制冷行業(yè)空調(diào)制冷原理

1、空調(diào)制冷原理蒸氣壓縮式制冷是利用低沸點(diǎn)的液態(tài)工質(zhì)（如氟利昂等制冷劑）沸騰汽化時(shí)，從致冷空 間介質(zhì)中吸熱來實(shí)現(xiàn)制冷的。這種制冷方法利用制冷劑的液氣集態(tài)變化過程，實(shí)現(xiàn)定溫 吸熱和放熱，使致冷循環(huán)較為接近逆卡諾循環(huán)，從而可提高致冷系數(shù)。蒸氣壓縮式制冷技術(shù) 現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于房間空調(diào)器的制冷技術(shù)中。一、制冷系統(tǒng)的基本組成如圖2-2-1所示，蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、冷凝器和節(jié)流裝置是蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)的四個(gè)必 不可少的基本部件。制冷劑R22在壓縮機(jī)中被壓縮成高溫、高壓的過熱蒸氣（其壓力約為1.9Mpa），并進(jìn) 入風(fēng)冷式冷凝器中冷卻，經(jīng)過冷卻，制冷劑的溫度、狀態(tài)都會(huì)發(fā)生變化：高溫、高壓的過熱蒸氣冷凝為高壓中溫的液體。

2、這種冷凝后的制冷劑液體進(jìn)入毛細(xì)管中節(jié)流減壓，為在蒸發(fā)器 中進(jìn)行蒸發(fā)汽化創(chuàng)造條件。在蒸發(fā)器中液態(tài)的制冷劑全部汽化為低壓的氣體，同時(shí)從外界吸約 19kgf/cm2,50C約 19kgf/cm2,70C冷凝器|1廈約 skgf/cmlc縮I皆機(jī)圖2-2-1蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)蒸發(fā)器中的制冷劑先是氣、液共存，為 0.5MPa。:仍然從外界吸收熱量，繼續(xù)進(jìn)行過5kgf/cm215C熱，這樣蒸發(fā)器溫度必低于環(huán)境溫 后變?yōu)轱柡驼魵?，最后變?yōu)榈蛪哼^度，即成為冷卻器。匚壓力在被吸回壓縮機(jī)的過程中，吸氣管內(nèi)的制冷劑蒸氣仍然從外界吸收熱量，繼續(xù)進(jìn)行過環(huán)境溫度的，用手觸摸感到有些涼，而壓縮機(jī)的排氣熱過程，因此壓縮機(jī)的吸

3、氣管也是彳管相反，因?yàn)榕艢夤軆?nèi)是高溫、高壓的制冷劑過熱蒸氣，反而其外表溫度比環(huán)境溫度高，用 手觸摸感到是熱的圖2-2-1蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)冷凝器的熱量是由排風(fēng)風(fēng)扇（軸流風(fēng)扇）向室外吹出熱風(fēng)，蒸發(fā)器的冷量由室內(nèi)送風(fēng) 風(fēng)扇（多葉低噪聲的離心風(fēng)扇或貫流風(fēng)扇）向室內(nèi)吹送冷風(fēng)。在上述的制冷循環(huán)中可分為高壓和低壓兩個(gè)區(qū)域：從壓縮機(jī)排氣口至毛細(xì)管入口處為 高壓區(qū)，從毛細(xì)管出口至壓縮機(jī)的吸氣口為低壓區(qū)。二、工作原理（一）蒸發(fā)器的作用蒸發(fā)器由一組或幾組盤管組成。低溫液態(tài)制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器盤管流動(dòng)時(shí)，通過管壁吸 收盤管周圍介質(zhì)（空氣或水）的熱量沸騰汽化（工程上常稱為蒸發(fā)），使盤管周圍的介質(zhì)溫 度降低或保持一定的低溫

