蒸汽压缩式制冷循环
蒸气压缩式制冷循环
（3）冷却冷凝过程（冷凝器中进行）
• 在冷凝器中冷却冷凝成制冷剂液体。
（4）节流过程（节流阀中进行）
• 压力、温度降低，焓值不变。
（5）蒸发过程（蒸发器中进行）
• 吸热蒸发，变成低温低压制冷剂气。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 作业
1.蒸气压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成， 各有何作用？ 2.蒸发器内制冷剂的汽化过程是蒸发吗？
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
– 引课 – 2.1.2.1 理论循环的假设条件和压焓图 – 2.1.2.2 理论循环的性能指标及其计算 – 小结 – 作业
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
• 单级蒸汽压缩式制冷理论循环组成：
– 制冷压缩机 – 冷凝器 – 节流器 – 蒸发器
• 单级蒸气压缩式制冷循环，是指制冷剂在 一次循环中只经过一次压缩，最低蒸发温 度可达-40～-30℃。单级蒸气压缩式制冷 广泛用于制冷、冷藏、工业生产过程的冷 却，以及空气调节等各种低温要求不太高
液相区
•
气相区
两相区
•
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
3.理论循环过程在压焓图上的表示
1）压缩过程 2）冷凝过程 3）膨胀过程 4）蒸发过程
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
2.1.2.2 理论循环的性能指标及其计算 1.单位质量制冷量
制冷压缩机每输送1kg制冷剂经循环从被冷却介质中制取的 冷量称为单位质量制冷量，用q0表示。
2.1 单级蒸气压缩式制冷循环
例1-1 假定循环为单级蒸气压缩式制冷的理论循环， 蒸发温度t0=-10℃，冷凝温度tk=35℃，工质为R22， 循环的制冷量Q0=55kW，试对该循环进行热力计算。
两级蒸汽压缩式制冷循环
两级蒸汽压缩式制冷循环两级蒸汽压缩式制冷循环是一种常用的制冷循环方式，广泛应用于家用空调、商用制冷设备等领域。
它通过两级压缩来提高制冷效果，实现更高的制冷效率和更低的能耗。
两级蒸汽压缩式制冷循环的工作原理是：首先，制冷剂在低温低压状态下经过蒸发器，吸收外界的热量并蒸发为低温低压蒸汽；然后，低温低压蒸汽被压缩机1压缩，提高其温度和压力；接着，高温高压蒸汽通过冷凝器，释放热量并冷凝为高温高压液体；最后，高温高压液体经过膨胀阀节流，降低其温度和压力，进入蒸发器进行下一轮的制冷循环。
两级蒸汽压缩式制冷循环相比单级蒸汽压缩式制冷循环具有以下优点：1. 提高制冷效果：通过两级压缩，制冷剂在第一级压缩机的压缩过程中，温度和压力得到了显著提高，使得制冷剂能够更好地吸收热量。
然后，经过第二级压缩机进一步提高温度和压力，使制冷剂在冷凝器中释放更多的热量。
这样，两级蒸汽压缩式制冷循环的制冷效果比单级蒸汽压缩式制冷循环更好。
2. 提高制冷效率：由于两级蒸汽压缩式制冷循环在两个压缩机之间增加了一个冷凝器，使得制冷剂在压缩过程中能够充分释放热量，提高制冷效率。
同时，两级蒸汽压缩式制冷循环还能够减少制冷剂的凝结温度，使得制冷剂在蒸发器中的蒸发速度更快，提高制冷效率。
3. 减少能耗：两级蒸汽压缩式制冷循环通过提高制冷剂的温度和压力，减少了制冷剂在蒸发器和冷凝器中的温度差，从而降低了能耗。
此外，两级蒸汽压缩式制冷循环还能够通过优化制冷剂的回热过程，减少回热损失，进一步降低能耗。
4. 提高制冷控制性能：两级蒸汽压缩式制冷循环通过两个压缩机的控制，能够更灵活地调节制冷剂的压力和流量，提高制冷控制性能。
