛的是蒸汽压缩式制冷剂循环系统。在该系统循环过程中，由制冷压缩机抽吸从蒸发器流过来的低压、低温制冷剂蒸气，经压缩机压缩成高压、高温蒸气而排出，这样就把制冷剂蒸气分成了高压区和低压区。从压缩机的排出口至节流元件的入口端为高压区，该区压力称高压压力或冷凝压力，温度称为冷凝温度。从节流元件的出口至压缩机的吸入口为低压区，该区压力称为低压压力或蒸发压力，温度称为蒸发温度。正是由于压缩机造成的高压和低压之间的压力差，才使制冷剂在系统内不断地流动。一旦高、低压之间的压力差消失，即高低压平衡之一，制冷剂就停止了流动。高压区和低压区压力差的产生及压力差的大小，完全是压缩机压缩蒸气的结果，压缩机一旦推动压缩蒸气的能力，即形成的压力差很小，制冷循环也就不存在了。压缩机不停地运转是靠消耗电能或机械能来实现的。 在蒸汽压缩式循环系统运行过程中，冷凝温度、蒸发温度对制冷量、制冷系数有影响，而且蒸发温度的影响较大。具体表现为： 1、蒸发温度降低，制冷循环性能变差，制冷量迅速减小，制冷系数降低。而随着制冷循 环的蒸发温度的降低，制冷压缩机所消耗的功率的变化则是不确定的。 2、冷凝温度升高后，制冷循环性能变差，制冷量减少，制冷系数降低，压缩机功耗升 高。 3、蒸发温度在一定限度内升高，能提高制冷系数、增加制冷量，但蒸发温度过高，自节 流装置过来的制冷剂液体容易闪发，堵塞制冷剂通道，影响系统的正常运行，故蒸发温度不宜过高。
蒸汽压缩式制冷的原理
第二节蒸汽压缩式制冷的原理 自然界中的物质是以三种不同的聚集态存在的，即：固态、液态和气态。 一、蒸气压缩式制冷的热力学原理 物质集态的改变称之为相变。相变过程中，由于物质分子的重新排列和分子热运动速度的改变，会吸收或放出热量。这种热量称作潜热物质发生从质密态到质稀态的相变是将吸收潜；反之,当它发生有质稀态向质密态的相变时则放出潜热。 液体气化形成蒸汽，利用该过程的吸热效应制冷的方法称液体蒸发制冷。当液体处在密闭的容器内时，若容器内除了液体和液体本身的蒸汽外不含任何其它气体，那么液体和蒸气在某一压力下将达到平衡。这种状态称饱和状态。如果将一部分饱和蒸汽从容器中抽出，液体就必然要再气化出一部分蒸汽来维持平衡。我们以该液体为制冷剂，制冷剂液体气化时要吸收气化潜热，该热量来自被冷却对象，只要液体的蒸发温度比环境温度低，便可使被冷却对象变冷或者使它维持在环境温度下的某一低温。 为了使上述过程得以连续进行，必须不断地从容器中抽走制冷剂蒸汽，再不断地将其液体补充进去。通过一定的方法将蒸汽抽出，再令其凝结为液体后返回到容器中，就能满足这一要求。为使制冷剂蒸气的冷凝过程可以在常温下实现，需要将制冷剂蒸气的压力提高到常温下的饱和压力，这样，制冷剂将在低温低压下蒸发，产生制冷效应；又在常温和高压下凝结向环境温度的介质排放热量。凝结后的制冷剂液体由于压力较高，返回容器之前需要先降低压力。由此可见，液体蒸发制冷循环必须具备以下四个基本过程：制冷剂液体在低压下气化产生低压蒸汽，将低压蒸汽抽出并提高压力变成高压气。将高压气冷凝为高压液体，高压液体再降低压力回到初始的低压状态。其中将低压蒸汽提高压力需要能量补偿。 利用沸点很低的制冷剂相态变化过程所发生的吸放热现象，借助于压缩机的抽吸压缩、冷凝器的放热冷凝、节流阀的节流降压、蒸发器的吸热汽化的不停循环过程，达到使被冷对象温度下降目的的制冷方法。 二、蒸气压缩式制冷的系统组成 单级蒸气压缩式制冷系统由压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成。其工作过程如下：制冷剂在压力温度下沸腾，低于被冷却物体或流体的温度。压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸气，并将它压缩到冷凝压力，然后送往冷凝器，在压力下等压冷却和冷凝成液体，制冷剂冷却和冷凝时放出的热量传给冷却介质(通常是水或空气)，与冷凝压力相对应的冷凝温度一定要高于冷却介质的温度，冷凝后的液体通过膨胀阀或其他节流元件进入蒸发器。单级蒸气压缩式制冷系统如下图1－2所示。
蒸气压缩式制冷原理
