第四章單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)12§4—1理想制冷循環(huán)§4—2單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)§4—3單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)3一、制冷循環(huán)和熱泵循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性能二、理想制冷循環(huán)三、對(duì)制冷循環(huán)的簡(jiǎn)要分析和討論§4—1理想制冷循環(huán)4一、制冷循環(huán)和熱泵循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性能通過(guò)第二章的學(xué)習(xí)知道，任何制冷循環(huán)從能量的角度出發(fā)都可以用圖來(lái)表示。§4—1理想制冷循環(huán)1、制冷系數(shù)制冷循環(huán)中的能量關(guān)系5由式可見(jiàn)，在制冷循環(huán)中所消耗的機(jī)械功或工作熱能越少，且從低溫?zé)嵩刺幬盏臒崃吭蕉?，則制冷系數(shù)越大，設(shè)備的工作效率越高。實(shí)際中的制冷系數(shù)可能大于1，也可能小于等于1，不過(guò)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)在普冷范圍下制冷系數(shù)通常為3～5?！?—1理想制冷循環(huán)1、制冷系數(shù)6為衡量一臺(tái)熱泵的經(jīng)濟(jì)性能，引入了供暖系數(shù)（μ）的概念，即實(shí)現(xiàn)熱泵循環(huán)時(shí)向高溫?zé)嵩捶懦龅臒崃浚≦k，供暖量）與完成循環(huán)所消耗的能量（機(jī)械功Wnet或工作熱能Q）的比值，見(jiàn)式。由式（4—2）可見(jiàn)，在熱泵循環(huán)中所消耗的機(jī)械功或工作熱能越少，且向高溫?zé)嵩捶懦龅臒崃吭蕉?，則供暖系數(shù)越大，設(shè)備的工作效越高?！?—1理想制冷循環(huán)2、供暖系數(shù)7例題一臺(tái)熱泵型空調(diào)器（見(jiàn)圖），在冬季工作時(shí)的電功率是1000W，它的標(biāo)準(zhǔn)制熱量是3200W，試求其供暖系數(shù)。§4—1理想制冷循環(huán)2、供暖系數(shù)熱泵型空調(diào)器供暖示意圖8通常外界環(huán)境的溫度越低，熱泵的供暖效率也越低，供暖系數(shù)越小。當(dāng)冬季室外溫度低于0℃后，不但因室外溫度較低而使采暖效率下降，還因工作中的家用空調(diào)器室外換熱器（這時(shí)充當(dāng)著蒸發(fā)器）中制冷劑的蒸發(fā)溫度低于室外環(huán)境溫度，使得室外換熱器的管道和翅片上很快結(jié)滿霜層，從而嚴(yán)重影響蒸發(fā)器從室外介質(zhì)中吸熱。§4—1理想制冷循環(huán)2、供暖系數(shù)9二、理想制冷循環(huán)可逆過(guò)程是一種理想的熱力學(xué)過(guò)程，即熱力學(xué)系統(tǒng)由某一狀態(tài)出發(fā)，經(jīng)過(guò)某一過(guò)程到達(dá)另一狀態(tài)后，如果存在另一過(guò)程，它能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原，即讓系統(tǒng)回到原來(lái)的狀態(tài)，同時(shí)又完全消除原來(lái)過(guò)程對(duì)外界所產(chǎn)生的一切影響，則原來(lái)的過(guò)程稱為可逆過(guò)程。反之，如果無(wú)論采用何種辦法都不能使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原，則原來(lái)的過(guò)程稱為不可逆過(guò)程。§4—1理想制冷循環(huán)1、可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程10逆向卡諾循環(huán)是由兩個(gè)可逆絕熱過(guò)程和兩個(gè)可逆等溫過(guò)程組成的，是在一個(gè)恒定高溫?zé)嵩春鸵粋€(gè)恒定低溫?zé)嵩撮g工作的逆向循環(huán)，并且工質(zhì)與高溫?zé)嵩础⒌蜏責(zé)嵩粗g的傳熱溫差為無(wú)窮小，即Tk=TH，T0=TLTk為制冷劑高溫?zé)嵩吹葴胤艧岬臏囟龋琓H為高溫?zé)嵩吹臏囟?，T0為制冷劑從低溫?zé)嵩吹葴匚鼰岬臏囟龋琓L為低溫?zé)嵩吹臏囟??！?—1理想制冷循環(huán)2、逆向卡諾循環(huán)11如圖1和圖2所示為工質(zhì)在氣相區(qū)逆向卡諾循環(huán)的壓力—比容圖（簡(jiǎn)稱p-v圖）和溫熵圖（簡(jiǎn)稱T-S圖）。§4—1理想制冷循環(huán)2、逆向卡諾循環(huán)1-氣相區(qū)的逆向卡諾循環(huán)p—v圖2-氣相區(qū)的逆向卡諾循環(huán)T—S圖12由T-S圖得循環(huán)中系統(tǒng)吸收低溫?zé)嵩吹臒崃浚貉h(huán)中系統(tǒng)向高溫?zé)嵩捶懦龅臒崃浚焊鶕?jù)熱力學(xué)第一定律，得到：§4—1理想制冷循環(huán)2、逆向卡諾循環(huán)13因此，逆向卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)：上式表明，所有工作于同溫度高溫?zé)嵩春屯瑴囟鹊蜏責(zé)嵩粗g的理想制冷循環(huán)的效率都相等，而與采用的工質(zhì)種類無(wú)關(guān)。上式還反映了這樣一條規(guī)律：§4—1理想制冷循環(huán)2、逆向卡諾循環(huán)14另外，卡諾定理表明：所有工作于同溫度高溫?zé)嵩春屯瑴囟鹊蜏責(zé)嵩粗g的一切制冷循環(huán)中，可逆制冷循環(huán)的效率最高（制冷系數(shù)最大），即：同理可得：§4—1理想制冷循環(huán)2、逆向卡諾循環(huán)15三、對(duì)制冷循環(huán)的簡(jiǎn)要分析和討論若降低高溫?zé)嵩礈囟?，同時(shí)提高低溫?zé)嵩礈囟龋瑒t循環(huán)效率會(huì)得到提高。實(shí)踐還證明，低溫?zé)嵩吹臏囟葘?duì)制冷效率的影響比高溫?zé)嵩吹臏囟雀蟆Ｔ趯?shí)際中還因高溫?zé)嵩吹臏囟瘸Ｊ艿江h(huán)境條件的限制無(wú)法降低，通常在滿足維持起碼的低溫溫度，即被降溫區(qū)的溫度上限的前提下，用提高低溫?zé)嵩吹臏囟葋?lái)提高制冷系數(shù)?！?—1理想制冷循環(huán)1、高、低溫?zé)嵩礈囟葘?duì)制冷循環(huán)效率的影響16由于在制冷循環(huán)的兩個(gè)換熱過(guò)程中很容易做到“恒壓”，根據(jù)飽和壓力與飽和溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在兩相區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)逆向卡諾循環(huán)的可逆等溫?fù)Q熱要比在氣相區(qū)更具可行性，所以,實(shí)際中通常在兩相區(qū)來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)，如圖所示?！?—1理想制冷循環(huán)2、在兩相區(qū)實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)兩相區(qū)的逆向卡諾循環(huán)T-S圖17若果真如上所說(shuō)，在將循環(huán)完全地轉(zhuǎn)移到兩相區(qū)時(shí)，則壓縮過(guò)程中被壓縮的就不再是干蒸氣，而是濕蒸氣，這樣的壓縮稱為“濕壓縮”,它會(huì)導(dǎo)致“液擊”事故的發(fā)生。因此，在實(shí)際中將循環(huán)的壓縮部分移出兩相區(qū),如圖所示?！?—1理想制冷循環(huán)3、濕壓縮與干壓縮干壓縮逆向卡諾循環(huán)T-S圖18工質(zhì)要吸取低溫?zé)嵩吹臒崃?其溫度（T0）必定低于低溫?zé)嵩吹臏囟龋═L），而向高溫?zé)嵩捶懦鰺崃繒r(shí)，其溫度（Tk）必定要高于高溫?zé)嵩吹臏囟龋═H），即Tk>TH，T0<TL，分別如圖1和圖2所示?！?—1理想制冷循環(huán)4、傳熱溫差對(duì)循環(huán)的影響2-工質(zhì)吸熱條件1-工質(zhì)放熱條件19因此，實(shí)際的制冷循環(huán)路線將由如圖所示的1-2-3-4-1變?yōu)?′-2′-3′-4′-1′。§4—1理想制冷循環(huán)4、傳熱溫差對(duì)循環(huán)的影響傳熱溫差對(duì)循環(huán)的影響20從上面的分析可知，一個(gè)實(shí)際制冷循環(huán)的制冷效率總是低于相同溫度條件下高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹哪嫦蚩ㄖZ循環(huán)的制冷系數(shù)。