制冷循環(huán)及制冷部件特性

熱力學基本原理能源產(chǎn)品部:尤乃峰熱力學基本定律、基本概念

熱力學分析問題的方法：

一般是從宏觀和微觀兩個角度

比如：

宏觀：溫度就是物體的冷熱程度

微觀：從分子角度，溫度是物質(zhì)分子運動的劇烈程度

熱力學：就是用宏觀和微觀的方法，研究熱能轉(zhuǎn)達化為機械能的方法和規(guī)律，以及提高轉(zhuǎn)化效率的途徑。我們研究空調(diào)重點研究是氣態(tài)或液態(tài)物質(zhì)。熱力學的基本定律：熱力學第一定律：能量是可以轉(zhuǎn)換的，可以傳遞的，能量的總量保持不變。(能量守衡定律)

Q=W

物質(zhì)吸收了熱量膨脹，對外界作功把一部份能量傳給了外界，熱能轉(zhuǎn)化為機械能。

是人們在長期的實踐中總結(jié)出來的原理，沒有任何前提假設和推導；具有廣泛的意義。熱力學的基本定律：熱力學第二定律：

物質(zhì)從高溫物體吸收熱量只能部分作功轉(zhuǎn)化為機械能，剩余部分熱量傳給低溫物體。

分析：1、能量傳遞和轉(zhuǎn)換有方向性:熱量從高溫物體傳向低溫物體時是自發(fā)的。2、能量傳遞要有溫差:從高溫物體吸收熱量要有部分送到低溫物體,只從單一物體吸收熱量全部做機械功是不可能的.本定律與第一定律相互之間獨立；也是人們在長期的實踐中總結(jié)出來的原理，沒有任何前提假設和推導；具有廣泛的意義。

冰棍溶化:在正常的環(huán)境溫度(0度以上)下,是自發(fā)的過程.

空調(diào):熱量從低溫區(qū)域傳到高溫區(qū)域,熱量傳遞過程不是自發(fā)的，要人為地創(chuàng)造條件.比如舒適性空調(diào)夏季我們希望將熱量從溫度相對較低的居住環(huán)境移到溫度較高的室外環(huán)境,而冬季我們希望將熱量從溫度相對較低或極低的室外環(huán)境傳遞到溫度相對較高的居住環(huán)境內(nèi).制冷原理—熱泵

基本概念（一）物質(zhì)的熱力狀態(tài)：

熱力狀態(tài)有三個基本表達參數(shù)：

溫度T：物質(zhì)的冷熱程度

物質(zhì)的內(nèi)能U和溫度有關

體積V：一定質(zhì)量的物體占有的空間大?。ū热荩簡挝毁|(zhì)量的物質(zhì)占有的體積）

壓力P：即單位接觸面積上的承受的壓力

基本概念（二）能量—內(nèi)能、推動功

內(nèi)能：

物質(zhì)因大量分子劇烈運動而具有的內(nèi)熱能,和由于分子之間有吸力而具有的內(nèi)位能之和。

推動功：

物質(zhì)因流動性而具有的使本身質(zhì)量遷移的能量，這部份能量我們稱之為：

推動功=P（壓力）×V（體積）氣體受熱膨脹做功有能量形式轉(zhuǎn)化（熱能轉(zhuǎn)化為機械能），熱力狀態(tài)也變化（壓力P變小、體積V增大）；而推動功只有傳遞，即推動流體前移做功，熱力狀態(tài)也不變。

基本概念（三）能量—焓

焓：也是熱力狀態(tài)參數(shù)之一

H=U+P·V

焓=內(nèi)能+推動功物體流動時，不僅攜帶有自身的內(nèi)能，還有從后面得到的推動自身移動的推動功。焓更為全面地概括了物體具有的能量總和。我們衡量某一空調(diào)的制冷能力就可以根據(jù)蒸發(fā)前后制冷劑的焓差來進行精確計算。

流體還具有一定的流動速度而具有的動能，和因具有一定的高度而具的勢能。但在熱力學中占的比例很小，一般可以忽略不計。熱力參數(shù)之間內(nèi)在關系：狀態(tài)方程、壓焓圖狀態(tài)方程:

A、理想氣體的狀態(tài)方程：

P·V/T=常數(shù)

