蒸汽壓縮式制冷

第3章

蒸汽壓縮式制冷3.1蒸氣壓縮式制冷循環(huán)(一)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)1．朗肯循環(huán)2．勞倫茨循環(huán)3．跨臨界循環(huán)（二）多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)（三）復(fù)疊式蒸氣壓縮式制冷循環(huán)1．朗肯循環(huán)3.1.1蒸氣壓縮制冷的典型循環(huán)

空調(diào)、制冷、食品冷藏溫度范圍大量使用的循環(huán)基本朗肯循環(huán)有回?zé)岬睦士涎h(huán)圖3-1基本朗肯循環(huán)循環(huán)T—S圖：1—2壓縮過程2—3冷卻冷凝過程

3—4節(jié)流過程4—1蒸發(fā)吸熱過程

朗肯循環(huán)圖例TS1243圖3-2有回?zé)岬睦士涎h(huán)T—S圖：1‘—2壓縮過程2—3冷凝過程3—3’液體過冷過程3＇—4節(jié)流過程4—1蒸發(fā)過程1—1＇吸氣過熱過程TS1’243’313.1.2勞倫茨循環(huán)朗肯循環(huán)的主要特征

循環(huán)中的兩個(gè)相變過程變成伴隨有降溫的定壓凝結(jié)和伴隨有升溫的定壓蒸發(fā)。

有兩個(gè)定壓定溫的相變過程與純質(zhì)制冷劑及共沸混合制冷劑的壓力特性相適應(yīng)。勞倫茨循環(huán)

勞倫茨循環(huán)圖例圖3-3勞倫茨循環(huán)

TS12433.1.3跨臨界循環(huán)

將CO2作為制冷劑用于空調(diào)制冷的溫度范圍時(shí)，由于CO2的臨界溫度低（僅30℃），排熱將在超臨界區(qū)進(jìn)行。而吸熱則在臨界點(diǎn)以下進(jìn)行，整個(gè)循環(huán)跨越臨界點(diǎn)。

定義圖3-4CO2跨臨界循環(huán)1—2壓縮過程；2—3氣體冷卻過程；3—4氣體冷卻過程；4—5節(jié)流過程；5—6蒸發(fā)過程；0—1氣體過熱過程。

TS12653043.2.1制冷系統(tǒng)的特點(diǎn)及工作過程壓縮制冷劑蒸氣，提高壓力和溫度放熱，使高壓高溫制冷劑蒸氣冷卻、冷凝成高壓常溫的制冷劑液體得到低溫低壓制冷劑制冷劑液體吸熱、蒸發(fā)、制冷3.2單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)3.1.2單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)單級(jí)蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)組成：制冷壓縮機(jī)冷凝器節(jié)流器蒸發(fā)器單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)，是指制冷劑在一次循環(huán)中只經(jīng)過一次壓縮，最低蒸發(fā)溫度可達(dá)-40～-30℃。單級(jí)蒸氣壓縮式制冷廣泛用于制冷、冷藏、工業(yè)生產(chǎn)過程的冷卻，以及空氣調(diào)節(jié)等各種低溫要求不太高的制冷工程。3.1.3單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的工作過程制冷劑的變化過程(flash)一點(diǎn)：臨界點(diǎn)C三區(qū)：液相區(qū)、兩相區(qū)、氣相區(qū)。五態(tài)：過冷液狀態(tài)、飽和液狀態(tài)、濕蒸氣狀態(tài)、飽和蒸氣狀態(tài)、過熱蒸氣狀態(tài)。八線：等壓線p（水平線）等焓線h（垂直線）飽和液線x=0，飽和蒸氣線x=1，無數(shù)條等干度線x等熵線s等比體積線v等溫線t液相區(qū)兩相區(qū)氣相區(qū)3.2.2制冷劑狀態(tài)圖3.2.3單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)

1.單級(jí)理論循環(huán)的假設(shè)條件：

（1）壓縮過程為等熵過程，即在壓縮過程中不存在任何不可逆損失

（2）在冷凝器和蒸發(fā)器中，制冷劑的冷凝溫度等于冷卻介質(zhì)的溫度，蒸發(fā)溫度等于被冷卻介質(zhì)的溫度，且冷凝溫度和蒸發(fā)溫度都是定值

(4）制冷劑在管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，沒有流動(dòng)阻力損失，忽略動(dòng)能變化，除了蒸發(fā)器和冷凝器內(nèi)的管子外，制冷劑與管外介質(zhì)之間沒有熱交換