這個(gè)相對(duì)差值越小，表示其熱力學(xué)性能越好，循環(huán)越接近理想狀態(tài)，為此用“熱力完善度”來(lái)反映實(shí)際制冷循環(huán)的這一能力。§4—1理想制冷循環(huán)5、熱力完善度21一、單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)假設(shè)條件和熱力狀態(tài)圖二、理論制冷循環(huán)的熱力性能指標(biāo)§4—2單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)22一、單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)假設(shè)條件和熱力狀態(tài)圖單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)如圖所示，制冷工作原理已在第二章講述，圖的中央是單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)的壓焓圖。直角坐標(biāo)系以制冷劑工質(zhì)的焓值為橫軸，以制冷劑工質(zhì)壓力的對(duì)數(shù)值為縱軸?！?—2單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)23一、單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)假設(shè)條件和熱力狀態(tài)圖1、壓縮過(guò)程為干飽和蒸氣的等熵壓縮過(guò)程，如上圖所示的過(guò)程1—2。2、冷卻冷凝過(guò)程無(wú)壓降，且冷凝過(guò)程無(wú)傳熱溫差，無(wú)過(guò)冷，如上圖所示的過(guò)程2-4。3、節(jié)流過(guò)程為 飽和液體的等焓降壓過(guò)程，如上圖所示的過(guò)程4-5。4、蒸發(fā)過(guò)程無(wú)壓降，無(wú)傳熱溫差，如上圖所示的過(guò)程5-1?！?—2單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)24二、理論制冷循環(huán)的熱力性能指標(biāo)（1）定義單位質(zhì)量制冷量簡(jiǎn)稱單位制冷量，是指在理論制冷循環(huán)中單位質(zhì)量制冷劑在蒸發(fā)器中定壓沸騰汽化時(shí)吸收的熱量，常用q0表示，單位是千焦/千克（kJ/kg）。（2）計(jì)算公式§4—2單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)1、單位質(zhì)量制冷量25（3）分析在圖1所示的單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)壓焓圖中，單位質(zhì)量制冷量相當(dāng)于過(guò)程線5-1在橫軸上的投影，在圖2所示的單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)溫熵圖中相當(dāng)于1-5-S5-S1的矩形面積。q0也可表達(dá)為：§4—2單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)1、單位質(zhì)量制冷量2-單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)溫熵圖1-單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)壓焓圖26(1)定義在循環(huán)中，制冷壓縮機(jī)每吸取1、m3的制冷劑回氣，制冷劑在低溫?zé)嵩刺幬叩臒崃糠Q為單位容積制冷量，常用qv表示，單位為千焦/米3（kJ/m3）。(2)計(jì)算公式§4—2單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)2、單位容積制冷量27(3)分析由于吸氣比容v1隨蒸發(fā)溫度的下降而增大，由式可見(jiàn)，制冷劑種類和蒸發(fā)溫度的高低等,也是影響單位容積制冷量的主要因素?！?—2單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)2、單位容積制冷量28(1)定義制冷壓縮機(jī)每次等熵壓縮并循環(huán)1kg制冷劑所消耗的機(jī)械功稱為單位理論功，常用w0表示，單位為千焦/千克（kJ/kg）。(2)計(jì)算公式§4—2單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)3、單位理論功29(3)分析單位理論功在上圖1所示的壓焓圖中,相當(dāng)于過(guò)程線1-2在橫軸上的投影，在上圖2所示的溫熵圖中,相當(dāng)于1-2-3-4-7-5-1所圍成的多邊形面積?！?—2單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)3、單位理論功30(1)定義在循環(huán)中，制冷壓縮機(jī)每輸送1、kg制冷劑，制冷劑在冷凝器內(nèi)等壓冷凝時(shí)向高溫?zé)嵩捶懦龅臒崃糠Q為單位冷凝器負(fù)荷，常用qk表示，單位為千焦/千克（kJ/kg）。(2)計(jì)算公式§4—2單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)4、單位冷凝器負(fù)荷31(3)分析單位冷凝器負(fù)荷在上圖1所示的壓焓圖中,相當(dāng)于冷卻冷凝過(guò)程線2-3在橫軸上的投影；在圖上圖2所示的溫熵圖中,相當(dāng)于1-2-3-4-S4-S1-1所圍成的多邊形面積?！?—2單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)4、單位冷凝器負(fù)荷32(1)計(jì)算公式(2)分析理論制冷循環(huán)的制冷系數(shù)不但與高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟扔嘘P(guān)，還與循環(huán)所選用的制冷劑有關(guān)，這是理論制冷與理想制冷的重要區(qū)別之一。§4—2單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)5、單級(jí)理論制冷循環(huán)制冷系數(shù)33單級(jí)理論制冷循環(huán)的熱力完善度β0的計(jì)算公式如下：§4—2單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)6、單級(jí)理論制冷循環(huán)的熱力完善度34一、實(shí)際循環(huán)中影響制冷效率的主要因素二、單級(jí)實(shí)際制冷循環(huán)熱力過(guò)程分析§4—3單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)三、單級(jí)實(shí)際制冷循環(huán)的簡(jiǎn)化四、單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)的熱力性能指標(biāo)35一、實(shí)際循環(huán)中影響制冷效率的主要因素(1)壓縮機(jī)吸入的是過(guò)熱蒸氣蒸氣壓縮式制冷設(shè)備在工作時(shí),由于高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟葧?huì)隨著眾多因素的改變而改變，為了保證不形成濕壓縮，防止液擊事故的發(fā)生，不得不讓回氣過(guò)熱，即吸氣溫度要高于蒸發(fā)溫度（t1>t0）。這不但增大了系統(tǒng)的熱負(fù)荷，也增大了吸氣比容，降低了制冷劑的有效循環(huán)量。§4—3單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)1、吸氣、壓縮和排氣過(guò)程36(2)吸氣壓力低于蒸發(fā)壓力如圖所示為壓縮機(jī)吸氣時(shí)的情景，制冷劑回氣必須克服吸氣彈簧的拉力才能將吸氣閥門(mén)打開(kāi)，故吸氣時(shí)的吸氣壓力低于蒸發(fā)壓力，即p1<p0，它使得吸氣比容增大?！?—3單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)1、吸氣、壓縮和排氣過(guò)程壓縮機(jī)吸氣時(shí)的情景37(3)進(jìn)入氣缸的制冷劑溫度進(jìn)一步提高低溫制冷劑進(jìn)入氣缸后吸收缸壁熱量，溫度升高，比容進(jìn)一步增大，有效輸氣量進(jìn)一步減少。