蒸气压缩式制冷系统

蒸气压缩式制冷系统第1页，课件共46页，创作于2023年2月液体汽化时要吸收热量，此热量称为汽化潜热。汽化潜热来自被冷却对象，使被冷却对象变冷。为了使这一过程连续进行，就必须从容器中不断地抽走蒸汽，并使其凝结成液体后再回到容器中去。从容器中抽出的蒸汽如直接冷凝成蒸汽，则所需冷却介质的温度比液体的蒸发温度还要低，我们希望蒸汽的冷凝是在常温下进行，因此需要将蒸汽的压力提高到常温下的饱和压力。制冷工质将在低温、低压下蒸发，产生冷效应；并在常温、高压下冷凝，向周围环境或冷却介质放出热量。蒸汽在常温、高压下冷凝后变为高压液体，还需要将其压力降低到蒸发压力后才能进入容器。液体汽化制冷循环是由工质汽化、蒸汽升压、高压蒸汽冷凝、高压液体降压四个过程组成。第2页，课件共46页，创作于2023年2月压焓图为一热力状态图。图中纵坐标表示绝对压力的对数lnp，横坐标表示焓值h。压焓图二、压焓图第3页，课件共46页，创作于2023年2月图中临界点k左边的粗实线为饱和液体线，线上的任何一点代表一个饱和液体状态，干度x=0；右边的粗实线为干饱和蒸汽线，线上任何一点代表一个饱和蒸汽状态，干度x=1。这两条曲线将图形分为三个区域：饱和液体线的左边是过冷液体区，该区域的液体称为过冷液体，过冷液体的温度低于同一压力下饱和液体的温度；干饱和线的右边是过热蒸汽区，该区域内的蒸汽称为过热蒸汽，过热蒸汽的温度高于同一压力下饱和蒸汽的温度；两条线之间的区域为两相区，制冷剂在该区域处于汽、液混合状态（湿蒸汽状态）。第4页，课件共46页，创作于2023年2月图中共有六种等参数线簇：等压线p—水平线；等焓线h—铅垂线；等温线t—液态区几乎为铅垂线。两相区内由于制冷剂的状态变化是在等压等温下进行，与等压线重合，为水平线。过热蒸汽区为向右下方弯曲的倾斜线；等熵线s—向右上方倾斜的实线；等容线v—向右上方倾斜的虚线，但比等熵线平坦等干度线x—只存在于湿蒸汽区域内，其方向大致与饱和液体线或饱和蒸汽线相近，视干度大小而定。第5页，课件共46页，创作于2023年2月对于理论循环，离开蒸发器、进入压缩机的制冷剂蒸汽是处于蒸发压力下的饱和蒸汽；离开冷凝器和进入膨胀阀的液体是冷凝压力下的饱和液体；等熵过程：制冷剂在压缩机中压缩是等熵过程；等压过程：制冷剂在冷却及冷凝过程为等压过程等焓过程：制冷剂通过膨胀阀节流时，节流前后焓值相等：等温过程：制冷剂在蒸发器和冷凝器中没压力损失。第6页，课件共46页，创作于2023年2月点2表示表示制冷剂出压缩机、进入冷凝器时的状态。过程线1-2表示制冷剂蒸汽在压缩机中的等熵压缩过程（s1=s2），压力由蒸发压力p0压缩到冷凝压力pk。等熵线与于压力为冷凝压力pk等压线的交点为2点。压缩过程中外界对制冷剂作功，使制冷剂温度增加，2点处于过热蒸汽状态。点1表示制冷剂出蒸发器、进入压缩机时的状态。对应于蒸发温度t0的饱和蒸汽。根据压力和饱和温度的关系，该点应处于与蒸发压力p0相对应的等压线与饱和蒸汽线（x=0）的交点上。第7页，课件共46页，创作于2023年2月点3表示制冷剂出冷凝器、进膨胀阀的状态，位于与冷凝温度tk相对应的饱和液体线上。过程2-2′-3表示制冷剂蒸汽在冷凝器中冷却（2-2′）和冷凝（2′-3）的过程。由于这个过程是在冷凝压力pk不变的情况下进行的，为等压过程。进入冷凝器的过热蒸汽首先将一部分热量放给外界冷却介质，在等压下变成饱和蒸汽（点2′），然后再在等压、等温下继续放出热量，直至最后冷凝成饱和液体（点3）。压力为pk的等压线与干度x=0的饱和液体线的交点即为点3的状态。第8页，课件共46页，创作于2023年2月点4表示制冷剂出节流阀、进蒸发器的状态。过程线3-4表示制冷剂通过节流阀的节流过程。在这一过程中，制冷剂的压力由冷凝压力pk降低到蒸发压力p0，温度由冷凝温度tk降低到蒸发温度t0，并进入两相区。由于节流前后制冷剂的焓值不变，过程3-4为等焓过程。

