1、绪论绪论概述概述q制冷技术是为适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的。制冷就是使自然界的某物体或某空间温度低于周围环境，并维持这个温度。q1 1、制冷范围的划分及其应用制冷范围的划分及其应用q1）制冷范围的划分：q普通制冷：低于环境温度-120 (153 K)-120 (153 K)；q深度制冷：-120-120-253(153-253(15320 K20 K)；1绪论绪论q低温和超低温：-253-253接近接近-273-273(20(20接近接近0 K)0 K)。q2）应用：1)空气调节q 2)食品的冷冻和冷藏q 3)食品加工q 4)工业生产及农牧业q 5)建筑工程q 6)能源与动力工程
2、q 7)国防工业q 8)医疗卫生2绪论绪论q2 2、制冷技术的发展、制冷技术的发展q 1755年苏格兰科学家库伦（Cullen）发表论文液体蒸发制冷，人们以此作为人工制冷史的起点。q 1875年德国林德首先制作了具有实用价值的氨蒸汽压缩式制冷装置，时至今日蒸汽压缩式制冷装置仍是一种使用范围最广泛的制冷方法。q3 3、制冷技术的最新发展、制冷技术的最新发展q 1)热泵技术的发展（空气源热泵、水源热泵、水环热泵）q 2)新材料的应用（相变材料、吸附材料）q 3)机器、设备的发展q 4)新型制冷工质的研究q 5)新的制冷理论及实践（吸附式制冷、热电制冷、相变制冷、热声制冷、固体绝热去磁、气体绝热膨胀
3、）3绪论绪论4、研究课题研究课题1、节能与可再生能源的开发利用 1）热回收、高能效比设备的开发利用 2）土壤源热泵2、新型制冷循环 吸附式制冷、热电制冷、磁制冷、热声制冷等3、寻找新型节能环保的制冷剂4第一章第一章 蒸汽压缩式的热力学原理蒸汽压缩式的热力学原理图1.1 蒸气压缩式制冷系统简图5蒸气喷射式制冷系统图蒸气喷射式制冷系统图图1.2 蒸气喷射式制冷系统图6制冷系统各部件及主要用途制冷系统各部件及主要用途制冷剂液体吸热、蒸发、制冷得到低温低压制冷剂放热，使高压高温制冷剂蒸气冷却、冷凝成高压常温的制冷剂液体 压缩制冷剂蒸气，提高压力和温度7蒸气吸收式制冷系统图蒸气吸收式制冷系统图图1.3
4、蒸气吸收式制冷系统图8吸附式制冷系统的原理图吸附式制冷系统的原理图图1.4 吸附式制冷系统的原理图9第一节第一节 理想制冷循环理想制冷循环q一、逆卡诺循环q 1 1、实现逆卡诺循环必须具备热、实现逆卡诺循环必须具备热工条件工条件q 1)高温热源和低温热源温度恒定，工质在蒸发器和冷凝器中与外界热源之间传热没有温差；q 2）工质流经设备是设备内部不可逆损失；图1.5 逆卡诺循环在T-s图上的表示10一、逆卡诺循环q 2 2、实现逆卡诺循环必要设备、实现逆卡诺循环必要设备q 压缩机、冷凝器、膨胀机、蒸发器q 3 3、循环过程示意图及能量方程、循环过程示意图及能量方程q 外界输入压缩功 wc=w-we
5、=(Tk-T0)(sa-sb)q 制冷量 q0=T(sa-sb)q 制冷系数 c=T0/(Tk-T0)q 供热系数=+1q 4 4、影响制冷系数影响制冷系数的主要因素的主要因素q 1）蒸发温度的影响q 蒸发温度主要取决于制冷对象的温度要求,不能变动,相同的冷凝温度下，蒸发温度越高，制冷系数越大，单位制冷量能耗越低。11一、逆卡诺循环q 2）冷凝温度的影响q 冷凝温度取决于冷却介质(大气或冷却水等)的温度,不能随意变动。相同的蒸发温度下，冷凝温度越低，制冷系数越大，越有利于节能。一般冷凝温度要高于冷却介质温度,以保证必要的传热温差。q二、劳仑兹循环二、劳仑兹循环q 在两个变温热源之间进行的理想制
6、冷循环过程，由两个等熵绝热过程和两个可逆多变过程组成的理想循环过程。12图1.6 热泵空调系统工作原理图13第二节 蒸汽压缩式制冷的理论循环q一、蒸汽压缩式制冷的理论循环q 1、理论循环工作工程及特点q 1）在冷凝器、蒸发器中有温差的定压过程代替无温差的定压过程q 2）膨胀阀代替膨胀机绝热节流代替绝热膨胀q 3）压缩机吸入饱和蒸汽干压缩代替湿压缩q 2、理论制冷循环特点q 1）节流损失：绝热节流是不可逆过程；q 膨胀阀不做功，损失了膨胀功；q 2）过热损失：湿压缩制冷量减少；q 导致气缸液击，使压缩机汽缸遭到破坏。q 为了实现干压缩可在压缩机出口处设置气液分离器q 压缩机运行时严禁发生湿压缩1
7、4冷凝器、蒸发器、冷水机组15第二节 蒸汽压缩式制冷的理论循环q 采用干压缩过程可以增加单位质量制冷能力，由于压缩终状态是过热蒸气，压缩机功耗大，制冷系数低，降低程度称为过热损失q 蒸气压缩式制冷理论循环的两种损失q 节流过程带来的节流损失；q 干压缩所产生的过热损失；q 有传热温差的热交换。WcT0TkTs1432q0qkab104ba2PkP0图1.5 理论循环TS图16第二节 蒸汽压缩式制冷的理论循环q 3）热交换过程的传热温差q 在蒸发器和冷凝器实际传热过程中，制冷剂与冷源和热源由于存在温差，使得制冷系数低于理想过程的制冷系数，传热温差越大，制冷系数降低越多。冷凝温度要高于冷却介质温度
