制冷与低温技术原理第三章蒸气压缩式制冷
第三章 蒸汽压缩式制冷
QH > QL
COPC = f (TH, TL) ,与制冷剂无关
COPC =COP max
3.1.2 逆卡诺制冷循环
逆Carnot 循环很难实现
● 蒸发器（4-1），冷凝器（2-3） → 要求无温差 传热，则需要换热面积无穷大，循环周期无限长；
● 压缩机（1-2）→ 要求无摩擦运动,等熵压缩； ● 膨胀机（3-4）→ 可逆等熵膨胀的高精度膨胀机
TL、 TH 对COP的影响程度
( ) COPc
TL
TH TH TL
2
( ) COPc
TK
TL TH TL
2
COPc
COPc
TL
TH
3.1.2 逆卡诺制冷循环
逆卡诺循环的特点
用膨胀机完成等熵膨胀过程 两个等温、两个等熵过程
湿压缩 →1.降低了吸气量；2.液态制冷剂影响润滑，液击。
3.1.2 逆卡诺制冷循环
算例
某蒸汽压缩制冷过程，制冷剂在２5０K吸收热量Q0，在３00K放出热 量QH，压缩和膨胀过程是绝热的，向制冷机输入的净功为W ，判断 下列情况是：
A.可逆的 B. 不可逆的 C .不可能的
（1） Q0 =2000kJ （2） Q0=1000kJ （3） W=100kJ
W =400kJ QH=1500kJ QH=700kJ
蒸发器
q0 T0
膨胀阀的作用： 使制冷剂节流降压； 调节进入蒸发器的制冷剂流量。
单级蒸气压缩式制冷系统
3.2.1 特点及工作过程
理论循环与理想循环（逆卡诺循环）的区别：
两个传热过程均为等压过程； 用膨胀阀代替膨胀机，理论循环不是等熵膨胀过程； 蒸气压缩为干压缩，而不是在湿蒸气区内进行（湿
蒸汽压缩式制冷解析
1）单位质量制冷量
q 0 h1 - h 4 h1 - h 3 401.555 - 243.114 158.441kJ/ kg
2）单位容积制冷量
q 0 158.441 qv 2426kJ/m3 v1 0.0653
3）质量流量
Q0 55 qm 0.347kg/s q 0 158.441
q' 0 h1 h4 ' w' h2 h1
与无回热循环1-2-3-4-5-1相比较，回 热循环的单位制冷量增大了
q0 h4 h4 h1 h1 c p0 t R
但单位功也增大了 h1 ) ( h2 h1 ) w0 w' w0 ( h2
4）制冷剂在设备及管道内流动时， 存在着流动阻力损失，且与外界有热 量交换。 5）实际节流过程不完全是绝热的等 焓过程，节流后的焓值有所增加。 6）制冷系统中存在着不凝性气体。
图3-9
实际循环在T-s图（a）和lg p-h图（b）上的表示
简化后的实际循环
Lg p
4-5表示制冷剂在冷凝压力下的过冷过程
三区：
气相区 液相区 两相区
五态：
八线：
3.2.3单级蒸气压缩式制冷的理论循环
1.单级理论循环的假设条件：
（1）压缩过程为等熵过程，即在压缩 过程中不存在任何不可逆损失 （2）在冷凝器和蒸发器中，制冷剂 的冷凝温度等于冷却介质的温度，蒸发 温度等于被冷却介质的温度，且冷凝温 度和蒸发温度都是定值
例 题
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。
制冷与低温技术原理—第3章 蒸气压缩式制冷-多级蒸气压缩制冷循环
P k ,G
q mG w 0G
k ,G
kW
高压级压缩机的绝热效率
q vs ,G q m G v 3 m3 / s
q v h ,G q
vs ,G
G
m3 / s
高压级压缩机 的输气系数
p 7 5 6 8 po pk pm 3 1 h 4 2
制冷系数： • 理论循环： • 实际循环：
p 7 5 6 8 0 po pk pm 3 1 h 4 2
（3）热力计算
计算的步骤和内容：
循环的 p-h表示
两级压缩制冷循环的性能计算需借助p-h图或T-S图 • 已知制冷量Q0，工作条件； • 确定冷凝温度，蒸发温度，压缩机吸气温度， 高压液体过冷温度； • 借助p-h图，确定冷凝压力，蒸发压力， • 确定中间压力和中间温度； • 计算或查出各状态点的状态参数（焓，吸气比体积）； • 进行循环性能指标计算，计算按先低压级后高压级顺序。