（5）制冷劑在流過節(jié)流裝置時(shí)，流速變化很小，可以忽略不計(jì)，且與外界環(huán)境沒有熱交換

（3）離開蒸發(fā)器和進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑蒸氣為蒸發(fā)壓力下的飽和蒸氣，離開冷凝器和進(jìn)入膨脹閥的液體為冷凝壓力下的飽和液體1）制冷系統(tǒng)的壓縮過程2）制冷系統(tǒng)的冷凝過程

3）制冷系統(tǒng)膨脹過程

4）制冷系統(tǒng)蒸發(fā)過程

3.2.3單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)2.理論循環(huán)過程在壓焓圖上的表示

圖3-7理論循環(huán)在T-s圖（a）和lnp-h圖（b）上的表示

單位制冷量q0壓縮蒸氣制冷循環(huán)單位制冷量可按式（3-13）計(jì)算。3.理論循環(huán)特性(2)單位容積制冷量qv(3)理論比功w0對(duì)于單級(jí)蒸氣壓縮制冷機(jī)的理論循環(huán)來說，理論比功可表示為單級(jí)壓縮蒸氣制冷機(jī)的理論比功也是隨制冷劑的種類和制冷機(jī)循環(huán)的工作溫度而變的。(4)單位冷凝熱qk單位（1kg）制冷劑蒸氣在冷凝器中放出的熱量，稱為單位冷凝熱。單位冷凝熱包括顯熱和潛熱兩部分對(duì)于單級(jí)壓縮式蒸氣制冷機(jī)理論循環(huán)，存在著下列關(guān)系(5)制冷系數(shù)

對(duì)于單級(jí)壓縮蒸氣制冷機(jī)理論循環(huán)，制冷系數(shù)為制冷系數(shù)愈大經(jīng)濟(jì)性愈好冷凝溫度越高制冷系數(shù)越小蒸發(fā)溫度越低(6)熱力完善度單級(jí)壓縮蒸氣制冷機(jī)理論循環(huán)的熱力完善度按定義可表示為這里εc為在蒸發(fā)溫度（T0）和壓縮機(jī)排氣溫度（T2）之間工作的逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)。熱力完善度愈大，說明該循環(huán)接近可逆循環(huán)的程度愈大。

例1-1假定循環(huán)為單級(jí)蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)，蒸發(fā)溫度t0=-10℃，冷凝溫度tk=35℃，工質(zhì)為R22，循環(huán)的制冷量Q0=55kW，試對(duì)該循環(huán)進(jìn)行熱力計(jì)算。例題解點(diǎn)1：t1=t0=10℃，p1=p0=0.3543MPa，h1=401.555kJ/kg，v1=0.0653m3/kg點(diǎn)3：t3=tk=35℃，p3=pk=1.3548MPa，h3=243.114kJ/kg，由圖可知，h2=435.2kJ/kg，t2=57℃

例題1）單位質(zhì)量制冷量2）單位容積制冷量3）質(zhì)量流量4）理論比功w0=h2-h1=435.2-401.555=33.645kJ/kg5）壓縮機(jī)消耗的理論功率

P0=qmw0=0.347133.645=11.68kW7）冷凝器單位熱負(fù)荷

qk=h2-h3=435.2-243.114=192.086kJ/kg8）冷凝器熱負(fù)荷

Qk=qmqk=0.3471192.086=66.67kW6）制冷系數(shù)3.3單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際循環(huán)3.3.1實(shí)際循環(huán)1）制冷壓縮機(jī)的壓縮過程不是等熵過程，且有摩擦損失。2）實(shí)際制冷循環(huán)中壓縮機(jī)吸入的制冷劑往往是過熱蒸氣，節(jié)流前往往是過冷液體，即存在氣體過熱、液體過冷現(xiàn)象。3）熱交換過程中，存在著傳熱溫差，被冷卻介質(zhì)溫度高于制冷劑的蒸發(fā)溫度，環(huán)境冷卻介質(zhì)溫度低于制冷劑冷凝溫度。4）制冷劑在設(shè)備及管道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，存在著流動(dòng)阻力損失，且與外界有熱量交換。5）實(shí)際節(jié)流過程不完全是絕熱的等焓過程，節(jié)流后的焓值有所增加。6）制冷系統(tǒng)中存在著不凝性氣體。圖3-9實(shí)際循環(huán)在T-s圖（a）和lg