(4)壓縮過(guò)程既不等熵也不絕熱壓縮初期制冷劑回氣溫度低于氣缸壁溫度，被吸入氣缸的制冷劑吸收缸壁熱量；壓縮中期制冷劑處于準(zhǔn)等溫絕熱狀態(tài)；壓縮后期制冷劑溫度高于壁溫，放熱?！?—3單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)1、吸氣、壓縮和排氣過(guò)程38(5)排氣壓力高于冷凝壓力與吸氣時(shí)的情況類似，被壓縮后的高溫高壓制冷劑蒸氣必須克服排氣彈簧的壓力才能將排氣閥門(mén)打開(kāi)，故排氣時(shí)排氣壓力要高于冷凝壓力，即p2>pk，如圖所示為壓縮機(jī)排氣時(shí)的情景。§4—3單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)1、吸氣、壓縮和排氣過(guò)程壓縮機(jī)排氣時(shí)的情景39另外,由于壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)部件存在摩擦、壓縮機(jī)高壓部分與低壓部分存在竄氣泄漏（見(jiàn)圖1）、活塞式壓縮機(jī)存在著余隙容積（見(jiàn)圖2）都會(huì)造成壓縮機(jī)的實(shí)際輸氣量減少、不可逆因素增多，循環(huán)效率因此降低?！?—3單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)1、吸氣、壓縮和排氣過(guò)程1-壓縮機(jī)高壓部分與低壓部分存在竄氣泄漏2-活塞式壓縮機(jī)的余隙容積40(1)為了減少和杜絕制冷循環(huán)在節(jié)流過(guò)程中“閃發(fā)氣體”的產(chǎn)生在節(jié)流時(shí)，工質(zhì)運(yùn)動(dòng)因受到較大的阻力而產(chǎn)生摩擦熱，部分飽和液體因此汽化，使循環(huán)效率顯著下降。（2）在換熱器中存在著“正?！钡膿Q熱溫差，同時(shí)，制冷劑在換熱器和管道中循環(huán)時(shí)存在著流動(dòng)阻力，并因此沿程產(chǎn)生壓降，這些因素也會(huì)增大能耗，降低效率?！?—3單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)2、換熱過(guò)程41因?yàn)閷?shí)際的節(jié)流過(guò)程并不能做到完全的絕熱、等焓，節(jié)流后制冷劑的焓值會(huì)有所增加，如圖所示為制冷循環(huán)中的理論節(jié)流過(guò)程與實(shí)際節(jié)流過(guò)程的比較，可見(jiàn)實(shí)際的制冷量（q′0）將小于理論制冷量（q0）。§4—3單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)3、節(jié)流過(guò)程制冷循環(huán)中的理論節(jié)流過(guò)程與實(shí)際節(jié)流過(guò)程的比較42二、單級(jí)實(shí)際制冷循環(huán)熱力過(guò)程分析根據(jù)上面對(duì)實(shí)際循環(huán)中影響制冷效率主要因素的簡(jiǎn)要分析和比較，不難得到單級(jí)實(shí)際制冷循環(huán)的熱力狀態(tài)圖。下面以圖1所示的單級(jí)制冷系統(tǒng)基本組成為基礎(chǔ)，對(duì)圖2所示的單級(jí)實(shí)際制冷循環(huán)壓焓圖進(jìn)行簡(jiǎn)要講解?！?—3單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)1-單級(jí)實(shí)際制冷循環(huán)壓焓圖2-制冷劑蒸氣過(guò)熱過(guò)程43二、單級(jí)實(shí)際制冷循環(huán)熱力過(guò)程分析1—1′是制冷劑蒸氣過(guò)熱過(guò)程，它通常包括制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)過(guò)熱、回?zé)崞鲀?nèi)過(guò)熱、回氣管和吸氣管道內(nèi)過(guò)熱等，如圖所示?！?—3單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)制冷劑蒸氣過(guò)熱過(guò)程44三、單級(jí)實(shí)際制冷循環(huán)的簡(jiǎn)化根據(jù)各因素對(duì)實(shí)際制冷循環(huán)影響的大小，一般采用如下辦法對(duì)實(shí)際制冷循環(huán)進(jìn)行簡(jiǎn)化和修正：1、忽略換熱設(shè)備和管道對(duì)制冷劑的流動(dòng)阻力及其引起的壓降等不可逆因素。這個(gè)問(wèn)題可通過(guò)完善制冷工藝得到解決或改善。2、忽略節(jié)流時(shí)制冷劑與環(huán)境之間的換熱問(wèn)題，仍將實(shí)際節(jié)流視為絕熱等焓過(guò)程。3、認(rèn)為蒸發(fā)溫度和冷凝溫度恒定不變?！?—3單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)45三、單級(jí)實(shí)際制冷循環(huán)的簡(jiǎn)化4、考慮制冷劑與高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g的傳熱溫差，但將其歸屬到制冷循環(huán)熱力完善度中去討論。5、考慮制冷循環(huán)中的回氣過(guò)熱和液體過(guò)冷現(xiàn)象。6、將因?qū)嶋H制冷壓縮機(jī)產(chǎn)生的、與理論制冷循環(huán)不吻合的各種復(fù)雜因素,簡(jiǎn)化為吸氣壓力（p1）等于蒸發(fā)壓力（p0）,排氣壓力（p2）等于冷凝壓力（pk）的簡(jiǎn)單不可逆增熵過(guò)程?！?—3單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)46二、單級(jí)實(shí)際制冷循環(huán)熱力過(guò)程分析簡(jiǎn)化后的單級(jí)實(shí)際制冷循環(huán)可用圖所示的壓焓圖來(lái)描述?！?—3單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)簡(jiǎn)化后的單級(jí)實(shí)際制冷循環(huán)壓焓圖47四、單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)的熱力性能指標(biāo)(1)理論輸氣量（參見(jiàn)圖所示的氣缸剖面圖分析）§4—3單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)1、輸氣量氣缸剖面圖48（2）實(shí)際輸氣量（3）循環(huán)量§4—3單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)1、輸氣量49(1)單位制冷量(2）單位容積制冷量（3）制冷量§4—3單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)2、制冷量50（1）單位理論功（2）理論功率§4—3單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)3、單位理論功和理論功率51（1）單位冷凝器熱負(fù)荷（2）冷凝器熱負(fù)荷（3）過(guò)冷器熱負(fù)荷§4—3單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)4、熱負(fù)荷52（1）制冷系數(shù)（2）熱力完善度§4—3單級(jí)蒸氣壓縮式實(shí)際制冷循環(huán)5、制冷系數(shù)和熱力完善度第五章多級(jí)蒸氣壓縮式制冷、復(fù)疊式制冷、混合工質(zhì)制冷循環(huán)5354§5—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)§5—2復(fù)疊式制冷循環(huán)§5—3混合工質(zhì)制冷劑制冷循環(huán)55一、采用多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的原因二、兩級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)三、兩級(jí)壓縮式制冷循環(huán)中間壓力的確定§5—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)56一、采用多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的原因由濕蒸氣的熱力性質(zhì)可知，確定的制冷劑的冷凝壓力與冷凝溫度、蒸發(fā)壓力與蒸發(fā)溫度存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。