不完全冷却循环的p-h表示 h
氨两级压缩制冷系统
氟利昂两级压缩制冷系统
涉及到的辅助设备： （1）油分离器：
把压缩机排气的润滑油分离出来，并返回到曲轴箱去，
以免油进入各种换热器影响传热。
（2）干燥过滤器：
除去冷凝器中出来液体中的水分和杂质，防止膨胀阀 冰堵或堵塞。
（3）回热器：
过冷液体制冷剂，同时提高低压蒸气温度，避免
0 0 qm G w0G qm D w0 D
0
循环的 p-h表示
S
0 qm G w0 G qm D w0 D
k ,G
k , D
冷凝器的热负荷： k q mG (h 4 h5 ) kW
p
（4）设计计算和校核计算：
制冷与低温技术原理—第3章 蒸气压缩式制冷-制冷剂解读
第 3 章 蒸气压缩式制冷 ---制冷剂
3.3 蒸气压缩式制冷中的制冷剂
3.3.1 制冷剂概述
1. 制冷剂的发展和种类
制冷剂 乙醚 二甲基乙醚 CO2（干冰） NH3 SO2 标准沸点-10℃ 毒性大 沸点温度 标准蒸发温度34.5℃， 蒸发压力低于大气压力。 沸点-23.6℃， 蒸发压力比乙醚高的多。 特点 易燃，易爆 应用 淘汰 淘汰
氟里昂的分子通式： 符号表示：
符号表示法1：
CmHnFxClyBrz
R (m-1) (n+1) (x) B (z)
例如: R11，R12，R113
符号表示法2：
将R换成物质分子中组成元素符号
例如: CFC113，HCFC22，HFC134a
氟里昂的种类：
• 含氯氟碳的完全卤代烃CFC类 ：
例如：CFC11，CFC12，CFC113
例如：• 饱和蒸气压力和温度之间的关系， • 热力状态参数之间的关系， • 状态参数与比热容，绝热指数，声速的关系等。
（1）制冷剂的饱和蒸气压力曲线 不同制冷剂的饱和蒸气压力曲线。 （书中图3-25）
标准蒸发温度（标准沸点）ts： 制冷剂在标准大气压下的沸腾温度。
说 明 1. 标准蒸发温度大体上可以反映制冷时能够达到的 低温范围。ts越低的制冷剂，能够达到的制冷温度越低。 2. 习惯上往往依据ts的高低，将制冷剂分为： 高温制冷剂，中温制冷剂，低温制冷剂。 3. 在同一温度下，标准蒸发温度高的制冷剂压力低； 标准蒸发温度低的制冷剂压力高。 4. 制冷剂的饱和蒸发压力-温度特性决定了给定工作温度下 制冷循环的压力和压力比。
（5）溶水性
• 氟利昂和烃类物质都难溶于水； • 氨易溶于水； • 制冷系统中必须严格控制含水量。
制冷与低温技术原理第3章蒸气压缩式制冷单级蒸气压缩制冷循环
从蒸发器出来的低温 制冷剂蒸气，在通过吸 气管道进入压缩机之前 ，从周围环境中吸收热 量而过热，该过热对被 冷却物体不产生任何制 冷作用。
p
无效过热对循环性能的影响
3
pk, TK
2 2’
po, To
4
1 1’
0 有吸气过热的循环 h
单位制冷量
不变 q 0 h1 h4
给定压缩机
制冷量 减少
Q 0 q m q 0
➢ 蒸发温度越低，过冷使性能的相对提高越大。
（6）实现过冷的措施：
➢ 利用冷凝器直接过冷；
• 采用逆流管套式换热器最易获得过冷。 • 过冷度提高不多，一般可获得1-5℃过冷度。
➢ 利用再冷却器或过冷器获得过冷；
• 在冷凝器和膨胀阀之间增设一台过冷器，在过冷器 中通入温度更低的冷却介质（如深井水）；
各点对应状态
3
膨 胀 阀
4
冷却介质
冷凝器 蒸发器
2
压缩机
1
被冷却介质
蒸气压缩式制冷的基本系统图
（1）1点：制冷剂进入压缩机的状态， 对应于蒸发温度To下的饱和蒸汽。
（2）2点：压缩机压缩后的排气状态， 对应于冷凝压力下的过热蒸汽。
（3）3点：制冷剂在冷凝器出口处的状态， 是与冷凝温度TK对应的饱和液体。
循环比功 略增大
w
' 0
h
2'
h
1'
w 0 ( h 2 ' h 1' ) ( h 2 h1)
p
3 pk, TK 2 2’
po, To
4
1
1’
0 吸气过热பைடு நூலகம்比功变化 h
冷凝器的热负荷 增加