蒸气压缩式制冷原理https://www.360docs.net/doc/412574859.html, 蒸气制冷是利用某些低沸点的液态制冷剂在不同压力下汽化时吸热的性质来实现人工制冷的。 在制冷技术中，蒸发是指液态制冷剂达到沸腾时变成气态的过程。液态变成气态必须从外界吸收热能才能实现，因此是吸热过程，液态制冷剂蒸发汽化时的温度叫做蒸发温度，凝结是指蒸汽冷却到等于或低于饱和温度，使蒸汽转化为液态。 在日常生活中，我们能够观察到许多蒸发吸热的现象。比如，我们在手上擦一些酒精，酒精很快蒸发，这时我们感到擦酒精部分反应很凉。又如常用的制冷剂氟利昂F—12液体喷洒在物体上时，我们会看到物体表面很快结上一层白霜，这是因为F—12的液体喷到物体表面立即吸热，使物体表面温度迅速下降(当然这是不实用的制冷方法，制冷剂F—12不能回收和循环使用)。目前一些医疗机构采用的冷冻疗法即是利用了这一原理。 蒸气压缩式制冷是利用液态制冷剂汽化时吸热，蒸汽凝结时放热的原理进行制冷的。 二、制冷循环 压缩机是保证制冷的动力，利用压缩机增加系统内制冷剂的压力，使制冷剂在制冷系统内循环，达到制冷目的。开始压缩机吸入蒸发制冷后的低温低压制冷剂气体，然后压缩成高温高压气体送冷凝器；高压高温气体经冷凝器冷却后使气体冷凝变为常温高压液体；当常温高压液体流入热力膨胀阀，经节流成低温低压的湿蒸气，流入蒸发器，从周围物体吸热，经过风道系统使空调房间温度冷却下来，蒸发后的制冷剂回到压缩机中，又重复下一个制冷循环，从而实现制冷目的。 三、制冷剂在制冷系统中状态 从压缩机出口经冷凝器到膨胀阀前这一段称为制冷系统高压侧；这一段的压力等于冷凝温度下制冷剂的饱和压力。高压侧的特点是：制冷剂向周围环境放热被冷凝为液体，制冷剂流出冷凝器时，温度降低变为过冷液体。 从膨胀阀出口到进入压缩机的回气这一段称为制冷系统的低压侧，其压力等蒸发器内蒸发温度的饱和压力。制冷剂的低压侧段先呈湿蒸气状态，在蒸发器内吸热后制冷剂由湿蒸气逐渐变为汽态制冷剂。到了蒸发器的出口，制冷剂的温度回升为过热气体状态。过冷液态制冷剂通过膨胀阀时，由于节流作用，由高压降低到低压(但不消耗功、外界没有热交换）；同时有少部分液态制冷剂汽化，温度随之降低，这种低压低温制冷剂进入蒸发器后蒸发（汽化）吸热。低温低压的气态制冷剂被吸入压缩机，并通过压缩机进入下一个制冷循环。 四、制冷量 在制冷循环中，循环流动的每千克制冷剂从被冷却物体吸收的热量叫做单位重量制冷量，用符号q表示，单位是kcal/kg，单位重量制冷量是表示制冷循环效果的一个特殊参数，这由制冷剂的性质，循环温度等条件决定，蒸发温度越低，冷凝温度越高，其值越小，反之越大。制冷装置的产冷量是单位时间内从被冷却物体吸收并在冷凝器中放掉的热量，用符号Q表示，单位是kcal/kg。Q值的大小等于冷重量流量G与单位重量制冷量q的乘积，即：Q＝G·q 在实际工作中，有时为了方便的获得制冷量的粗略计算也可通过下式计算 Q＝L·(t2 －t1 ) 式中L循环风量，(t2 －t1 )为进出风温度差。 在日本、欧美等国家制冷量常用冷吨来表示，但日本冷吨与美国冷吨在数值上略有差别，在日本，产冷量的单位用日本冷吨，1日冷吨表示1000克0oC的水在24小时内制成0oC的冰所消耗的冷量：1日冷吨＝3320kcal／h 1美冷吨＝3024Lcal／h 常用制冷量的单位换算：
单蒸气压缩式制冷的理论循环
3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环 3．1．1 制冷系统与循环过程 单级蒸气压缩式制冷系统主要由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四大部件组成，如图3－1所示。对制冷剂蒸气只进行一次压缩，称为蒸气单级压缩。整个循环过程主要由压缩过程、冷凝过程、节流过程以及蒸发过程四个过程组成，每个过程在不同的部件中完成，制冷剂在每个过程中的状态又各不相同，具体情况如下。 图3－1 单级蒸气压缩式制冷系统 1 压缩机 2 冷凝器 3 膨胀阀 4 蒸发器 压缩过程：整个循环过程中，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气并造成蒸发器中低压和冷凝器中高压的作用，是整个系统的心脏。制冷循环的压缩过程是在压缩机中完成的：压缩机不断抽吸从蒸发器中产生的压力为p o、温度为t o的制冷剂蒸气，将它压缩成压力为p k、温度为t k的过热蒸气，并输送到冷凝器中。在这个过程中，压缩机需要做功。 冷凝过程：冷凝器是制冷系统中输出热量的设备，冷凝过程是在该部件中完成的。