1、空调与制冷技术第二篇 制冷技术1、制冷：是使自然界的某物体或某空间达到低于周围环境温度，并使之维持这个温度。绪论2、制冷技术的学习内容：1）、熟悉获得低温的常用方法和有关的机理以及与此相应的制冷循环，并对制冷循环进行热力学的分析和计算；2）、了解常用制冷剂的热物理性质，这是进行循环分析和计算的基础数据；3）、掌握实现制冷循环所必须的各种机械和技术设备的工作原理和性能分析。3、常用制冷方法：蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷和吸附式制冷（液体汽化制冷）4、压焓图：(1)等压线水平线(2)等焓线垂直线(3)等温线液体区垂直线，两相区水平线，过热蒸汽区为向右下方弯曲的倾斜线(5)等容线向右上
2、方倾斜线，比等熵线平坦(6)等干度线只存在于湿蒸气区，其方向大致与饱和线相近(4)等熵线向右上方倾斜线phK过冷液体区过热蒸气区两相区5、温熵图：(1)等温线水平线(2)等熵线垂直线(3)等压线液体区近似为饱和液体线，两相区水平线，过热蒸汽区为向右上方弯曲的倾斜线（红线）(4)等容线过热区内向右上方倾斜线（绿色线）(5)等焓线过热区内及两相区内，均为向右下方倾斜的线，但两相区内的等焓线的斜率大，过冷区的焓值可近似用同温度下饱和液体的焓值代替（粗白线）(6)等干度线只存在于湿蒸气区，其方向大致与饱和线相近TSK第一节 逆向可逆循环 1、工质的正向循环第一章 蒸汽压缩式制冷循环它使高温热源的工质通
3、过动力装置对外作功，然后再流向低温热源，亦称动力循环ThTl高温热源低温热源动力装置QhQlW第一节 逆向可逆循环第一章 蒸汽压缩式制冷循环 2、工质的逆向循环使工质在吸收低温热源的热量后通过制冷装置，并以外功作补偿，然后流向高温热源3、工质的逆向可逆循环不考虑工质在流动和状态变化过程中的各种损失的逆向循环高温热源低温热源ThTl制冷装置QhQlW1、逆卡诺循环 一、逆卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程（等熵过程）所组成的循环2、逆卡诺循环循环的条件（1）高低温热源温度恒定（2）实现循环的必要设备是压缩机、冷凝器、膨胀机、和蒸发器（3）工质在冷凝器和蒸发器中与外界热源之间无传热温差（4）工质
4、流经各个设备时无内部不可逆损失膨胀机压缩机冷却介质被冷却介质冷凝器蒸发器T0TKqkq0wewc1234TSKT0TKbawcweq03、逆卡诺循环循环的热力过程及在TS图上的表示制冷剂按逆卡诺循环的四个热力过程为：绝热压缩过程12：温度由T0升至TK，外界输入功w等温冷凝过程23：制冷剂在TK向高温热源放出热量qk；绝热膨胀过程34：温度由TK降至T0，膨胀机输入功we，并为压缩机所利用；等温蒸发过程41：制冷剂在T0吸收低温热源中的热量q0。膨胀机压缩机冷却介质被冷却介质冷凝器蒸发器T0TKqkq0wewc1234TSKT0TKbawcweq01kg制冷剂在每次循环中的热力指标值：4、逆卡
5、诺循环循环的热力指标从低温热源吸收的热量q0：q0=T0（Sa Sb）（kJ/kg）向高温热源放出的热量qk qk=TK（Sa Sb）（kJ/kg）外界输入压缩机的功wc：wc=w we=qk q0=（TK T0）（Sa Sb）5、评价制冷循环经济性的指标：（1）制冷系数c：膨胀机压缩机冷却介质被冷却介质冷凝器蒸发器T0TKqkq0wewc（2）热力完善度：1234TSKT0TKbawcweq0如果在逆卡诺循环中考虑冷凝器和蒸发器的传热温差各为Tk和T0，该循环：二、考虑传热温差的逆卡诺循环w=（T0+Tk）（Sa Sb）2、减少的制冷量为：q0=T0（Sa Sb）3、制冷系数c膨胀机压缩机冷
6、却介质被冷却介质冷凝器蒸发器T0TKqkq0wewcTST0TKbawcq0TKT0123413421、多消耗的功为：一、单级蒸气压缩式制冷循环的设备组成和工作过程 第二节 单级蒸气压缩式理论制冷循环1、制冷循环的设备组成：1）压缩机：降低蒸发器内蒸气压力，将制冷剂进行加压并送入冷凝器2）冷凝器：使高压气态制冷剂冷凝成液态，并向冷却介质释放热量3）节流阀：降低从冷凝器出来的高压液体制冷剂的压力4）蒸发器：使低压液态制冷剂蒸发成气态，并吸收被冷却介质的热量2、制冷循环的工作过程绝热压缩过程（12）：在蒸发器中产生的压力为p0的制冷剂蒸气，首先被压缩机吸入并绝热地压缩到冷凝压力pk；等压冷凝过程（