因此，為了獲得較低的蒸發(fā)溫度，必須降低蒸發(fā)壓力。這對(duì)于單級(jí)蒸氣壓縮式制冷來(lái)說(shuō)，因冷凝溫度受環(huán)境制約，冷凝壓力變化不大，因此蒸發(fā)壓力的降低必將導(dǎo)致制冷壓縮機(jī)的壓縮比（pk∶p0）增大。如果壓縮比超過(guò)一定限度，將會(huì)帶來(lái)以下一系列的問(wèn)題。§5—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)1、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的局限性57（1）余隙容積影響增大隨著壓縮比的增大，排氣結(jié)束時(shí)余隙容積內(nèi)的高壓制冷劑在吸氣時(shí)膨脹所占據(jù)的氣缸容積越來(lái)越多，能吸入的回氣越來(lái)越少。（2）排氣溫度升高，影響正常運(yùn)行排氣溫度升高后，主要會(huì)產(chǎn)生如下不利因素：1）使?jié)櫥妥兿?黏度下降，導(dǎo)致潤(rùn)滑條件惡化。2）排氣溫度超過(guò)潤(rùn)滑油的閃點(diǎn)后，易炭化而堵塞油路?！?—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)1、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的局限性583）易使?jié)櫥蛽]發(fā)，隨制冷劑進(jìn)入換熱器管道，并積聚成油膜，影響換熱。4）潤(rùn)滑油與制冷劑易在高溫下慢性分解，產(chǎn)生不凝性氣體，使冷凝壓力升高、增大冷凝負(fù)荷、產(chǎn)生易燃易爆的氫氣，增大運(yùn)行的危險(xiǎn)性?！?—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)1、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的局限性59（3）實(shí)際功耗增加壓縮過(guò)程偏離等熵程度增大，實(shí)際功耗增加，制冷系數(shù)下降，如圖所示。（4）節(jié)流損失增大，制冷能力下降§5—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)1、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的局限性偏離等熵壓縮時(shí)實(shí)際功耗增大60如圖所示，壓縮比較大時(shí)，節(jié)流后的制冷劑干度（X5）較大，根據(jù)公式q0=r0(1－X5)或圖中制冷量的比例大小可知循環(huán)時(shí)單位制冷能力下降?！?—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)1、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的局限性壓縮比較大時(shí)功耗增大、制冷量下降61表列出了常見(jiàn)的中溫中壓制冷劑應(yīng)用在單級(jí)活塞式制冷下的最低蒸發(fā)溫度?！?—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)1、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的局限性常見(jiàn)的中溫中壓制冷劑應(yīng)用在單級(jí)活塞式制冷下的最低蒸發(fā)溫度62采用多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)來(lái)獲取低溫，能夠避免或減少單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)中由于壓縮比過(guò)大所引起的一系列不利因素，從而改善制冷壓縮機(jī)的工作條件，提高制冷效率。具體優(yōu)點(diǎn)如下：（1）可降低各級(jí)壓縮比，減小活塞式制冷壓縮機(jī)的余隙容積影響，減少制冷劑回氣與氣缸壁間的熱交換，減少制冷劑在壓縮過(guò)程中的竄氣泄漏，提高制冷壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)，從而增大制冷量?！?—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)2、采用多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)63（2）可降低各級(jí)的排氣溫度，減小壓縮過(guò)程中的不可逆損失，保證設(shè)備更加高效、安全地運(yùn)行。（3）可降低各級(jí)的壓力差，使運(yùn)行的平衡性能提高、機(jī)械摩擦和磨損減小。有利于簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和降低成本。（4）可減少節(jié)流損失，提高制冷效率。§5—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)2、采用多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的優(yōu)點(diǎn)64二、兩級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)（1）系統(tǒng)基本組成如圖所示，一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮式制冷系統(tǒng)主要由低壓級(jí)壓縮機(jī)、高壓級(jí)壓縮機(jī)、冷凝器、中間冷卻器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器等設(shè)備組成?！?—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)1、一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮式制冷循環(huán)一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮式制冷系統(tǒng)基本組成65（2）基本工作原理低壓級(jí)制冷壓縮機(jī)吸入來(lái)自蒸發(fā)器的低溫低壓（t0，p0）制冷劑回氣，壓縮成為中間壓力（pm）的過(guò)熱蒸氣后排出，再經(jīng)管道送到中間冷卻器。在中間冷卻器中，該過(guò)熱蒸氣與原冷卻器中的制冷劑飽和液體混合，并被冷卻成為溫度是tm（與中間壓力pm對(duì)應(yīng)）的干飽和蒸氣，之后，被吸入高壓級(jí)壓縮機(jī)中并被再次壓縮至壓力pk（冷凝壓力）?！?—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)1、一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮式制冷循環(huán)66（3）熱力過(guò)程壓焓圖及其簡(jiǎn)要分析（見(jiàn)圖）1—2過(guò)程為低壓級(jí)壓縮機(jī)的等熵壓縮過(guò)程。2—3過(guò)程為一次壓縮后制冷劑蒸氣在中間冷卻器中冷卻為飽和蒸氣的過(guò)程。3—4過(guò)程為高壓級(jí)壓縮機(jī)的等熵壓縮過(guò)程?！?—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)1、一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮式制冷循環(huán)一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)674—5過(guò)程為高壓制冷劑蒸氣等壓冷卻冷凝過(guò)程。5—6過(guò)程為小部分制冷劑液體經(jīng)輔助節(jié)流閥降壓至中間壓力的過(guò)程。6—3過(guò)程為中間壓力（pm）的制冷劑液體吸熱蒸發(fā)為飽和蒸氣的過(guò)程。5—7過(guò)程為高壓制冷劑液體在中間冷卻器過(guò)冷過(guò)程。7—8過(guò)程為制冷劑液體由高壓pk節(jié)流降壓至低壓p0的過(guò)程。8—1過(guò)程為制冷劑液體在蒸發(fā)器中吸熱汽化的過(guò)程?！?—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)1、一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮式制冷循環(huán)68（1）系統(tǒng)基本組成一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮式制冷系統(tǒng)的基本組成與一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮式制冷系統(tǒng)的基本相同，只是低壓級(jí)壓縮機(jī)、中間冷卻器和高壓級(jí)壓縮機(jī)三者之間的相互連接有所變化，如圖所示。