從上式我們可以看出：在一個密閉容器中，溫度越高，氣體的壓力就越大。

B、實際氣體的狀態(tài)方程：（P+a/V2）·(V-b)=R·T

本公式雖然為實驗所得公式，但在實際應用中仍有很高的可靠性和準確性。顯熱1kg水從30℃加熱到80℃，水吸熱了209.38kJ(50kcal)物體吸熱或放熱后，只改變物體的溫度，而不改變物體的相態(tài)，這種熱量稱顯熱。是物質(zhì)分子運動的能量,它可以通過溫計進行測量。計算某一房間的熱負荷時，空氣溫度高于設定溫度而產(chǎn)生的熱負荷稱為顯熱負荷。顯熱的計算公式潛熱1kg100℃水改變成100℃的水蒸氣需吸熱2257.2kJ1kg0℃水改變成0℃的水蒸氣需吸熱2501kJ物體吸熱或放熱時，只改變物體的狀態(tài)，而物體的溫度不變，這種熱量稱潛熱。是物質(zhì)分子分離與重組放出(吸收)的熱量,它不能通過溫度計進行測量.計算某一房間的熱負荷時，空氣濕度高于設定濕度而產(chǎn)生的熱負荷稱為潛熱負荷潛熱的計算公式顯熱比對于某一個房間來說，顯熱比即該房間的熱負荷中顯熱負荷占總熱負荷的百分比。

空調(diào)的性能參數(shù)中描述的顯熱比則表示該空調(diào)的制冷能力中，顯冷量占總冷量的百分比。我們對某一特定房間進行空調(diào)設備設備選型時，應根據(jù)該房間的熱負荷的顯熱比，選擇對應顯熱比制冷能力的空調(diào)設備。1kg水的熱值比較（一個標準大氣壓）1、在小于一個標準大氣壓情況下，水的沸點低于100度。即水的蒸發(fā)溫度是隨著壓力而改變的，壓力越高，蒸發(fā)溫度越高。2、一個標準大氣壓下，當水的溫度低于100度時，它一定處于液態(tài)，我們稱為過冷水。水的溫度高于100度，一定處于氣態(tài)，我們稱為過熱蒸汽3、蒸發(fā)及其逆向的冷凝過程是一個飽和過程，在此過程中溫度壓力均不變。當水完全蒸發(fā)為蒸汽后，如果繼續(xù)加熱，水蒸氣的溫度將繼續(xù)升高，這時對應于其飽和溫度來說我們稱為過熱蒸汽。制冷劑的狀態(tài)變化1、水也是制冷劑的一種，制冷循環(huán)吸熱或放熱利用的正是物質(zhì)相態(tài)轉(zhuǎn)變時需要吸收或放出的巨大的熱量，因為水在正常壓力下飽和溫度較高，不能吸收通常溫度下室內(nèi)的熱量，所以不常用。2、而R22在正常壓力（70PSIG），其蒸發(fā)溫度為（4.5℃

），且單位容積制冷能力較強，對于人類理想的舒適溫度21-27

℃來說，是非常理想的冷源。3、與水的性質(zhì)類似，對于R22來說，在（70PSIG）壓力下，飽和溫度為（4.5℃

），故在此壓力下蒸發(fā)過程制冷劑溫度恒定為（4.5℃

），蒸發(fā)過程首先是飽和液體狀態(tài)，然后是氣液混合狀態(tài)，液體比例逐漸減小，最終達到了飽和氣體狀態(tài)。在（

70PSIG

）壓力下，如果R22的溫度低于（4.5℃

），其一定處于液態(tài)，且溫度低于飽和點，我們稱其為過冷液體。如果R22的溫度高于（4.5℃

），其一定處于氣態(tài)，且溫度高于飽和點，我們稱其為過熱氣體。4、為實現(xiàn)制冷劑在溫度相對較高的冷凝器一側(cè)的冷凝散熱，唯有通過升高制冷劑的壓力來提高其飽和溫度，使其高于室外環(huán)境溫度從而實現(xiàn)散熱冷凝過程。制冷劑的狀態(tài)變化制冷循環(huán)