7、23）：绝热节流过程（34）：等压蒸发过程（41）：进入冷凝器中被冷却介质(液体载冷剂或空气)凝结成压力为pk的高压液体。制冷剂液体经节流机构绝热膨胀，压力降低到蒸发压力p0，此时降温到蒸发温度T0变成气液两相混合物进入蒸发器中，在低温T0下吸取被冷却介质(液体载冷剂或空气)的热量而蒸发成蒸气。二、单级蒸气压缩式制冷的理论循环及其性能指标1、理论循环假设：制冷的理论循环是在最理想的情况下，制冷机可以实现的工作循环。所谓最理想情况是基于如下的几点假设：制冷剂流过设备和管道、阀门时没有阻力，也不存在泄漏；除蒸发器和冷凝器外，其它设备和管道、阀门均在绝热条件下工作，制冷剂流过时与之不发生热交换；压缩
8、过程中不存在任何损失，因而压缩过程为等熵过程。根据这些假定，可对单级压缩制冷机的工作过程加以理想化，从而抽象出单级压缩制冷机的理论循环，其温熵图和压焓图如图所示2、理论循环热力过程：图中点1表示蒸发器中蒸气的状态，且取为蒸发压力下的饱和蒸气。12表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵压缩过程。点2表示压缩机的排气状态，已是冷凝压力pk下的过热蒸气。234表示等压冷却及冷凝过程，其中点3表示pk压力下的饱和蒸气状态，点4表示冷凝后的饱和液体状态。45表示绝热节流流过程，这一过程在两相区内进行，节流前后制冷剂的焓值相等。51表示蒸发器中的等压蒸发过程，在这一过程中制冷剂液体全部转化为蒸气，并对外提供冷量。
9、3、性能指标为了说明上述理沦循环的性能，常使用以下的性能指标。(1)单位制冷量 lkg制冷剂在一次循环中所能制得的冷量称为单位制冷量，常用q0表示，单位是kJkg。单位制冷量也就是在次循环中，lkg制冷剂在蒸发过程中向被冷却介质所吸收的热量，故可用下式计算(参见下图)：q0 =h1h5=h1h4=r0(1x5)式中：r0 蒸发温度下制冷剂的汽化潜热 x5节流后气液混合物的干度单位容积制冷量也是随制冷剂的种类及制冷机的工作温度而变，其中蒸发温度的影响较为显著，因为当蒸发温度下降时，q0稍有降低，而v1迅速增加，故qv显著础小。(2)单位容积制冷量在吸气状态下，压缩机每吸入1m3制冷剂蒸气所能制得
10、的冷量，称为单位容积制冷星，常用qv表示，单位为kJm3。单位容积制冷量可用下式计算：qv=q0/v1 式中：v1是吸气状态下制冷剂蒸气的比容，m3kg。(3)单位理论功 压缩机每压缩和输送1kg制冷剂所消耗的功，称为单位理论功，常用w0表示，单位为kJkg。单位理论功用下式计算：w0=h2h1 (kJ/kg)(4)单位冷凝热量（单位制热量）一次循环中，1kg制冷剂在冷凝器中放出的热量称为单位冷凝热量（单位制热量），常用qk表示，单位为kJ/kg。单位冷凝热量（单位制热量）用下式计算 qvk=h2h4 或 qk=q0+w0 (kJ/kg)(5)制冷系数理论循环的制冷系数定义为单位制冷量与单位理
11、论功之比，常用0表示，即：一、液体过冷对制冷循环的影响 第三节 液体过冷和吸气过热对制冷循环的影响1、过冷液体：将节流机构前的制冷剂液体，冷却到比冷凝温度更低的温度，称为液体过冷2、过冷度：过冷液体的温度与冷凝温度之差称为过冷度3、制冷循环的工作过程图示出有有液体过冷的单级压缩制冷机循环的温熵图和压焓图，图中123451表示基本循环，l234451表示有过冷的循环，44 表示制冷剂液体在过冷器中的过冷过程。45 是过冷后制冷剂液体的节流过程。4、对制冷量的影响同基本循环相比有液体过冷的循环在节流过程中产生的蒸气量较少，因而单位制冷量增大。由图可以看出，过冷循环的单位制冷量可表示为：二、吸气过热
12、对制冷循环的影响1、吸气过热：压缩机的吸气温度高于蒸发温度T0时，称为吸气过热。2、过热度：过热气体的温度与蒸发温度之差称为过热度3、制冷循环的工作过程图示出有有蒸气过热的单级压缩制冷机循环的温熵图和压焓图图中123451为基本循环，1123451为有蒸气过热的循环，11为吸入蒸气的过热过程，12为过热蒸气的压缩过程，234为冷凝器中的冷却及冷凝过程。4、对制冷量的影响同基本循环相比单位制冷量增大：但单位理论功也增大：制冷系数为：注意：对于吸气过热的影响要区别两种情况。制冷剂饱和蒸气离开蒸发器在吸气管内过热，而不是在蒸发器中过热，在这种情况下，q0不能利用，有用的单位制冷量仍然是q0，而单位理