8、,以保证必要的传热温差。17第二节 蒸汽压缩式制冷的理论循环q 二、蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算q 1、压焓图的应用图1.6 理论循环在T-s图和lg p-h图上的表示18压焓图压焓图五态：五态：过冷液状过冷液状态、态、饱和液状饱和液状态、态、湿蒸气状湿蒸气状态、态、饱和蒸气饱和蒸气状态、状态、过热蒸气过热蒸气状态。状态。等温线等温线t t一点：一点：临界点临界点C C三区：三区：液相区液相区两相区两相区气相区气相区八线：八线：等压线等压线p p（水（水平线）平线）等焓线等焓线h h（垂（垂直线）直线）饱和液线饱和液线x x=0=0，饱和蒸气线饱和蒸气线x x=1=1，无数条等干度无数条
9、等干度线线x x等熵线等熵线s s等比体积线等比体积线v v19蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算q(1)单位质量制冷剂制冷能力：q(2)单位质量制冷剂，压缩机的耗功量q(3)单位质量制冷剂冷凝器负荷：20蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算q 1.单位质量制冷量 q 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。q q q0=0=h h1-1-h h4=4=r r0 0（1-1-x x4 4）（1-11-1）式中 q0单位质量制冷量（kJ/kg）；h1与吸气状态对应的比焓值（kJ/k
10、g）；h4节流后湿蒸气的比焓值（kJ/kg）；r0蒸发温度下制冷剂的汽化潜热（kJ/kg）；x4节流后气液两相制冷剂的干度。21蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算q 2.单位容积制冷量 制冷压缩机每吸入1m3制冷剂蒸气（按吸气状态计）经循环从被冷却介质中制取的冷量，称为单位容积制冷量，用qv表示。式中qv单位容积制冷量（kJ/m3）；v1制冷剂在吸气状态时的比体积（m3/kg）22蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算q 3.3.理论比功理论比功 q 制冷压缩机按等熵压缩时每压缩输送1kg制冷剂蒸气所消耗的功，称为理论比功，用w0
11、表示。q w0=h2-h1 （1-3）式中 w0 理论比功（kJ/kg）；h2压缩机排气状态制冷剂的比焓值（kJ/kg）；h1 压缩机吸气状态制冷剂的比焓值（kJ/kg）23蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算q 4.4.单位冷凝热负荷单位冷凝热负荷q 制冷压缩机每输送1kg制冷剂在冷凝器中放出的热量，称为单位冷凝热负荷，用qk表示。q qk=（h2-h2）+（h2-h3）=h2-h3 （1-4）q 式中 qk单位冷凝热负荷（kJ/kg）；qh2与冷凝压力对应的干饱和蒸气状态所具有的比焓值（kJ/kg）；qh3与冷凝压力对应的饱和液状态所具有的比焓值（kJ/kg
12、）；q 对于单级蒸气压缩式制冷理论循环，存在着下列关系qq qk k=q q0 0+w w0 0 24蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算q 5.5.制冷系数制冷系数 q 单位质量制冷量与理论比功之比，即理论循环的收益和代价之比，称为理论循环制冷系数，用0表示，6.6.制冷效率制冷效率R R 制冷效率可以评价制冷剂热力学能对制冷系数的影响，是理论循环制冷系数与考虑了传热温差的理想制冷循环制冷系数之比。25蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算q 2、蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算q(1)制冷剂单位制冷能力q0与单位容积制冷量qv