在压力p k下，来自于压缩机的制冷剂过热蒸气在冷凝器中首先被冷却成饱和蒸气，然后再逐渐被冷凝成液体，制冷剂冷却和冷凝时放出的热量传给冷却介质（通常是水或空气）。在冷凝过程中，与冷凝压力p k相对应的冷凝温度t k一定要高于冷却介质的温度，冷凝后的液体通过膨胀阀或其它节流元件进入蒸发器。 节流过程：节流过程是在膨胀阀中完成的。当制冷剂液体经过膨胀阀时，压力由p k降至p o，温度由t k降至t o，部分液体气化。所以离开膨胀阀的制冷剂为温度为t o的两相混合物，该两相混合物进入蒸发器。 蒸发过程：蒸发器是制冷系统中冷量输出设备，蒸发过程是在蒸发器中完成的。在蒸发器中，来自膨胀阀的两相混合物在压力p0和温度t0下蒸发，从被冷却介质中吸取它所需要的气化潜热，从而达到制取冷量的目的。在蒸发过程中，与蒸发压力p0相对应的蒸发温度
吸收式制冷和蒸汽压缩制冷相比的特点和区别
吸收式制冷和蒸汽压缩制冷相比的特点和区别 文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]
1.吸收式制冷和蒸汽压缩制冷相比有何特点 答：吸收式制冷和蒸汽压缩式制冷一样同属于液体气化法制冷，既都是利用低沸点的液体或者让液体在低温下气化，吸取气化潜热而产生冷效应 然而两者之间又有很大的区别，主要的不同之处有以下几方面： ⒈吸收式制冷循环是依靠消耗热能作为补偿，从而实现“逆向传热”。而且对热能的要求不高，它们可以是低品位的工厂余热和废热，也可以是地热水，或者燃气以至经过转化成热能的太阳能。可见它对能源的利用范围很宽广，不像蒸汽压缩式制冷循环需要消耗高品位的电能，因此对于那些有余热和废热可利用的用户，吸收式制冷机在首选之列。 ⒉吸收式制冷机是由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液泵和节流阀等部件组成，除溶液泵之外没有其他运转机器设备。因此结构较为简单；另外由于运转平静，振动和噪声很小，所以尤为大会堂、医院、宾馆等用户欢迎。 ⒊吸收式制冷系统内虽然也分高压部分和低压部分，但溴化锂吸收式系统内的高压仅左右，故绝热无爆炸的危险。加上它所使用的工质对人体无害，因此从安全的角度看它又是十分可靠的。 ⒋吸收式制冷机使用的工质不像蒸汽压缩式制冷机那样使用单一的制冷剂，而是使用又吸收剂和制冷剂配对的工质对。它们呈溶液状态。其中吸收剂是对制冷剂具有极大吸收能力的物质，制冷剂则是由汽化潜热较大的物质充当。例如氨——水吸收式制冷机中的工质对，是由吸收剂——水和制冷剂——氨组成；溴化锂吸收式制冷机中的工质对，是由吸收剂——溴化锂和制冷剂——水组成。
⒌吸收式制冷机基本上是属于机组型式，外接管材的消耗量较少；而且对基础和建筑物的要求都一般，所以设备以外的投资（材料、土建、施工费等）比较省。如此看来，吸收式制冷机的优点是如此之多，似乎可以取代蒸汽压缩式制冷机，当然也不是这样吸收式制冷机的缺点也客观存在。首先是它的热效率低。在有废热和余热可利用的场所使用这种制冷设备是合算的，但如果特地为它建立热源则不一定经济；其次是由于换热器中大量使用铜材，所以设备投资较高；再则其冷却负荷约为蒸汽压缩式制冷机的一倍，冷却水量大，用于冷却水系统的动力耗费和水冷却设备投资比较大，因此在选择制冷机的型式时，应该做全面的技术经济分析，理应使它的优点得到充分发挥。
蒸汽压缩式制冷概述
蒸汽压缩式制冷概述 蒸气制冷是利用某些低沸点的液态制冷剂在不同 压力下汽化时吸热的性质来实现人工制冷的。在制冷技术中，蒸发是指液态制冷剂达到沸腾时变成气态的过程。液态变成气态必须从外界吸收热能才能实现，因此是吸热过程，液态制冷剂蒸发汽化时的温度叫做蒸发温度，凝结是指蒸汽冷却到等于或低于饱和温度，使蒸汽转化为液态。 在日常生活中，我们能够观察到许多蒸发吸热的现象。比如，我们在手上擦一些酒精，酒精很快蒸发，这时我们感到擦酒精部分反应很凉。又如常用的制冷剂氟利昂F—12液体喷洒在物体上时，我们会看到物体表面很快结上一层白霜，这是因为F—12的液体喷到物体表面立即吸热，使物体表面温度迅速下降(当然这是不实用的制冷方法，制冷剂F—12不能回收和循环使用)。目前一些医疗机构采用的冷冻疗法即是利用了这一原理。蒸气压缩式制冷是利用液态制冷剂汽化时吸热，蒸汽凝结时放热的原理进行制冷的。一、制冷循环压缩机是保证制冷的动力，利用压缩机增加系统内制冷剂的压力，使制冷剂在制冷系统内循环，达到制冷目的。开始压缩机吸入蒸发制冷后的低温低压制冷剂气体，然后压缩成高温高压气体送冷凝器；高压高温气体经冷凝器冷却后使气体冷凝变为常温高压液体；当常温高压液体流入热力膨