13、论功却增大了w0，循环的制冷系数必然要减小。所以，吸气管内的过热被称为有害过热，应尽量设法减小。在吸气管上包扎隔热层即是减小有害过热的一种措施；另一种情况是：制冷剂蒸气在蒸发器内过热，此时q0是包括在有用的单位制冷量之内；但在这种情况下，单位制冷量和单位理论功都有所增大，循环的制冷系数是否增大不能够直观判断。分析和计算指明，这同制冷剂的种类有关：对于氨制冷系数稍有降低，对于R12和R 50 2制冷系数略有提高；而R 22介于两者之间，制冷系数无甚变化。由此可知，无论征何种情况下，对于氨应尽量避免吸气过热。一种情况是：5、吸气过热的利弊：1）如果吸气过热是在蒸发器内发生，则为有效制冷量，如果在压
14、缩机的吸气管中吸收环境空气中的热量而损失，则为有害过热；2）当吸气过热度增加，排气温度T2上升，过高的排气温度不但使润滑油粘度变稀，影响压缩机的正常运行，但适当增加过热度能使润滑油较顺利返回压缩机；3）当压缩机吸入的蒸气具有一定的过热度能防止在气缸中产生液击现象。三、回热循环1、回热循环：参照液体过冷和吸气过热在单级压缩制冷循环中所起的作用，可在制冷流程中加设一个回热器，令节流前的液体同吸入压缩机前的蒸气进行热交换，同时达到实现液体过冷和吸气过热的目的。这样便组成回热循环2、回热循环的系统组成压缩机、冷凝器、回热器、节流装置、蒸发器图示出回热循环的温熵图和压焓图图中123451为基本循环，11
15、2 234 4 551为回热循环，图中4 4 和11表示回热过程。3、回热循环的热力过程(1)制冷剂在蒸发器中的单位质量制冷量 q0 =h1h5=h1h4=r0(1x5)式中：r0 蒸发温度下制冷剂的汽化潜热 x5节流后气液混合物的干度 第四节 单级压缩制冷理论循环的热力计算(2)制冷剂在蒸发器中的单位容积制冷量 qv=q0/v1 式中：v1是吸气状态下制冷剂蒸气的比容，m3kg。一、热力计算内容(3)压缩机的单位质量绝热压缩耗功量 w0=h2h1 (kJ/kg)(4)制冷剂在冷凝器中的单位质量放热量 qk=h2h4 或 qk=q0+w0 (kJ/kg)(5)制冷剂的质量循环量（即流过每一个主
16、件的制冷剂质量流量）(Kg/s)式中：Q0为制冷循环的总制冷量（kW）(6)压缩机的吸气体积流量(m3/s)(7)冷凝器的热负荷(8)压缩机的理论耗功率(kW)(kW)(9)总制冷量（蒸发器的冷负荷）(kW)(10)制冷系数例题1：R134a制冷系统的制冷量为20kW，采用回热循环，已知t0 0，tk 40，吸汽温度为15，冷凝器、蒸发器出口的制冷剂状态均为饱和。求制冷系统的质量流量、容积流量、压缩机消耗功率、制冷系数、冷凝器和回热器热负荷。解：(1)在ph图上画出循环并确定各状态点参数：二、热力计算实例 回热循环在ph图上的表示如图所示。点1应在p0 292.82kPa等压线与t15等温线交
17、点。根据R134a的过热蒸气性质表，点1的参数为:h1 410.987kJ/kg，v10.07425 m3kg，s11.77107kJ(kgK)点2位于pk=1016.4kPa等压线与等熵线(s1)的交点。点2的参数为:h2438.824kJ/kg，t258从R134a饱和状态下热力性质表上查得的3和1的比焓，h3256.17lkJ/kg，h1397.216kJ/kg。点3的比焓可用下式求得：h3h3(h1h1)256.171(410.987397.216)242.404kJ/kg根据h3和pk可确定点3的位置，由此可求得过冷温度t330.6(2)单位质量制冷量和单位容积制冷量q0 h1h5
18、397.216242.404154.812kJ/kg(3)系统的质量流量(4)系统的容积流量(5)压缩机消耗功率(6)制冷系数(7)冷凝器热负荷(8)回热器热负荷例题2：试计算氟利昂22（R22）制冷剂在下列工况下循环的理论制冷系数，并进行比较和讨论：A工况：tk=35 ，t0=0；B工况：tk=40 ，t0=0；C工况：tk=40 ，t0=-5；解：制冷系数的计算公式为：参数工况A工况B工况C工况冷凝蒸发温度tk 温度t0 压力pk10-5pa压力p010-5pa h1kJ/kg h2kJ/kg h4=h5 kJ/kg 35 40 40 13.5 15.3 15.3 0 0-54.98 4.