制冷組件的特性制冷發(fā)展簡史1800人們發(fā)現(xiàn)冰(雪)和鹽混合時具有制冷效應,能夠大幅度降低水溫,使水結(jié)冰1834

J.英國人波爾金斯制成第一臺使用

乙醚作為制冷劑的壓縮式制冷機1873德國人林杰發(fā)明了氨制冷機1876

甲醚被用于制冷劑用來從阿根廷到法國運輸肉類19世紀末l隨著機械制冷技術不斷成熟,產(chǎn)生大量可應用的制冷劑如氨水,二氧化碳,二氧化硫,氯甲烷以及烴類

20實際初Start制冷技術開始進入工業(yè)化應用,而當時已經(jīng)開發(fā)的制冷劑工作壓力較高且大多數(shù)均具有毒性和可燃性1928

一種新型的制冷劑(二氯二氟甲烷)在美國合成成功.它不可燃,且具有低的毒性,工作壓力低,屬于人們期望的理想的制冷劑1931

杜邦公司開始大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)這種

新合成的制冷劑.氟里昂家族從此誕生了.1930-1950制冷劑家族以及大型商用空調(diào)了獲得飛速的發(fā)展.1988蒙特利爾協(xié)議.締約國就限制使用對大氣臭氧層具有破壞作用的制冷劑達成了協(xié)議并規(guī)定了具體的行動時間表.制冷發(fā)展簡史臭氧層是大氣中具有微腥臭的淺藍色氣體,主要集中在距地面20至25KM的平流層內(nèi),它是地球的保護傘,阻擋了99%的紫外線輻射,使地球生物免受紫外線的傷害臭氧層濃度每降低1%,紫外線的輻射量就增加2%,皮膚癌

患者就增加7%,白內(nèi)障的患者增加0.6%.紫外線還會破壞植物的光合作用和受粉能力,最終降低農(nóng)業(yè)產(chǎn)量.氟里昂在太陽紫外線的照射下會分解出氯原子,氯原子會奪取臭氧分子中的一個原子而使臭氧變成普通氧.溫室效應:溫室氣體主要指大氣中的CO2,CH4,Ar,O3等也包括制冷劑中CFC.它可以讓短波太陽光幾乎不受阻擋的通過,而把從地球表面反射出來的長波輻射擋住,使地球表面保持了一定溫度.但是過量的溫室氣體排入大氣中,會增強地球表面的溫室效應,影響了氣溫和降雨量,導致氣候變暖,海平面升高.冷量無法制造:本質(zhì)是熱量的遷移制冷循環(huán)就是實現(xiàn)將熱量從空調(diào)房間移到另外一個能夠容納并稀釋此部分熱量的空間的過程. 實現(xiàn)此部分循環(huán)的同時要消耗一定量的功.

這種熱量傳遞過程是在一個閉式系統(tǒng)內(nèi)周期性的重復進行.

吸熱和放熱過程是利用流體在不同的壓力對應的不同的飽和溫度下相態(tài)變化過程對應的吸熱和放熱特性(流體的焓發(fā)生改變,相態(tài)改變過程熱量傳遞量相對于僅僅溫度改變來說是巨大的).制冷循環(huán):(飽和蒸汽壓縮式制冷循環(huán))

它利用壓縮機和鹵族元素衍生物類型的制冷劑(飽和蒸汽狀態(tài))或有機/無機化合物.采用壓縮機使氣態(tài)制冷劑增壓,故稱為蒸汽壓縮式制冷.最大制冷能力能達到5000kW,且價格低廉.目前市場上運用最為廣泛的壓縮技術就是通過此循環(huán)實現(xiàn)的.飽和蒸汽壓縮式制冷循環(huán)是建立逆卡諾循環(huán)基本原理之上.能夠運用此制冷循環(huán)的制冷劑的范圍非常之寬.

根據(jù)組合的電氣特性,可實現(xiàn)中高效制冷.是目前世界范圍內(nèi)運用最為廣泛的制冷循環(huán),運用不同廠商的絕大多數(shù)機型.制冷系統(tǒng)基本的組成部件壓縮式制冷系統(tǒng)的基本組成蒸發(fā)器經(jīng)節(jié)流后的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中吸熱汽化，使被冷卻物質(zhì)降溫，實現(xiàn)制冷的目的。蒸發(fā)器蒸發(fā)器吸收熱量壓縮式制冷系統(tǒng)的基本組成冷凝器在冷凝介質(zhì)的作用下，使壓縮機排出的過熱飽和蒸汽冷凝為液態(tài)。冷凝器盤管22001壓縮式制冷系統(tǒng)的基本組成壓縮機制冷循環(huán)的核心，是制冷劑在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的動力裝置，使蒸發(fā)器中的制冷劑保持低壓，冷凝器中制冷劑維持高壓。壓縮機壓縮過程壓縮式制冷系統(tǒng)的基本組成膨脹閥制冷劑循環(huán)流量的調(diào)節(jié)裝置，它對高壓液態(tài)制冷劑節(jié)流降壓，使進入蒸發(fā)器的制冷劑在要求的低壓下吸熱蒸發(fā)。同時根據(jù)被冷卻介質(zhì)的熱負荷變化自動調(diào)節(jié)進入蒸發(fā)器的制冷劑的流量膨脹閥作用