§5—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)2、一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮式制冷循環(huán)一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮式制冷系統(tǒng)的基本組成69（2）基本工作原理與一次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮式制冷系統(tǒng)工作原理的主要區(qū)別在于，低壓級(jí)壓縮機(jī)排出的中間壓力（pm）的蒸氣不再進(jìn)入中間冷卻器，而是與來(lái)自中間冷卻器產(chǎn)生的飽和蒸氣在管路中混合，然后一同進(jìn)入高壓級(jí)壓縮機(jī)。因此，高壓級(jí)壓縮機(jī)吸入的是中間壓力下的過(guò)熱蒸氣，而不再是飽和蒸氣，這就是“中間不完全冷卻”?！?—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)2、一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮式制冷循環(huán)70對(duì)于中間完全冷卻，2—3過(guò)程為制冷劑蒸氣在中間冷卻器中冷卻成飽和蒸氣的過(guò)程，3—4過(guò)程為高壓級(jí)壓縮機(jī)的等熵壓縮過(guò)程；對(duì)于中間不完全冷卻循環(huán)，2—3和6—3為管道中的混合過(guò)程，而3—4為高壓級(jí)壓縮機(jī)的壓縮過(guò)程，如圖所示?！?—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)2、一次節(jié)流中間不完全冷卻兩級(jí)壓縮式制冷循環(huán)一次節(jié)流中間不完全冷卻兩71二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮式制冷循環(huán)也是常見(jiàn)的制冷循環(huán)形式。（1）系統(tǒng)基本組成(見(jiàn)圖)§5—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)3、二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮式制冷循環(huán)二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮式制冷系統(tǒng)基本組成72二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮式制冷循環(huán)壓焓圖如圖所示。§5—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)3、二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮式制冷循環(huán)二次節(jié)流中間完全冷卻兩級(jí)壓縮式制冷循環(huán)壓焓圖73三、兩級(jí)壓縮式制冷循環(huán)中間壓力的確定如何確定中間壓力或中間溫度，是兩級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的一個(gè)重要問(wèn)題。最佳中間壓力或最佳中間溫度以循環(huán)能獲得最高制冷效率為基本原則，它的準(zhǔn)確選定對(duì)循環(huán)的制冷系數(shù)，壓縮機(jī)的輸氣量、功耗和結(jié)構(gòu)等都有直接的影響。中間壓力或中間溫度的確定有多種方法，這里簡(jiǎn)要講解兩種?！?—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)74三、兩級(jí)壓縮式制冷循環(huán)中間壓力的確定1、比例中項(xiàng)計(jì)算法最佳中間壓力：比例中項(xiàng)計(jì)算法是基于許多理想情況根據(jù)熱力學(xué)理論推導(dǎo)得到的，實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)進(jìn)行一定的修正。2、經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法最佳中間溫度：除了上述兩種方法外，中間壓力或中間溫度的確定還有最大制冷系數(shù)法、容積比插值法、經(jīng)驗(yàn)線圖法等?！?—1多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)75一、采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因二、復(fù)疊式制冷循環(huán)三、復(fù)疊式制冷循環(huán)實(shí)際應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題§5—2復(fù)疊式制冷循環(huán)四、復(fù)疊式制冷循環(huán)的特點(diǎn)76一、采用復(fù)疊式制冷循環(huán)的原因通過(guò)前面的學(xué)習(xí)可以知道，可采用多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)來(lái)獲得-80℃以上的低溫，但是當(dāng)需要制取更低的溫度時(shí)，由于冷凝溫度（受控于環(huán)境溫度）與蒸發(fā)溫度相差過(guò)大，多級(jí)壓縮式制冷循環(huán)因出現(xiàn)下列問(wèn)題也不再勝任。（1）為利用常溫的介質(zhì)（水或空氣）冷凝，必須使用中溫制冷劑，而降低蒸發(fā)溫度常受到中溫制冷劑凝固點(diǎn)的限制?！?—2復(fù)疊式制冷循環(huán)1、多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的局限性77（2）對(duì)于中溫制冷劑來(lái)說(shuō)，過(guò)低的蒸發(fā)溫度必然要求過(guò)低的蒸發(fā)壓力，而過(guò)低的蒸發(fā)壓力不僅會(huì)使壓縮機(jī)基本甚至完全失去吸氣功能，還會(huì)增大環(huán)境空氣滲入系統(tǒng)的機(jī)會(huì)，使制冷系統(tǒng)不能正常工作。（3）對(duì)于中溫制冷劑來(lái)說(shuō)，過(guò)低的蒸發(fā)壓力使蒸氣比容過(guò)大，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)制冷劑的循環(huán)量過(guò)少，設(shè)備制冷能力急劇下降。（4）雖然可以采用低溫制冷劑，但因低溫制冷劑的臨界點(diǎn)非常接近甚至低于室溫（如低溫制冷劑R13的臨界溫度為28.8℃），而無(wú)法用常溫的介質(zhì)來(lái)冷凝液化?！?—2復(fù)疊式制冷循環(huán)1、單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的局限性78制取較低溫度時(shí)，低溫制冷劑除不能用常溫的介質(zhì)冷凝外，在其他方面具有用其他類型的制冷劑無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。那能不能如圖所示，用另一套制冷設(shè)備為低溫制冷循環(huán)創(chuàng)造一個(gè)低溫的冷卻冷凝環(huán)境呢？復(fù)疊式制冷循環(huán)正是基于這樣的設(shè)想產(chǎn)生的?！?—2復(fù)疊式制冷循環(huán)2、為使用低溫制冷劑創(chuàng)造冷凝條件為低溫制冷循環(huán)創(chuàng)造低溫冷卻冷凝環(huán)境79二、復(fù)疊式制冷循環(huán)（1）由兩個(gè)單級(jí)壓縮式制冷循環(huán)組成的二元復(fù)疊式制冷循環(huán)。（2）由一個(gè)兩級(jí)壓縮式制冷循環(huán)和一個(gè)單級(jí)壓縮式制冷循環(huán)組成的二元復(fù)疊式制冷循環(huán)。（3）由三個(gè)單級(jí)壓縮式制冷循環(huán)組成的三元復(fù)疊式制冷循環(huán)?！?—2復(fù)疊式制冷循環(huán)1、復(fù)疊式制冷循環(huán)的常見(jiàn)形式80二元復(fù)疊式制冷循環(huán)的基本組成如圖所示，它由兩個(gè)獨(dú)立的制冷系統(tǒng)組合而成：一個(gè)是高溫制冷系統(tǒng)，它通常采用中溫中壓制冷劑；一個(gè)是低溫制冷系統(tǒng)，它通常采用低溫高壓制冷劑?！?