空气调节用制冷技术_secret

空气调节用制冷技术_secret 1 空气调节用制冷技术 0 绪论 0.1 人工制冷的方法 本课程为“空气调节”用制冷技术，即是此制冷技术是为“空调”服务的。供热工程由热源、热网和热用户组成，热源是为热用户服务的。本课程作为空气调节之“冷源”的一门技术，讲述其制冷方法、工作原理、制冷系统的组成、设备构造及其计算、系统设计、运行调节等。 什么是空气调节,——使某一特定空间(房间)内空气温度、相对湿度、空气流速、压力、洁净度等参数进行人工调节的技术称为空气调节，简称为空调。对于某一空间，在夏季由于太阳辐射或内外温差向室内传进热量，以及室内人员、灯光、设备产生热量及湿量而在室内形成热、湿负荷，若要保持这房间内空气温、湿度，就必须要求空调设备将这些热、湿负荷从室内转移出去。如何转移呢,方法是利用温度较低的介质来吸取这些热量。 什么是制冷,——制冷是将低温热源(某物体或某空间)中的热量转移到高温热源中去，使其达到比环境更低的温度，并使之维持这个温度的过程。如冷库、冰箱等。 技术——在某一领域(某方面)积累的知识和经验或某方面的技巧。 所以说，制冷技术就是将低温热源中的热量转移到高温热源中去的知识、经验或技巧。 实现制冷可以通过两种途径:利用天然冷源和利用人工冷源。 天然冷源是自然界存在的冷源，例如冰、雪、地下水等，可用作食品的冷藏和防暑降温。我国对天然冷源的应用有悠久的历史，而且在采集、贮存和使用天然冷源方面积累了丰富的经验，直到现在，天然冷源在一些地区仍然得到应用。天然冷源具有价廉、贮量大等优点，而且利用它还不需要复杂的技术和设备。所以在满足使用要求的前提下，应优先考虑利用天然冷源。但是天然冷源受时间、地区及运输条件的限制，一般不能得到0?以下的温度，而且不易控制和调节。所以天然冷源只用在防暑降温和少量食品的短期贮藏方面。工业生产及科学试验等对低温的要求，大都是通过人工冷源来实现。 人工冷源是利用各种类型的制冷机械进行冷量的生产，即利用人工的方法实现制冷。人工制冷需要比较复杂的技术和设备，而且生产的冷量成本较高，但是它完全避免了天然冷源的局限性，特别是可以根据不同的要求获得不同的低温。 人工制冷可以获得的温度称为制冷温度。人工制冷能达到的制冷温度范围很广范，从稍低于环境温度直到接近于绝对零度。 实现人工制冷的途径 制冷的方法很多，可分为物理方法和化学方法。但绝大多数为物理方法。目前人工制冷的方法主要有相变制冷(蒸发制冷)、气体膨胀制冷和半导体制冷三种。 ,.相变制冷 即利用物质相变的吸热效应实现制冷。如1个大气压下，冰融化时要吸取335 kJ/kg的熔解热(0?)，水汽化时的潜热为2256.9 kJ/kg(100?);同样是水，在874 Pa的压力下汽化时，可达到5?的饱和温度，汽化潜热为2489.8 kJ/kg;氨在1 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 大气压下气化时要吸取1369.1 kJ/kg的气化潜热(-33.4?);干冰在,标准大气压下升华要吸取137kcal/kg的热量，其升华温度为,78.9?。目前干冰制冷常被用在人工降雨和医疗上。因此，只要选择适当的工质、创造一定的压力条件，就可以利用物体的相变获得所要求的温度。 目前相变制冷中应用得最多的是利用液体的汽化吸热的特性来实现，即为蒸汽制冷。蒸汽制冷可分为蒸汽压缩式、蒸汽喷射式和吸收式三种类型。以第一种应用最为广泛。 2 2.气体膨胀制冷 利用高压气体通过节流阀或膨胀机绝热膨胀时，对外输出膨胀功，同时温度降低，达到制冷的目的。与蒸汽制冷相比，气体膨胀制冷是一种没有相变的制冷方式，通常多以空气作为工质，所以也称为空气膨胀制冷。构成这种制冷方式的循环系统称为理想气体的逆向循环系统。最早出现的空气制冷机采用定压循环。 气体逆向循环是利用气体吸收显热实现制冷的，因为气体的比热容很小，单位制冷量很小，一般情况下要求气体的流量大，循环的经济性较低，所以后来气体膨胀制冷逐渐被蒸汽压缩式制冷所取代。现在它主要用于飞机机舱的冷却降温，而且在循环上也有较大改进。 3. 气体涡流制冷 高压气体经涡流管膨胀后即可分离为热、冷两股气流。(1931年法国兰克) 4.半导体制冷(热电制冷) 1834年，法国物理学家帕尔帖发现了热电制冷和制热效应。(我们知道，由两种不同导体组成的一个闭合环 路，如图所示，A、B分别表示两种不同的导体， 当其中一个联接点被加热(称为热端)，另一个 联接点被冷却(称为冷端)时，也就是两个联接 点有温差存在时，便在环路中产生了电动势，称 为温差电动势，其大小与导体的性质及两个联接 点的温差有关。对于两种导体，当冷端温度一定 时，电动势的大小只与热端的温度有关。根据这 个电动势的大小，就可以确定热端周围介质的温 度。这种热电效应又叫温差电效应，也就是我们 通常用来测量温度的热电偶原理。相反，如果在 电路中通入电流，则一个联接点的温度就会降低 (冷端)，而另一个联接点的温度会上升成为放热端(热端)，这样就形成了热电成为吸热端 制冷和制热的效应。)珀尔帖效应告诉我们:两种不同金属组成的闭合电路中接上一个直流电源时，则一个接合点变冷，另一个接合点变热。但是纯金属的珀尔帖效应很弱，且热量通过导线对冷热端有相互干扰，而用两种半导体(,型和,型)组成的直流闭合电路，则有明显的珀尔帖效应且冷热端无相互干扰。因此，半导体制冷就是利用半导体的温差电效应实现制冷的。 热电制冷的系统和过程不同于另外两种制冷方式，它不需要借助工质实现能量的转移，整个装置没有任何机械运动部件，运行中没有噪声，设备体积小，便于实现自动控制，但耗电量大，制冷量小，能够获得的温差也不大。目前温差电制冷只用在小型制冷器中，如电子计算机恒温冷却、精密测量仪器的冷源及精密机床的油箱冷却器等等，都是温差电制冷。 利用物理现象制冷的方法还有很多，我们不一一介绍。综合上述，目前生产实际中广泛应用的制冷方法是:利用液体的气化实现制冷，这种制冷常称为蒸气制冷。我们将重点学习它。 3 它的类型有:蒸汽压缩式制冷(消耗机械能)、吸收式制冷(消耗热能)和蒸汽喷射式制冷(消耗热能)三种。 制冷体系的划分 制冷服务对象不同，要求的制冷温度也不同。在工业生产和科学研究上，人们通常根据制冷温度的不同把人工制冷分为“普冷”和“深冷”两个体系。一般把制冷温度高于,120?的称为“普冷”、低于,120?的称为“深冷”。其中深冷又可分为深度制冷、低温制冷与超低温制冷。 0.2 制冷技术在国民经济中的应用 最初制冷主要用于防暑降温和食品的贮藏。但是随着科学技术的发展，制冷技术在各个领域都得到广泛的应用，它直接关系到很多工业部门的生产发展和人民生活水平的提高由于制冷技术和设备的广泛使用，用于各种形式制冷机的能耗与日俱增。一些经济发达国家制冷的电耗量约占电能总消耗量的20,--30,。 1 用于空气调节的冷源 工业生产和生活服务设施中都广泛地应用空气调节。集中供冷。 2 用于食品工业 一些易腐食品(鱼、肉类、蛋、果品、蔬菜等)的加工、贮藏和运输，都需要在低温条件下进行，以保证食品的质量和减少干缩损失。所采用的装置有冷藏库、冷藏车、冷藏船等等。 3 用于石油化学工业 石油化工中许多 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 过程都需要在低温下进行，如盐类的结晶、溶液的分离、石油的脱脂、天然气的液化、石油的裂解等过程。化学工业中的合成橡胶、合成纤维、合成塑料、合成氨的生产都需要制冷。 