由点3作等焓线与等压线p0的交点即为点4的状态，由于节流过程是不可逆的，所以用一虚线表示。第9页，课件共46页，创作于2023年2月过程4-1表示制冷剂在蒸发器中的汽化过程。这一过程是在等温、等压（温度为t0、压力为p0）下进行的，液体制冷剂吸收被冷却对象的热量而不断汽化，其状态沿等压线p0向干度增大的方向变化，直到全部变为饱和蒸汽为止。制冷剂的状态又变回到进入压缩机前的状态点1，完成了一个完整的循环。第10页，课件共46页，创作于2023年2月§

2蒸气压缩式制冷系统的构成压缩机热交换设备节流机构管道各种控制阀辅助部件蒸气压缩式制冷系统的构成第11页，课件共46页，创作于2023年2月单级蒸汽压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成，用管道连接成一封闭系统，制冷剂在系统中循环流动。制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象的热量并沸腾汽化成蒸汽，与之相对应的压力P0称为蒸发压力，温度t0称为蒸发温度；压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸汽并将其压缩到冷凝压力Pk，然后送往冷凝器，蒸汽压缩式制冷系统图在冷凝压力下冷凝成液体，并将放出的热量传给了冷却介质（水或空气）。一、蒸气压缩式制冷系统的组成第12页，课件共46页，创作于2023年2月压缩式制冷系统的心脏主机有用能的输入制冷剂在系统中的循环流动整机性能可靠性寿命噪声1.压缩机第13页，课件共46页，创作于2023年2月与冷凝压力相对应的温度tk称为冷凝温度，tk一定要高于冷却介质的温度；冷凝后的高压液体通过膨胀阀或节流元件使其压力从冷凝压力pk降低到蒸发压力p0，使部分液体汽化，剩余液体温度降至t0；离开膨胀阀的制冷剂变为温度为t0的汽液混合物。混合物中的液体在蒸发器中从被冷却对象中吸收他所需要的蒸发热，使被冷却对象冷却；混合物中的蒸汽通常称为闪发蒸汽，不起吸热作用。在整个循环过程中，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸汽和造成蒸发器中低压的作用，推动系统循环，是整个系统的心脏；节流阀对制冷剂起着节流降压的作用，并用作调节进入蒸发器的制冷剂流量；蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象的热量，达到制冷的目的；冷凝器是输出热量的设备，制冷剂从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗的功所转化的热量在冷凝器中一起被冷却介质带走。第14页，课件共46页，创作于2023年2月蒸汽压缩式制冷系统根据热力学第二定律，压缩机消耗的功起了补偿作用，使制冷剂不断从低温热源吸取热量，并不断向高温热源放出热量，从而完成整个制冷循环。

第15页，课件共46页，创作于2023年2月活塞式压缩机

机体（曲轴箱）气缸活塞吸、排气阀曲轴连杆机构组成第16页，课件共46页，创作于2023年2月活塞式压缩机有以下特点：①作往复运动，转速不宜太高②气缸工作腔有余隙容积③气缸工作腔必须设置吸、排气阀，使吸、排气过程产生阻力损失④结构复杂，零部件多。⑤往复式压缩机不允许吸气带液第17页，课件共46页，创作于2023年2月2.热交换设备