—2復(fù)疊式制冷循環(huán)2、系統(tǒng)基本組成為低溫制冷循環(huán)創(chuàng)造低溫冷卻冷凝環(huán)境81高溫部分與低溫部分循環(huán)過(guò)程壓焓圖分別如圖1、圖2所示?！?—2復(fù)疊式制冷循環(huán)3、循環(huán)過(guò)程壓焓圖1-高溫部分循環(huán)過(guò)程壓焓圖2-低溫部分循環(huán)過(guò)程壓焓圖82三、復(fù)疊式制冷循環(huán)實(shí)際應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題在復(fù)疊式制冷循環(huán)中，每個(gè)中間溫度都涉及兩個(gè)溫度，即高溫部分（吸熱部分）制冷劑的蒸發(fā)溫度tOH和低溫部分（放熱部分）制冷劑的冷凝溫度tKL，這兩個(gè)溫度一般相差5~10℃，并且tOH＜tKL。雖然中間溫度的確定以能使循環(huán)的制冷系數(shù)最大和各壓縮機(jī)的壓縮比大致相等為原則，但因?yàn)橹虚g溫度在一定的范圍內(nèi)變化時(shí)，制冷系數(shù)受到影響不大，所以一般按各級(jí)壓縮比大致相等來(lái)確定中間溫度?！?—2復(fù)疊式制冷循環(huán)1、中間溫度的確定83如圖所示，通常在復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的低溫部分增設(shè)膨脹容器，使得停機(jī)后低溫制冷劑進(jìn)入膨脹容器而降低系統(tǒng)壓力。一般要求當(dāng)環(huán)境溫度為40℃時(shí)，系統(tǒng)停止工作，氣體膨脹后壓力不超過(guò)10MPa?！?—2復(fù)疊式制冷循環(huán)2、膨脹容器的設(shè)置在復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的低溫部分增設(shè)膨脹容器84復(fù)疊式制冷系統(tǒng)的啟動(dòng)和運(yùn)行與單級(jí)壓縮系統(tǒng)有所不同，為了保證低溫部分循環(huán)能正常工作，兩個(gè)壓縮機(jī)不能同時(shí)啟動(dòng)。應(yīng)首先讓高溫部分壓縮機(jī)啟動(dòng)，工作一段時(shí)間后中間溫度降到足以使低溫部分冷凝時(shí)（低溫制冷劑此時(shí)的冷凝壓力低于16×105Pa），再啟動(dòng)低溫部分壓縮機(jī)。壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)有兩種方式：一種是高溫部分壓縮機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，低溫部分壓縮機(jī)間歇運(yùn)轉(zhuǎn)；另一種是系統(tǒng)運(yùn)行后，當(dāng)?shù)蜏夭糠值恼舭l(fā)器達(dá)到預(yù)定低溫時(shí)，高、低溫部分的壓縮機(jī)同時(shí)停車?！?—2復(fù)疊式制冷循環(huán)3、啟動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)85為提高復(fù)疊式制冷設(shè)備的工作效率，在復(fù)疊式制冷中經(jīng)常采用回?zé)岷瓦^(guò)熱冷卻措施，如圖所示?！?—2復(fù)疊式制冷循環(huán)4、回?zé)岷瓦^(guò)熱冷卻措施在復(fù)疊式制冷中經(jīng)常采用回?zé)岷瓦^(guò)熱冷卻措施86四、復(fù)疊式制冷循環(huán)的特點(diǎn)1、在制取同樣冷量的要求下，復(fù)疊式制冷的低溫部分制冷壓縮機(jī)的理論輸氣量比兩級(jí)壓縮時(shí)低壓級(jí)制冷壓縮機(jī)的理論輸氣量小得多，使得整個(gè)機(jī)組的制冷壓縮機(jī)尺寸減小、重量減輕。2、在復(fù)疊式制冷中，每臺(tái)制冷壓縮機(jī)的工作壓力范圍比較適中，低溫部分制冷壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)及實(shí)際效率都有所提高，摩擦功率減少，制冷系數(shù)提高?！?—2復(fù)疊式制冷循環(huán)87四、復(fù)疊式制冷循環(huán)的特點(diǎn)3、在復(fù)疊式制冷中，兩部分系統(tǒng)內(nèi)能保持正壓，空氣不易漏入，運(yùn)行的穩(wěn)定性較好。4、復(fù)疊式制冷循環(huán)一般需采用蒸發(fā)冷凝器、膨脹容器、氣液熱交換器等設(shè)備，并需采用多元制冷劑，系統(tǒng)較為復(fù)雜?！?—2復(fù)疊式制冷循環(huán)88一、勞倫茲循環(huán)及其指導(dǎo)意義二、混合制冷劑單級(jí)壓縮理論制冷循環(huán)三、混合制冷劑單級(jí)壓縮實(shí)際制冷循環(huán)§5—3混合工質(zhì)制冷劑制冷循環(huán)89一、勞倫茲循環(huán)及其指導(dǎo)意義在實(shí)際工程中，高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臒崛萘客怯邢薜?，在與制冷工質(zhì)熱量交換過(guò)程中，高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟纫话銜?huì)發(fā)生變化。被冷卻系統(tǒng)的溫度在逐漸下降，而環(huán)境介質(zhì)的溫度在逐漸上升，形成了變溫條件下的制冷循環(huán)?！?—3混合工質(zhì)制冷劑制冷循環(huán)90一、勞倫茲循環(huán)及其指導(dǎo)意義勞倫茲循環(huán)過(guò)程溫熵圖如圖所示，它是由兩個(gè)可逆等熵過(guò)程和兩個(gè)可逆多變換熱過(guò)程組成的逆向循環(huán)。其循環(huán)以內(nèi)部可逆為前提，系統(tǒng)與外界換熱時(shí)的蒸發(fā)溫度、冷凝溫度的變化始終與冷卻介質(zhì)、被冷卻介質(zhì)的溫度變化同步，而且傳熱溫差為無(wú)限小?！?—3混合工質(zhì)制冷劑制冷循環(huán)勞倫茲循環(huán)過(guò)程溫熵圖91二、混合制冷劑單級(jí)壓縮理論制冷循環(huán)混合制冷劑單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)也由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器等組成，如圖所示，它使用的制冷劑為非共沸溶液類。§5—3混合工質(zhì)制冷劑制冷循環(huán)1、混合制冷劑單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的基本組成混合制冷劑單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的基本組成92其理論制冷循環(huán)過(guò)程溫熵圖如圖所示，1—2為制冷壓縮機(jī)等熵壓縮過(guò)程，2—3—4為等壓降溫冷卻冷凝過(guò)程，4—5是混合制冷劑等焓節(jié)流過(guò)程，5—1是制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)等壓升溫汽化吸熱過(guò)程?！?—3混合工質(zhì)制冷劑制冷循環(huán)1、混合制冷劑單級(jí)壓縮制冷系統(tǒng)的基本組成混合制冷劑單級(jí)壓縮理論制冷循環(huán)過(guò)程溫熵圖93（1）壓縮過(guò)程（2）冷卻冷凝過(guò)程（3）節(jié)流過(guò)程（4）蒸發(fā)過(guò)程§5—3混合工質(zhì)制冷劑制冷循環(huán)2、混合制冷劑單級(jí)壓縮制冷循環(huán)熱力過(guò)程的簡(jiǎn)要分析94（1）混合制冷劑制冷循環(huán)只有在變溫條件下工作才能具有較大的制冷系數(shù)，而在恒溫條件下的制冷循環(huán)不但不能節(jié)能，反而會(huì)增大不可逆因素，使效率降低。（2）為有效提高混合制冷循環(huán)的制冷系數(shù)，蒸發(fā)器中的制冷劑與被冷卻介質(zhì)的流向、冷凝器中的制冷劑與冷卻介質(zhì)的流向必須相反。（3）混合制冷劑應(yīng)保持預(yù)定的濃度才能表現(xiàn)出優(yōu)良的性能。§5—3混合工質(zhì)制冷劑制冷循環(huán)3、混合制冷劑單級(jí)壓縮制冷循環(huán)的工作特性95三、混合制冷劑單級(jí)壓縮實(shí)際制冷循環(huán)如圖所示，單級(jí)壓縮單級(jí)分凝式混合制冷劑實(shí)際制冷系統(tǒng)主要由壓縮機(jī)、冷凝器、高壓儲(chǔ)液器、低壓儲(chǔ)液器、蒸發(fā)冷凝器、回?zé)崞?、?jié)流閥、蒸發(fā)器等設(shè)備組成，并采用中溫制冷劑和低溫制冷劑混合成非共沸溶液制冷劑。