13、q(2)单位理论功w0q(3)单位冷凝热负荷qkq(4)制冷剂循环流量qmq(5)压缩机的理论功率P0和指示功率Piq(6)制冷系数q(7)冷凝器的热负荷26蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算q 例1-1 以R22为制冷剂的制冷装置，制冷剂的蒸发温度t4-20，压缩机的吸气温度t1-20，冷凝温度t320，试求该循环的制冷系数。q 解 由R22的-图上找出给定的各点,并查出各点的焓值如下:kgkJh/469.3971kgkJh/0.4332kgkJhh/084.2244388.41241hhhh27蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算蒸汽压缩式制冷的理论循环的热
14、力计算例1-2 以HFC134a为制冷剂的制冷装置，其制冷量41686 kJ/h。制冷循环的工作条件是：冷凝温度为30，过冷度t 5,蒸发温度为-15，压缩机的吸气温度t1-5,试求：（1）单位质量制冷量；（2）每小时的循环量qm；(3)制冷剂在冷凝器中每小时的放热量；（4）压缩机每小时消耗的理论功W和功率N；（5）制冷系数。例1-3见教材例1-428蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算蒸汽压缩式制冷的理论循环的热力计算q 例例1-11-1假定循环为单级蒸气压缩式制冷的理论循环，蒸假定循环为单级蒸气压缩式制冷的理论循环，蒸发温度发温度t t0=-100=-10，冷凝温度，冷凝温度t tk=35k
15、=35，工质为，工质为R22R22，循环的，循环的制冷量制冷量Q Q0=55kW0=55kW，试对该循环进行热力计算。，试对该循环进行热力计算。解解点点1 1：t t1=1=t t0=0=1010，p p1=1=p p0=0.3543MPa0=0.3543MPa，h h1=401.555kJ/kg1=401.555kJ/kg，v v1=0.0653m3/kg1=0.0653m3/kg点点3 3：t t3=3=t tk=35k=35，p p3=3=p pk=1.3548MPak=1.3548MPa，h h3=243.114 kJ/kg3=243.114 kJ/kg，由图可知，由图可知，h2=43
16、5.2 kJ/kgh2=435.2 kJ/kg，t2=57t2=57 29第三节 蒸汽压缩式制冷循环的改善基本概念 液体过冷：从冷凝器出来的液态制冷剂的温度低于其压力对应的饱和温度。过冷度：液体过冷后的温度与其压力对应的饱和温度的差值。过冷循环：具有液体过冷的制冷循环称之为过冷循环。采用再冷却可以减少节流损失一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却30 一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却 1、设置再冷却器再冷却器的蒸气压缩式制冷循环(1)、设置再冷却器的蒸气压缩式制冷循环工作流程及理论循环工作流程工作流程 理论循环理论循环 31(2)、液体过冷对制冷性能的
17、影响 一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却 采用液态制冷剂再冷，节流后制冷剂的干度减少干度减少（即无效气化减少）单位质量制冷功率制冷功率增加(q0=h4-h4=4bb44);压缩机的压缩功不变。制冷系数提高，节流损失减少。对于空调用制冷系统（蒸发温度较高蒸发温度较高），并不单独设置再冷却器，而是适当增大冷凝器面积，使冷却介质与呈逆流换热，以实现再冷。32一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却 2、蒸气回热循环 基本概念 蒸气过热：压缩机入口处制冷剂蒸气的温度高于其压力对应的饱和温度。过热度：制冷剂蒸气过热后的温度与同压力下饱和温度的差值。过热循环：具有蒸气
18、过热的制冷循环称之为过热循环。33(1)、回热式蒸气压缩式制冷循环工作流程及理论循环 一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却 工作流程工作流程 理论循环理论循环 34(2)、回热对蒸气压缩式制冷性能的影响 一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却 采用回热循环，一方面可使液态制冷剂再冷，单位质量制制冷功率冷功率增加(q0=h4-h4=4bb44);同时又能保证压缩机吸入具有一定过热度的制冷剂蒸气压缩机的压缩功增加（W Wc c=(=(h h2 2 -h h1 1)-()-(h h2 2-h h1 1)=2=2 1 1 122122););制冷系数是否提高，取决