4 用于产品的性能试验及科学研究 一些工业产品如飞机发动机、航空仪表、无线电和电子产品等，一些武器如坦克、大炮及弹药，都需要在,40,,70?的低温下进行性能试验; 在机械制造业中，对钢材进行―70,―90?的低温处理，可以改变其金相组织，使奥氏体变成马氏体，提高钢制机械零件的硬度及耐磨性。 一些科学研究机构，如材料研究所、物理研究所、化学研究所等都需要人工制冷，以满足科学研究和试验的需要。 5 用于医疗卫生方面 一些医疗手术，如心脏、肿瘤、白内障的切除等，皮肤和眼球的移植手术及低温麻醉等都需要制冷技术;一些药物、疫苗及血液等都需要在低温下进行贮藏。 此外，人工制冷用于农牧业中的种子低温处理;建筑工程及矿井、隧道的施工(流砂，冻土施工法);近代尖端科学技术部门中，如航天技术、卫星通讯、高速电子计算机、红外技术等领域。 0.3 制冷技术的发展简况(略) 0.4本课程的性质 本课程是热能工程学科在学习基础课和专业基础课(传热学、流体力学、工程热力学)的基础上为了拓宽专业知识面而设置的一门课程。本课程的主要任务是使学生掌握蒸气压缩式制冷的基本原理、系统组成和主要设备的性能及选择计算，掌握溴化锂吸收式制冷机的工作原理和设备特点，掌握空调冷源系统设计的基本方法。 4 1 蒸气压缩式制冷的热力学原理 1.0 基本系统及工作原理 液体的气化过程要吸收热量，我们就利用这个原理来达到制冷的目的。一个最简单的固体或液体气化实现制冷的装置如图所示: 这种装置的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 是: (1)不能连续制冷，制冷效应只能维持到氨液全部汽化为止; (2)流体汽化后被排入大气，既浪费了工质，又污染了环境; (3)汽化时的温度不易控制。 如果把上述装置改造成如右图的系统，则可以解决这些问题。这个系统主要由四大部件组成，通过管路把它们连结在一起。系统内充有一种易挥发的工质，称之为制冷剂。如氨(NH)、3二氟一氯甲烷(CHClF)等都可以作为制冷剂。 2 上图为气化制冷的工艺流程。图中虚线以外部分为制冷段，制冷剂从贮液器经膨胀阀，降低了压力和温度。低压低温的制冷剂流入蒸发器，吸收外界的热量而气化，从而使外界的温度降低，以达到制冷的目的。 图中虚线以内的部分为液化段，它的作用是:?一方面使蒸发器内保持一定的低压力;?另一方面使在蒸发器中气化了的制冷剂液化，重新流回贮液器。液化的方法是使来自蒸发器的低压制冷剂增压，提高它的饱和温度，再利用自然界中大量存在的常温空气或水，使之在冷凝器内冷凝液化。由于采用压缩机使气态制冷剂增压，故称为蒸汽压缩式制冷。 其工作原理是使制冷剂在压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等热力设备中进行压缩、放热、节流和吸热四个主要热力过程，以完成制冷循环。但是，制冷剂在制冷系统中经过什么样的热力过程所组成的制冷循环在理论上最为经济,实际应用中制冷循环又应如何组成,以及如何进行制冷循环的热力计算等问题，下面一一叙述。 1.1 理想循环——逆卡诺循环 一、逆卡诺循环 卡诺循环分正卡诺循环和逆卡诺循环，1均是由两个定温 过程和两个绝热过程组成的。它是一个理想循环，其组成的 各热力过程，2与外界既无温差也无摩擦损失。(逆卡诺循环 的条件:1，2) 5 1. 绝热压缩过程(1—2):耗功Wc; 2. 等温压缩过程(2—3):放热q; k 3. 绝热膨胀过程(3—4):作功We; 4. 等温膨胀过程(4—1):制冷q 0 如何衡量其经济性呢, 二、制冷系数 =q+?w 1 kg制冷剂每一循环:制冷量q;消耗净功?w,Wc-We;向高温热源放热:q0k0 效率ε,收获/代价,q/?w。 0 对于逆卡诺循环: q,T’(s-s) 00ab ，?w q,qk0 ?w,q-q k0 ε,q/?w=T’(s-s)/(T’-T’)=T’/(T’-T’) c00abk00k0 讨论: 1(逆卡诺循环的制冷系数仅取决于被冷却物(低温热源)的温度T’和冷却剂(周围介质0 水或空气)的温度T’，而与制冷剂性质无关。 k 2. 为了提高制冷系数ε，在满足需要条件下应使被冷却物质温度T’升高而使冷却剂温度0 Tk’下降; 3. T’变化比T’变化对ε影响更大。P,. 0k 4. 热泵装置 供热系数μ,q/?w,ε，1，所以热泵供热量,消耗的功量，可以综合利用能源。 k 5. 制冷系数实际上不是衡量制冷装置经济性的唯一指标。 从理论上讲，逆卡诺循环为提高制冷装置的经济性指出了方向，但是实现这种循环是在 可逆条件下进行的，即无温差传热又无摩擦损失，这是不可能的，否则热交换器面积无限大，制冷和压缩过程无限缓慢。所以除了提高T’、降低T’外，还要大力研究高效率的热交换设备。 0k 通常用热力完善度η来表征制冷循环的技术经济指标。将工作于相同温度间的实际制冷循环的制冷系数ε与逆卡诺循环的制冷系数εc之比，称为这个制冷机循环的热力完善度，即: η,ε/ε c 热力完善度是用来表示制冷机实际循环接近逆卡诺循环的程度。它的数值越大，就说明循环的不可逆损失越小。在循环中，减少传热温差，减少摩擦，均会减少循环的不可逆程度，并导致热力完善度的提高。所以，热力完善度是制冷循环的一个技术经济指标，但它与制冷系数的意义不同。ε只是从热力学第一定律(能量转换)的数量角度反应循环的经济性，而η是同时考虑了能量转换的数量关系和实际循环中不可逆程度的影响。从数量上看，ε可以小于1，等于1或大于1，而η则始终小于1，因为理想的可逆循环的实际上是不可能达到的。当比较两个制冷装置循环的经济性时，如果两者的工作温度T、T相同，采用ε与采用η进行比较k0 是等价的;如果两者的T、T不同，只有对它们的η加以比较才是有意义的，因为这时只比k0 较ε不能看出哪个制冷装置的经济性更好。 三、蒸汽压缩式制冷的理想循环 实现逆卡诺循环最大的困难是两个等温过程。而只有液体的定压蒸发吸热过程和蒸汽的定压凝结放热过程是定温过程，所以在湿蒸汽区域内进行的制冷循环有可能易于实现逆卡诺循环。 6 四、有温差传热的制冷循环 实际上冷凝器和蒸发器放热和吸热过程都是在有温差的情况下进行的。 逆卡诺循环1`2`3`4`，有温差循环1234，当获得相同冷量时(41ab,4`1`a`b)，压缩功多消耗阴影部分的面积。 有温差传热时的制冷系数:ε’= (p5) c 1.2 蒸汽压缩式制冷的理论循环 一、蒸汽压缩式制冷的理论循环 虽然人们设想利用湿蒸汽来实现逆卡诺循环，但是在实际上，即使在湿蒸汽区，其理想循环也难以实现，困难在于: ?无温差传热过程实际上不能实现;?液体膨胀做功少;?湿压缩危害。 所以，蒸汽压缩制冷机都还是按逆卡诺循环来工作的，通常采用理论循环，它由两个等压过程、一个绝热压缩过程和一个绝热节流过程组成。与理想循环相比，除了两个传热过程为等压过程和有传热温差外，尚有下述两个区别: (1)用节流阀代替膨胀机 原因: ? 进入膨胀机的是液态制冷剂，体积变体很小，膨胀机体积也要很小，难于制造; ? 膨胀机作功能力不足以克服机器本身的摩擦阻力; ? 节流阀便于调节进入蒸发器的制冷剂流量。 循环 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 : 7 ? 用节流阀代替膨胀机，节流为焓不变过程，也是不可逆过程，熵增大，由b`?b，节流过程有摩擦损失和涡流损失，这部分机械损失又转变为热量加热制冷剂，使一部分流体制冷剂变为气体，干度增加，降低了有效制冷能力Δq’(面积44`b`b4) 0 ? 