p-h圖（b）上的表示112(2)3456,,ppk0Lgph實(shí)際循環(huán)可表示為圖中的1-1-2-3-4-5-6-1

1-1表示蒸氣的過熱過程

1-2表示實(shí)際增熵壓縮過程

2-3-4表示制冷劑在冷凝壓力pk下的等壓冷卻、冷凝過程

4-5表示制冷劑在冷凝壓力下的過冷過程

5-6表示制冷劑在等焓下的節(jié)流過程6-1表示制冷劑在蒸發(fā)壓力p0下的等壓汽化過程

簡(jiǎn)化后的實(shí)際循環(huán)圖3-10簡(jiǎn)化后的實(shí)際循環(huán)在lg

p-h圖上的表示3.3.2實(shí)際因素對(duì)理想循環(huán)性能的影響

在實(shí)用上，根據(jù)實(shí)際條件對(duì)循環(huán)往往要作一些改進(jìn)，以便提高循環(huán)的熱力完善度。在單級(jí)制冷機(jī)循環(huán)中，這一改進(jìn)主要有液體過冷、吸氣過熱及由此而產(chǎn)生的回?zé)嵫h(huán)。將節(jié)流前的制冷劑液體冷卻到低于冷凝溫度的狀態(tài)，稱為過冷。1.液體過冷帶有過冷的循環(huán)，叫做過冷循環(huán)。采用液體過冷對(duì)提高制冷量和制冷系數(shù)都是有利的。圖3-11過冷循環(huán)在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示與無過冷的循環(huán)1-2-3-4-5-1相比，過冷循環(huán)的單位制冷量的增加量為因兩個(gè)循環(huán)的理論比功w0相同，過冷循環(huán)的制冷系數(shù)比無過冷循環(huán)的制冷系數(shù)要大。2.吸入蒸氣的過熱

壓縮機(jī)吸入前的制冷劑蒸氣的溫度高于吸氣壓力下制冷劑的飽和溫度時(shí)，稱為過熱。具有吸氣過熱的循環(huán)，稱為過熱循環(huán)。圖3-13過熱循環(huán)在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示有效過熱循環(huán)的制冷系數(shù)可表示為

由制冷劑的T-s圖我們可以得到，在過熱區(qū)，過熱度越大，其等熵線的斜率越大，根據(jù)式（3-17），得

圖3-15有效過熱的過熱度對(duì)制冷系數(shù)的影響

若不計(jì)回?zé)崞髋c環(huán)境空氣之間的熱交換，則液體過冷的熱量等于使蒸氣過熱的熱量，其熱平衡關(guān)系為

3.回?zé)嵫h(huán)

利用回把熱使節(jié)流前的制冷劑液體與壓縮機(jī)吸入前的制冷劑蒸氣進(jìn)行熱交換，使液體過冷、蒸氣過熱，稱之為回?zé)?。圖3-16回?zé)嵫h(huán)在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示回?zé)嵫h(huán)的性能指標(biāo)如下：?jiǎn)挝恢评淞?/p>

單位容積制冷量

單位功

制冷系數(shù)與無回?zé)嵫h(huán)1-2-3-4-5-1相比較，回?zé)嵫h(huán)的單位制冷量增大了循環(huán)的單位功可近似地表示成但單位功也增大了單位容積制冷量和制冷系數(shù)可表示成即如果要使回?zé)嵫h(huán)的單位容積制冷量及制冷系數(shù)比無回?zé)嵫h(huán)高，其條件應(yīng)是3.其它影響熱交換及壓力損失對(duì)制冷循環(huán)的影響不凝性氣體對(duì)制冷循環(huán)的影響冷凝、蒸發(fā)過程傳熱溫差對(duì)循環(huán)性能的影響

我國(guó)活塞式制冷壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)GB10875--89中規(guī)定了不同制冷機(jī)使用溫度在高溫、中溫和低溫的不同溫度范圍。3.3.4單級(jí)蒸氣壓縮式制冷變工況特性1.制冷工況壓縮機(jī)的制冷量和軸功率等參數(shù)隨工況條件變化，為了衡量、比較壓縮機(jī)性能，制定公認(rèn)的溫度條件(名義工況)，作為壓縮機(jī)制冷量選用和比較的標(biāo)準(zhǔn)。銘牌上標(biāo)示的制冷量和功率一般是在標(biāo)準(zhǔn)工況下的值，如為空調(diào)專用，則為空調(diào)工況。名義工況(舊)標(biāo)準(zhǔn)工況空調(diào)工況名義工況(新)高溫工況中溫工況低溫工況最大壓差工況：用來考核壓縮機(jī)零件強(qiáng)度、排氣溫度、油溫、電機(jī)繞組溫度。最大軸功率工況：用來考核壓縮機(jī)噪聲、振動(dòng)，并依此選配電動(dòng)機(jī)。工況種類工作溫度/℃制冷劑工況種類工作溫度/℃制冷劑R717R12R22R717R12R22標(biāo)準(zhǔn)工況冷凝溫度tk303030最大壓差工況冷凝溫度tk405040蒸發(fā)溫度t0151515蒸發(fā)溫度t02030（8）30過冷溫度tsc252525過冷溫度tsc405040吸氣溫度tsh101515吸氣溫度tsh150（15）15空調(diào)工況冷凝溫度tk404040最大功率工況冷凝溫度tk405040蒸發(fā)溫度t0555蒸發(fā)溫度t05（0）105過冷溫度tsc353535過冷溫度tsc405040吸氣溫度tsh101515吸氣溫度tsh10（5）1515我國(guó)常用制冷機(jī)工況（通常適用于開啟式）注：括號(hào)內(nèi)的數(shù)字相當(dāng)于最大壓差≤980kPa或最高蒸發(fā)溫度為0℃的壓縮機(jī)工況。類別工況序號(hào)蒸發(fā)溫度/℃冷凝溫度/℃吸氣溫度/℃液體溫度/℃機(jī)組型式高溫1（1A）7（7.2）55（54.4）18（18.3）50（46.1）所有型式27431838中溫3（3A）7（6.7）49（48.9）18（4.4）44（48.9）所有型式（全封閉）（3B）（18.3）（半封閉）（開啟式）47431838所有型式低溫Ⅰ5（5A）23（23.3）55（54.4）32（32.2）32（32.2）全封閉6（6A）49（48.9）5（4.4）44（48.9）所有型式72343538低溫Ⅱ8（8A）4035（40.6）10（4.4）30（40.6）所有型式（全封閉）（8B）（18.3）（半封閉）（開啟式）