这使得两级蒸汽压缩式制冷循环能够根据实际需要进行制冷功率的调节，提高制冷系统的稳定性和可靠性。
两级蒸汽压缩式制冷循环是一种高效、节能的制冷循环方式。
通过两级压缩，它能够提高制冷效果和制冷效率，降低能耗，并且具有较好的制冷控制性能。
在未来的发展中，随着科技的进步和制冷技术的不断创新，两级蒸汽压缩式制冷循环有望进一步提高制冷效率，减少能耗，为人们提供更加舒适和环保的制冷服务。
第五章 蒸汽压缩式制冷循环
三、常用制冷剂的特性
1、水（R718)
2ห้องสมุดไป่ตู้氨（R717）
氨属于无机化合物制冷剂，具有良好的 热力学性能，单位质量制冷量大。沸点：33.4℃.R717有较强的溶水性，对钢铁不腐 蚀，但含水时会腐蚀铜及其合金（磷青铜除 外），属于微溶于润滑油的制冷剂。缺点是 毒性大，有强烈的刺激性气味，会燃烧、会 爆炸。
（1）R12 分子式：CCl2F2 沸点：-29.8℃，凝固点-
155℃ （2）R22 分子式：CHClF2 沸点：-40.8℃，凝固点-
160℃ （3）R134a分子式： C2H2F4 沸点：-29.8℃，
凝固点-155℃
四、关于CFCS的替代 1、使用替代制冷剂的原因
O3+Cl→ClO+O2 ClO+O→Cl+O2 2、替代制冷剂时必须考虑的因素 （1）制冷剂在大气中存在的寿命； （2）臭氧损耗潜能ODP； （3）在逆使用的用途中，变暖影响总单量 TEWI；
具有液体过冷的制冷循环
二、吸气过热的影响
1、定义：制冷剂蒸气的温度高于同一压力下 的饱和蒸气温度称为过热。两者之间的温 差称为过热度。
2、p-h图
3、“无效”过热：制冷剂蒸气过热吸收的热 量全部来自蒸发器外。在实际制冷装置中， 为了减少有害过热，一般在吸气管道上包 扎一层隔热材料。
4、“有效”过热：制冷剂蒸气过热吸收的热 量全部来自蒸发器内被冷却介质。
主要用于大型制冷装置中。
3、氟利昂
氟利昂制冷剂是应用最广泛的制冷剂。 它无色、无味、不燃烧、毒性小。含氯原子 的氟利昂与明火接触产生剧毒的光气 （COCl2）渗透性强，单位容积制冷量小。
第三章-单级蒸汽压缩式制冷循环
3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
一、制冷系统与循环过程 1.制冷系统的组成 2. 制冷系统的循环过程 压缩过程 冷凝过程 节流过程 蒸发过程
3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
二、压焓图和温熵图
1.压焓图
一点：临界点C 三区：液相区、两相区、气相区。
五态：过冷液状态、饱和液状态、湿蒸气状态、
压缩机的压缩过程为等熵压缩；
制冷剂通过膨胀阀的节流过程为等焓过程； 制冷剂在蒸发和冷凝过程中为定压过程，且没有传热温差，即制冷剂的冷 凝温度等于冷却介质温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度。
制冷剂在各设备的连接管道中流动没有流动损失，与外界不发生热量交换。
3．1 单级蒸气压缩式制冷的理论循环
4. 单级蒸气压缩式制冷理论循环在压焓图上的表示 1-2：压缩过程 2-3：冷凝过程 3-4：膨胀过程
剂分配的均匀性，影响制冷效果。
3．2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
6. 蒸发器 假定不改变蒸发器出口制冷剂的状态，为了克服制冷剂在蒸发器中的 流动阻力，必须提高制冷剂进蒸发器时的压力，从而提高了蒸发过程中 的平均蒸发温度，使传热温差减小，要求的传热面积增大，但对循环的 性能没有什么影响。如果假定不改变蒸发过程中的平均温度，那么蒸发 器出口制冷剂的压力应稍有降低，压缩机吸气比容增大，压缩比增大， 压缩机比功增加，制冷系数下降。