损失了膨胀功w(034`0)，此损失称为节流损失。 e ? 节流损失大小: 随(T-T)的增加而增大;与制冷剂性质有关:饱和液线越平缓(制冷剂比热越大)，制k0 冷剂汽化潜热越小或冷凝压力p越接近临界压力p时，节流损失越大。 kk ? 制冷系数比较 制冷量:采用膨胀机:q’,h1’-h4’，面积4`1`a`b4` 0 采用节流阀:q,h1’-h4，面积41`a`b4 0 -h’，面积44`b`b 减少制冷量:Δq’, q’- q,h00044 冷凝热:q,h’-h k23 循环耗功:采用膨胀机:压缩功w，膨胀功w，循环功:?w=w-w cece 采用节流阀:压缩功w，膨胀功w,0，循环功:?w=w-w,w。 cecec 多耗功w，面积304`。所以: e ε,(q’-q)/w<ε =q’/(w-w) 节膨00c0ce 循环过程制冷量减少的数值等于节流阀代替膨胀机后损耗的功，但节流阀简单，使用方便，实际上采用节流阀。 2)干压缩代替湿压缩 ( 在湿压缩时，压缩机所吸入的是湿蒸汽，压缩后为饱和蒸汽，而干压缩时压缩机吸入的是饱和汽，压缩后为过热蒸汽。实际上均采用干压缩，严禁湿压缩。 原因: ? 湿压缩制冷能力降低:吸入湿蒸汽时，制冷剂与压缩机汽缸壁热交换强烈，因为压缩后温度很高，吸入时流体碰到热的汽缸壁，液珠变为气体，占据了汽缸的有效空间，使压缩机吸入制冷剂的质量减少;同时，汽缸壁受到强烈冷却，压缩时汽缸壁又从压缩蒸汽中吸收热量，这种强烈热交换不可逆程度增加，熵增大，耗功量增大。 ? 避免液击(敲缸)危险:当大量液体制冷剂进入汽缸时，因液体是不可压缩的，所以当压缩机活塞冲到尽头时，汽缸的压力大增，引起液压冲击，使压缩机和电机受到危害。这是不允许的。 如何实现干压缩, 在蒸发器出口上增设一个液体分离器，蒸发器出来的湿蒸汽先进入液体分离器，由于容积扩大流速降低以及流动方向改变，使较重的液滴进行分离，使进入压缩机的制冷剂状态点在饱和蒸汽线上，实现干压缩。压缩机绝热压缩是在过热区进行的，由状态1绝热线与冷凝压力线pk的交点定出状态2，为压缩终了的状态点。所以制冷剂在冷凝器中不是等温凝结过程而是定压过程。 循环分析: 采用节流阀，干压缩时，循环为12341。 单位质量制冷能力增加Δq0，面积a11`a`a; 单位质量耗功量增加Δwc，面积122`1`1 q，,q00制冷系数 ,,w，,wcc 8 与湿式相比，制冷系数分子分母都增加了，ε是增大还是减少呢,对于大多数制冷剂来说ε?，其大小与制冷剂性质有关，制冷系数降低的程度称为过热损失。一般说来，节流损失大的制冷剂，过热损失小，而且pk/pkr越大，过热损失会越大。 综上所述，制冷理论循环与理想循环的3个不同点是: ?用节流阀代替膨胀机;?干压缩代替湿压缩;?吸热及放热过程为定压过程且存在传热温差。 实际循环的制冷系数除与高、低温热源的温度有关外，还与制冷剂的热力性质有关。因此，研究选用适宜的制冷剂，对节约能源有很大意义。 上面提到，实际循环中存在节流损失和过热损失，那么能否减小这些损失呢,采取什么样的方法来实现呢, 二、改善蒸汽压缩制冷循环的措施 减小节流损失有再冷却和回热两个措施;而采用具有中间冷却的多级压缩可以减少过热损失。 (1)节流阀前液态制冷剂过冷 前面提到:制冷剂液体经节流阀膨胀后，使循环的单位质量制冷量减小，制冷系数降低。而且，对于同一种制冷剂，节流损失的大小主要与节流前后制冷剂的温度差有关。温差越小，则节流损失越小。节流前后制冷剂的温差，就是冷凝温度与蒸发温度之差。蒸发温度取决于被冷却物体所要求 的温度，冷凝温度取决于冷却介质的温度，它们都不能随意改变。如果能进一步降低节流前液体制冷剂的温度(过冷)，则可减小节流损失。 制冷剂液体的过冷，通常是采用温度较低的冷却水(如深井水)，通过串接于冷凝器后的过冷器(或称再冷却器)，使制冷剂的温度进一步降低，从而使制冷剂液体过冷。如图所示。这样，冷凝后的液态制冷剂可以在冷凝压力下被再冷至状态点3`。图中3?3`就是高压液态制冷剂在再冷却器中的再冷却过程。再冷却所能达到的温度Trc称为再冷温度，冷凝温度与再冷温度之差Δtrc称为再冷度。 由T-s图上可以明显地看出，由于液态制冷剂的再冷却，节流过程由3?4变为3`?4`，单位质量制冷能力增加Δq0(面积a44`ba)，而压缩机的耗功量并未增加。因此，减少了节流损失，使制冷系数有所提高。 过冷在再冷却器中进行。当冷凝器用空气冷却时，过冷器用水冷却;当冷凝器用水冷却时，再冷却用深井水冷却。当单设过冷器时需增加冷却水或深井水设施、水泵等，还要耗功，使投 9 入增加。所以是否采用过冷循环需经过技术经济比较确定。当采用冷却水与制冷剂逆流时，适当放大冷凝面积也可达到过冷目的。 (2)蒸汽回热循环 在某些实际制冷装置中，为了使节流前制冷剂液体进一步过冷，以便减少节流损失，同时又能保证压缩机吸入具有一定过热度的蒸汽，可以利用一个热交换器，使节流前的制冷剂液体与来自蒸发器的低温蒸汽进行热交换。这样，把由于压缩机吸入过热蒸汽所多消耗的功量，利用节流前制冷剂液体的过冷来弥补。这种热交换器称为回热器，并将这种循环叫做蒸汽回热循环。 回热器一般采用盘管式。在小型制冷机中，往往不装设回热器，而是将蒸发器出口的低温蒸汽管道与节流前的液体管道并列敷设在一起，外面用隔热材料包扎起来，使两管壁接触进行热量交换，从而达到回热的目的。 制冷循环中本来吸入的是饱和蒸汽，经过回热后吸入的是过热蒸汽，这是出于安全，压缩机吸入的必须具有一定过热度的蒸汽。据稳定流动连续性定理，经过回热器，液态制冷剂与气态制冷剂的质量流量相等，在无热损失的情况下，每kg液态制冷剂放出的热量等于每kg气态制冷剂吸收的热量。 几点说明: ? 过冷增加的制冷能力Δq0(面积4`4bb`),过热吸热量Δq(面积11`a`a)，但是压缩机多耗功Δwc(1`2`21); ? ε是否提高取决于制冷剂性质和工作温度上下限。F12、F22，ε?;NH、F11，ε? 3 ? 压缩机吸入制冷剂蒸汽过热度?，排汽温度?，耗功Δwc?，所以过热度是有害的。因此吸气管还要过长并注意保温。 有害过热;通常允许的吸气过热度与制冷工质种类有关:NH3，5,8度;F12，可以取得较大。 对于NH不采用回热循环。因为: 3 NH 绝热指数k=1.3比R12(k=1.14)、R22(k=1.2)大，使得排气温度?。 3 (3)多级压缩 当压缩比pk/p0,8,10时:? 排气温度过高，过热损失大;? 由于压缩机余隙容积的存在，使制冷能力下降，所以采用多级压缩，中间冷却的方法。 优点:排气温度?，压缩机耗功?;缺点:增加了压缩机和中间冷却设备。 综上所述，改善制冷循环的措施: 10 减少节流损失——过冷、回热;减少过热损失——多级压缩，中间冷却。 1.3 蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算 一、lgp-h(压焓)图的应用 1. 组成 在分析蒸汽压缩制冷循环时使用的是温熵图，因为热力过程线下面的面积是该过程吸收或放出的热量，很直观，便于分析比较。 但是，制冷剂在蒸发器和冷凝器的吸热或放热过程都是在定压下进行的，而定压过程热量的变化以及压缩机在绝热压缩过程中所耗的功都可以用焓差来计算，而且制冷剂在节流阀前后的焓值又保持不变，所以实际利用以焓为横坐标、压力为纵坐标的压焓图最为方便。在压—焓图上可以用线段的长短来表示能量的多少。为了提高低压区的精度，所以纵坐标是lgp。 