胀阀，经节流成低温低压的湿蒸气，流入蒸发器，从周围物体吸热，经过风道系统使空调房间温度冷却下来，蒸发后的制冷剂回到压缩机中，又重复下一个制冷循环，从而实现制冷目的。二、制冷剂在制冷系统中状态从压缩机出口经冷凝器到膨胀阀前这一段称为制冷系统高压侧；这一段的压力等于冷凝温度下制冷剂的饱和压力。高压侧的特点是：制冷剂向周围环境放热被冷凝为液体，制冷剂流出冷凝器时，温度降低变为过冷液体。从膨胀阀出口到进入压缩机的回气这一段称为制冷系统的低压侧，其压力等蒸发器内蒸发温度的饱和压力。制冷剂的低压侧段先呈湿蒸气状态，在蒸发器内吸热后制冷剂由湿蒸气逐渐变为汽态制冷剂。到了蒸发器的出口，制冷剂的温度回升为过热气体状态。过冷液态制冷剂通过膨胀阀时，由于节流作用，由高压降低到低压(但不消耗功、外界没有热交换）；同时有少部分液态制冷剂汽化，温度随之降低，这种低压低温制冷剂进入蒸发器后蒸发（汽化）吸热。低温低压的气态制冷剂被吸入压缩机，并通过压缩机进入下一个制冷循环。三、制冷量在制冷循环中，循环流动的每千克制冷剂从被冷却物体吸收的热量叫做单位重量制冷量，用符号q表示，单位是kcal/kg，单位重量制冷量是表示制冷循环效果的一个特殊参数，这由制冷剂的性质，循环温度等条件决定，蒸发温度越低，冷凝温度越高，其值越小，反之越大。制冷装置的产冷量是单
蒸汽压缩式制冷原理教案
蒸汽压缩式制冷原理 教学目标： 1、知识方面 了解蒸汽压缩式制冷结构、掌握蒸汽压缩式制冷基本工作原理 2、能力方面 通过教学培养学生观察、分析能力 重点难点： 1、重点 初步理解蒸汽压缩式制冷工作过程 2、难点 蒸汽压缩式制冷工作原理 教学过程： 一、导入 1、提问：我们在日常生活中常用到的制冷设备有哪些？ 2、制冷的概念 用人工的方法在一定时间和一定空间内将物体冷却，使其温度降低到环境温度以下并保持这个温度。 3、制冷实质 将热量从被冷却对象中转移到环境中 制冷≠冷却 二、蒸汽压缩式制冷结构 1、在制冷系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件 2、各器件的作用 蒸发器是输送冷量的设备。 制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷。 压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。 冷凝器是放出热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走。 节流阀对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量，并将系统分为高压侧和低压侧两大部分
三、制冷系统的基本原理 液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热，冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。 四、探讨：制冷技术近代的突破性进展以及发展方向怎样？要求学生上网查找资料然后概括说明。 1、近代的突破性进展 微电子和计算机技术的应用 新材料在制冷产品上的应用 机器设备的发展 制冷工质的开发 2、制冷技术的发展方向 减少能耗，如充分利用太阳能、地热能等； 合理选择和利用制冷剂； 提高制冷机的机械热力性能。 五、总结 在制冷系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件。液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热，冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。 六、作业练习： 1、画出蒸汽压缩式制冷结构图 2、简述蒸汽压缩式制冷基本工作过程 板书： 制冷：用人工的方法在一定时间和一定空间内将物体冷却，使其温度降低到环境温度以下并保持这个温度。 制冷系统的最小组成