制冷系统的热交换设备主要是冷凝器和蒸发器，它们是制冷剂与外部热源介质之间发生热交换的设备

第18页，课件共46页，创作于2023年2月1）冷凝器

用冷凝器将制冷剂从低温热源吸收的热量及压缩后增加的热焓排放到高温热源。冷凝器按冷却方式空气冷却式冷凝器中根据管外空气流动方式空气冷却式水冷式蒸发冷却式自然对流空气冷却式冷凝器强制对流空气冷却式冷凝器第19页，课件共46页，创作于2023年2月自然对流空气冷却式冷凝器1-肋片2-传热管3-上封板4-左端板5-进气集管6-弯头7-出液集管8-下封板9-前封板10-通风机11-装配螺钉空气强制对流冷凝器第20页，课件共46页，创作于2023年2月氨卧式壳管式冷凝器氟利昂套管式冷凝器第21页，课件共46页，创作于2023年2月2）蒸发器

蒸发器是制冷机中的冷量输出设备。制冷剂在蒸发器中蒸发，吸收低温热源介质（水或空气）的热量，达到制冷的目的。

第22页，课件共46页，创作于2023年2月冷却空气的蒸发器空气自然对流时多采用光盘管结构空气强制对流时采用翅片管结构壳管式沉没式

冷却液体（水或其它液体载冷剂）的蒸发器第23页，课件共46页，创作于2023年2月卧式满液式蒸发器结构干式壳管蒸发器第24页，课件共46页，创作于2023年2月空气强制对流的蒸发器及其肋片管型式a)蒸发器b)绕片管c)套片管1-传热管2-肋片3-挡板4-通风机5-集气管6-分液器

第25页，课件共46页，创作于2023年2月3.节流机构

节流机构是实现制冷循环系统必须的四个基本组成部件之一，安装在冷凝器与蒸发器之间。作用为：对制冷剂的流动起调节作用，使来自冷凝器的高压液态制冷剂压力降低控制进入蒸发器的制冷剂质流率第26页，课件共46页，创作于2023年2月1）毛细管

毛细管用在小型而且不需要精确调节流量的制冷装置。家用冰箱冷柜房间空调器简单便宜便于大批量生产应用特点第27页，课件共46页，创作于2023年2月2）手动膨胀阀

通常与其它控制元件配合使用，一般只在短时期内使用，例如在冷冻初期辅助送液，或者在自动膨胀阀出故障时作为旁路备用阀。

3）定压膨胀阀

从保持蒸发压力恒定为目的，自动调节蒸发器供液量。其结构原理是：由设定弹簧力和蒸发压力产生的流体压力之差提供阀打开方向的驱动力。当蒸发压力降低时，阀开大，供液量增多，以补偿蒸发压力的下降；当蒸发压力升高时，阀关小，供液量减少，抑制蒸发压力上升。第28页，课件共46页，创作于2023年2月4）浮球阀

用液位控制供液量。以浮球—杠杆机构产生阀动作的驱动力。根据制冷机的情况，又分两种。对于制冷剂液体主要在高压侧（冷凝器或高压贮液器）的制冷机，采用高压浮球阀。它的浮球感受冷凝器或高压贮液器的液位。当液位升高时，阀开大，增大蒸发器供液量；当液位降低时，阀关小，减少供液量。第29页，课件共46页，创作于2023年2月4.管道

用管道将制冷机各组成部件连接成一个完整的制冷系统，使制冷剂在封闭的系统中循环。制冷剂管道应考虑的问题：管道的材质应与制冷剂相容管道与管道、管道与设备连接处必须可靠密封，采用焊接或可拆连接（法兰或螺丝连接）连接处采用密封材料时，密封材料也必须与制冷剂相容管道与外界环境接触，将与管内制冷剂发生热交换制冷剂在管道中流动会产生管道压降第30页，课件共46页，创作于2023年2月5.其它部件四个主要部件压缩机冷凝器节流件蒸发器不可缺少管道附加净化贮集分离设备⒈过滤器

⒉干燥器⒊贮液器⒋集油器⒌油分离器⒍空气分离器第31页，课件共46页，创作于2023年2月§3制冷剂和载冷剂一、制冷剂的选用原则

只有在工作温度范围内能够汽化和凝结的物质才有可能作为制冷剂使用。第32页，课件共46页，创作于2023年2月1.制冷剂热力学性质

(1)工作温度范围内有合适的压力和压力比。(2)单位制冷量q0和单位容积制冷量qv较大。(3)比功w和单位容积压缩功wv小，循环效率高。蒸发压力≧大气压力冷凝压力不要过高冷凝压力与蒸发压力之比不宜过大(4)等熵压缩终了温度t2不能太高，以免润滑条件恶化或制冷剂自身在高温下分解。第33页，课件共46页，创作于2023年2月2.物理化学性质方面