3．2 单级蒸气压缩式制冷的实际循环
2. “有效过热”性能分析
(1) 单位比功w0增大，单位质量制冷量q0增大， 单位容积制冷量增大，制冷系数的大小与制冷剂 性质有关； (2) 如果给定制冷量Q0，则质量流量qm减小，容
1 1'
lg p 3 pk 2 2'
p0 4
蒸汽压缩制冷循环
2. 制冷剂的p-h图
p
3 2Байду номын сангаас4 1 h
1-2：制冷剂在压缩机中的绝热压缩过程 2-3：制冷剂在冷凝器中的定压放热过程 3-4：制冷剂在膨胀阀中的绝热节流过程 4-1：制冷剂在蒸发器中的定压定温汽化过程
三、影响制冷系数ε的主要因素
1. 蒸发温度
p
原循环的制冷系数
h1 h4 h2 h1
热 泵
制冷装置—从低温处吸收热量，保持低温。 热泵—向高温处提供热量。 逆循环
Q1 Q2 W 1 供热系数 h W W
热泵传给高温物体的热量包括由消耗的机械功变成的热量 。所以，热泵的供热系数比工作在相同条件下制冷装置的制冷
系数大。直接用电炉取暖所消耗的能量要比用电机带动热泵消 耗的能量大得多，这是因为电炉至多只能将电能全部转化为热 能，而热泵循环不仅如此，还可将取自环境的热量一起送到需 要取暖的房间。
p
25 ℃ 3 30℃ 2
-15℃ 4
1
-5℃
h
附：单级压缩双蒸发器的制冷循环
T-ｓ图及ｐ-ｈ图
高压蒸发器的蒸发压力由蒸发器后面的背压阀来控制,使之 具有较高的蒸发温度。5-6：绝热节流过程，6与8混合成状态点1 。
吸收制冷循环
由低温热源向高温热源传递热量必须消耗能量。在压缩式 制冷装置中要消耗机械功,而在吸收式制冷装置中则主要是消耗
第九节
蒸汽压缩制冷循环
• 一、蒸汽压缩制冷的理想循环 • 二、制冷剂p-h图的特征及其应用 • 三、影响制冷系数的主要因素
制冷循环 — 制冷系数 热泵循环 — 热泵系数 性能系数 COP =收益/花费的代价 h
一、蒸气压缩制冷的理想循环
蒸汽压缩式制冷原理
蒸汽压缩式制冷原理蒸汽压缩式制冷系统是目前应用最为广泛的一种制冷方式，其原理简单而高效。
在蒸汽压缩式制冷系统中，蒸汽被压缩成高压蒸汽，然后通过冷凝器冷却成液态，并通过膨胀阀进行节流，形成低压蒸汽，最终吸收热量完成制冷循环。
下面将详细介绍蒸汽压缩式制冷原理的具体过程。
首先，蒸汽从蒸发器中吸收热量，并被蒸发成低压蒸汽。
在这个过程中，蒸汽从低温低压状态变为低温高压状态，吸收了大量的热量，使蒸发器内的物体得到降温。
这一步是制冷循环的起点，也是整个制冷过程中最关键的一步。
接着，低温低压的蒸汽被压缩机吸入，压缩机将低温低压的蒸汽压缩成高温高压的蒸汽。
在这一步骤中，蒸汽的温度和压力都得到了显著的提高，这也是制冷循环中消耗能量最多的一步。
压缩机的工作使得蒸汽的内能增加，成为高温高压蒸汽。
然后，高温高压的蒸汽通过冷凝器，被冷却成为高压液态。
在冷凝器中，蒸汽释放出大量的热量，通过冷却水或者风冷进行散热，使得蒸汽的温度迅速下降，从而变成高压液态。
这一步骤使得蒸汽的状态发生了明显的改变，从气态变为液态，也是整个制冷过程中的关键一环。
最后，高压液态蒸汽通过膨胀阀进行节流，变成低温低压的蒸汽，重新回到蒸发器中吸收热量，完成整个制冷循环。
膨胀阀的作用是使高压液态蒸汽迅速膨胀，降低温度和压力，使得蒸汽重新回到低温低压状态，为下一个循环做好准备。
蒸汽压缩式制冷系统通过不断循环这一系列步骤，实现了制冷的目的。
在这个过程中，蒸汽的状态不断发生变化，热量的吸收和释放也在不断进行，从而实现了对物体的制冷效果。
总的来说，蒸汽压缩式制冷原理是通过蒸汽的压缩、冷凝、膨胀等步骤，不断循环实现对物体的制冷。
这种制冷方式简单高效，应用广泛，是现代制冷技术中的重要组成部分。