19、与制冷剂的热物理性质。一般说来，对于节流损失大节流损失大的制冷剂，如氟利昂氟利昂R12、R134a等回热是有利的，而对于制冷剂氨氨则是不利的。35无效过热：蒸气过热所吸收的热量来自被冷却介质以外的物体，即过热不能产生不能产生有效的冷量输出。（如：蒸发器出口至压缩机入口处制冷剂管道与外界的热交换。）一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却一、膨胀阀前液态制冷剂再冷却 36二、回收膨胀功二、回收膨胀功 1、使用膨胀机的蒸气压缩式制冷循环 对于大容量制冷装置：一方面，由于膨胀机的容量较大，不会出现因机件过小导致加工方面的困难；另一方面，可回收的膨胀功相对较大；因此，采用膨胀机回收膨胀功可节省常规能源，提高制冷系
20、数。37二、回收膨胀功二、回收膨胀功 2、使用膨胀机的蒸气压缩式制冷的工作流程和理论循环 工作流程工作流程 理论循环理论循环 383、回收膨胀功对制冷性能的影响 二、回收膨胀功二、回收膨胀功 输出有用的膨胀功，压缩机压缩功减少0 034 43hhWe 单位质量制冷量增加4 4 4 440bbhhq 理论制冷系数提高ecthwwqq0039三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 当压缩机的压缩比较大时，压缩机的排气温度相应较高，因而过热损失过热损失及压缩机功耗功耗均较大。采用具有中间冷却的多级压缩制冷循环，可减少过热损失及降低压缩机功耗，蒸发温度越低节能效果越明显。40三、多级压缩式制冷循
21、环三、多级压缩式制冷循环 多级压缩式制冷循环的应用场合 压缩比较高（通常 pk/p0 大于8）；离心式或螺杆式制冷压缩机（可以比较方便的进行中间抽气，如空调用螺杆冷水机组）。多级压缩式制冷循环的两种形式 闪发蒸气分离器（经济器）；中间冷却器。411、带闪发蒸气分离器的双级压缩制冷的工作流程及理论循环三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 压缩机蒸发器冷凝器1闪发蒸气分离器45672138lgph56788221434工作流程工作流程 理论循环理论循环 42三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 2、闪发蒸气分离器对制冷性能的影响 采用闪发蒸气分离器，减少了一级压缩的制冷剂流量；采用
22、闪发蒸气分离器，降低了二级压缩机进口的蒸气温度和比容。因此，采用闪发蒸气分离器可有效降低压缩机的功耗，故闪发蒸气分离器也称之为经济器经济器。43三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 中间冷却器与闪发蒸气分离器的异同 闪发蒸气分离器利用节流闪发出的制冷剂蒸气与经过一级压缩后的高温制冷剂蒸气混合，混合后的制冷剂蒸气仍为过热蒸气过热蒸气，因此称之为不完全冷却（不适合过热损失较大的制冷剂，如氨氨等）。中间冷却器利用节流后的制冷剂可充分冷却经过一级压缩后的高温制冷剂蒸气,使其冷却至饱和蒸气饱和蒸气状态；中间冷却器可设有液体冷却盘管，使来自冷凝器的高压液体获得较大的再冷度再冷度，既有节能作用，又有
23、利于制冷系统稳定运行。2、一次节流中间冷却的双级压缩制冷的工作流程及理论循环44三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 3、一次节流完全中间冷却的双级压缩制冷的工作流程及理论循环理论循环理论循环 工作流程工作流程 454、一次节流中间不完全冷却的双级压缩制冷的工作流程及理论循环三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 理论循环理论循环 工作流程工作流程 46三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 5、双级蒸气压缩式制冷的中间压力以获取最大制冷系数的中间压力为原则；以这种原则确定的中间压力称之为最佳中间压力最佳中间压力。（在工程设计时，可通过选择几个中间压力进行试算进行试算以确定
24、最优值。）以高低压缩机压缩比相等为原则（虽然制冷系数不是最大，但压缩机气缸工作容积工作容积的利用程度高，较实用实用）。中间压力选取的原则：此时中间压力的计算式为：kmPPP047三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 6、制冷剂质量流量的确定对于一次节流完全中间冷却制冷量为0双级压缩制冷循环：低压级压缩机的制冷剂流量Mr1：8101hhMr高压级压缩机的制冷剂流量Mr：在中间冷却器中：来自膨胀阀1的制冷剂，一方面使来自低压压缩机的排气冷却至饱和蒸气状态排气冷却至饱和蒸气状态；另一方面使膨胀阀2前的液态制冷剂由状态状态5再冷却至状态再冷却至状态7。48因此，中间冷却器的能量方程为：三、多级