(3)无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全。(4)化学稳定性和热稳定性好。(5)对大气环境无破坏作用。

原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。(1)粘度、密度尽量小。

(2)

导热系数大，可提高传热系数，减少传热面积。第34页，课件共46页，创作于2023年2月二、制冷剂制冷剂按其化学组成主要有三类

无机物氟里昂碳氢化合物第35页，课件共46页，创作于2023年2月字母“R”和它后面的一组数字或字母表示制冷剂根据制冷剂分子组成按一定规则编写1.无机化合物

2.氟里昂和烷烃类简写符号规定为R7()()括号中填入的数字是该无机物分子量的整数部分。简写符号规定为R(m-1)(n+1)(x)B(z)数值为零时省略不写，同分异构体则在其最后加小写英文字母以示区别。编写规则制冷剂的简写符号第36页，课件共46页，创作于2023年2月三、制冷剂的物理化学性质及其应用1.安全性(1)毒性虽然一些氟里昂制冷剂其毒性都较低，但在高温或火焰作用下会分解出极毒的光气。第37页，课件共46页，创作于2023年2月(2)燃烧性和爆炸性在空气中发生燃烧或爆炸的体积百分比范围。这一范围的下限值越小，表示越易燃；下限值相同，则范围越宽越易燃。2.热稳定性制冷剂在正常运转条件下不发生裂解。在温度较高又有油、钢铁、铜存在长时间使用会发生变质甚至热解。爆炸极限第38页，课件共46页，创作于2023年2月“冰堵现象”

当温度降到0℃以下时，水结成冰而堵塞节流阀或毛细管的通道形成“冰堵”，致使制冷机不能正常工作。泄漏性氨有强烈臭气，靠嗅觉易判是否泄漏。易溶于水，故不用肥皂水检漏，用酚酞试剂和试纸检漏氟利昂无色无臭，卤素喷灯和电子检漏仪检漏第39页，课件共46页，创作于2023年2月

沸点-33.3℃，凝固点-77.9℃单位容积制冷量大粘性小，传热性好，流动阻力小毒性较大，有一定的可燃性氨蒸气无色，具有强烈的刺激性臭味氨液飞溅到皮肤上会引起肿胀甚至冻伤氨系统中有水分会加剧对金属腐蚀，同时减小制冷量。以任意比与水互溶但在矿物润滑油中的溶解度很小，系统中氨分离的游离氢积累至一定程度遇空气可能爆炸氨液比重比矿物润滑油小，油沉积下部需定期放出在氨制冷机中不用铜和铜合金材料(磷青铜除外)

四、常用制冷剂1.无机物氨第40页，课件共46页，创作于2023年2月2.氟利昂(1)R12（二氟二氯甲烷CF2Cl2）沸点-29.8℃，凝固点-158℃。无色，有较弱芳香味，毒性小，不燃不爆，安全。系统里应严格限制含水量，一般规定不得超过0.001%常用温度范围内能与矿物性润滑油以任意比互溶不腐蚀一般金属但能腐蚀镁及含镁量超过2%铝镁合金。(2)R134a（四氟乙烷CH2FCF3）毒性低，不可燃，安全。与矿物润滑油不相溶，但能完全溶解于多元醇酯类。化学稳定性很好，溶水性比R12好，对系统干燥和清洁性要求更高，用与R12不同的干燥剂。第41页，课件共46页，创作于2023年2月五、载冷剂当蒸发器距离被冷却对象较远，或在氨制冷系统中为了避免制冷剂对被冷却对象造成污染，可利用载冷剂来传递冷量。载冷剂先在蒸发器中与制冷剂发生热量交换获得冷量，将获得的冷量贮存于冷媒罐中，用泵输送到需要冷量的地方，对被冷却对象进行冷却，这种冷却方式称为间接蒸发式冷却。在葡萄酒生产中，大多采用这种供冷方式。采用载冷剂供冷的优点在于可将制冷剂的使用