19、98 4.21 405.4 405.4 403.5 430 433 437 243.1 249.7 249.7 6.60 5.64 4.59由表可知，A、B两工况的蒸发温度相同，但B工况的冷凝温度比A工况的冷凝温度升高5，则制冷系数下降；结论：参数工况A工况B工况C工况冷凝蒸发温度tk 温度t0 压力pk10-5pa压力p010-5pa h1kJ/kg h2kJ/kg h4=h5 kJ/kg 35 40 40 13.5 15.3 15.3 0 0-54.98 4.98 4.21 405.4 405.4 403.5 430 433 437 243.1 249.7 249.7 6.60 5.64
20、4.59由表可知，B、C两工况的冷凝温度相同，但C工况的冷凝温度比B工况的蒸发温度降低5，则制冷系数下降，但下降的比例较第一种情况大；由计算结果可知，蒸发温度的变化对制冷系数的影响大于冷凝温度变化的影响。一、实际循环与理论循环的区别 第五节 单级压缩制冷实际循环与热力计算 1)制冷剂流经压缩机时，存在流动阻力、热量交换、机械摩擦和工质泄漏，故在吸、排气过程中，制冷剂蒸气的状态参数不可能保持恒定，压缩过程也不可能保持等熵。2)制冷剂流经冷凝器和蒸发器时，同样也有阻力存在(特别是对于蛇管式冷凝器和蒸发器)，冷凝过程和蒸发过程均不能保持恒压恒温，而是随着过程的进行，压力和温度均稍有降低。3)制冷剂流
21、经管道时，因有阻力和热交换，压力要降低，温度要变化，制冷剂温度低时要吸热而升温，温度高时要放热而降温。二、单级压缩活塞式制冷机的实际循环热力过程 图示出单级压缩活塞式制冷机实际循环的压焓图。501为蒸发器中的过程，其中50为蒸发阶段，01为过热阶段，点l 表示制冷剂蒸气出蒸发器时的状态。在这一过程中，蒸发压力稍有降低，相应地蒸发阶段中的蒸发温度也稍有降低。11 表示低压制冷剂蒸气流经吸气管的过程。在这一过程中，制冷剂蒸气的压力稍有降低，而温度则稍有提高，点1表示压缩机吸气阀前制冷剂蒸气的状态。1 1s表示的制冷剂蒸气在被吸入压缩机的过程中，因流经吸气阀而压力继续有所降低，因同压缩机有热交换而温
22、度继续有所升高，从而转变为1s状态，点1s即表示压缩过程开始时气缸内制冷剂蒸气的状态。ls2s表示气缸内的实际压缩过程，这一过程不是等熵过程。在其前半段，制冷剂蒸气从气缸壁吸热，故熵值增大，在其后半段，制冷剂蒸气向气缸壁放热故熵值减小。点2s表示压缩过程结束时气缸内高压蒸气的状态。234是冷凝器中的冷却和冷凝过程，因有阻力存在，蒸气的压力稍有降低，而且在冷凝阶段，冷凝温度也稍有降低。45是节流过程，制冷剂液体节流降压之后进入蒸发器中，继续进行循环。这样的蒸气在排气过程中流经排气阀时，压力和温度都稍有降低，转变为点2表示的状态，这就是压缩机的排气状态。压缩机的排气流经排气管时，因有流动阻力和热量
23、交换，压力和温度又稍有降低，转变为点2表示的状态，进入冷凝器。三、单级压缩活塞式制冷机的热力计算1)忽略冷凝器中和蒸发器中的微小压力落差，仍视冷凝过程和蒸发过程为等压过程，冷凝压力Pk和蒸发压力P0按选定的冷凝温度tk和蒸发温度t0去确定 按照这些原则简化的单级压缩活塞式制冷机实际循环的压焓图如图所示，其中12k为理想压缩过程，12为简化后的实际压缩过程。该图系对小型制冷机组而言，忽略了吸、排气管中压力与温度的变化，故点1同点1重合，点2同点2重合。要按照上图所示的过程，一步一步地对单级压缩活塞式制冷进行热力计算将是很困难的。在工程设计计算中，通常是对实际循环加以适当简化后再进行计算。简化的原
24、则是：2)对于小型制冷机组，忽略制冷刑蒸气流经吸、排气管道时约压力变化和温度变化，取压缩机的吸气压力等于蒸发压力，排气压力等于冷凝压力；但对于大型制冷装置，可考虑一定的压力差，并对吸气管考虑一定的温度差。3)压缩机内部过程用一简化的压缩过程代替，对输气量及功率的影响，分别用输气系数及绝热效率i考虑。第六节双级压缩制冷循环压缩比Pk/Po太大所带来的问题有：过热损失与节流损失大，导致制冷系数减小。单位容积制冷量减小，势必要求有较大的压缩机。排汽温度升高，导致压缩机润滑油粘度下降，润滑效果下降，功率消耗增加。导致压缩机容积效率减小。当压缩比达到20左右时，往复式压缩机的容积效率接近于零，即压缩机吸