容積式制冷壓縮機(jī)及機(jī)組的名義工況2.變工況運(yùn)行變工況定義單級(jí)蒸氣壓縮式制冷實(shí)際運(yùn)行時(shí)當(dāng)系統(tǒng)的某些參數(shù)發(fā)生了變化，從而引起循環(huán)特性及制冷機(jī)性能變化，稱為變工況。影響最大的是：冷凝溫度tk變化(升高)的影響蒸發(fā)溫度t0變化(降低)的影響(1)其他條件不變，冷凝溫度tk變化(升高)的影響hp1234tkt04t′k3′2′4′q′0q0不變單位制冷量q0輸氣系數(shù)吸氣比容v1

qvQ0(1)其他條件不變，冷凝溫度tk變化(升高)的影響hp1234tkt0t′k3′2′4′w0w0′不變單位壓縮功w0

吸氣比容v1

wvP制冷系數(shù)(2)其他條件不變，蒸發(fā)溫度t0變化(降低)的影響lgph1234tkt02′4′t′01′單位制冷量q0

吸氣比容v1

制冷劑質(zhì)量流量GQ0q′0q0(2)其他條件不變，蒸發(fā)溫度t0變化(降低)的影響ph1234tkt02′4t′01′w0′w0P單位壓縮功w0

制冷劑質(zhì)量流量G

時(shí)，P最大′3.4蒸氣壓縮中的制冷劑

只有在工作溫度范圍內(nèi)能夠汽化和凝結(jié)的物質(zhì)才有可能作為制冷劑使用。

3.4.1制冷劑的發(fā)展、應(yīng)用乙醚是最早使用的制冷劑。1866年威德豪森(Windhausen)提出使用CO2作制冷劑。1870年卡爾·林德(CartLinde)用NH3作制冷劑。1874年拉烏爾·皮克特(RaulPictel)采用SO2作制冷劑。SO2毒性大，但作為重要制冷劑曾有60年歷史。CO2在使用溫度范圍內(nèi)壓力特高，致使機(jī)器極為笨重，但它無毒使用安全。曾在船用冷藏裝置中作制冷劑達(dá)50年之久。1955年才被氟里昂所取代。1.熱力學(xué)性質(zhì)方面(1)工作溫度范圍內(nèi)有合適的壓力和壓力比。(2)單位制冷量q0和單位容積制冷量qv較大。(3)比功w和單位容積壓縮功wv小，循環(huán)效率高。蒸發(fā)壓力≧大氣壓力冷凝壓力不要過高冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之比不宜過大(4)等熵壓縮終了溫度t2不能太高，以免潤(rùn)滑條件惡化或制冷劑自身在高溫下分解。3.4.2制冷劑的選用原則2.遷移性質(zhì)方面

(1)粘度、密度盡量小。

(2)導(dǎo)熱系數(shù)大，可提高傳熱系數(shù)，減少傳熱面積。

3.物理化學(xué)性質(zhì)方面

4.其它

(1)無毒、不燃燒、不爆炸、使用安全。(2)化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好。(3)對(duì)大氣環(huán)境無破壞作用。

原料來源充足，制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。3.4.3制冷劑命名制冷劑按其化學(xué)組成主要有三類