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。
制冷与低温技术原理—第3章 蒸气压缩式制冷-制冷剂
使用温度范围内压力较高 无毒，安全， 使用 （常温下冷凝压力高达8MPa） 机器笨重 广泛 淘汰
1. 制冷剂的发展和种类
制冷剂 碳氢化合物 （20世纪） 氟里昂 （1930-至今） 共沸混合制冷剂 非共沸混合制冷 剂 （1950-至今） 沸点温度 特点 易燃，易爆 应用 石油化工
毒性小，无燃爆危 实用广泛 险，腐蚀小，分子 量大，排气温度低 使用 广泛
（3）特鲁顿（Trouton）定律：
大多数物质在标准蒸发温度下蒸发时，其摩尔墒增 的数值都大体相等。
即： s M rs 76 88 kJ /(kmol.k )
Ts
分析
1. 标准蒸发温度相近的物质，分子量大的， 汽化潜热小，单位质量制冷量小； 2. 各种制冷剂在一个大气压下汽化时， 单位容积汽化潜热大体相等； 3. 相同蒸发温度下，压力高的制冷剂其 单位容积制冷量大。
环境可接受性
• 对大气环境无破坏作用； • 臭氧破坏指数和温室效应指数为零或尽可能小。 总结 • 完全满足上述要求的制冷剂很难找到； • 其中，环境指标是硬指标； • 制冷剂选定后，反过来要求制冷系统在流程安排， 结构设计及运行操作等方面要与制冷剂相适应。
3.3.2 制冷剂的性质
1. 热力性质： 是指其热力参数之间的相互关系。
燃烧性
• 可燃性低限LFL— 用引起燃烧的空气中 制冷剂含量的极限值 表示。 • 避免使用易燃工质。 • 燃烧热HOC— 单位 质量制冷剂燃烧时的 发热量kJ/kg。
爆炸性
• 爆炸极限—制冷剂 在空气中发生爆炸 时的体积百分比的 范围。 • 爆炸极限下限越小， 越易燃易爆； • 下限相同，范围越 宽，越易燃易爆。
• 含氢氯氟碳的不完全卤代烃HCFC类： 例如：HCFC21，HCFC22 • 含氢氟碳的无氯卤代烃HFC类：
制冷与低温技术原理-小组讨论题-答案
第一章绪论（小组讨论题-课堂完成）填空题1.制冷是指用（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，并保持这个低温。
2.制冷是一个逆向循环，为了实现制冷循环，必须（消耗功）。
3.在科学研究和工业生产中，常将制冷分为（制冷）和（低温技术）两个体系。
4.根据国际制冷学会第13次制冷大会（1971年）的建议，将（ 120K ）温度定义为普冷和低温的分界线。
5.（氦气）是自然界诸元素中沸点最低的气体，也是最后被液化的气体。
6.定压下，单位质量液体汽化时所吸收的热量称为（汽化潜热）。
7.任何一种物质，随着（温度）的提高其汽化热不断减小，当到达（临界）状态时，汽化热为零。
8.节流过程是（流体流动时由于流通面积突然减小，压力降低的热力过程），节流前后，（焓值）保持不变，（温度）和（压力）降低。
9.制冷机按照逆卡诺循环工作时，制冷系数只与（热源和热汇的温度）有关，与（制冷剂性质）无关。
10.制冷机制冷系数的数值范围为（大于0 ），热泵泵热系数的数值范围为（大于1 ），热机热效率的数值范围为（ 0～1 ）。
选择题（单选）1.空调用制冷技术属于（ A）A. 普通制冷B. 深度制冷C. 低温制冷D. 极低温制冷2.人工制冷技术的发展起源于（A ）A. 蒸气压缩式制冷B. 吸收式制冷C. 蒸汽喷射制冷D. 气体膨胀制冷3.实际制冷循环的制冷系数与逆卡诺循环的制冷系数之比称为（C ）A. 压缩比B. 输气效率C. 热力完善度D. 能效比4.热泵循环中的制热过程是（ D）A．电热加热 B．热水供热 C．制冷剂汽化 D．制冷剂的冷却冷凝第二章制冷方法（小组讨论题-课堂完成）填空题1.制冷的方法有很多，常见的方法有（相变制冷），（气体膨胀制冷），（绝热放气制冷），和（电磁制冷）等方法。
2.在制冷技术中，常应用纯水冰或冰盐的（冰融化吸热）过程以及干冰的（升华吸热）过程来制冷。
3.利用纯水冰冷却只能使被冷却物体保持（ 0摄氏度以上）的温度。