通过对蒸汽压缩式制冷原理的深入了解，可以更好地掌握制冷技术的核心原理，为相关领域的工作和研究提供重要的理论支持。
说明蒸汽压缩式制冷机的工作过程
蒸汽压缩式制冷机的工作过程1. 引言蒸汽压缩式制冷机是一种常见的制冷设备，广泛应用于家庭和商业领域。
它利用蒸发和冷凝的物理原理来实现制冷效果。
本文将详细介绍蒸汽压缩式制冷机的工作过程，包括其基本原理、组成部分以及工作循环。
2. 基本原理蒸汽压缩式制冷机的工作原理基于卡诺循环。
根据热力学第一定律，能量守恒，热量可以从高温区域传递到低温区域。
而根据热力学第二定律，热量无法自行从低温区域传递到高温区域。
因此，在制冷过程中，需要消耗外部能源来将热量从低温区域转移到高温区域。
3. 组成部分蒸汽压缩式制冷机由以下几个主要组成部分组成：3.1 蒸发器（Evaporator）蒸发器是制冷系统中的一个重要组件。
其作用是将制冷剂从液态转变成气态，吸收周围环境的热量。
在蒸发器中，低压制冷剂流经管道，在与外界空气接触的过程中蒸发，并从周围环境吸收热量。
3.2 压缩机（Compressor）压缩机是蒸汽压缩式制冷机的核心部件，其作用是将低温、低压的气体制冷剂吸入，然后通过增加压力和温度来提高制冷剂的温度和压力。
这样做的目的是为了使制冷剂能够流动到冷凝器中，并且能够释放更多的热量。
3.3 冷凝器（Condenser）冷凝器是将高温、高压的气体制冷剂转变为液态的关键组件。
在冷凝器中，制冷剂通过与外界空气或水接触，释放热量并降温，从而使制冷剂从气态转变为液态。
3.4 膨胀阀（Expansion Valve）膨胀阀控制着制冷剂从高压区域流向低压区域的速度。
它通过限制制冷剂的流量，降低其压力和温度，从而实现制冷效果。
4. 工作循环蒸汽压缩式制冷机的工作循环包括四个主要过程：蒸发、压缩、冷凝和膨胀。
下面将对每个过程进行详细描述：4.1 蒸发过程在蒸发器中，低温、低压的液态制冷剂吸收外界空气或物体的热量，从而使制冷剂蒸发成气态。
这个过程是通过增加制冷剂与周围环境接触面积来提高传热效率的。
4.2 压缩过程在压缩机中，气态制冷剂被吸入并被压缩成高温、高压的气体。
蒸汽压缩式制冷技术的原理及应用
蒸汽压缩式制冷技术的原理及应用1. 引言蒸汽压缩式制冷技术是一种常见且广泛应用于空调、冷柜和汽车空调等领域的制冷技术。
本文将介绍蒸汽压缩式制冷技术的原理和应用。
2. 蒸汽压缩式制冷技术的原理蒸汽压缩式制冷技术基于蒸发和冷凝过程，利用压缩机将低压低温的蒸汽压缩成高压高温的蒸汽。
具体原理如下：2.1 蒸发过程蒸汽压缩式制冷技术中的蒸发过程是制冷循环的第一步。
在蒸发器中，低压低温的制冷剂吸收外部热量，从而蒸发成为低压蒸汽。
2.2 压缩过程经过蒸发过程产生的低压蒸汽被压缩机吸入，通过压缩机的工作，使蒸汽的压力和温度升高。
这个过程通常伴随着能量的输入。
2.3 冷凝过程高压高温的蒸汽进入冷凝器，通过与外部环境接触，释放热量并冷凝成高压液体制冷剂。
2.4 膨胀过程高压液体制冷剂通过膨胀阀降压，变成低压低温的制冷剂，循环回到蒸发器中进行下一轮制冷循环。
3. 蒸汽压缩式制冷技术的应用3.1 空调蒸汽压缩式制冷技术是家用和商用空调系统中常用的制冷技术。
空调系统通过蒸汽压缩循环来降低室内温度，提供舒适的环境。
3.2 冷藏冷冻蒸汽压缩式制冷技术被广泛应用于冷柜、冷库和冷冻车等冷藏冷冻设备中。
利用蒸汽压缩循环，可控制冷藏环境的温度，确保食品和药品等易腐败物品的质量和安全性。
3.3 汽车空调蒸汽压缩式制冷技术也被广泛应用于汽车空调系统中。
通过使汽车内部空气经过冷却和除湿过程，提供舒适的驾驶环境。
3.4 工业应用蒸汽压缩式制冷技术在许多工业领域也有应用。
例如，电子设备生产中的温度控制、制药行业中的冷凝设备和冷却塔、石化行业的冷却器等。