無機(jī)物氟里昂碳?xì)浠衔镒帜浮癛”和它后面的一組數(shù)字或字母表示制冷劑根據(jù)制冷劑分子組成按一定規(guī)則編寫制冷劑的簡(jiǎn)寫符號(hào)1.無機(jī)化合物

2.氟里昂和烷烴類簡(jiǎn)寫符號(hào)規(guī)定為R7()()括號(hào)中填入的數(shù)字是該無機(jī)物分子量的整數(shù)部分。簡(jiǎn)寫符號(hào)規(guī)定為R(m-1)(n+1)(x)B(z)

數(shù)值為零時(shí)省去寫，同分異構(gòu)體則在其最后加小寫英文字母以示區(qū)別。編寫規(guī)則3.非共沸混合工質(zhì)簡(jiǎn)寫符號(hào)為R4()()

括號(hào)中的數(shù)字為該工質(zhì)命名的先后順序號(hào)，從00開始若構(gòu)成非共沸混合工質(zhì)的純物質(zhì)種類相同，但成分含量不同，則分別在最后加上大寫英文字母以示區(qū)別

4.共沸混合工質(zhì)簡(jiǎn)寫符號(hào)為R5()()

括號(hào)中的數(shù)字為該工質(zhì)命名的先后順序號(hào)，從00開始

表3-7制冷劑符號(hào)舉例

化合物名稱分子式m、n、x、z值簡(jiǎn)寫符號(hào)一氟三氯甲烷CFCl3m=1,n=0,x=1R11二氟二氯甲烷CF2Cl2m=1,n=0,x=2R12三氟一溴甲烷CF3Brm=1,n=0,x=3,z=1R13B1二氟一氯甲烷CHF2Clm=1,n=1,x=2R22二氟甲烷CH2F2m=1,n=2,x=2R32甲烷CH4m=1,n=4,x=0R50三氟二氯乙烷C2HF3Cl2m=2,n=1,x=3R123五氟乙烷C2HF5m=2,n=1,x=5R125四氟乙烷C2H2F4m=2,n=2,x=4R134a乙烷C2H6m=2,n=6,x=0R170丙烷C3H8m=3,n=8,x=0R2903.4.4制冷劑的物理化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用1.安全性(1)毒性雖然一些氟里昂制冷劑其毒性都較低，但在高溫或火焰作用下會(huì)分解出極毒的光氣。(2)燃燒性和爆炸性在空氣中發(fā)生燃燒或爆炸的體積百分比范圍。這一范圍的下限值越小，表示越易燃；下限值相同，則范圍越寬越易燃。爆炸極限表3-8一些制冷劑的易燃易爆特性制冷劑代號(hào)爆炸極限(容積%)制冷劑代號(hào)爆炸極限(容積%)制冷劑代號(hào)爆炸極限(容積%)11None124

None2902.3-7.312

None125

None500

None22

None134a

None502

None23

None142b6.7-14.9600a1.8-8.43214-31143a6.0-na71716.0-25.0123

None152a3.9-16.9718

None注：None表示不燃燒，na表示未知。

(3)以毒性和可燃性為界限的安全分類

毒性可燃性TLVs值確定或一定的系數(shù)，制冷劑體積分?jǐn)?shù)≥4×10-4TLVs值確定或一定的系數(shù)，制冷劑體積分?jǐn)?shù)<4×10-4無火焰?zhèn)鞑ゲ蝗糀1B1制冷劑LFL>0.1kg/m3,燃燒熱<19000kJ/kg低度可燃性A2B2制冷劑LFL≤0.1kg/m3,燃燒熱≥19000kJ/kg高度可燃性A3B3低毒性高毒性表3–9

一些制冷劑的安全分類

制冷劑代號(hào)安全分類制冷劑代號(hào)安全分類制冷劑代號(hào)安全分類11A1124A1290A312A1125A1500A122A1134aA1502A123A1142bA2600aA332A2143aA2717B2123B1152aA2718A13.對(duì)材料的作用“鍍銅”現(xiàn)象當(dāng)制冷劑在系統(tǒng)中與銅或銅合金部件接觸時(shí)，銅溶解到混合物中，當(dāng)和鋼或鑄鐵部件接觸時(shí)，被溶解的銅離子析出并沉浸在鋼鐵部件上形成一層銅膜。制冷系統(tǒng)中應(yīng)盡量避免水分存在和銅鐵共用。氨制冷機(jī)中不能用黃銅、紫銅和其它銅合金（磷青銅除外），因?yàn)橛兴謺r(shí)要引起腐蝕。氟里昂對(duì)塑料等高分子化合物會(huì)起“膨潤(rùn)”作用(變軟、膨脹和起泡)，故在制冷系統(tǒng)中要選用特殊橡膠或塑料。4.與潤(rùn)滑油的互溶性對(duì)每種氟利昂存在一個(gè)溶解臨界溫度，即溶解曲線最高點(diǎn)的溫度圖3-26制冷劑與潤(rùn)滑油的溶解曲線)5.與水的溶解性“冰堵現(xiàn)象”當(dāng)溫度降到0℃以下時(shí)，水結(jié)成冰而堵塞節(jié)流閥或毛細(xì)管的通道形成“冰堵”，致使制冷機(jī)不能正常工作。6.泄漏性氨有強(qiáng)烈臭氣，靠嗅覺易判是否泄漏。易溶于水故不用肥皂水檢漏，用酚酞試劑和試紙檢漏