§5—3混合工質(zhì)制冷劑制冷循環(huán)1、單級(jí)壓縮單級(jí)分凝式混合制冷劑實(shí)際制冷系統(tǒng)的基本組成單級(jí)壓縮單級(jí)分凝式混合制冷劑實(shí)際制冷系統(tǒng)的基本組成96（1）壓縮過(guò)程混合制冷劑蒸氣由低壓蒸氣壓縮成高壓制冷劑蒸氣，消耗機(jī)械功。（2）冷卻冷凝過(guò)程混合制冷劑放熱冷卻冷凝。在冷卻冷凝的兩相狀態(tài)中，液相、氣相各組分濃度發(fā)生變化，高沸點(diǎn)制冷劑大部分被冷凝，低沸點(diǎn)制冷劑大部分只是被冷卻?！?—3混合工質(zhì)制冷劑制冷循環(huán)2、單級(jí)壓縮單級(jí)分凝式混合制冷劑實(shí)際制冷循環(huán)工作原理97（3）分凝過(guò)程在冷凝器中用普通的冷卻介質(zhì)水或空氣將大部分的中溫制冷劑冷卻冷凝為液體，使得大部分中溫制冷劑液體與低溫制冷劑氣體分離。（4）節(jié)流過(guò)程低溫混合制冷劑液體經(jīng)節(jié)流降壓后成為蒸發(fā)壓力的制冷劑液體?！?—3混合工質(zhì)制冷劑制冷循環(huán)2、單級(jí)壓縮單級(jí)分凝式混合制冷劑實(shí)際制冷循環(huán)工作原理98（5）蒸發(fā)過(guò)程低溫混合制冷劑在蒸發(fā)器中吸熱汽化。（6）混合過(guò)程來(lái)自冷凝蒸發(fā)器的混合制冷劑蒸氣（大部分中溫制冷劑和小部分低溫制冷劑蒸氣）與來(lái)自蒸發(fā)器的混合制冷劑蒸氣（大部分低溫制冷劑和小部分中溫制冷劑蒸氣）等壓混合后成為原始濃度的制冷劑蒸氣，隨后進(jìn)入壓縮機(jī)壓縮?！?—3混合工質(zhì)制冷劑制冷循環(huán)2、單級(jí)壓縮單級(jí)分凝式混合制冷劑實(shí)際制冷循環(huán)工作原理第六章吸收式制冷循環(huán)99100§6—1溶液及其特性§6—2吸收式制冷循環(huán)的工質(zhì)與工質(zhì)對(duì)§6—3溴化鋰吸收式制冷循環(huán)§6—4影響溴化鋰吸收式制冷的主要因素101如圖所示，吸收式制冷循環(huán)是依靠溶液的正循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷劑的逆循環(huán)的，其工作原理已在第二章講述，本節(jié)主要分析吸收式制冷循環(huán)的溶液及其特性?！?—1溶液及其特性吸收式制冷基本原理圖102一、溶液及其濃度二、溶解熱三、理想溶液及拉烏爾定律§6—1溶液及其特性103一、溶液及其濃度溶液是指由兩種或兩種以上的物質(zhì)均勻混合而成的液體。在溶液中，習(xí)慣上把占比例較大的組分叫溶劑當(dāng)氣體或固體溶解于液體時(shí)，不管彼此間的相對(duì)含量如何，通常把液體稱為溶劑，而把氣體或固體稱為溶質(zhì)，而把其他的組分叫溶質(zhì)?！?—1溶液及其特性1、溶液、溶質(zhì)和溶劑104（1）質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)是溶液中某組分的質(zhì)量與溶液的質(zhì)量之比。如果某種溶液由多種物質(zhì)均勻混合而成，其中組分1的質(zhì)量為m1，組分2的質(zhì)量為m2，組分i的質(zhì)量為mi，總質(zhì)量為M，則：§6—1溶液及其特性2、溶液的濃度105（2）摩爾濃度摩爾濃度是溶液中某組分的摩爾數(shù)與溶液的摩爾數(shù)之比。如果某種溶液由多種物質(zhì)均勻混合而成，其中組分1的摩爾數(shù)為n1，組分2的摩爾數(shù)為n2，組分i的摩爾數(shù)為ni，總摩爾數(shù)為N，則：§6—1溶液及其特性2、溶液的濃度106二、溶解熱物質(zhì)的溶解過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)過(guò)程，一般情況下物質(zhì)相互溶解時(shí)不但會(huì)產(chǎn)生體積的變化，還會(huì)伴隨著熱量的吸收或放出。各組分溶解成溶液時(shí)，為保持原來(lái)溫度，所應(yīng)吸收或放出的熱量稱為溶解熱。溶解時(shí)若需吸收熱量，則溶解熱為正；溶解時(shí)若要放出熱量，則溶解熱為負(fù)。§6—1溶液及其特性107三、理想溶液及拉烏爾定律理想溶液是指滿足下列條件的溶液：（1）各組分無(wú)論什么比例均能彼此均勻相溶。（2）各組分混合時(shí)既無(wú)熱效應(yīng)，也沒(méi)有容積變化，即溶液的體積是各組分混合前的體積之和。必須指出，雖然現(xiàn)實(shí)中真正的理想溶液并不存在，但當(dāng)溶液的濃度很低時(shí)，可把它看作理想溶液?！?—1溶液及其特性1、理想溶液108對(duì)于多元液體，當(dāng)溶液與蒸氣平衡共存時(shí)，溶液表面上部某組分i的分壓力pi就是該組分的飽和蒸氣壓。如果溶液中的所有組分都是揮發(fā)性的，則溶液表面上部空間中總蒸氣壓力p就等于各組分蒸氣分壓力之和，即對(duì)于理想溶液，拉烏爾根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得某組分的蒸氣分壓力與該組分的摩爾濃度成正比。即：§6—1溶液及其特性2、拉烏爾定律109一、吸收式制冷循環(huán)工質(zhì)的選擇二、吸收式制冷循環(huán)工質(zhì)對(duì)三、常用吸收式制冷循環(huán)工質(zhì)對(duì)的性質(zhì)§6—2吸收式制冷循環(huán)的工質(zhì)與工質(zhì)對(duì)110一、吸收式制冷循環(huán)工質(zhì)的選擇在吸收式制冷中，對(duì)制冷劑的選擇要求與蒸氣壓縮式中的相似：（1）單位容積制冷量要大。（2）工作壓力不要太高或太低。（3）無(wú)毒，無(wú)腐蝕性，化學(xué)穩(wěn)定性好，不易燃、不易爆。（4）價(jià)廉，易獲得?！?—2吸收式制冷循環(huán)的工質(zhì)與工質(zhì)對(duì)1、對(duì)制冷劑的要求111（1）吸收（制冷劑的）能力強(qiáng)吸收能力越強(qiáng)，則設(shè)備所需要的吸收劑循環(huán)量就越少，發(fā)生器工作熱源的加熱量、在吸收器中冷卻介質(zhì)帶走的熱量以及溶液泵的消耗功率就越少?！?—2吸收式制冷循環(huán)的工質(zhì)與工質(zhì)對(duì)2、對(duì)吸收劑的要求112（2）與制冷劑的沸點(diǎn)相差大沸點(diǎn)越高，吸收劑在發(fā)生器中就越難揮發(fā)，汽化出來(lái)的制冷劑純度就越高。如果吸收劑不是一種極難揮發(fā)的物質(zhì)，則發(fā)生器中汽化出來(lái)的將不全是制冷劑，這就必須設(shè)置精餾器，如圖所示，將混在制冷劑中的吸收劑分開(kāi)，否則將影響制冷效果。§6—2吸收式制冷循環(huán)的工質(zhì)與工質(zhì)對(duì)2、對(duì)吸收劑的要求設(shè)置精餾器113（3）導(dǎo)熱系數(shù)要大，密度、黏度和比熱容要小，這樣可以提高正向循環(huán)的工作效率。（4）化學(xué)性質(zhì)方面的要求：無(wú)毒、不易燃、不易爆、無(wú)腐蝕性、化學(xué)穩(wěn)定性好?！?—2吸收式制冷循環(huán)的工質(zhì)與工質(zhì)對(duì)2、對(duì)吸收劑的要求114二、吸收式制冷循環(huán)工質(zhì)對(duì)（1）水—溴化鋰溶液（H2O—LiBr）（2）水—氯化鋰溶液（H2O—LiCl）（3）水—碘化鋰溶液（H2O—LiI）（4）水—溴化鋰—氯化鋰溶液（H2O—LiBr—LiCl）（5）水—氯化鋰—硫氰酸鋰溶液（H2O—LiCl—LiSCN）§6—2吸收式制冷循環(huán)的工質(zhì)與工質(zhì)對(duì)1、以水作為制冷劑的工質(zhì)對(duì)115（1）氨—水溶液（NH3—H2O）（2）乙胺—水溶液（C2H5NH2—H2O）（3）甲胺—水溶液（CH3NH2—H2O）（4）硫氰酸鈉—氨溶液（NaSCN—NH3）§6—2吸收式制冷循環(huán)的工質(zhì)與工質(zhì)對(duì)2、以氨作為制冷劑的工質(zhì)對(duì)116（1）甲醇—溴化鋰溶液（CH3OH—LiBr）（2）甲醇—溴化鋅溶液（CH3OH—ZnBr2）（3）甲醇—溴化鋰—溴化鋅溶液（CH3OH—LiBr—ZnBr2）（4）乙醇—溴化鋰溶液（C2H5OH—LiBr）（5）乙醇—溴化鋰—溴化鋅溶液（C2H5OH—LiBr—ZnBr2）§6—2吸收式制冷循環(huán)的工質(zhì)與工質(zhì)對(duì)3、以醇作為制冷劑的工質(zhì)對(duì)117三、常用吸收式制冷循環(huán)工質(zhì)對(duì)的性質(zhì)純凈的溴化鋰固體的化學(xué)性質(zhì)與氯化鈉相似，呈白色、無(wú)毒、無(wú)臭、有苦咸味，在大氣中不變質(zhì)、不分解、不揮發(fā)，化學(xué)性能穩(wěn)定，熔點(diǎn)為549℃，沸點(diǎn)為1.265℃，有強(qiáng)烈的吸水性。水的汽化潛熱大、無(wú)毒、無(wú)味、不燃燒、不爆炸、價(jià)格低廉。