等压线——水平线; 等焓线——垂直线; 等温线——液区几乎是垂直线，两相区与等压线重合为水平线，过热区是向右下方弯曲的倾斜线; 等熵线——向右上方倾斜的实线; 等容线——向右上方倾斜的虚线，但比等熵线平缓。 等干度线——只存在于湿蒸汽区域内，其方向大致与饱和液体线或饱和蒸汽线相近，视干度大小而定。 共六种等值线簇。箭头表示各参数值增加的方向。干度x=1的线是饱和蒸汽线(上界线)，干度x,0的是饱和液线(下界线)，此两条线将整个图分为三个区，饱和蒸汽线以右为过热区，饱和液线以左为液态区，两线之间为湿蒸汽区。在湿蒸汽区等压线与等温线重合。由于实际计算中压力较高区域和湿蒸汽区的中间部分很少利用，可以删去。不同制冷剂的压焓图的形状也有所不同。压焓图是制冷循环分析和计算的重要工具，应很好地了解和掌握。附录有NH、3R22、R12等的压焓图。 2. 蒸汽压缩式制冷循环在lgp-h图上的表示 11 上图为蒸汽压缩式制冷理论循环在lg-p图的表示。 点1:制冷剂蒸汽进入压缩机状态。若已知蒸发温度T0，便可知蒸发压力p0，据等压线p0与x=1的等干度线相交得出点1; 点2:为制冷剂出压缩机的状态，即进入冷凝器状态，过程1-2为绝热压缩，s1=s2，沿点1的等熵线与pk=C的等压线交点即得; 点3`:制冷剂在冷凝器中凝结为饱和液体的状态点，它由pk=C等压线与x=0下界线相交可得; 点3:制冷剂液体过冷状态。液体在过冷中压力不变，低于冷凝温度，将pk=C与trc=C过冷温度相交得点3; 点4:制冷剂出节流阀状态，即进入蒸发器状态，节流前后h不变，而压力降到p0，温度为蒸发温度T0，由点3作h=C等炝线与t0,C等温线相交得点4。 4—1是制冷剂在蒸发器中气化吸热，即制冷过程。 总之: 1)1—2:绝热压缩过程，单位质量制冷剂消耗功wc=h2-h1 kJ/kg; 2)2—3:制冷剂在冷凝器中定压放热过程，其中2—2`放出过热量，2`—3`放出汽化潜热，3`—3再冷却放热。制冷剂放热量:qk=h2-h3 kJ/kg。 3)3—4:节流过程，h不变; 4)4—1:制冷剂在蒸发器在定压吸热(制冷)过程。制冷量:q0=h1-h4 kJ/kg。 二、蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算 计算蒸汽压缩制冷理论循环时，首先需要确定循环的工作参数(即工况，通常为蒸发温度t0、冷凝温度tk、液态制冷剂再冷度和压缩机的吸气温度t1)，根据工况便能在lgp-h图上确定各有关状态点的参数值，进而画出循环过程。蒸发温度和冷凝温度的确定将在第四章中讲述，再冷度一般为3,5?，氨压缩机吸气的过热度一般为5,8?，氟利昂压缩机采用回热时，吸气温度约为15?。制冷循环的热力计算就是根据这些已知条件，求出各状态点的状态参数，然后计算下列数值: 1(单位质量制冷能力:q0=h1-h4 qhh,014q单位容积制冷能力: ,,vvv11 12 3v1——压缩机入口气态制冷剂的比容，m/kg qv——表示吸入1m3制冷剂所产生的冷量 2. 制冷剂质量流量M和体积流量V RR ,,300 kg/s m/s VMvM,,,RRR1qq0v φ0——制冷量，kJ/s或kW 3. 冷凝器的热负荷 φk,MR(h2-h3)] 4. 压缩机理论耗功率Pth Pth=MR(h2-h1) 5. 理论制冷系数εth: εth,q0/wc=Φ0/Pth=(h1-h4)/(h2-h1) 1.4 蒸汽压缩制冷的实际循环 一、实际循环与理论循环的主要差别 前面所述的是蒸汽压缩式制冷的理论循环，但实际循环和理论循环又有不少差别，表现在理论循环忽略了: 1. 在压缩过程中: ?气体内部及气体与气缸壁之间的摩擦;?气体与外部的热交换。 2. 制冷剂进入吸气阀和排出时经排气阀有节流损失; 3. 制冷剂通过管道、冷凝器、蒸发器等设备时，制冷剂与管壁、器壁之间摩擦以及外部热交换。 二、实际循环 图中过程线1-2-3-4-1所组成的循环是蒸发压力为p0，冷凝压力为pk时，蒸汽压缩制冷的理论循环。如果蒸发器入口制冷剂的压力仍为p0，冷凝器出口制冷剂的状态仍为点3，考虑了上述三方面的影响后，采用活塞式压缩机时，蒸汽压缩式制冷的实际循环应为:1`-1``-a-b-c`-c-d-2`-3-4`-1`。 13 (1)过程线1`-1``:低温低压气态制冷剂由蒸发器经管道流至压缩机进气阀过程中，由于沿途摩擦阻力、局部阻力以及吸收外界的热量，所以制冷剂的压力稍有降低，温度有所升高; (2)1``-a:制冷剂蒸汽经进气阀时节流，h不变，压力降至p1; (3)a-b:低温气态制冷剂进入气缸后至被压缩前(即压缩机的吸气过程)，由于气缸壁(包括进气阀)温度较高，制冷剂吸收气缸壁的热量，故温度有所上升，而压力仍为p1; (4)b-c`:制冷剂在压缩机中的实际压缩过程线。开始被压缩时，由于制冷剂内部和制冷剂与气缸壁之间有摩擦，以及制冷剂的温度低于气缸壁的温度，所以，制冷剂处于吸热压缩过程，比熵有所增加。当制冷剂被压缩至高于气缸壁的温度时，制冷剂将向气缸壁散热，变为放热压缩过程，比熵有所减小，直到压力升至p2。对于氨压缩机，由于气缸头部被冷却水冷却，排气过程中高压气体被进一步冷却，制冷剂的比熵会减少得更多一些，如图中c`-c; (5)过程线c-d:制冷剂从压缩机气缸排出时，经过排气阀被节流，其比焓基本不变，但压力有所降低; (6)d-2`:高压气态制冷剂从压缩机气缸排出后，经管道至冷凝器，由于沿程存在摩擦阻力和局部阻力，以及对外散热，制冷剂的压力和温度均有所降低; (7)2`-3:气态制冷剂在冷凝器中被冷凝成液态。由于制冷剂流经冷凝器的途中有摩擦和涡流，所以冷凝过程并不是定压过程，根据冷凝器形式的不同，其压力有不同程度的降低。 (8)3-4`:液态制冷剂通过膨胀阀减压、降温后，经管道进入蒸发器。由于减压后温度大幅度降低，尽管该段管道有保温，制冷剂还会从外部吸收一些热量，所以，制冷剂的比焓稍有增加; (9)4`-1`:制冷剂经过蒸发器吸热变成气态，此时也与冷凝器相似，由于流动途中存在摩擦和涡流，蒸发过程也不是定压过程，随蒸发器形式的不同，压力有不同程度的降低。 综上所述，由于存在摩擦、涡流等阻力，以及与外界有热量交换，蒸汽压缩式制冷的实际循环与理论循环相比，实际能够获得的制冷量稍有减少，实际所消耗的功率有所增加，因此，实际循环的制冷系数将小于理论循环的制冷系数。 由于蒸汽压缩式制冷循环比较复杂，难于细致计算，所以一般均以理论循环作为计算基准。但是在选择压缩机及其配用的电动机，确定制冷剂管道直径，计算蒸发器和冷凝器的传热面积以及进行机房设计时，都应该考虑这些影响因素。至于如何考虑，将在以后介绍。 思考题: 1(什么循环是理想的制冷循环,它具备什么样的条件, 2(逆卡诺循环的制冷系数公式,从公式中说明什么问题, 3(为什么说制冷系数不是衡量制冷装置经济性的唯一指标, 4(怎样实现逆卡诺循环, 5(蒸汽压缩式制冷循环有哪四个主要热力过程,有哪四个必不可少的设备, 6(试比较有温差制冷循环与理想循环的制冷系数。 7(蒸汽压缩式制冷理论循环与理想循环有何不同, 8(蒸汽压缩式制冷理论循环中为什么用节流阀代替膨胀机，对制冷系数有何影响, 9(蒸汽压缩式制冷理论循环中为什么用干压缩代替湿压缩,对制冷系数有何影响, 10(改善蒸汽压缩式制冷循环有哪些措施, 11(节流阀前液体过冷有何意义, 12(多级压缩中间冷却意义, 13(实际压缩与理论压缩的区别, 14 2 制冷剂和载冷剂 制冷剂是在制冷系统中完成制冷循环的工作物质。