氟利昂無色無臭，鹵素噴燈和電子檢漏儀檢漏沸點(diǎn)-33.3℃，凝固點(diǎn)-77.9℃

單位容積制冷量大粘性小，傳熱性好，流動(dòng)阻力小毒性較大，有一定的可燃性，安全分類為B2

氨蒸氣無色，具有強(qiáng)烈的刺激性臭味氨液飛濺到皮膚上會(huì)引起腫脹甚至凍傷氨系統(tǒng)中有水分會(huì)加劇對(duì)金屬腐蝕同時(shí)減小制冷量以任意比與水互溶但在礦物潤(rùn)滑油中的溶解度很小系統(tǒng)中氨分離的游離氫積累至一定程度遇空氣爆炸氨液比重比礦物潤(rùn)滑油小，油沉積下部需定期放出在氨制冷機(jī)中不用銅和銅合金材料(磷青銅除外)

3.4.5常用制冷劑1.無機(jī)物氨2.氟利昂(1)R12（二氟二氯甲烷CF2Cl2）沸點(diǎn)-29.8℃，凝固點(diǎn)-158℃。無色，有較弱芳香味，毒性小，不燃不爆，安全。系統(tǒng)里應(yīng)嚴(yán)格限制含水量，一般規(guī)定不得超過0.001%常用溫度范圍內(nèi)能與礦物性潤(rùn)滑油以任意比互溶不腐蝕一般金屬但能腐蝕鎂及含鎂量超過2%鋁鎂合金。對(duì)天然橡膠和塑料有膨潤(rùn)作用。(2)R134a（四氟乙烷CH2FCF3）毒性非常低，不可燃，安全。與礦物潤(rùn)滑油不相溶，但能完全溶解于多元醇酯類?；瘜W(xué)穩(wěn)定性很好，溶水性比R12強(qiáng)得多，對(duì)系統(tǒng)干燥和清潔性要求更高，用與R12不同的干燥劑。(3)R11（一氟三氯甲烷CFCl3）沸點(diǎn)23.8℃，凝固點(diǎn)-111℃。毒性比R12更小，安全。水在R11中的溶解能力與R12相接近。對(duì)金屬及礦物潤(rùn)滑油的作用關(guān)系也與R12大致相似。與明火接觸時(shí)，較R12更易分解出光氣。(4)R22（二氟一氯甲烷CHF2Cl）沸點(diǎn)-40.8℃，凝固點(diǎn)-160℃。毒性比R12略大，無色無味，不燃不爆，安全。屬于HCFC類制冷劑，也要被限制和禁止使用。

對(duì)金屬與非金屬的作用以及泄漏特性都與R12相似。化學(xué)性質(zhì)不如R12穩(wěn)定，對(duì)有機(jī)物的膨潤(rùn)作用更強(qiáng)。部分與礦物潤(rùn)滑油互溶。溶水性稍大于R12，系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)裝設(shè)干燥器。3.碳?xì)浠衔?1)R600a（異丁烷i-C4H10）(2)R290（丙烷C3H8）沸點(diǎn)和凝固點(diǎn)比R600a低，蒸氣壓較高和容積制冷量比R600a大，其他制冷特性及安全特性均與R600a相似。沸點(diǎn)-11.73℃，凝固點(diǎn)-160℃。毒性非常低，在空氣中可燃，應(yīng)注意防火防爆。與礦物潤(rùn)滑油能很好互溶，與其他物質(zhì)的化學(xué)相溶性很好，與水的溶解性很差。4.混合制冷劑(1)共沸制冷劑共沸制冷劑特點(diǎn)：一定蒸發(fā)壓力下蒸發(fā)時(shí)具有幾乎不變的蒸發(fā)溫度，而且蒸發(fā)溫度一般比組成它的單組分的蒸發(fā)溫度低。一定蒸發(fā)溫度下，共沸制冷劑單位容積制冷量比組成它的單一制冷劑的容積制冷量要大。共沸制冷劑化學(xué)穩(wěn)定性較組成它的單一制冷劑好。在全封閉和半封閉壓縮機(jī)中，采用共沸制冷劑可使電機(jī)得到更好的冷卻，電機(jī)繞組溫升減小。幾種共沸制冷劑的組成和沸點(diǎn)