4. 结论蒸汽压缩式制冷技术通过压缩、蒸发、冷凝和膨胀等过程，实现了制冷循环。
该技术被广泛应用于空调、冷藏冷冻和汽车空调等领域，为我们的生活和工作提供了便利。
在今后的发展中，随着节能减排需求的增加，蒸汽压缩式制冷技术也会进一步优化和改进，以提高能效和节约能源。
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4.1 单级蒸气 压缩式制冷循环
1．朗肯循环 2．劳伦茨循环 3．跨临界循环
4.2 多级蒸气压缩式制冷循环
4.3 复叠式制冷循环
4.1 单级蒸气压缩式制冷循环
容积式压缩机的单级压比受 压缩机容积效率、制冷剂凝固温度 和压缩终了温度的制约
通常被限制在8～10
离心式压缩机的单级压缩比受工 质分子量大小与叶轮的周边速度制约
图4-5 一级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环
( a ) 流程图
b ) lgp-h图
图4-6 一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环
( a ) 流程图
( b ) lgp-h 图
图4-7 两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷循环
( a ) 流程图
( b ) lgp-h 图
图4-8 两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制冷循环
低压级制冷剂循环量：
qmd
?
Q0 q0
?
Qo h1 ? h4
p
9 8 pk
7
4 10 pm 3 6 2
5
p0 1
h
从而可算出低压压缩机消耗的理论功率：
Ptd
?
qmdwd
?
h2 ? h1 h1 ? h4
Q0
qmg
3
对于中间冷却器：
qmghg ? qmdh2
? qmgh3 ? qmdh4
则：
qmg
?
qmd(h2 ? h4 ) h3 ? h9
T 2
3
1 4
s 图2-3 劳伦茨循环
3．跨临界循环
定义
将CO2作为制冷剂用于空调制冷的温度范 围时，由于 CO2的临界温度低（仅 30℃），排 热将在超临界区进行。而吸热则在临界点以下 进行，整个循环跨越临界点。
T
2
3 4
1
5
60
图4-4 CO2跨临界循环
S
1—2压缩过程； 2—3气体冷却过程； 3—4气体冷却过程； 4—5节流过程； 5—6蒸发过程； 0—1气体过热过程。
? ? 另外： qmgh6 ? qmg ? qmd h3 ? qmdh2
可得：
( a ) 流程图
( b ) lgp-h图
图4-9 两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷却两级
压缩制冷循环
( a ) 流程图
( b ) lgp-h 图
4.2.3 两级压缩制冷循环的热力计算
一、两级节流、中间完全冷却的两级压缩循环
单位制冷量：
q0 ? h1 ? h4
低压级理论功：
wd ? h2 ? h1
S
图4-2 有回热的朗肯循环 T—S图： 1'—2 压缩过程 2—3 冷凝过程 3—3' 液体过冷过程
3'—4 节流过程 4 —1 蒸发过程 1—1' 吸气过热过程
2．劳伦茨程与纯 质制冷剂及共沸混合制冷剂的压力特 性相适应。 劳伦茨循环
循环中的两个相变过程变成伴 随有降温的定压凝结和伴随有升温 的定压蒸发。
(1)压缩比增大时压缩机的输气系数λ大为降 低，压缩机的输气量及效率显著下降。
(2)压缩机排气温度过高，使润滑油的粘度 急剧下降，影响压缩机的润滑。当排气温度 与润滑油的闪点接近时，会使润滑油碳化， 以致在阀片上产生结碳现象。
(3)制冷剂节流损失增加，单位质量制冷量 及单位容积制冷量下降过大，经济性下降。
?