25、不进汽体两级节流完全中间冷却的双级压缩制冷循环级节流完全中间冷却的双级压缩制冷循环一级节流不完全中间冷却的双级压统制冷循环 第六节双级压缩制冷循环蒸发器出来的制冷剂蒸气经低压级压缩机压缩到中间压力（过程12），而后进人闪发式中间冷却器中被冷却到饱和蒸气（完全中间冷却；过程23），高压级压缩机从中间冷却器吸入蒸气并压缩到冷凝压力（过程34），而后送到冷凝器中冷凝到饱和液体(过程45)。液体经第一级节流后进入中间冷却器中，汽液分离，小部分液体汽化以冷却低压级压缩机的排汽；大部分液体经第二级节流后进入蒸发器中，吸热汽化实现制冷目的(过程671)。一、两级节流完全中间冷却的双级压缩制冷循环 C冷凝器；
26、E一蒸发器；EV膨胀阀HC高压级压缩机；LC低压级压缩机；FC闪发式中间冷却器1、工作过程：2、特点：减少了节流损失和过热损失，压缩机排汽温度明显降低；高、低压级的压缩机的压缩比都比单级时小得多，有利于提高压缩机的容积效率 第六节双级压缩制冷循环蒸发器出来的制冷剂蒸气经低压级压缩机压缩到中间压力（过程12），而后进人闪发式中间冷却器中被冷却到饱和蒸气（完全中间冷却；过程23），高压级压缩机从中间冷却器吸入蒸气并压缩到冷凝压力（过程34），而后送到冷凝器中冷凝到饱和液体(过程45)。由冷凝器去蒸发器的制冷剂液体(主流)在中间冷却器中被过冷后，经一级节流到蒸发压力（过程567），冷凝器出来的小部分
27、液体节流后进入中间冷却器中汽化吸热（过程53），用于冷却低压级的排汽和使主流液体过冷。二、一级节流完全中间冷却的双级压缩制冷循环1、工作过程：2、特点：这个系统可避免上述系统中第二级节流前管内的饱和液体产生闪发蒸气而影响膨胀阀工作，但采用盘管式中间冷却器后，由于存在传热温差，主流液体过冷后的温度达不到中间压力下的饱和温度。C冷凝器；E一蒸发器；EV膨胀阀HC高压级压缩机；LC低压级压缩机；CC盘管式中间冷却器作业：如图所示的R134a制冷系统，有两组蒸发温度不同的蒸发器，已知teA0，teB10，tc=30，制冷量分别为QeA10kw，QeB20kw。冷凝器、蒸发器出口均为饱和状态、蒸发器A出
28、口的蒸气节流到蒸发器B的蒸发压力。求压缩机消耗功率、容积流量、冷凝器负荷和制冷系数。第一节 制冷剂第二章 制冷剂和载冷剂制冷剂又称制冷工质，它是在制冷系统中完成制冷循环的工作介质。当前，能用作制冷剂的工质有80多种为了称谓和书写的方便，国家标准GB777827规定了制冷剂的编号表示方法，使每种制冷剂有一个特定的编号：一、制冷剂的种类和编号1、氟利昂及烷烃 对制冷剂进行编号，最早是从氟利昂开始的氟利昂是烷烃的卤族元素衍生物，即用氟、氯、溴等元素，部分地或全部地取代了烷径中的氢而生成的化合物，故也称卤代烃或氟氯烷。氟利昂的编号是根据化合物的结构确定的。烷烃的分子通式为：Cm H2m+2 则氟利昂的
29、化学分子通式为：Cm Hn Fx Cly Br z 且原子数m、n、x、y、z符合下列关系：2m+2=n+x+y+z 1）氟利昂的第一种简写符号是在字母R后的数字依次为（m-1）（n+1）x，若化合物中含有溴原子时，则再在后面加字母B和溴原子数，如：二氟二氯甲烷C F2 Cl2R12 (m-1=0，n+1=1，x=2)二氟一氯甲烷C H F2 ClR22 (m-1=0，n+1=2，x=2)三氟一溴甲烷C F3 BrR13B1 (m-1=0，n+1=1，z=1)2）第二种简写符号是将上述氟利昂符号中的首字母 R 换成物质分子中的组成元素符号：（2）分子中含氢、氯、氟、碳的不完全卤代烃写作H C
30、C；R11，R12，R113，R114，R115又可表示为C F C 11、C F C 12、C F C 113 C F C 114、C F C 115；C F C类：（1）分子中含氯、氟、碳的完全卤代烃写作CC；（3）分子中含氢、氟、碳的无氯卤代烃写作H C；H C F C类：H F C类：R21，R22又可表示为H C F C 21、H C F C 22；R134a，R152a，R23又可表示为H F C 134a、H F C 152a、H F C 23；烷烃类的简写符号与氟利昂的第一种简写符号的命名方式一样，如：C H4R 50，C 2 H6R170对大气臭氧层没有破坏作用，但产生温室效
31、应对大气臭氧层破坏作用小，产生温室效应对大气臭氧层破坏作用最大，产生温室效应2、共沸溶液 共沸溶液制冷剂是由两种或以上的制冷剂按一定比例相互溶解而成的混合物。R500R12/R15273.8/26.2 无机化合物规定R后第一位数字为7，后面的数字是该化合物的分子量，例如：当两种化合物的分子量相同时，用字母A、B、C予以区别，例如 N2 OR 744A48.8/51.2 NH3R 717，H 2OR718，C O2R 74459.9/40.1 已商品化的共沸混合制冷剂，依应用先后，在500序号中顺次规定其编号，如：48.2/51.8 R502R503R504R22/R115R23/R13R32/