代號(hào)組分質(zhì)量成分分子量沸點(diǎn)(℃)共沸溫度各組分的沸點(diǎn)(℃)R500R12/152a73.8/26.299.3-33.50-29.8/-25R501R22/1284.5/15.593.1-41.5-41-40.8/-29.8R502R22/11548.8/51.2111.6-45.419-40.8/-38R503R23/1340.1/59.987.6-88.088-82.2/-81.5R504R32/11548.2/51.879.2-59.217-51.2/-38R505R12/3178.0/22.0103.5-30115-29.8/-9.8R506R31/11455.1/44.993.7-12.518-9.8/3.5R507R125/143a50.0/50.098.9-46.7－-48.8/-47.7(2)非共沸制冷劑一定壓力下溶液加熱時(shí)，首先到達(dá)飽和液體點(diǎn)A(泡點(diǎn))，再加熱到達(dá)點(diǎn)B，即進(jìn)入兩相區(qū)，繼續(xù)加熱到點(diǎn)C(露點(diǎn))時(shí)全部蒸發(fā)完成為飽和蒸氣。泡點(diǎn)溫度和露點(diǎn)溫度的溫差稱之為溫度滑移

圖3-29非共沸制冷劑的T-ξ圖

(3)常用混合制冷劑的特性沸點(diǎn)-33.5℃，ODP值較高。1)共沸制冷劑R500

可代替R12用于活塞式制冷機(jī)沸點(diǎn)-45.4℃，ODP值較高。溶水性比R12大1.5倍，在82℃以上有較好的溶油性。沸點(diǎn)-88℃，不燃燒，無毒無腐蝕性，ODP值較高。適用于復(fù)疊式制冷機(jī)的低溫級(jí)。沸點(diǎn)-46.7℃，ODP值為零。不溶于礦物油，但溶于聚酯類潤(rùn)滑油。2)共沸制冷劑R502

可代替R22用于獲得低溫3)共沸制冷劑R503可代替R13使用4)共沸制冷劑R507用R502的場(chǎng)合都可用R507替代

5)非共沸制冷劑R401A和R401B性能與R12較接近。能溶于聚醇類和聚酯類潤(rùn)滑油?？勺鳛檫^度性替代物

泡露點(diǎn)溫差大，使用時(shí)最好將熱交換器作成逆流形式不能與礦物潤(rùn)滑油互溶，但能溶于聚酯類合成潤(rùn)滑油低溫工況下，容積制冷量比R22要低得多。不能與礦物潤(rùn)滑油互溶，但能溶于聚酯類合成潤(rùn)滑油。泡露點(diǎn)溫差僅0.2℃，可稱之為近共沸混合制冷劑。具有與共沸混合制冷劑類似的優(yōu)點(diǎn)。不能直接用來替換R22的制冷系統(tǒng)。7)非共沸制冷劑R410A兩元混合制冷劑6)非共沸制冷劑R407C三元非共沸混合制冷劑3.6多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)

單級(jí)蒸氣壓縮制冷機(jī)運(yùn)行時(shí)制冷劑的冷凝壓力是由環(huán)境介質(zhì)（如空氣或水）溫度所決定。在一定的冷凝溫度下蒸發(fā)溫度的降低冷凝壓力和蒸發(fā)壓力之差（pk-po）增大壓縮比pk/po變大多級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)

容積式壓縮機(jī)的單級(jí)壓比受壓縮機(jī)容積效率和壓縮終了溫度的制約通常被限制在8～10

離心式壓縮機(jī)的單級(jí)壓縮比受工質(zhì)分子量大小與葉輪的周邊速度制約通常被限制在2～4

單級(jí)蒸氣壓縮活塞式制冷機(jī)，壓縮比一般不超過10。當(dāng)蒸發(fā)溫度過低，超出極限使用條件時(shí)會(huì)帶來如下問題：

(1)壓縮比增大時(shí)壓縮機(jī)的輸氣系數(shù)λ大為降低，壓縮機(jī)的輸氣量及效率顯著下降。(2)壓縮機(jī)排氣溫度過高，使?jié)櫥偷恼扯燃眲∠陆?，影響壓縮機(jī)的潤(rùn)滑。當(dāng)排氣溫度與潤(rùn)滑油的閃點(diǎn)接近時(shí)，會(huì)使?jié)櫥吞蓟?，以致在閥片上產(chǎn)生結(jié)碳現(xiàn)象。