4、狀態(tài)，從而達(dá)到致冷的目的?？梢?，蒸發(fā)器是讓低溫液態(tài)制冷劑和需要致冷的介質(zhì)交換熱量的換熱器。制冷劑在蒸發(fā)器盤管內(nèi)沸騰汽化時(shí)保持溫度和壓力不變，相應(yīng)的溫度和壓力稱為蒸發(fā) 溫度和蒸發(fā)壓力，分別用t0和p0表示。蒸發(fā)溫度隨蒸發(fā)壓力的增大而升高，它們有確定的 對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)給定的制冷劑，利用它的飽和蒸氣表或壓焓圖，從已知的t0可查出應(yīng)的p0， 反之亦然。通過控制或調(diào)節(jié)蒸發(fā)壓力也就可控制或調(diào)節(jié)蒸發(fā)溫度，由于蒸發(fā)溫度通常都很低，因 而對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)壓力也不高。相對(duì)于冷凝器，制冷劑在蒸發(fā)器中處于低溫低壓狀態(tài)。制冷劑在蒸發(fā)器中沸騰汽化時(shí)從致冷空間介質(zhì)吸收的熱量，就是制冷系統(tǒng)的制冷量。（一）冷凝器的作用為了讓制冷劑能被

5、反復(fù)使用，需將從蒸發(fā)器流出的制冷劑蒸氣冷凝還原為液態(tài)，冷凝 器就是讓氣態(tài)制冷劑向環(huán)境介質(zhì)放熱冷凝液化的換熱器。制冷劑蒸氣在冷凝器中冷凝液化時(shí)也保持溫度和壓力不變，相應(yīng)的溫度和壓力稱為冷 凝溫度和冷凝壓力，分別用tk和pk表示。冷凝溫度隨冷凝壓力的增大而升高，它們也有確 定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種對(duì)應(yīng)關(guān)系也可在制冷劑的飽和蒸氣表或壓焓圖中查取。制冷劑在冷凝器向冷卻介質(zhì)排放的熱量，稱為冷凝器的熱負(fù)荷。（二）壓縮機(jī)的作用用空氣或常溫的水來使制冷劑蒸氣冷凝，冷凝溫度就高于蒸發(fā)溫度，對(duì)應(yīng)的冷凝壓力 也就要求高于蒸發(fā)壓力。壓縮機(jī)的作用就是將從蒸發(fā)器流出的低壓制冷劑蒸氣壓縮，使蒸氣 的壓力提高到與冷凝溫度對(duì)應(yīng)的冷凝

6、壓力，從而保證制冷劑蒸氣能在常溫下被冷凝液化。制 冷劑蒸氣經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后，溫度也升高了。因此，相對(duì)于蒸發(fā)器，冷凝器中的制冷劑處于高 溫高壓狀態(tài)。一般壓縮機(jī)是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)來壓縮蒸氣作功的，因此，壓縮機(jī)的作用實(shí)質(zhì)上是消耗外 功，迫使制冷劑將從致冷空間（低溫?zé)嵩矗┪盏臒崃颗欧沤o環(huán)境（相對(duì)致冷空間為高溫?zé)?源）。這與熱力學(xué)第二定律的要求是一致的。（三）節(jié)流裝置的作用冷凝器冷凝得到的液態(tài)制冷劑的溫度和壓力為冷凝溫度和冷凝壓力，要高于蒸發(fā)溫度 和蒸發(fā)壓力，在進(jìn)入蒸發(fā)器前需使它降壓降溫。為此，讓冷凝液先流經(jīng)節(jié)流閥或毛細(xì)管絕熱 節(jié)流，將壓力和溫度降至需要的蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度后再進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)致冷。液態(tài)制冷劑

7、在節(jié)流過程中，因吸收磨擦熱將有少量汽化為蒸氣（稱為閃發(fā)氣體），因此， 節(jié)流裝置出口的制冷劑是干度很低的低溫低壓濕蒸氣。綜上所述，讓制冷劑不斷經(jīng)歷蒸發(fā)（沸騰汽化）-壓縮（升壓升溫）f冷凝（液化） 節(jié)流（降壓降溫）f再蒸發(fā)的循環(huán)（稱為蒸氣壓縮制冷循環(huán)）。三、蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的改進(jìn)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)還需有若干改進(jìn)，才能使制冷系統(tǒng)具有較高的致冷 系數(shù)和正常運(yùn)行。主要的改進(jìn)措施有下列幾項(xiàng)。（一）用干壓縮代替濕壓縮壓縮機(jī)壓縮濕蒸氣稱為濕壓縮；壓縮干飽和蒸氣或過熱蒸氣稱為干壓縮。壓縮機(jī)作濕壓縮時(shí)，濕蒸氣中含有的制冷劑液珠吸收溫度較高的氣缸壁的熱量將迅速 汽化，并占據(jù)氣缸部分有效容積，使壓縮機(jī)吸