32、R1153、无机化合物二、制冷剂的热力学性质 下表给出几种主要制冷剂的物性指标：名称 化学 分子式简写符号标准沸点凝固点临界温度 tc()临界压力 pc(kPa)临界比容vc(L/kg)绝热指数 (k)二氧化碳C O2R744-78.4一氯二氟甲烷C H Cl F2R22-40.8氨N H3R717-33.3二氯二氟甲烷C Cl2 F2R12-29.8-77.7133.0114174.2451.30-56.6 31.1 73722.1351.30-160 9649741.901.16-15811241131.791.14 1、标准沸点：标准沸点是指制冷剂液体在标准大气压力(10132kP a)
33、下的饱和温度。它是决定制冷剂应用场合的主要依据。按标准沸点的高低，可将制冷剂分为高温（0）、中温（0-60）及低温（-60）三类 2、凝固点：凝固点是指制冷剂液体在标准大气压力下，凝成固体时的温度。选用制冷剂时，其凝固点温度应远低于制冷机工作时的最低温度，以防制冷剂在系统中凝固。名称 化学 分子式简写符号标准沸点凝固点临界温度 tc()临界压力 pc(kPa)临界比容vc(L/kg)绝热指数 (k)二氧化碳C O2R744-78.4一氯二氟甲烷C H Cl F2R22-40.8氨N H3R717-33.3二氯二氟甲烷C Cl2 F2R12-29.8-77.7133.0114174.2451.3
34、0-56.6 31.1 73722.1351.30-160 9649741.901.16-15811241131.791.14 3、饱和蒸气压力：制冷剂的饱和蒸气压力是随温度而变的，而且对于不同的制冷剂具有不同的变化关系；它可用来比较在蒸发温度和冷凝温度给定的情况下，选用不同制冷剂时蒸发压力和冷凝压力的高低，通常，希望蒸发压力高于大气压力，以避免空气及其中的水蒸气漏入制冷系统；希望冷凝压力不要太高，以便可以使用轻型的制冷设备和管道，并减小制冷剂向外泄漏的可能性。4、临界温度和压力：在选用制冷剂时，应考虑使制冷机的工作温度和压力远低于所用制冷剂的临界温度和压力。为了避免过低的蒸发压力、过高的冷凝
35、压力和过高的排气温度，同时为了使制冷循环具有较高的热力学完善度。名称 化学 分子式简写符号标准沸点凝固点()临界温度 tc()临界压力 pc(kPa)临界比容vc(L/kg)绝热指数 (k)二氧化碳C O2R744-78.4一氯二氟甲烷C H Cl F2R22-40.8氨N H3R717-33.3二氯二氟甲烷C Cl2 F2R12-29.8-77.7133.0114174.2451.30-56.6 31.1 73722.1351.30-160 9649741.901.16-15811241131.791.14 5、绝热指数：制冷剂的绝热指数小时，压缩机的排气温度低，因而可以采用较大的压力比。在
36、热力计算时还要用到制冷剂的其它热力参数，如：比容 v、比熵 s、比焓 h 在热力计算时或需要这些数据时，我们都可以通过教科书或参考书后的饱和热力性质表或压焓图查出式中k为绝热指数：k=cp/cv三、氟利昂的环保与替代 （一）评价制冷剂的环保指数 1、CFC 12 的替代物 其标准沸点为-26.07（CFC 12为-29.8），热力性质相近，且不含氟原子，其ODP为0，GWP为0.27。臭氧破坏指数（OP）温室效应指数（G W P）以 R11为标准：R11的ODP=1 R11的GWP=1 （二）CFCS 及HCFCS 的替代物 （1）用R134a（四氟乙烷C2 H2 F4）（2）用R600a（异
37、丁烷）、R290（丙烷）两者混合物 其ODP，GWP均为0，物理和热力性质与CFC12非常相近，但可燃，目前制冷系统不做多少改动就可直接替代，在德国、波兰用得很多。2、HCFC22的替代物：在国际上有两条替代路线：第一条以美、日为代表，支持开发HFCS 类替代物。这种替代路线比较综合考虑了安全、性能和环境要求之间的平衡，有较好的发展前景。由于这类替代物的工作压力偏高、热力性质有所下降，与矿物润滑油不相溶而需更换脂类油（POE），并具有较高的GWP值。第二条以德国及北欧一些国家为代表，主张采用天然制冷工质作为替代物。这种替代路线的其ODP，GWP均为0，但其可燃性、刺激性、毒性等安全方面有缺陷。