所以，為了獲得比較低的溫度（－40～－70℃），同時(shí)又能使壓縮機(jī)的工作壓力控制在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，就要采用多級(jí)壓縮循環(huán)。(3)制冷劑節(jié)流損失增加，單位質(zhì)量制冷量及單位容積制冷量下降過大，經(jīng)濟(jì)性下降。3.6.1兩級(jí)壓縮制冷的循環(huán)方式1.一級(jí)節(jié)流、中間完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)（如圖3-34a所示）

2.一級(jí)節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)（如圖3-34c所示）

3.兩級(jí)節(jié)流、中間完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)

（如圖3-34b所示）

4.兩級(jí)節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)（如圖3-34d所示）

一級(jí)節(jié)流中間完全冷卻循環(huán)圖3-35一級(jí)節(jié)流、中間完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)

(a)流程圖

b)lgp-h圖一級(jí)節(jié)流中間不完全冷卻循環(huán)圖3-34一級(jí)節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)(a)流程圖(b)lgp-h圖圖3-34兩級(jí)節(jié)流、中間完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)(a)流程圖(b)lgp-h圖圖3-34兩級(jí)節(jié)流、中間不完全冷卻的兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)(a)流程圖(b)lgp-h圖圖3-34兩級(jí)節(jié)流、具有中溫蒸發(fā)器的中間完全冷卻兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)(a)流程圖(b)lgp-h圖雙級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)3.6.2兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)的熱力分析1.單位制冷量：

q0=h1-h4

2.低壓壓縮機(jī)的單位理論功：

wd=h2-h1

當(dāng)制冷機(jī)的冷負(fù)荷為Q0時(shí)，低壓級(jí)制冷劑循環(huán)量：

3.從而可算出低壓壓縮機(jī)消耗的理論功率：Ptd=4.高壓機(jī)功率計(jì)算對(duì)于中間完全冷卻的兩級(jí)循環(huán)：

qmgh9+qmdh2=qmgh3+qmdh4qmg=qmd(h2-h4)/(h3-h9)

高壓壓縮機(jī)的單位理論功為

wg=h7-h3

由此可得高壓壓縮機(jī)的理論功率：Ptg==5.根據(jù)制冷系數(shù)的定義，兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)的理論制冷系數(shù)為6.對(duì)于中間不完全冷卻的兩級(jí)循環(huán)，根據(jù)中間冷卻器的熱平衡關(guān)系qmgh9=（qmg-qmd）h3+qmdh4可得到流經(jīng)高壓級(jí)壓縮機(jī)的制冷劑流量：qmg=qmd(h3-h4)/(h3-h9)

高壓壓縮機(jī)的單位理論功為:

wg=h7-h6

qmgh6=(qmg–qmd)h3

+qmdh2

h6==

高壓壓縮機(jī)消耗的理論功率：Ptg=qmgwg=7.中間不完全冷卻的兩級(jí)循環(huán)的理論制冷系數(shù)為壓縮機(jī)實(shí)際過程的排氣焓值為高壓壓縮機(jī)實(shí)際過程的排氣焓值（中間完全冷卻）為

3.6.3兩級(jí)壓縮制冷循環(huán)的熱力計(jì)算一些文獻(xiàn)曾給出了確定中間壓力（或中間溫度）的經(jīng)驗(yàn)公式或圖線。下面列舉幾個(gè)推薦應(yīng)用的公式：1）按壓力的比例中項(xiàng)確定中間壓力式中Pm,Po和Pk分別為中間壓力、蒸發(fā)壓力和冷凝壓力,單位Mpa。1.中間壓力的確定按式求出的中間壓力和制冷循環(huán)的最佳中間壓力有一定的偏差。但公式很簡(jiǎn)單，可用于初步估算。2）按溫度的比例中項(xiàng)確定中間壓力式中Tm

,To和Tk分別為中間溫度，蒸發(fā)溫度和冷凝溫度,單位均為K。

3）用經(jīng)驗(yàn)公式直接計(jì)算最佳中間壓力

對(duì)于兩級(jí)氨制冷循環(huán)，拉賽(A.Rasi)提出了較為簡(jiǎn)單的最佳中間溫度計(jì)算式：tm=0.4tk+0.6to+3式中，tm,tk和to分別表示中間溫度，冷凝溫度和蒸發(fā)溫度，單位均為℃。上式不只適用于氨，在－40～40℃溫度范圍內(nèi)，對(duì)于R12也能得到滿意的結(jié)果。圖3-24最佳中間溫度的確定3.6.4雙級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的變工況特性1.變工況特性1）蒸發(fā)溫度的變化對(duì)中間壓力的影響：

2.兩級(jí)壓縮制冷機(jī)的工況變動(dòng)時(shí)的一些特性：①隨著t0的升高，壓力pc和pm