?
h2
?
h1 ?
h1 ? h4 h2 ? h4
h3 ? h9
(h7
?
h3 )
二、两级节流、中间完全冷却的两级压缩循环
单位制冷量：
p
q0 ? h1 ? h4
9 8 pk
7
低压级理论功：
4 10
wd ? h2 ? h1
低压级制冷剂循环量： 5
pm 3 6
2
p0 1
qmd
?
Q0 q0
?
Qo h1 ? h4
通常被限制在 2～4
单级蒸气压缩制冷的典型循环
1．朗肯循环
空调、制冷、食品冷藏温度范 围大量使用的循环
基本朗肯循环 有回热的朗肯循环
朗肯循环图例
T 2
3
4
1
s
图4-1 基本朗肯循环 循环T—s图：1—2 压缩过程 2—3 冷却冷凝过程
3—4 节流过程 4—1 蒸发吸热过程
T
2
3 3'
1' 4
1
h
高压级理论功为
wg ? h7 ? h6
q mg 6
3
2 q md
对于中间不完全冷却的两 级循环，根据中间冷却器 的热平衡关系
qmg h9
? ? ? qmg? qmd h3 ? qmd h4
10 4
q mg q md
中间冷却器
可得到流经高压级压缩机的制冷剂流量：
qmg ? ? qmd h3 ? h4 ? ?h3 ? h9 ?
2qmd
10 4
qmg qmd
中间冷却器
高压压缩机的单位理论功为
wg ? h7 ? h3
由此可得高压压缩机的理论功率：
Ptg
?
qmgwg
?
Qo h1 ? h4
h2 h3
? ?
h4 h9
(h7
?
h3)
根据制冷系数的定义，两级压缩制冷循 环的理论制冷系数为
??
Qo
qmg wg ? qmd wd
最后可得：
所以，为了获得比较低的温度（－ 40～－70℃），同时又能使压缩机的工作压 力控制在一个合适的范围内，就要采用多级 压缩循环。
采用哪一种型式有利则与制冷剂种类、 制冷剂容量及其它条件有关。常用的组成型式 有：
4.2.2 两级压缩制冷循环
1.一级节流、中间完全冷却的两级压缩 制冷循环 （如图4-5 所示） 2.一级节流、中间不完全冷却的两级压缩制 冷循环（如图4-6所示） 3.两级节流、中间完全冷却的两级压缩制冷 循环 （如图4-7 所示） 4.两级节流、中间不完全冷却的两级压缩制 冷循环（如图4-8 所示） 5.两级节流、具有中温蒸发器的中间完全冷 却两级压缩制冷循环， (如图4-9 所示）
4.2 多级蒸气压缩式制冷循环
?4.2.1 概述 ?4.2.2 两级压缩制冷循环 ?4.2.3 两级压缩制冷循环的热力计算 ?4.2.4 中间压力的选择
4.2.1 概述
单级蒸气压缩制冷机运行时制冷剂的冷 凝压力是由环境介质（如空气或水）温度所 决定。
在一定的冷凝温度下 蒸发温度的降低
冷凝压力和蒸发压力之差（pk-po）增大
压力比pk / po变大
我国活塞式制冷压缩机标准GB10875--89中 规定了不同制冷机使用温度在高温、中温和低 温的不同温度范围。
单级压缩循环所能达到的最低制冷温度是 有限的。通常，最低只能达到-40℃左右。
原因: 受单级活塞式压缩机的极限使用条件的限制。
单级蒸气压缩活塞式制冷机，压缩比一 般不超过10。当蒸发温度过低，超出极限使 用条件时会带来如下问题：