制冷剂在蒸发器内吸取被冷却物体或空间的热量而蒸发，在冷凝器内将热量传递给周围介质而被冷凝成液体。制冷系统借助于制冷剂的状态的变化，达到制冷的目的。 载冷剂又叫冷媒，是在间接供冷系统中用以传递制冷量的中间介质。载冷剂在蒸发器中被制冷剂冷却后，送到冷却设备中，吸收被冷却物体或空间的热量，再返回蒸发器重新被冷却，如此循环不止，以达到传递制冷量的目的。 本章主要介绍制冷剂必备的特性以及常用制冷剂和载冷剂的主要性质。 2.1 制冷剂 一、制冷剂的种类和编号 目前使用的制冷剂有很多种，归纳起来主要有四类:无机化合物、烃类、卤代烃以及混合溶液。 为了书写方便，我国国家标准GB7778-87规定了各种通用制冷剂的代号，以代替使用其化学名称、分子式或商品名称。标准中规定用字母R和它后面的一级数字或字母作为制冷剂的代号。字母R表示制冷剂(Refrigerant)，后面的数字或字母则根据制冷剂的种类及分子组成，按一定的规则编写。 (一)无机化合物 有NH、CO、HO等。对于这类制冷剂，其代号“R”后的第一位数字为7，7后面的数322 字为该物质分子量的整数部分。如NH的分子量为17，它的代号为R717;CO、HO分别为322R744和R718。 名称 分子量 代号 标准蒸凝固温临界温绝热指数k 发温度 度 度 HO 18 2 NH 17 3 CO 44 2 (二)卤代烃(氟里昂Freon) 氟里昂是饱和碳氢化合物的F、Cl、Br的衍生物的总称。目前用作制冷剂的主要是甲烷和乙烷的衍生物。 饱和碳氢化合物的分子通式为:CH，氟里昂的分子通式为CmHnFxClyBrz，其原子m2m+2 数m、n、x、y、z之间的关系为: 2m+2=n+x+y+z 氟里昂的代号为RabcBd，B代表化合物中的Br原子;a、b、c、d为整数，分别为: a等于碳原子数减1，即a=m-1，当a=0时，编号中省略; b等于氢原子数加1，即b=n+1; c等于氟原子数，即c=x; d等于Br原子数，即d=z，当d=0时，编号中Bd都省略。 Cl原子数在编号中不表示，它可根据上式推算出来。 15 习惯上，R12、R22„„又称为氟里昂12、氟里昂22„„，也有写成F12、F22„„。“氟里昂”是国外一个生产厂商的商业名称(商标)。其他厂商就冠以其他名称，如“阿克敦”(Arcton)、“琴纳特朗”(Genetron)等。 由于乙烷的卤化物有同分异构体，如CHF2CHF2和CH2FCF3都是四氟乙烷，分子量相同，但结构不同，它们的编号根据碳原子团的原子量不对称性进行区分。前者两个碳原子团的原子量对称，则用R134表示;后者不对称较大，则用R134a表示。 化合物名称 分子式 m、n、x、z值 a、b、c、d值 编号 CFCl 1 0 1 0 0 1 1 0 R11 一氟三氯甲烷 3 CFCl R12 二氟二氯甲烷 22 CFCl R115 五氟一氯乙烷 25 R13B1 三氟一溴甲烷 1 4 0 0 0 5 0 0 R50 甲烷 2 6 0 0 1 7 0 0 R170 乙烷 3 8 0 0 2 9 0 0 R290 丙烷 2 4 0 0 1 5 0 0 R1150 乙烯 CH R1270 丙烯 36 (三)多元混合溶液 由两种或两种以上的制冷剂按一定比例相互溶解而成的溶合物，以扩大温度使用范围，改善耗能指标。 分为共沸混合溶液与非共沸混合溶液。 共沸溶液:性质与单质溶液一样，在恒定的压力下蒸发或冷凝时，蒸发温度或冷凝温度保持不变，而且其气相和液相具有相同的组分。共沸溶液制冷剂代号R后的第一个数字为5，后面的数字按使用时间的先后顺序编号。最早的为R500，后面的依次为R501、R502等。 代号 组分 质量成分, 标准t0 R500 R12/R152 73.8/26.2 -33.5 R501 R22/R12 75/25 -41.5 R502 R22/R115 48.8/51.2 -45.4 R503 R23/R13 40.1/59.9 -87.9 R504 R32/R115 48.2/51.8 -57.2 R505 R12/R31 78/22 -32 R506 R31/R114 55.1/44.9 -12.5 非共沸溶液在恒定的压力下蒸发或冷凝时，其蒸发温度或冷凝温度以及气相和液相的组分均不能保持恒定。由于非共沸溶液在组分不同、混合比不同时，会显示出不同的热力学性质，可满足各种制冷要求。与单一制冷剂相比，可使平均传热温差减小，即可使传热过程中因传热温差引起的不可逆损失减小，使制冷系统的性能系数提高。 目前对非共沸溶液仍未给予编号，只是将组成的组分间用“/”隔开表示，如R12/R22，R22/R142b，R22/R13B1等。 (四)烃类 用来作为制冷剂的碳氢化合物有饱和的烷烃类(甲乙丙烷等)和不饱和的链烯烃类(乙烯C2H4、丙烯C3H6)等。 16 对于烷类，表示方法与氟里昂相同。但丁烷例外，写成R600。对于它的同分异构体，在代号后加“a”、“b”、“c”或在个位数上加一个数字以示区别。如异丁烷(CH)CH的代号为33R600a或R601。(国际公认的环保制冷剂) 对于乙烯、丙烯的表示方法，是在R后面先写一个“1”，其余数字按氟里昂的编号规则书写。 烃类制冷剂凝固点低，与水不发生化学反应，对金属不腐蚀，价格便宜，容易获得，从经济的观点看是较出色的制冷剂。但由于该类制冷剂易燃烧和爆炸，而且溶于润滑油中会使油的粘度降低，安全性较差，使其应用受到一定的限制。 由于制冷剂的种类较多、性质各异，因而使用的条件也有所不同。通常可以按照制冷剂在标准大气压下的饱和温度tB和常温下的冷凝压力pk的高低及适用温度范围，将其分为高温(低压)、中温(中压)和低温(高压)三大类: ? 高温(低压)制冷剂——一般tB,0?，pk,0.3MPa。如R11、R21、R113、R114等。这类制冷剂多用于空气调节制冷系统的离心式压缩机中; ?中温(中压)制冷剂——通常tB,0,-60?，pk,0.3,2 MPa，如R12、R22、R717、R142b、丙烯、丙烷等。这类制冷剂适用的温度范围较广，一般的空调制冷系统以及-70?以上的单级和两级压缩式制冷装置均采用这种制冷剂。 ? 低温(高压)制冷剂——tB,-60?，pk,2,4 MPa，如R13、R14、乙烯、乙烷等。它们多用于制取-70?以下的低温。 二、对制冷剂的要求 制冷效率:理论循环制冷系数与两个传热过程具有传热温差的逆卡诺循环制冷系数之比: ,th,，它标志着不同制冷剂节流损失和过热损失的大小。 ,R',c 选用制冷效率较高的制冷剂可以提高制冷循环的经济性，但是，制冷效率并不是选用制冷剂的唯一指标，还应考虑以下几个方面 (一)对热力学性质的要求 (1)制冷效率要高 制冷剂的热力性质对制冷系数的影响很大，可用制冷效率ηR表示。应选用制冷效率较高的制冷剂以提高制冷的经济性。 (2)蒸发压力和冷凝压力适中 制冷剂在蒸发温度下的饱和压力最好接近大气压力，且稍高于大气压力。因为如果蒸发压力低于大气压力，空气就容易从系统的不严密处渗入，在蒸发器、冷凝器内形成空气热阻，影响蒸发器、冷凝器的传热效果，且会使冷凝压力升高，压缩机的耗功量增大。所以为了获得较低的制冷温度，制冷剂的标准蒸发温度应比较低。 此外，制冷剂在常温下的冷凝压力也不应过高。制冷系统中所采用的冷却物质一般为水或空气，冷凝温度处于常温，故希望常温下冷凝压力不要过高，一般不超过1.2,1.5 MPa，这样可以减少制冷设备的承受压力，以及制冷剂向外渗漏的可能性。 (3)单位容积制冷量qv要大 单位容积制冷量qv越大，当制冷量一定时，所需的制冷剂的体积流量越小。这样，可以减小压缩机的尺寸和重量，节省金属用量。这对于大型制冷装置是胡意义的。但对于小型制冷装置，压缩机尺寸较小，意义就不太明显。特别是对于离心式制冷压缩机或小型活塞式压缩机，尺寸过小还会带来制造上的困难。 17 (4)临界温度要高，凝固温度要低 当制冷剂的临界温度高时，采用常温下的冷却水或空气即可使之冷凝，并可使制冷循环的过程线远离临界点，节流损失越小，制冷系数较高;凝固点低时，可获取较低的制冷温度。 (5)绝热指数应低一些 根据绝热过程状态参数之间的关系式: (k-1)/k(k-1)/k T/T,(p/p),即　T,T,(p/p)21212121 可见，当压缩时的初始温度和压缩比不变的情况下，绝热指数k=cp/cv越小，压缩终了的温度越低。这不但有利于提高压缩机的输气系数，而且不会使润滑油碳化，对压缩机润滑也是有利的。如NH3的k=1.31，R12的k=1.14，R22的k=1.16，由于NH的k值比R12或R22高，3 所以采用NH的制冷压缩机的排气温度较高，为了防止润滑油碳化，通常在NH压缩机的气33缸顶部设冷却水套，而R12或R22的压缩机一般不需要。 (6)分子量 对于离心式制冷压缩机希望采用分子量较大的制冷剂，因为分子量越大时，在相同的旋转速度下产生的离心力也越大，使得每一级产生的压缩比较大，当压缩比一定时，所需的级数较少。如NH3的分子量较小(17.03)，所以主要用于活塞式制冷压缩机，而R11的分子量较大(137.39)，主要用于离心式制冷压缩机。 (二)对物理化学性质的要求 1)制冷剂的导热系数、放热系数要高 ( 这样可以提高热交换效率，减少蒸发器、冷凝器等热交换器的传热面积。 (2)密度、粘度要小 这样，制冷剂在管道中的流动阻力就小，可以降低压缩机的耗功率或缩小管径。 3)制冷剂对金属和其他材料(如橡胶告等)应无腐蚀和侵蚀作用。 ( (4)制冷剂在高温下应不分解、不燃烧、不爆炸。 (5)溶水性和溶油性 ?溶水性 氟里昂和烃类制冷剂难溶于水，氨易溶于水。经实验得知:水在R11中的溶解度，0?时为0.0026,(质量百分比)，30?为0.012,;而水在R22中的溶解度，0?时为0.06,，30?时为0.15,。在温度为15?时，一个单位容积的水能溶解700个单位容积的氨。难溶水的制冷剂，当含水量超过溶解度时，游离状态的水在低温条件下结冰，会堵塞膨胀阀或其它狭窄通道。“冰塞”会影响制冷机工作。由于氟里昂的吸水性较差，因此，氟里昂系统容易发生“冰塞”现象。为了避免，氟里昂系统中应装干燥剂。此外，氟里昂中含有水，还会发生水解作用，生成酸，这种酸与油起反应使油质劣化，生成沉淀物;同时发生对金属材料的腐蚀现象和“镀铜”现象。(所谓“镀铜”现象，是指在氟里昂制冷系统中，制冷剂水解产生的酸，腐蚀铜和铜合金，而后生成物再与高温的气缸内表面、阀门、活塞、活塞销、曲轴、轴承等部位接触，铜被铁所转换，在这些表面上产生一层铜膜的现象。) 氨吸水性强，一般来说，它能以任意比例与水互相溶解组成氨水溶液，即使在低温下，水也不会从氨中析出而冻结。因此，在氨系统中不会出现冰塞现象。但是，氨液中有水分后，使蒸发温度升高，系统制冷能力下降;同时对金属有腐蚀作用，氨溶于水时还要放出大量溶解热，一般要求液氨中含水量不得超过0.12,。 ?溶油性 一般情况下，制冷剂与润滑油是接触的，所以必须考查制冷剂的溶油性。 18 根据制冷剂与润滑油的可溶性程度，可以把制冷剂分为三类: ? 难溶解或微溶解润滑油。这类制冷剂几乎是不溶解于润滑油，它们与润滑油混合时，有明显的分层现象，油比较容易从制冷剂中分离出来。属于这类制冷剂的有:R717、R744(CO)、2R13、R14、R115等。 ? 无限溶解润滑油。这类制冷剂与油形成均匀的溶液，无分层现象。油较难分离。属于这类制冷剂的有R11、R12、R21、R113。 有限溶解。这类制冷剂在高温时与油无限溶解，而在低温时，制冷剂与油的溶解分成? 两层——贫油层和富油层。属于这类制冷剂的有:R22、R114、R502。 有限溶解与无限溶解是可以互相转化的。这与溶液的温度、制冷剂种类、润滑油的种类有关。P18。 制冷剂对油的溶解有利有弊: 好处:a. 换热器表面不形成油膜，对传热有利; b. 与制冷剂一起渗透到压缩机的各个部件，形成良好的润滑条件; c. 使油的凝固点?，对低温装置有利。 坏处:a. 在压力不变的情况下，蒸发温度t0?，制冷量?; b. 蒸发器内制冷剂沸腾泡沫多，蒸发液面不稳定。 (三)其他方面的要求 (1) 对人的生命健康应无危害，不具有毒性、窒息性和刺激性;毒性分六级:P19。 2) 制冷剂应易于购买，且价廉。在大中型系统中，制冷剂的初次充注量和每年补充量( 均很大，因此宜选用价廉易得的制冷剂。目前氟里昂的价格贵，而氨价格较便宜。 三、常用制冷剂及其性质 目前在蒸汽压缩式制冷装置中采用较为广泛的制冷剂有氨、氟里昂及混合工质。 (一)氨(NH，R717)(1874年问世) 3 ? 良好的热力学性质和热物理性质 ? 单位容积制冷能力qv大; ? 压力适中:在大气压力下沸点-33.4?，凝固点-77.7?;当制冷温度为5,,30?时，蒸发压力p0,大气压力，防止蒸发器出现真空;采用水作为冷却介质时，冷凝压力不超过1.5 Mpa，如当冷却水为30?时，pk,12,13bar。 ? 粘性小，流阻小，传热好; ? 对大气臭氧层无任何破坏作用、对全球温室效应无任何作用。 ? 对人体有较大毒性:具有强烈的刺激性臭味，刺激人的眼睛及呼吸器官，接触皮肤会引起冻伤。浓度0.5,0.6,时，人停留半小时即可中毒。可污染空气和食品。 ? 可引起燃烧及爆炸 空气含氨量11,14,，即可点燃(黄色火焰);16,25,时可引起爆炸。 ? 易溶于水(任意比例)，所以系统不会出现冰塞，但单位制冷量?并腐蚀金属(铜及其合金，除磷青铜外)。所以要求含水量,0.12,。 ? 不溶于油，所以在换热器上有油膜存在，影响传热。氨油是分层的，要定期排油。 ? 价廉易得，广泛采用，主要用于大型冷库。用于t0,-65?以上制冷系统。 (二)氟里昂 氟里昂中，H、F、Cl原子数对其性质影响很大。H原子越多，可燃性、爆炸性越强;F原子数越多，毒性越小，对人体越无害，对金属腐蚀性越小，化学稳定性超高;Cl原子数越多，蒸发温度越高。 19 氟里昂的共性: ? 元毒无味; ? 不易燃烧，与空气混合遇火也不爆炸，适用于房屋空调;但含氯原子的氟里昂与明火接触能分解出剧毒的光气(COCl); 2 ? 对金属无腐蚀作用，但对橡胶、塑料等有腐蚀作用; ? 渗透力强，易泄漏，泄漏也不易发现;检漏可用肥皂水、卤素灯和卤素检漏仪。 传热性能差(放热系数低); ? ? 分子量大，比重大，流动性差，所以阻力损失大; ? 绝热指数k小，压缩终温低; ? 单位容积制冷能力qv差，制冷剂循环量大; 吸水性差，易产生冰塞，所以要设置干燥器;若有水存在，能分解出HCl、HF，会腐? 蚀金属，产生镀铜现象。 ? 价格高，所以通常主要用于有严格的卫生、安全要求的场合。 下面分别介绍几种氟里昂的主要特性: ? R12 (CFCl): 22 ? 沸点-29.8?，凝固点-155?，最早出现并广泛使用达50余年。 ? 冷凝压力低，天然水冷却时，压力不超过10bar;空气冷却时，,12bar，特别适用于小型空冷制冷机组。冰箱就用它。 最大缺点:qv小，因此在相同制冷量Φ下，压缩机气缸尺寸大，管径大; ?0 ? 