但水的凝固點(diǎn)較高，為0℃。因此，用水作為制冷劑僅限于空調(diào)制冷?！?—2吸收式制冷循環(huán)的工質(zhì)與工質(zhì)對(duì)1、溴化鋰—水溶液118溴化鋰—水溶液的物理特性如下：（1）溶解度隨溫度的升高而增大。（2）室溫下的密度約為1.7g/cm3。（3）比熱容較水小，且隨溫度升高而增大，隨濃度升高而減小。（4）黏度較大，且在溫度較低時(shí)，隨濃度的增大而迅速增大。（5）表面張力隨濃度的增大和溫度的降低而增大。（6）飽和蒸氣壓力很小，吸濕性很強(qiáng)。（7）對(duì)普通金屬有較大的腐蝕作用?！?—2吸收式制冷循環(huán)的工質(zhì)與工質(zhì)對(duì)1、溴化鋰—水溶液119氨作為制冷劑有較好的熱力學(xué)性質(zhì)，其汽化潛熱大、單位容積制冷量大，標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為-33.3℃，凝固點(diǎn)為－77.7℃。氨極易溶解于水中，其溶液呈弱堿性，但有強(qiáng)烈的刺激性氣味，有毒、易燃爆。§6—2吸收式制冷循環(huán)的工質(zhì)與工質(zhì)對(duì)2、氨—水溶液120氨—水溶液的物理特性如下：（1）密度為0.64g/cm3，且隨濃度和溫度的下降而升高。（2）比熱容隨溫度和濃度的升高而增大。（3）導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高和濃度的降低而增大。（4）黏度在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%左右最大，且隨溫度的降低而增大?！?—2吸收式制冷循環(huán)的工質(zhì)與工質(zhì)對(duì)2、氨—水溶液121一、溴化鋰吸收式制冷分類二、單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)三、雙效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)§6—3溴化鋰吸收式制冷循環(huán)122一、溴化鋰吸收式制冷分類溴化鋰制冷機(jī)組分類如下：§6—3溴化鋰吸收式制冷循環(huán)123二、單效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)設(shè)備組成如圖所示。系統(tǒng)中設(shè)有發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、發(fā)生器泵、蒸發(fā)器泵、吸收器泵、節(jié)流裝置、溶液熱交換器等設(shè)備。§6—3溴化鋰吸收式制冷循環(huán)1、機(jī)組組成結(jié)構(gòu)單效溴化鋰吸收式制冷機(jī)設(shè)備組成1—溶液熱交換器2—發(fā)生器泵3—吸收器泵4—蒸發(fā)器泵5—吸收器6—蒸發(fā)器7—發(fā)生器8—冷凝器9—U形管124在制冷循環(huán)中，來(lái)自吸收器的溴化鋰稀溶液由發(fā)生器泵加壓，并經(jīng)過(guò)熱交換器后進(jìn)入發(fā)生器，由發(fā)生器內(nèi)管簇中的工作蒸氣將其加熱，溶液中的制冷劑（水）汽化成水蒸氣。水蒸氣上升進(jìn)入冷凝器，由冷凝器管簇內(nèi)的冷卻水將其冷卻冷凝為液態(tài)水。液態(tài)水在重力作用下降入冷凝器池中。制冷劑水經(jīng)U形管節(jié)流降壓降溫并進(jìn)入蒸發(fā)器后迅速吸熱汽化，未汽化的制冷劑被蒸發(fā)器泵均勻地噴淋在冷媒水管簇外表，使冷媒水的溫度下降，從而達(dá)到制冷的目的。§6—3溴化鋰吸收式制冷循環(huán)2、工作流程125吸收式制冷可用以下5個(gè)熱力過(guò)程來(lái)描述：（1）發(fā)生過(guò)程在發(fā)生器中，濃度較低的溴化鋰溶液被工作蒸氣加熱，溫度升高，并在一定的壓力下沸騰。（2）冷凝過(guò)程來(lái)自發(fā)生器中的水蒸氣進(jìn)入冷凝器，由冷凝器管內(nèi)流動(dòng)的冷卻水將其定壓冷卻冷凝為飽和液體?！?—3溴化鋰吸收式制冷循環(huán)3、熱力過(guò)程描述126（3）節(jié)流過(guò)程在冷凝壓力下的制冷劑液體，經(jīng)過(guò)節(jié)流裝置U形管由于系統(tǒng)內(nèi)壓力極低，只能采用U形管節(jié)流。降為蒸發(fā)壓力。（4）蒸發(fā)過(guò)程在蒸發(fā)器內(nèi)，由于壓力極低，制冷劑在吸收了蒸發(fā)器管簇內(nèi)冷媒水的熱量后汽化為蒸汽，冷媒水溫度降低（通常降低5～10℃）?！?—3溴化鋰吸收式制冷循環(huán)3、熱力過(guò)程描述127（5）吸收過(guò)程在發(fā)生器中濃縮后的溴化鋰溶液進(jìn)入吸收器，在冷卻水的冷卻下溫度降低。吸收器中所得到的稀溶液，再由發(fā)生器泵送往發(fā)生器中，這樣制冷機(jī)就完成了一個(gè)制冷循環(huán)?！?—3溴化鋰吸收式制冷循環(huán)3、熱力過(guò)程描述128三、雙效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)如圖所示，與單效機(jī)的主要區(qū)別是，雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)設(shè)置兩個(gè)發(fā)生器，一個(gè)稱為高壓發(fā)生器，另一個(gè)稱為低壓發(fā)生器?！?—3溴化鋰吸收式制冷循環(huán)1、雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)設(shè)置129如圖所示為雙效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)工作流程圖，吸收器中的稀混合溶液由發(fā)生器泵加壓并經(jīng)低溫?zé)峤粨Q器、溶液調(diào)節(jié)閥和高壓熱交換器送到高壓發(fā)生器。此過(guò)程中稀混合溶液先后被兩個(gè)熱交換器預(yù)加熱升溫?！?—3溴化鋰吸收式制冷循環(huán)2、雙效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的工作流程雙效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)工作流程圖1—高壓發(fā)生器2—低壓發(fā)生器3—冷凝器4—蒸發(fā)器5—吸收器6—高溫?zé)峤粨Q器7—溶液調(diào)節(jié)閥8—低溫?zé)峤粨Q器9—吸收器泵10—發(fā)生器泵11—蒸發(fā)器泵12—抽氣裝置13—防結(jié)晶管130雙效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)根據(jù)稀溶液的循環(huán)方式不同可分成串聯(lián)流程和并聯(lián)流程兩大類，如圖所示。上面介紹的屬于串聯(lián)流程，而并聯(lián)流程的雙效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)與串聯(lián)型基本一致?！?—3溴化鋰吸收式制冷循環(huán)2、雙效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的工作流程雙效溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的循環(huán)方式a）串聯(lián)流程b）并聯(lián)流程1—高壓發(fā)生器2—低壓發(fā)生器3—高溫?zé)峤粨Q器4—低溫?zé)峤粨Q器5—蒸發(fā)器6—發(fā)生器泵131一、溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的特點(diǎn)二、影響溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的主要因素三、提高溴化鋰吸收式制冷性能的途徑§6—4影響溴化鋰吸收式制冷的主要因素132一、溴化鋰吸收式制冷循環(huán)的特點(diǎn)（1）以熱能為動(dòng)力，耗電少，且對(duì)熱源的要求不高。各種低品位熱能，如75℃以上的熱水、地?zé)?、太?yáng)能和煙道氣等都可作為熱源。（2）系統(tǒng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件少，故工作時(shí)振動(dòng)小、噪聲低，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)。（3）工質(zhì)無(wú)臭、無(wú)毒、無(wú)燃爆危險(xiǎn)，對(duì)操作人員和設(shè)備運(yùn)行安全，對(duì)地球環(huán)境無(wú)影響?！?—4影響溴化鋰吸收式制冷的主要因素1、優(yōu)點(diǎn)133（