38、第二节 载冷剂 常用的载冷剂有三类：水、盐水和有机物载冷剂。水因价廉易得，比较安全，传热性能良好，蒸发温度在0以上的制冷装置广泛使用。但当制冷温度在0以下时，则必需使用盐水或有机物作载冷剂。目前HFCS替代路线被多数国家和企业所接受 载冷剂是指在间接制冷系统中用来传递冷量（或热量）的中间介质 选用载冷剂时应考虑下述因素：（1）凝固温度应低于最低工作温度，以防冻结；（2）安全性要好；无毒、化学稳定，不燃不爆，对金属不腐蚀或甚少腐蚀；（3）热物性要好，比热宜大，密度及粘度宜小，传热性能好，流动阻力较小；（4）价廉易得，便于使用和管理。第三章 制冷压缩机制冷压缩机的作用：在蒸气压缩式制冷中，制冷压缩
39、机的作用是降低蒸发器的压力，提高冷凝器的压力，并为制冷剂在制冷系统中循环流动提供能量。因此，制冷压缩机是实现压缩式制冷循环的一个心脏设备制冷压缩机的类型：第一节 活塞式制冷压缩机的工作过程及种类活塞式制冷压缩机 离心式制冷压缩机螺杆式制冷压缩机滚动转子式制冷压缩机涡旋式制冷压缩机一、活塞式制冷压缩机的工作过程：（一）活塞式制冷压缩机的结构：图为活塞式压缩机的结构示意图。图中示出了压缩机的主要零部件及其组成。压缩机的机体是由气缸1和曲轴箱3组成。气缸中装有活塞5，曲轴箱内装有曲轴2，通过连杆4与活塞连接起来。在气缸顶部装有吸气阀9和排气阀8，通过吸气腔10、排气腔7，分别与吸气管11、排气管6相
40、连。当曲轴被电动机带动而旋转时，通道连杆的传动，活塞便在气缸内作上下往复运动，在吸、排气阀的配合下，完成对制冷剂蒸气的吸入、压缩和输送。（二）活塞式制冷压缩机的工作过程：活塞式压缩机对制冷剂蒸气的压缩，是由活塞在气缸内的往复运动来完成的。它的工作过程如图所示，可分为压缩、排气、膨胀和吸气四个过程。当活塞处于最下端位置II(称为下止点)时，吸气过程结束，吸气阀关闭，气缸内充满了由蒸发器吸入的低压蒸气。活塞在曲轴连杆机构的带动下开始向上移动时，气缸的工作容积逐渐减小，密闭在气缸内的蒸气的压力和温度逐步升高；当活塞移动到位置时，气缸内的蒸气压力升高到略高于排气管路中的压力，排气阀门便自动打开，开始排
41、气。制冷剂蒸气在气缸内，从进气时的低压升高到排气压力的过程，称为压缩过程。(1)压缩过程 活塞继续向上运动，气缸内的蒸气压力不再上升，而是不断地经过排气阀向排气管输送，直到活塞运动到最高位置(称为上止点)时，排气过程结束。蒸气从气缸向排气管输送的过程，称为排气过程。(2)排气过程 当活塞运动到上止点位置时，出于压缩机的结构及制造工艺等原因，活塞顶部与气阀座之间存在一定间隙，该间隙所形成的容积称为余隙容积。排气过程结束时，在余隙容积内留有一定数量的高压蒸气，活塞开始向下移动时，吸气阀尚不能打开，吸气管内的低压蒸气不能进入气缸，而首先是残留在气缸内的高压蒸气因容积增大而膨胀，压力下降，直至气缸内的
42、压力下降到稍低于吸气管中的压力时为止；活塞位置由移动到的过程称为膨胀过程。(3)膨胀过程 当活塞运动到位置时，进气阀门自动打开。活塞继续向下运动，低压蒸气便不断地由蒸发器经吸气管和吸气阀进入气缸，至到活塞到达下止点II的位置时为止，这一过程称为吸气过程。(4)吸气过程 完成吸气过程后，活塞又从下止点向上止点运动，重新开始了压缩过程，如此周而复始地完成吸入、压缩和输送制冷剂蒸气的作用。二、活塞式制冷压缩机的种类：活塞式制冷压缩机的型式和种类较多，而且有多种不同的分类方法。常见的有下列几种。(1)按制冷量的大小分类：按照我国国家标准GB1087l一89、GB1087489规定配用电动机功率小于0.
43、37kw、气缸直径小于70m m的压缩机为小型活塞式制冷压缩机；气缸直径为70一170mm的压缩机为中型活塞式制冷压缩机。我国的高速多缸新系列产品，均属中小型压缩机的范围，大型的多为非系列产品。(2)按压缩机的级数分类：按级数可分为单级压缩和多级(一般为两级)压缩。单级压缩即制冷剂蒸气由蒸发压力至冷凝压力只经过一次压缩，因此适用于进、排气压力比不太大的场合。两级压缩即制冷剂蒸气由蒸发压力至冷凝压力需经过两次压缩来完成。一般两级制冷压缩可由两台压缩机来实现，也可出一台压缩机来实现。这后一种压缩机被称作单机双级制冷压缩机。(3)按气缸的布置型式分类(如图)：按气缸布置型式可分为卧式、直立式和角度式
44、三种类型。卧式压缩机的气缸轴线呈水平布置。这种型式在大型制冷压缩机中较为多见，此外在全封闭制冷压缩机中也有采用的。直立式压缩机的气缸轴线直立布置。考虑到压缩机结构的紧凑性、运转平稳性及振动的大小，以双缸直立式为常见型式。角度式压缩机的气缸轴线呈一定的夹角布置，有v型、w型和s型(扇形等之分。角度式布置方式能够使压缩机结构紧凑，体积和占地面积小，振动小、运行平稳等，因此为现代中、小型高速多缸压缩机所广泛采用。(4)按电动机与压缩机的组合型式分类：可分为开启式和封闭式两种。而封闭式又可分为半赵闭式和全封闭式两种型式；开启式压缩机曲轴的输入端伸出机体，压缩机和电动机分为两体，用联轴器或传动带相连接传