8、入的制冷劑質(zhì)量減少，從而會(huì)顯著降低制冷量； 液珠的汽化還會(huì)使氣缸壁因失熱溫度降低而急驟收縮，容易造成抱缸事故；液珠含量較多時(shí) 不可能全部立即汽化，壓縮機(jī)在壓縮蒸氣的同時(shí)還會(huì)壓縮液態(tài)制冷劑，以致產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊 波而形成液擊沖缸事故，使機(jī)件遭受破壞。因此，要避免壓縮機(jī)吸入濕蒸氣作濕壓縮，而用 干壓縮代替濕壓縮。（二）冷凝液的過冷如果設(shè)法使從冷凝器得到的制冷劑冷凝液在節(jié)流前繼續(xù)定壓放熱，從而降低溫度變成 過冷液體，可以減少節(jié)流過程中產(chǎn)生的閃蒸氣體量，從而減少節(jié)流損失，提高單位質(zhì)量工質(zhì) 的制冷量。在實(shí)際工作中，常用下列措施實(shí)現(xiàn)液體過冷：（1）在冷凝器中過冷，當(dāng)冷卻介質(zhì)溫度降低，冷凝器面積足夠大時(shí)，制冷

9、劑液體可獲 得過冷。（房間空調(diào)器用此方法）（2）用過冷器過冷，專門設(shè)置一種換熱器，用來進(jìn)一步冷卻冷凝器出來的制冷劑液體。（3）用回?zé)崞鬟^冷，在回氣管路（即從蒸發(fā)器出口到壓縮機(jī)回氣口之間）上裝一個(gè)換 熱器，利用蒸發(fā)器出來的回氣冷卻節(jié)流前的制冷劑液體。三、蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮制冷理論循環(huán)，一般可在制冷劑的壓焓圖上表示如圖2-2-3的循環(huán)4a12bc34。它由4 一 a 一 1、1 一 2、2 一 b 一 c 一 3和3 一 4四個(gè)分過程組成。（一）蒸發(fā)和吸氣過熱過程4 a 14 一 a為低溫低壓的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中定溫（t0）、定壓（p0）吸熱沸騰汽化的過 程，濕蒸氣的干度逐漸增

10、大，假定至蒸發(fā)器出口 a處制冷劑完全汽化為干蒸氣，即x=1。a 一 1為壓縮機(jī)的吸氣過熱過程，假定它是定壓（pO）的吸熱過程，制冷劑蒸氣的溫 度由tO升至壓縮機(jī)的吸氣溫度t1,因而點(diǎn)1處蒸氣呈稍過熱狀態(tài)。（二）定熵壓縮過程1 21 一 2為壓縮機(jī)的干壓縮過程，假定壓縮過程是定熵的，即壓縮機(jī)的入口和出口處蒸 氣的狀態(tài)點(diǎn)1和2位于同一條等熵線上，s2=s1。蒸氣經(jīng)壓縮后，壓力由p0升至pk，溫度由 t升至壓縮機(jī)排氣溫度t由圖可見，tt，在壓縮機(jī)出口處蒸氣是過熱蒸氣。122k（三）定壓冷卻冷凝和過冷過程2 b c 3壓縮機(jī)排出的過熱蒸氣進(jìn)入冷凝器后不能立即冷凝，而是先經(jīng)2-b的定壓（pk）冷卻 過程，至點(diǎn)b溫度降到tk，才能開始冷凝。b c為制冷劑蒸氣的定溫（tk）、定壓（pk）放熱冷凝液化過程，濕蒸氣的干度逐漸 減小，至點(diǎn)c完全液化為制冷劑飽和液，即x=0。節(jié)流 裝置圖22宓33蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)c - 3為制冷劑冷凝液定壓（匚）、放熱過冷過程，至節(jié)流裝置入口點(diǎn)3,冷凝液溫度 降到過冷溫度tG，制冷劑