制冷原理及 制冷压缩机 第2讲 蒸汽压缩式制冷的理论循环

空调系统的四大组成 蒸发器：输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象的热量，从而达到制冷的目的。 压缩机：压缩和输送制冷蒸汽，并造成蒸发器中低压、冷凝器中高压，是整个系统的心脏。 冷凝器：输出热量的设备，将制冷剂在蒸发器中吸收的热量和压缩机消耗功所转化的热量排放给冷却介质。 膨胀阀：对制冷剂起节流降压作用，并调节进入蒸发器的制冷剂流量。

气液平衡 饱和状态：密闭容器中的液体汽化形成蒸汽，在某一压力下液体和蒸汽达到平衡，这种状态称饱和状态 饱和压力：饱和状态下的压力 饱和温度：饱和状态下的温度 特性：制冷剂的饱和压力和饱和温度，是互相不独立的状态参数，饱和压力随温度的升高而升高

制冷剂R22的饱和液体和气体热力性质参数 温度℃ 压力MPa 比焓kJ/kg 比熵kJ/(kg·k) 比容L/kg t p h’ h’’ s’ s’’ v’ v’’ -10 0.354 188.426 401.555 0.95725 1.76713 0.75876 65.3399 -5 0.421 194.176 403.496 0.97870 1.75928 0.76831 55.3394 0.497 200 405.361 1 1.75279 0.77834 47.1354 35 1.355 243.114 415.627 1.14594 1.70576 0.86729 17.2686 40 1.534 249.686 416.561 1.16655 1.69946 0.88392 15.1351 41 1.571 251.016 416.726 1.17073 1.69819 0.88741 14.7439 42 1.609 252.352 416.883 1.17486 1.69692 0.89097 14.3636 45 1.729 256.396 417.308 1.1873 1.69305 0.90203 13.6341

压焓图 制冷剂的热力学性质可通过热力参数之间的关系来描述，而制冷剂的热力参数之间的关系是通过实验方法测定出来的，一般用热力学性质图、表来表示。 以制冷剂的焓值h(KJ/Kg)为横坐标，压力p(MPa)为纵坐标绘制成的线图称为该制冷剂的压焓图。

压焓图 饱和液体线 饱和蒸汽线 饱和液体线 饱和蒸气线 过冷液体区 过热蒸气区 气、液两相区 过冷液体区 过热蒸汽区 气液两相区

压焓图 等压线 — 水平线 等焓线 — 垂直线 等干度线 — 湿蒸汽区域内 等熵线 — 向右上方倾斜 等容线 — 向右上方倾斜 等温线 — 垂直线（未）→水平线（湿）→向右下方弯曲（过）

温度℃ 压力MPa 比焓kJ/kg 比熵kJ/(kg·k) 比容L/kg t p h’ h’’ s’ s’’ v’ v’’ -10 0.354 188.42 401.55 0.9572 1.7671 0.7587 65.3399 40 1.534 249.68 416.56 1.1665 1.6994 0.8839 15.1351

理论循环 蒸发器：等压吸热。 压缩机：等熵绝热压缩； 冷凝器：等压放热； 节流阀：等焓节流；

理论循环的假设： 离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气是处于蒸发 压力下的饱和蒸气； 离开冷凝器和进入膨胀阀的液体是处于冷凝压力下的饱和液体； 压缩机的压缩过程为等熵压缩； 制冷剂通过膨胀阀节流时，其前、后焓值相等； 制冷剂在蒸发和冷凝过程中没有压力损失； 在各设备的连接管道中制冷剂不发生状态变化；

理论循环在压焓图上的表示 点1表示制冷剂进入压缩机的状态 点2表示制冷剂出压缩机时的状态，也就是进冷凝器时的状态。 点3表示制冷剂出冷凝器时的状态。 点4表示制冷剂出节流阀时的状态，也就是进入蒸发器时的状态。

工作过程： 1-2表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵压缩过程 ，压力由蒸发压力升高到冷凝压力。 2-2‘-3表示制冷剂在冷凝器内的等压冷却（2-2’）和冷凝（2‘-3）的过程。 3-4表示制冷剂在通过节流阀时的等焓节流过程。 4-1表示制冷剂在蒸发器中的等压汽化吸热过程。

理论循环的压焓图 压焓图的作用： 确定状态参数 表示热力过程 分析能量变化

热力计算 单位质量制冷量q0：1kg制冷剂在蒸发器内从被冷却物体吸收的热量 。 q0＝h1－h4＝h1－h3 单位容积制冷量qv ：压缩机每吸入1m3制冷剂蒸汽（按吸气状态下），在蒸发器中所产生的制冷量 。 qv＝q0 / v1＝（h1－h4）/v1

热力计算 单位理论压缩功w0 ：压缩机每压缩输送1kg制冷剂所消耗的压缩功 。 w0＝h2－h1 单位冷凝负荷qk ：1kg制冷剂在冷却和冷凝过程中放出的热量 。 qk＝h2－h3

热力计算 制冷系数ε0：衡量压缩机的性能，即花费一定的电能，得到多少制冷效果（制冷量）

例题 某压缩蒸汽制冷的理论循环，蒸发温度t0=-10℃，冷凝温度tk=35℃，制冷剂工质为R22，循环的制冷量Q0＝55KW，试对该循环进行热力计算。

解题步骤： 1.画出制冷剂R22的压焓图 2.在压焓图上标注制冷循环 3.根据制冷剂性质图表查出各主要状态点的热力状态参数，如比焓，比容等 4.进行热力计算

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R22的饱和液体和蒸汽热力性质表 R22的热力性质： 温度℃ 压力MPa 比焓kJ/kg 比容m3/kg t p h’ h’’ v’ v’’ -10 0.354 188.426 401.555 0.759×10-3 0.0653 35 1.355 243.114 415.627 0.867×10-3 0.017 R22的热力性质： 温度℃ 压力MPa 比焓h (kJ/kg) 比容v (m3/kg) 等熵压缩排气点，57℃ 1.355 435.2

根据R22热力性质表，查出压焓图上各点的有关状态参数： h1=401.555 kJ/kg v1=0.0653 m3/kg h2=435.2 kJ/kg h3=h4=243.114 kJ/kg

①单位质量制冷量 q0=h1-h4=401.555-243.114 ＝158.441 kJ/kg ②单位容积制冷量qv=q0/v1=158.441/0.0653 ＝2426kJ/m3 ③制冷剂质量流量qm=Q0/q0=55/158.441 ＝0.3471kg/s ④理论比功 w0=h2-h1=435.2-401.555 ＝33.645kJ/kg

⑤压缩机消耗的理论功率 N0＝qm×w0=0.3471×33.645 ＝11.68kw ⑥压缩机吸入的容积流量V=qmv1=0.0227m3/s ⑦制冷系数ε0＝q0/w0=4.71 ⑧冷凝器单位热负荷 qk=h2-h3=192.086kJ/kg ⑨冷凝器热负荷Qk=qmqk=66.67kw