45、动。这就需要在曲轴伸出端设轴封装置，以防止制冷剂的泄漏和外界空气的渗入。半封闭式压缩机的机体和电动机外壳联成一体，构成一密闭的机身但为了检修活塞和气阀方便，把气缸盖制成可以拆卸的。这种型式的压缩机不需要轴封装置，所以封闭性好。全封闭式压缩机的机体和电动机共同装在一个封闭壳体内，壳体接缝处在出厂时就焊牢，平时不能拆卸。这样可大大减轻压缩机的重量，而且不需要密封装置。但由于不易拆卸，修理不便，因此对机器零部件的加工和装配质量要求较高。三、活塞式制冷压缩机型号中各数字及字母表示的意义：气缸数（只）制冷剂气缸排列形式气缸直径（cm）结构形式8氨(A)S型12.5（cm）开启式6氟利昂(F)W型10（c
46、m）半封闭式(B)3氟利昂(F)Y型5（cm）全封闭式(Q)8AS12.5型6FW10B型3FY5Q型第二节 活塞式制冷压缩机的总体及主要零部件结构以2FM4Q型活塞式制冷压缩机为例：2FM4Q压缩机为氟利昂全封闭式，气缸直径为40mm，活塞行程27mm，两个气缸为水平方向对称排列，转速为1440rmin。用R 22作为制冷剂时，工况制冷量为535kw，这种压缩机多用于小型空调等制冷装置。图为2FM4Q型压缩机的总体结构图。压缩机与电动机一起装置在一个密闭的机壳2内，外观上只有吸气管、排气管接口和电动机的引线。气缸盖14的肋板把缸盖和阀板13之间的空间分成两部分，上部分为吸气腔，下部分为排气腔
47、当电动机带动压缩机工作时，低压制冷剂蒸气被吸入整个机壳2内。在机壳内经过吸气包6、吸气管8至吸气腔，然后进入气缸。压缩后的高压气体从排气腔进入稳压室1，再经排气管15排出。稳压室一方面可以保证排气压力均匀平衡，另一方面也起消音作用。2FM4Q压缩机的主轴7为偏心的，用球墨铸铁铸造，垂直安装。平衡块9装在偏心轴两侧，轴的上端装有电动机的转子5，作为电动机的轴使用。连杆10为整体式，套在偏心轴上。主轴承和连杆轴承采用滑动轴承。气缸呈水平布置。两个气缸之间的夹角为180。虽然平衡性较差，但起动所需转矩较小，电动机的损失也较小。活塞12为筒形、平顶结构，没有活塞环，仅开两道环形槽，起密封和润滑作用气
48、阀采用簧片式，其结构和原理如下页图所示。它主要由阀板、阀片及限位器等组成。排气阀片2呈马蹄形，两端用螺钉5将缓冲弹簧片6、排气阀片限位器3和排气阀片2一起固紧在阀板1上。吸气阀片7为一端固定、另一端自由的簧片。阀片用两个定位销钉8与阀板1定位并夹紧在阀和气缸之间。自由端的凸出部分伸在气缸和阀板之间的槽中，以限制吸气阀片的开度。吸气孔为四个按菱形布置的小孔。阀片在固定端一侧有两长孔，作为排气通道并减小阀片刚度之用。簧片式气阀结构简单，余隙容积小，而且制造和装配方便。2FM4Q型压缩机采用飞溅润滑，即是让飞溅起来的润滑油，按设计选定的路线流过需要润滑的表面。这种润滑系统不设油泵，润滑油路只能达到l
49、一210 4Pa(表压)的油压，润滑油循环量也较小，对摩擦表面的冷却效果较差。此外，油路中这样低的油压无法装设润滑油过滤器，因而油污较快，机器的磨损加剧。下图为2FM4Q型压缩机飞溅润滑的原理图。从连杆1大头和小头流出的润滑油落到气缸表面进行润滑，上部主轴承依靠轴颈上面的螺旋槽的泵油作用，曲轴中开有油孔，依靠离心力作用将润滑油送至螺旋槽表面下部，然后沿螺旋槽流至整个轴承。螺旋槽具有泵油作用。可把螺旋槽比作螺栓，而把充满螺旋槽中的润滑油比作螺母，当曲轴旋转时，润滑油就不断地从下部上升到上部，就好象螺母不转而螺栓旋转时螺母向上移动一样。润滑曲柄销的润滑油是依靠离心力的作用流至摩擦表面，并通过连杆杆
50、身上的油孔继续流到连杆小头，润滑活塞销。式中：D气缸直径（m）S 活塞行程（m）Z 气缸数 n转速（r/min）Vg压缩机曲轴每旋转一圈，每只气缸吸入的低压气体体积（m3）第三节 活塞式制冷压缩机的运行性能一、活塞式制冷压缩机的容积效率 1、活塞排量（理论吸气量）（Vh)即压缩机每秒钟吸入的气体体积，计算公式为：2、容积效率（v)即压缩机实际工作过程比理想工作过程复杂，它的实际吸气量V小于活塞排量Vh，两者之比称为压缩机的容积效率v 3、影响容积效率（v)大小的因素（1）气缸余隙容积Vc的大小。所谓余隙容积，是指活塞在排气过程结束时与阀板及排气孔之间形成的空隙容积；P2P1O1PVP2P123
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