25、压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 )()()(632751321hhMhhMhhMrrr 高压级压缩机的制冷剂流量Mr：由于：65hh 87hh 16375322)()()(rrMhhhhhhM081637221)()(hhhhhhMMMrrr49三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 对于一次节流不完全中间冷却制冷量为0双级压缩制冷循环：状态3(由状态2和状态3混合而来)的比焓h3：312 3221)(hMMhMhMrrrr 中间冷却器的能量方程为：)()(6 32751hhMhhMrr16 3752)()(rrMhhhhM50 因此，高压级压缩机的制冷剂流量Mr：三、多级压缩式制
26、冷循环三、多级压缩式制冷循环 0816 37 321)()(hhhhhhMMMrrr51三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 例1-4 如下图所示，系统需制冷量20kW，制冷剂采用R134a，蒸发温度t04C，冷凝温度tk40C，试进行理论循环的的热力计算。压缩机蒸发器冷凝器1闪发蒸气分离器4567132lgph5678822143452三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 解：(1)确定该制冷循环的中间压力Pm；(2)绘出理论循环的压焓图；(3)根据其热力性质表查处于饱和线上的有关参数值；(4)计算状态点2、6、8的参数值；73766hhhhx 81 888hhhhx2131
27、 2)(hMhMMhMrrrr(状态2由2、3混合而来)1(61xMMrr(5)根据压焓图确定其余点的状态参数值；(6)进行热力计算。kmPPP053三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 v单位质量制冷能力：kJ/kg42.1725.22892.400810hhqv单位容积制冷能力：310kJ/m06039.042.172vqqv54三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 v低压级制冷剂质量流量：0.116kg/s42.17220001qMrv低压级压缩机制冷剂体积流量：/s0.0070m0.060391160.03111vMVrrv高压级压缩机制冷剂质量流量：v高压级压缩机制冷
28、剂体积流量：0.137kg/s1536.011160.0161xMMrr/s0.00492m0.03594137.0322vMVrr?55三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 v冷凝器的热负荷：kW92.22)41.25663.234(137.0)(54hhMrkv压缩机理论耗功率：kW915.2)()(2412121hhMhhMPPPrrththth861.60ththP891.0cthRv理论制冷系数：v热力完善度：56三、多级压缩式制冷循环三、多级压缩式制冷循环 与课本例13(P1213)对比，在相同的制冷能力制冷能力条件下，带闪发蒸气分离器的双级压缩式闪发蒸气分离器的双级压缩式
29、制冷循环：v制冷剂质量流量稍有减少；v压缩机排气温度降低；v冷凝器热负荷下降；v理论制冷系数提高(达达8)。57四、复叠式制冷循环四、复叠式制冷循环 对于采用氨氨、R22等中温制冷剂的压缩式制冷系统，即使采用多级压缩，但能够到达的最低蒸发温度仍有一定的局限：蒸发温度蒸发温度必须高于制冷剂的凝固点凝固点（如：氨氨的凝固点为77.7C）；制冷剂的蒸发温度过低蒸发温度过低，其相应的蒸发压力也很低压力也很低。当蒸发压力低于0.10.15bar 时，外界空气易渗入系统空气易渗入系统，严重影响系统的正常运行（如：氨在蒸发温度为65C时，pk=0.156bar）;蒸发压力很低压力很低时，制冷剂气态比容很大比
30、容很大，单位容积制冷功率很小容积制冷功率很小，要求压缩机的体积流量很大体积流量很大。58四、复叠式制冷循环四、复叠式制冷循环 因此，为获得6070C的低温，需采用低温制冷剂（凝固点低凝固点低，沸点也很低沸点也很低），如R13R13、R14R14等(R13的凝固点为-181 C，沸点为-81.4 C；R14的凝固点为-184.9 C，沸点为-127.9 C)。但这类制冷剂的临界温度很低临界温度很低，采用一般冷却水，存在以下局限：由于冷却水温接近其临界温度临界温度，使气态制冷剂难以冷凝难以冷凝；即使冷凝，由于接近临界点，不但冷凝压力高冷凝压力高，而且比潜热小比潜热小，因而制冷效率也很低效率也很低。