熱力膨脹閥(TXV)降低進入蒸發(fā)器制冷劑的壓力.控制流入蒸發(fā)器的制冷劑流量.

循環(huán)過程在由管道將四部分連接成的密閉系統(tǒng)內(nèi)，制冷劑在這個密閉的系統(tǒng)中不斷循環(huán)流動，發(fā)生相態(tài)的變化，與周圍環(huán)境進行熱交換，從而達到制冷的目的。其工作過程是：液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻物質(zhì)的熱量之后，汽化成低壓、低溫的蒸汽，被壓縮機吸入壓縮成高壓、高溫的蒸汽，然后進入冷凝器向冷卻物質(zhì)放熱而冷凝為高壓、常溫的液體，在經(jīng)節(jié)流裝置節(jié)流以后變?yōu)榈蛪?、低溫的液態(tài)制冷劑，再次進入蒸發(fā)器吸熱汽化，從而起到循環(huán)制冷的目的。逆卡諾循環(huán)(理想循環(huán))Q1向高溫熱源的散熱量.(1-10-20-2)Q2從低溫熱源的吸熱量.(4-10-20-3)壓縮功(1-4-3-2)

TS3214Q2Q11020T1T2T=絕對溫度KS=熵W/kgK冷凝器壓縮機蒸發(fā)器R-22(飽和蒸汽)壓焓圖h紅線:飽和液體線x=0 黑線:飽和氣體線

x=1

P氣體+液體過熱氣體區(qū)臨界點過冷液體區(qū)R-22(飽和蒸汽)壓焓圖(等溫線等干度線等熵線)Phv=const.s=const.t=const.x=const.壓焓圖表示的理想制冷循環(huán)Q2Q1=Q2+ALALhQ1冷凝過程蒸發(fā)過程節(jié)流過程壓縮過程Q2P壓焓圖表示的實際制冷循環(huán)過熱吸氣閥壓力降排氣閥壓力降.desurriscaldamento蒸發(fā)器壓力降PP1P2hQ1冷凝過程蒸發(fā)過程節(jié)流過程壓縮過程Q2冷凝器內(nèi)部壓降過冷干度X=0-1制冷循環(huán)通常壓力和溫度(分體式空調(diào))R2214-20bar65-90°C14-20bar35-50°C5-6bar6-10°C4,5-5,5bar10-15°C壓縮原理--往復式壓縮機往復式壓縮機(開始壓縮)Pc=冷凝壓力Pe=蒸發(fā)壓力VPPcPeA.B壓縮完成PPcPePc=冷凝壓力Pe=蒸發(fā)壓力A.B.V排氣過程VPc=冷凝壓力Pe=蒸發(fā)壓力PPcPeA.B.C.C-C1:閥門壓降膨脹過程A.B.VPPcPePc=冷凝壓力Pe=蒸發(fā)壓力.C1D1.D-D1=閥片壓降吸氣過程A.B.VPPcPePc=冷凝壓力Pe=蒸發(fā)壓力C.D1C1.D.D-D1=閥片壓降h壓縮效率隨著壓縮比的減小而增大衡量壓縮機性能技術參數(shù)E.E.R.EnergyEfficiencyRatio能效比:

單位電動機輸入功率的制冷量.

C.O.P.

CoefficientOfPerformance性能參數(shù):

單位軸功率的制冷量制冷組件儲液罐從冷凝器流入流向節(jié)流閥自動調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的制冷劑容量 位于冷凝器與蒸發(fā)器之間的制冷劑液體存儲裝置,自動適應負載的變化,調(diào)節(jié)冷凝壓力使冷凝器工作于最佳工況.

在進行系統(tǒng)維護的過程中,可以容納絕大部分制冷劑,避免向大氣環(huán)境排放制冷劑.