高低温时都易溶于润滑油，为保证压缩机润滑，应使用粘度较高的润滑油。 ? 溶水性较差，为避免冰塞，含水量,0.0025,。 ? 对大气臭氧层破坏严重，是最早提出禁用的制冷剂之一。 ? R22 (CHFCl): 2 ? 蒸发温度-40.8?，凝固温度-160?。 ? 热力学性质与氨差不多，qv接近氨，比R12大得多，且安全可靠。广泛应用于柜式空调机组和窗式空调器。 ? 高温时能与润滑油相互溶解，温度低时部分溶解，制冷剂与润滑油出现分层，上层为油。所以在制冷系统的低压部分设置油分离装置。 ? 价格贵。 ? 对大气臭氧层的破坏比R12小得多，可作为某些禁用制冷剂的过渡性替代物使用。 ? R13 (CFCl): 3 ? 沸点-81.5?，凝固温度-181?。 ? 含氟多，所以性质稳定，无毒; ? qv大。 ? 临界温度低(28.8?)，采用一般冷却水很难使之冷凝，所以在常温下压力高，适用于,80,,120?制冷，通常用于制取,70,,110?的低温复叠式制冷机中的低温部分的工质。 ? R11 (CFCl): 3 ? t0,23.7?，凝固温度-111?。 ? 作为制冷剂时，蒸发压力小于大气压力。为避免在蒸发器等设备中形成过大的真空度，R11多用于制冷温度较高的制冷装置或热泵装置中。 20 ? 分子量大，qv小，用于离心式制冷。 ? 毒性比R12大，溶油性与溶水性与R12接近。 ? 对大气臭氧层的破坏与R12相同，属于禁用的制冷剂之一。 ? R114 (CFCl): 242 ? 沸点为3.5?，冷凝压力比较低。当冷凝温度高达60?时，冷凝压力仅有5.96 bar，即冷凝温度很高，但压力不高，适用于热泵装置和高温环境下空调，如高温环境(钢厂)吊车、驾驶室等。 ? 对大气臭氧层破坏严重。 ? R142 (CHFCl): 232 ? 沸点为,9.25?，当冷凝温度高达80?时，其冷凝压力仅为1.4 Mpa，因此与R114一样，也适用于在环境温度较高的场所工作的空调或热泵装置。 ? 毒性与R12相近，具有可燃性，与空气混合容积浓度达10.6,,15.1,时会发生爆炸。 ? 是低公害物质，对臭氧层的破坏比R22还小。 ? R134a (CHF): 224 ? 是一种新型制冷剂，标准蒸发温度为,26.5?，凝固温度为,101.0?。 ? 主要热力性质与R12非常接近，毒性也与R12相同。 ? 化学稳定性好，对金属的腐蚀程度比R12小。 ? 对大气臭氧层没有破坏作用，安全无害。 以R12为制冷剂的制冷机改用R134a后，基本上不需要更换什么部件，制冷量和能效比都不会降低因此它一开始就被作为R12的重要替代物进行研究。但R12制冷机改用R134a后，原来的烷烃类润滑油已不适用，实验证明酯类润滑油比较适用于R134a。 (三)共沸溶液(混合工质) 共沸溶液是制冷剂的发展方向，对它的应用也将促进制冷技术的发展。 ? R500 ? 由质量百分比为73.8,的R12和26.2,的R152组成的共沸溶液，可以替代R12用于活塞式制冷压缩机中。当压缩机结构尺寸不变时，制冷量比R12的约大18,。 ? R502 ? 由质量百分比为48.8,的R22和51.2,的R115组成的共沸溶液。沸点为,45.6?，可替代R22用于获得较低的温度。与R22相比，在较低的温度下，制冷量增加约13,，当冷凝温度及蒸发温度相同时，压缩比小，压缩后的撩拨温度较低。在单级蒸汽压缩制冷系统中，R502的蒸发温度可低达,55?左右。 四、关于CFCS的替代 1. CFC的限制和禁止使用 S 氟里昂制冷剂的使用推动了制冷技术的迅速发展。氟里昂具有许多优点，所以它发展很快。 氟里昂是F、Cl、Br等部分或全部取代饱和碳氢化合物中的氢而生成新化合物的总称。其中不含氢的氟里昂称作氯氟化碳，写成CFC，是公害物质，属于限制和禁止使用的;含氢的氟里昂称作氢氯氟化碳，写成HCFC，是低公害物质，属于过渡性物质;而不含氯的氟里昂称作氢氟化碳，写成HFC，是无公害物质，正是人们要研究和开发的替代物。 CFC类物质(称为CFCs)对大气中的臭氧以及地球高空的臭氧层有严重的破坏作用。现以CFC12(R12)为例说明当CFCs受强烈紫外线照射后破坏臭氧层的反应过程: 21 CFCl—?CFCl+Cl 222 Cl+O—?ClO+O 32 ClO+O—?Cl+O 2 循环反应生成的氯原子不断地与臭氧分子作用，使一个氯原子可以破坏成千上万个臭氧分子。而CFCs在大气中具有几十年至上百年的生存寿命，因此它对大气臭氧层的破坏作用就更具有累积性和持续性。 臭氧层的破坏，增加了太阳对地球表面的紫外线辐射的强度。弥散在大气中的CFCs不仅破坏臭氧层，而且它能稳定地吸收太阳热，导致大气温度上升，加剧温室效应。根据测算，臭氧减少1,，紫外线辐射量将增加2,。紫外线辐射量的增加，将使人的免疫系统受到破坏，人体的抵抗力大为降低，皮肤癌等病患增多;加剧温室效应，使地球平均大气温度上升，海平面增高，沙漠化加速;危害地球上的许多生物，破坏生态平衡。有人提出，臭氧层减少到原来的1/5，将是地球存亡的临界点。因此减少和禁止CFCs的使用和生产，已成为当今国际社会共同保护人类生态环境所面临的紧迫任务，研究CFCs的替代物，也成为急需解决的问题。 一般用ODP(Ozone Depression Potential)和GWP(Greenhouse Warming Potential)分别表示消耗臭氧潜能值及温室效应潜能值。下表列出了几种制冷剂的ODP和GWP值: ODP GWP ODP GWP 制冷剂 制冷剂 R11 1.0 1.0 R124 0.016~0.024 0.092~0.10 R12 0.9~1.0 2.8~3.4 R125 0 0.52~0.65 R13 1.0 R134a 0 0.24~0.29 — R113 0.8~0.9 1.3~1.4 R141b 0.071~0.11 0.084~0.097 R114 0.6~0.8 3.7~4.1 R142b 0.05~0.06 0.34~0.39 R115 0.3~0.5 7.4~7.6 R143a 0 0.72~0.76 R22 0.04~0.06 0.32~0.37 R152a 0 0.026~0.033 R123 0.013~0.022 0.017~0.020 ODP和GWP值越小，则制冷剂的环境特性越好。根据目前的技术水平，认为ODP值小于或等于0.05和GWP值小于或等于0.5的制冷剂是可以接受的。应该指出，目前所广泛使用的一些制冷剂的ODP与GWP值大大超过认为可以接受的值。 2. CFCs替代物研究 为了保护生态环境，世界各国达成的共识是:限制并进而禁止使用CFCs和HCFC类物质。80年代以来世界各国，特别是美国、日本和西欧各国都投入了大量的人力和财力，对CFCs的替代物进行开发和研究。关于CFCs的替代和减少CFCs对大气臭氧层破坏的问题，目前主要有短期的、中期的和长期的三种解决办法。 短期的解决办法是采取措施，减少CFCs向大气中的排放量。比如尽量减少制冷系统CFCs的充灌量，强化密封措施，研制CFCs的回收装置，逐年减少CFCs的生产和使用。 中期的解决办法是采用对大气臭氧层破坏能力小(低公害)的HCFC纯制冷剂或者由其组成的非共沸混合制冷剂，替代破坏能力大的CFCs制冷剂。 长期的解决办法是采用HFC(氢氟化碳)类物质作为制冷剂。HFC类物质不包含氯元素，所以对大气臭氧层无破坏作用，温室效应也较小。在这方面研究较多的替代物是HFC134a(R134a) 和HFC152a(R152a)。