31、为降低冷凝温度，需采用另一台制冷装置为其冷凝器提供冷冷凝器提供冷源源，与之联合运行联合运行，及所谓的复叠式制冷循环复叠式制冷循环。59四、复叠式制冷循环四、复叠式制冷循环 1、复叠式压缩制冷的工作流程及理论循环工作流程工作流程 理论循环理论循环 60四、复叠式制冷循环四、复叠式制冷循环 1、复叠式压缩制冷系统的特点两台制冷机联合运行联合运行，高温级制冷机的蒸发器为低温级制冷机的冷凝器提供冷源；为确保低温级的所需冷凝温度，高温级制冷机的蒸发温度需低于低温级冷凝温度35C；复叠式制冷循环既保留了中、低温制冷剂各自的优点，又克服了它们不足，使制取很低的温度成为可能很低的温度成为可能。(深冷)61作业
32、作业2 1、在蒸气压缩式制冷系统中，压缩机吸气口制冷剂蒸气过热度增大对系统制冷性能有何影响？什么情况下的蒸气过热为无效过热？为什么对R12、R134a系统往往采用回热器？2、如下3套空调系统在相同的压缩机及其转速、相同的外界环境条件下，测出系统的运行参数如下表，请借助lgPh或Ts图分析，哪套系统制冷量最大，哪套系统制冷量最小?系统冷凝温度(C)过冷度(C)蒸发温度(C)过热度(C)A55555B55055C450-5562第四节第四节 跨临界制冷循环跨临界制冷循环q基本概念q 临界状态及参数：在工质的压焓图上饱和液相线与饱和气相线交点的状态点及参数；临界状态气水状态的比容、焓、熵均各自相同，
33、汽化潜热为零；超临界无饱和状态，工质的温度、压力各自独立。q 亚临界循环：在普通制冷范围内，制冷循环的冷凝压力远离临界压力，故称之为亚临界循环；q 跨临界循环：一些低温制冷剂在普通制冷范围内，利用冷却水或空气作为冷却介质时，压缩机的排气压力位于制冷剂的临界压力之上，而蒸发压力位于制冷剂的临界压力之下，称之为跨临界循环；63一、一、COCO2 2跨临界制冷循环跨临界制冷循环q 几种制冷剂的临界参数压力（MPa）温度（）比容（m3/kg）焓（kJ/kg）熵（kJ/kg.k）CO27.37531.1R224.97496H2O22.115374.120.0031472095.24.237q1、基本原理
34、q CO2跨临界制冷循环仍属于蒸汽压缩制冷；q 特点：压缩机吸气压力低于临界压力，排气压力高于临界压力，蒸发温度低于临界温度吸热过程在亚临界条件下进行，液体蒸发制冷，放热在超临界条件下进行定压显热放热过程。64一、一、COCO2 2跨临界制冷循环跨临界制冷循环q 2、CO2跨临界制冷循环热力计算q 计算过程及内容同亚临界制冷循环q 3、最优高压侧压力p2opt：CO2跨临界制冷循环的制冷系数th，在某压缩机出口压力p2时将出现最大值，该压力值称为最优高压侧压力p2opt。q 当蒸发温度T0和空气冷却器出口温度T3保持恒定时，CO2跨临界制冷循环的制冷系数th随高压侧压力的升高，单位质量耗功量呈
35、直线上升，而单位质量制冷量上升的幅度却有逐渐减小趋势，二者综合作用的结果使得制冷系数th先逐渐升高再逐渐下降。65第一章第一章 蒸汽压缩式的热力学原理蒸汽压缩式的热力学原理q 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？3.制冷剂在蒸气压缩制冷循环中，热力状态是如何变化的？4.制冷剂在通过节流元件时压力降低，温度也大幅下降，可以认为节流过程近似为绝热过程，那么制冷剂降温时的热量传给了谁？5 单级蒸气压缩式制冷理论循环有哪些假设条件？66第二章 制冷剂与载冷剂q概述q制冷剂(Refrigerant)是制冷装置中的循环工作介质，在制冷系统中循
36、环流动，通过自身热力状态的循环变化完成与外界的能量转换和传递实现制冷的目的。q1、制冷剂及其发展q乙醚是最早使用的制冷剂，它易燃、易爆，标准沸点为34.5。q1928年研制出氟利昂R12，20世纪50年代出现了共沸混合工质，如R502，60年代研制出非共沸混合工质。q 含氯和含溴的合成制冷剂对大气臭氧层有破坏作用，并且造成严重的温室效应。67History of refrigerantsq制冷剂的历史演变乙醚乙醚（首台制冷机用（首台制冷机用,1856年）年）CO2、NH3、SO2（1870s到到1930s）R12等等CFCs合成工质合成工质（1930s到到1970s）R134a等等HCFCs替
37、代工质替代工质（1974年研究人员发现年研究人员发现CFCs对臭氧层破坏）对臭氧层破坏）到到自然工质自然工质（NH3、碳氢化合物、碳氢化合物、用于高温热泵领域）用于高温热泵领域）到现在到现在自然工质自然工质引领引领未来？未来？理性的回归理性的回归由于由于CO2 的临界温度只有的临界温度只有31，且存在着饱和压力过高采用传统蒸且存在着饱和压力过高采用传统蒸汽压缩制冷循环时冷量损失较大汽压缩制冷循环时冷量损失较大，压缩机功耗过大的缺点压缩机功耗过大的缺点，同时，同时也和也和当时的制造水平有关，当时的制造水平有关，COP=q0/W68第一节第一节 制冷剂制冷剂q 一、对制冷剂的基本要求q（一）热力学