降低了調(diào)試過程對制冷劑充注量的精度要求A型蒸發(fā)器蒸發(fā)器經(jīng)節(jié)流后的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中吸熱汽化，使被冷卻物質(zhì)降溫，實現(xiàn)制冷的目的。由熱交換盤管,框架結(jié)構(gòu),風機等構(gòu)成干燥過濾器

陶瓷芯芯肋金屬外殼分子篩止動彈簧螺紋接口(SAE)吸收制冷系統(tǒng)中可能存在的水蒸氣(內(nèi)部充注有硅膠),水分存在的原因有兩方面,一是干燥不嚴格,二是使用不合格的制冷劑.會產(chǎn)生冰堵以及與制冷劑反應產(chǎn)生鹽酸等危害.

過濾掉制冷系統(tǒng)內(nèi)部可能存在的金屬雜質(zhì) 當硅膠與分子篩組合使用時,可實現(xiàn)干燥與抗酸性能的雙重功效.

分子篩的吸附能力比硅膠更強. 一般兩種類型:拋棄型,濾芯再充注型.節(jié)流裝置節(jié)流裝置是制冷循環(huán)中的降壓裝置,它能夠提供可變的可修阻力,正對經(jīng)過冷凝器冷凝后的高壓的液體在進入蒸發(fā)器之前進行降壓.

對高壓液體制冷劑進行節(jié)流降壓,保證冷凝器與蒸發(fā)器之間的壓力差,以便使蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑在要求的低壓對應的飽和溫度下蒸發(fā)吸熱,從而達到制冷降溫的目的,同時使冷凝器中氣態(tài)制冷劑在給定的高壓對應的飽和溫度下放熱冷凝.

它實現(xiàn)根據(jù)熱負荷以最佳的方式給蒸發(fā)器供液(毛細管除外).毛細管制冷循環(huán)的流量控制和節(jié)流降壓元件,直徑約為0.7>2.5mm,長度約為0.6>6m

細而長的紫銅管

(降壓原理為突然變徑),

產(chǎn)生必需的壓降從而使制冷劑能夠在蒸發(fā)器中吸收熱量.不可調(diào)節(jié)裝置(不能適應制冷負荷的變化),設計過程必須進行仔細的選型從而避免運行過程中蒸發(fā)器過量供液或供液不足.一般用于小容量系統(tǒng)(家用空調(diào)),有制冷劑充注量的限制,

系統(tǒng)中不能采用儲液罐.屬于靜態(tài)組件,可靠性較高.壓縮機停機后,能夠快速的平衡高低壓,所以即使采用低堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩(啟動轉(zhuǎn)矩)的馬達,也能夠保證壓縮機停機后很快再次啟動.熱力膨脹閥以最佳的方式給蒸發(fā)器供液,保證蒸發(fā)器出口制冷劑蒸汽的過熱度穩(wěn)定.感溫包必須與壓縮機的吸氣管良好的接觸從而準確的感應壓縮機的吸氣溫度,通常充注著與制冷系統(tǒng)內(nèi)部相同的制冷劑,從而實現(xiàn)通過感溫包反饋回來的壓力即是壓縮機吸氣溫度對應的該種類型制冷劑的飽和壓力.通過膨脹閥確保了在運行環(huán)境發(fā)生變化時(比如熱負荷變化),實現(xiàn)蒸發(fā)器最優(yōu)及最佳的供液方式.

最佳液位外平衡式熱力膨脹閥(1)從冷凝器流入被壓縮機吸入6,4bar/13°C4,8bar/4,5°C(飽和狀態(tài))13°C感溫包測量的管壁溫度5,4barP1=4,8barP3=6,4barP2=1,6bar15barP1+P2=P3(動態(tài)平衡)熱力膨脹閥(2)(過熱段)AQ1Q2AQ1Q2熱力膨脹閥

(3)-theM.O.P.-

(最大運行壓力)感溫包的充注量只根據(jù)在某一特定的溫度下完全感溫包內(nèi)液態(tài)制冷劑完全蒸發(fā)來進行修正的.這就等于給作用在膨脹閥膜片上方感溫包反饋回來的壓力規(guī)定了一個上限,因為如果管壁表面溫度如果繼續(xù)增高,只會增加感溫包內(nèi)部氣態(tài)制冷制冷劑的溫度(處于過熱狀態(tài)),而壓力基本上不再改變.

此功能有效防止因吸氣壓力過高而導致壓縮機馬達過載.Fromthe