38、性质q 1）制冷效率高q 制冷剂的热力性质影响制冷效率；选用制冷效率高的制冷剂可以提高制冷系数；q 2）压力适中q 蒸发温度下的饱和压力最好接近大气压力，并高于大气压力（低于大气压力空气易于渗入系统，增加压缩机耗功量），环境温度下冷凝压力也不应过高；q 3）单位容积制冷能力大q 可以减少压缩机尺寸；q 标准大气压下沸点越低其单位容积制冷能力越大；6970一、对制冷剂的基本要求一、对制冷剂的基本要求q 4）、临界温度高q 制冷循环的工作区越远离临界点，期一般也越接近逆卡诺循环；也便于用空气或冷却水冷却；q（二）物理化学性质q 1）与润滑油的互溶性q 制冷剂与润滑油相互混合或吸收，形成制冷剂润滑油
39、溶液，润滑油与制冷剂一起渗透到压缩机的各个部件，为压缩机提供良好的润滑条件。q 根据制冷剂润滑油在润滑油中的溶解性，分为有限溶和无限溶与润滑油的制冷剂。q 有限溶与润滑油的制冷剂，为防止在冷凝器、蒸发器等换热表面形成油膜阻碍传热，制冷系统中需设置油分离器、集油器等，系统较为复杂。71一、对制冷剂的基本要求一、对制冷剂的基本要求q 2）导热系数、放热系数高q 可以减少蒸发器、冷凝器换热面积，缩小设备体积；q 3）密度、粘度小q 减小流动阻力；q 4）包容性好q 对其他材料（如金属、橡胶、塑料）无腐蚀作用；q 3、其他特性q 无毒、不燃烧、不爆炸、环保、价廉易得；72q（三）环境友好性能q反映一种
40、制冷剂环境友好性能的参数有消耗臭氧层潜值（Ozone Depletion Potential,ODP）、全球变暖潜值（Global Warming Potential,GWP）、大气寿命（排放到大气层的制冷剂被分解一半时所需要的时间，Atmospheric Life）等。q。.73q 变暖影响总当量TEWI（Total Equivalent Warming Impact）综合考虑了制冷剂对全球变暖的直接效应DE和制冷机消耗能源而排放的CO2对全球变暖的间接效应IE3q TEWI=DE+IEq DE=GWP*(L*N+M*）q IE=N*E*bq GWP制冷剂的全球变暖潜值；按100年水平计kg
41、 CO2/kgq M是系统中制冷剂总质量（kg/a）；q L是制冷剂的年泄漏率（%）；q N是设备的运行年限（年a）；q 是制冷机报废时的制冷剂损耗率q E是系统每年的能耗（KW.H）；q B是每1 KW.H电的CO2释放量（kg/KW.H.）74q综合考虑制冷剂的ODP、GWP和大气寿命，当其排放到大气层后对环境的影响符合国际认可条件时，则认为是环境友好制冷剂。评价制冷机使用制冷剂的环境友好性能时，国际认可的条件如下qLCGWP+LCODP105100（2-2）q其中，LCGWP=GWPr(LrN+)Rc/NqLCODP=ODPr(LrN+)Rc/N75其中：LCGWP：冷媒寿命期内总的温室
42、效应LbCO2/RT*a LCODP：冷媒寿命期内总的臭氧层破坏效应LbR11/RT*aGWP 制冷剂的全球变暖潜值指数；LbCO2/Lb制冷剂ODP:制冷剂的臭氧层消耗潜值指数；LbR11/Lb制冷剂Lr冷媒年泄漏率，（0.5%-2%，默认为2%/a）N机组使用寿命（默认为10年）机组报废后冷媒的损失率，（默认为10%）Re1冷吨（RT)制冷量的制冷剂冷媒充注量默认为2.5（Lb/RT）76常见制冷剂的环保指标77一、对制冷剂的基本要求一、对制冷剂的基本要求q二、安全标准及分类命名q(一）安全性分类 q 1、单组分制冷剂 q安全性分类：毒性（A类、B类、C类）和可燃性（1、2、3类）q毒性按
43、急性和慢性允许暴露量将制冷剂的毒性危害分为A、B、C三类7879可燃性则按燃烧最小浓度值（Lower Flammability Limit，LEL）和燃烧时产生的热量大小分为1、2、3三类，80q 表制冷剂的安全性分类81二、安全标准及分类命名二、安全标准及分类命名q 2、制冷剂的分类（四类）命名q 国际上统一规定用字母“R”和它后面的一组数字或字母作为制冷剂的简写符号。q 1)无机化合物：以R7系列编号;如R717、R744q 2)烷烃类和氟利昂q 氟利昂是烷烃类卤化物，其命名为RB;如R123、R22、R290、R318q 3)混合制冷剂q(1)非共沸混合制冷剂 以R4系列编号；如R407
44、cq(2)共沸混合制冷剂 以R5系列编号;如R507aq 4)有机物 以R6系列编号82 以制冷剂（Refrigerant）第一个字母R开头，后面接数字，数字含义如下：分子式CmHnFxClyBrz n+x+y+z=2m+2R22举例二氟一氯甲烷(CHClF2)二氟二氯甲烷(CCl2F2)R121、氟利昂（饱和碳氢化合物的卤族取代物）编号同分异构体溴分子数，为0，B可省略R(m1)(n+1)x(a,b)Bz制冷剂的命名原则283四氟乙烷C2H2F4二氟乙烷C2H4F2R134R134R134aCHF2CHF2CF3CH2F同分异构体R152R152aCH2FCH2FCHF2CH3同分异构体R1
45、52制冷剂的命名原则2842、碳氢化合物(烃类)R50R170R1150R1270编号与氟利昂编号方法相同举例甲烷(CH4)乙烷(C2H6)R1+氟利昂编号方法编号举例乙烯(C2H4)丙烯(C3H6)烷烃类烯烃类制冷剂的命名原则2853、共沸(液体)制冷剂质量百分比两种或两种以上制冷剂按一定的比例混合而成在气化或液化过程中，成分始终保持相同；在既定压力下，发生相变时的温度保持不变。组成R5XX编号 R152a/R12(26.2/73.8)R22/R115 (48.8/51.2)R500R502举例已经商品化的共沸混合物，依应用先后在500序号中顺次地规定其识别编号。制冷剂的命名原则2864、非
46、共沸(液体)制冷剂组成两种或两种以上制冷剂按一定比例混合而成在气化或液化过程中，成分不断变化定压下，对应的温度也不断变化。编号R4XX举例R407cR404a 已经商品化的非共沸混合物，依应用先后在400序号中顺次地规定其识别编号。R32/R125/R134a(23:25:52(%)R125/R143a/R134a(44:52:4(%)制冷剂的命名原则2875.无机化合物R717R744R718R7XX无机化合物的分子量编号氨二氧化碳水举例制冷剂的命名原则288“冰堵”q当R12液体中水分含量超过20-40mg/g时，由于节流阀节流后温度下降，在R12中的溶解度减小，部分水析出并结冰，堵塞膨胀
47、阀q家用冰箱的毛细管只要结0.005克冰就足以冰堵。qR2,R134a等含水时均易产生冰堵。89与润滑油的互溶性压缩式制冷机中，除了离心式制冷机外，制冷剂都要与压缩机润滑油相接触。两者的溶解性是个很重要的问题。这个问题对系统中机器设备的工作特性和系统的流程设计都有影响。制冷剂与油的溶解性分为有限溶解和完全溶解两种情况。完全溶解时，制冷剂与油的液体混合物成均匀溶液。有限溶解时，制冷剂与油的混合物出现明显分层。一层为贫油层（富含制冷剂）；一层为富油层（富含油）。溶解度与温度有关，所以上面所说的有限溶解与完全溶解可以相互转化。图 2 示出制冷剂的溶油性临界曲线。图中曲线包围的区域为有限溶油区；曲线上
48、方为完全溶油区。例如：R22 与油的混合物，含油浓度 20，温度为 18，该状态处于图中 A 点，在临界曲线之上，所以这时混合物是互溶的，不出现分层。但若温度降到-5，如图中 B 点所示。B状态进入有限溶油区，故液体混合物将出现分层。过 B 点作水平线与临界曲线有两个交点 和，它们所对应的横坐标植分别代表了贫油层中的油浓度和富油层中的油浓度。90R134a与不同润滑油的溶解性曲线不同制冷剂与与酯基油SE55的油溶解性曲线 91氨与油是典型的有限溶解。氨在油中的溶解度不超过 1%(wt)。氨比油轻，混合物分层时，油在下部。所以可以很方便地从下部将油引出（回油或放油）。氟里昂制冷剂若溶油性差，则会
49、带来种种不利。因为氟里昂一般都比油重，发生分层时，下部为贫油层。这样，对满液式蒸发器而言，油浮在上面，造成机器回油困难；另外，上面的油层影响蒸发器下部制冷剂的蒸发。对于干式蒸发器而言，因为制冷剂是在管内沿程蒸发的，靠制冷剂气流裹挟油滴回油。回油情况好坏取决气流速度和油粘性。制冷剂溶油越充分，才越容易将油带回压缩机。对压缩机而言，运行时曲箱处于低压高温，制冷剂在油中的溶解度大；停机压力平衡时，油池中制冷剂含量增多，出现分层，下部分贫油层，再开机时会造成油泵吸入管中的为贫油液体，压缩机供油不充分，影响润滑。所以，氟里昂制冷机中要求采用与制冷剂互溶性好的润滑油。制冷剂的溶油性被认为是决定系统特性和机
50、器寿命的至关重要的问题。传统氟里昂(R12,R22)的冷冻机油为烷基苯油。但这类油对不含氯的氟里昂制冷剂（HFC 类）的溶解性很差。目前在更新制冷剂的工作中同时也必须相应地更新润滑油。当前有关新冷冻油的研究表明：与HFC 类制冷剂的互溶性以酯类润滑油（Ester）最好；其次是聚烯醇类润滑油（PAG）和氨基油。92对金属和非金属的作用氨对钢铁无腐蚀作用，对铜、铝或铜合金有轻微的腐蚀作用。但如果氨中含水，则对铜及铜合金（除磷青铜外）有强烈的腐蚀作用。卤代烃类制冷剂对几乎所有的金属无腐蚀作用，只对镁和含镁超过2%的铝合金有腐蚀。卤代烃类制冷剂在含水情况下会水解成酸性物质，对金属有腐蚀作用。所以，含水