在国外已经有以HFC134a为制冷剂的制冷机投入市场。此外，许多国家也在进行HFC混合制冷剂的研究，以寻求比较理想的和可以长久使用的制冷剂。 22 1989年，蒙特利尔协定书将氟里昂的使用限约在1996.1.1. 发展中国家可推迟到2010年。中国700多万台，每年消耗氟里昂9719 t。 华意(江西)从美引进无氟制冷技术(杜邦公司)92年建成; 万宝集团、海尔集团采用碳氢化合物无氟冰箱; 科龙公司(容声)采用天然碳氢化合物。 1997年，联合国绿色和平组织为表彰科龙集团对促进环保方面的贡献，将科龙公司的R600a环保冰箱永久陈列联合国。 面临的困难:从80年代花了数十亿美元引进的冰箱生产线全为有氟。改造需2.6亿美元(联合国提供1310万美元过渡基金) 制冷剂的存储:一般装在专用的钢瓶中，钢瓶要定期进行耐压试验。装存不同制冷剂的钢瓶不能互相调换使用，也切勿将存有制冷剂的钢瓶置于阳光下曝晒和靠近高温处，以免引起爆炸。一般氨瓶漆成黄色，氟里昂瓶漆成银灰色，并在瓶表面标有装存制冷剂的名称。R11和R113不用瓶装，而用铁桶贮存。 1.2 载冷剂 前面说过，蒸发器一般置于被冷却房间，通过制冷剂蒸发直接制冷。 当在下述情况下: ? 制冷机房与被冷却地点较远，制冷剂远距离输送会增加制冷剂漏损的可能性; ? 工作需要制冷剂不能进入被冷却房间。 此时要进行间接制冷，就需要一种中间物质，在蒸发器内被冷却降温，再用它冷却被冷却物，此中间物质称载冷剂。载冷剂是将制冷装置的制冷量传递给被冷却介质的媒介物质，所以也称冷媒。大容量集中制冷的制冷装置都采用载冷剂。 一、对载冷剂要求 (一)在使用温度范围内不凝固，呈液态，不汽化; (二)无毒，化学稳定性好，在大气条件下不分解、氧化，不改变物理性质，不腐蚀金属; (三)比热大，当Φ一定时所需流量小; 0 (四)密度小、粘度小，以减小流动阻力; (五)导热系数λ大，以减小传热面积; (六)来源广泛，价格低廉。 二、常用载冷剂的性质 常用的有:水、盐水溶液(NaCl、CaCl)和有机化合物的水溶液(乙、丙二醇)。 2 1. 水 水是空调系统常用的载冷剂，制冷装置将水冷却到一定温度后，被送入空调器中，与通过空调器的空气进行热、湿交换，将空气冷却到一定的温、湿度要求后送入房间。由于水的冰点为0?，若要求载冷剂的温度低于0?时，则应采用其它冰点较低的载冷剂，如盐水溶液等。 2. 盐水溶液 常用的盐水溶液有NaCl、CaCl、MgCl与水组成的溶液。盐水溶液可获得的最低载冷温22 度与盐水溶液的浓度有关。 23 上图分别示出NaCl和CaCl盐水溶液的浓度与凝固温度的关系。图中的曲线为不同盐水2 溶液的凝固温度线。该曲线的转折点称为冰盐合晶点。 从图中可以看出，在冰盐合晶点的左侧，随盐溶液浓度的增加，凝固温度降低;在合晶点的右侧，情况正好相反。盐水溶液的凝固温度线将图分为四个区域:曲线的上部为溶液区，当盐水溶液的浓度与温度都处于该区时，溶液中既无盐析出也无冰析出;曲线的左半区域(虚线以上)为冰—盐水溶液区，即当盐水溶液的浓度低于合晶点的浓度，而温度低于该浓度下的凝固温度而高于合晶温度时，有冰析出，故合晶点左侧的曲线也称为析冰线;曲线的右半区域(虚线以上)为盐—盐水溶液区，当盐水溶液的浓度与温度都处于这个区域时，有盐析出，故右侧曲线也称为析盐线;合晶点以下的区域(虚线以下)为固态区。合晶点所对应的浓度或凝固温度分别称为合晶浓度或合晶温度。 NaCl盐水溶液的合晶浓度为23.1,，合晶温度为-21.2?。CaCl盐水溶液的合晶浓度为2 29.9,，合晶温度为-55?。 为防止盐水溶液有盐或冰析出，在要求的盐水温度(盐水的工作温度)下，其浓度的选取应使盐水处于溶液区，并考虑到盐水溶液的浓度越大时密度越大，流动阻力也增加，而且浓度?，比热?，输送相同的制冷量时所需的盐水溶液的流量要增加。所以，在满足盐水溶液不冻结的情况下，浓度尽量取小。 通常盐水溶液浓度所对应的凝固温度，比制冷剂的蒸发温度低5?(6,8)左右，且浓度不能大于合晶浓度。 合晶点作用:不同盐水溶液的合晶温度，给出了该溶液可获得的最低载冷温度。NaCl合晶温度为-21.2?，因而只有当制冷剂的蒸发温度高于-16?时，才能用它作为载冷剂。 当制冷系统运行时，盐水溶液会不断吸收空气中的水分而浓度降低，凝固温度升高。为防止盐水溶液冻结，应定期向盐水溶液中加盐，以保持要求的浓度。 盐水溶液对金属有强烈的腐蚀作用。含氧量越大，对金属腐蚀性越强。因此应采取必要的防腐蚀措施。?采取闭式系统;?加缓蚀剂，如NaOH和重铬酸钠(NaCrO)。P24 227 3. 有机化合物 由于盐水溶液对金属有强烈的腐蚀作用，或者在某些情况下NaCl或CaCl2盐水溶液均不能满足工艺上低温的要求时，可以用有机化合物或其水溶液作为载冷剂。 例如丙三醇是极其稳定的化合物，其水溶液无腐蚀性、无毒，可以与食品直接接触，是一种良好的载冷剂;乙二醇水溶液的特性与丙三醇相似，虽略有毒性，但无危害。它的粘度和价 24 格都低于丙三醇。 此外，有机化合物二氯甲烷(CHCl，R30)、三氯乙烯(CHCl，R120)、一氟三氯甲烷2223 (CClF，R11)等，都可以作为载冷剂。这些有机化合物的凝固温度比较低，适用于低温制3 冷装置中。对于沸点比较低的有机化合物，应用于封闭式载冷剂循环系统。三氯乙烯的沸点较高(86.7?)，它可以用于敞开式的载冷剂循环系统。 下表列出几种常用载冷剂的热物理性质，供选用载冷剂时参考。 使用密度 粘度 浓度ξ 比热容cp 热导率λ 凝固点tf ,33温度 载冷剂名称 ρ×10 μ×10(,) (?) [kJ/(kg?K)] [W/(m?K)] 3(?) (kg/m) (pa?s) 12 1.111 3.465 0.528 2.5 CaCl水溶液 ,7.2 2 0 15 0.979 4.1868 0.494 6.9 甲醇水溶液 ,10.5 25 1.030 3.834 0.511 3.8 乙二醇水溶液 ,10.6 20 1.188 3.041 0.501 4.9 CaCl水溶液 ,15.0 2 22 0.970 4.066 0.461 7.7 ,10 甲醇水溶液 ,17.8 35 1.063 3.561 0.4726 7.3 乙二醇水溶液 ,17.8 25 1.253 2.818 0.4755 10.6 CaCl水溶液 ,29.4 2 30 0.949 3.813 0.3878 ,20 甲醇水溶液 , ,23 45 1.080 3.312 0.441 21 乙二醇水溶液 ,26.6 30 1.312 2.641 0.441 27.2 CaCl水溶液 ,50 2 40 0.963 3.5 0.326 12.2 甲醇水溶液 ,42 55 1.097 2.975 0.3725 90.0 乙二醇水溶液 ,41.6 ,35 100 1.423 1.146 0.2038 0.8 三氯甲烷 ,96.7 100 1.549 0.9976 0.1503 1.13 三氯乙烯 ,88 100 1.608 0.817 0.1316 0.88 一氟三氯甲烷 ,111 100 1.450 1.146 0.1898 1.04 三氯甲烷 ,96.7 100 1.578 0.7282 0.1712 1.9 ,50 三氯乙烯 ,88 100 1.641 0.8125 0.1364 1.25 一氟三氯甲烷 ,111 100 1.478 1.146 0.2213 1.37 三氯甲烷 ,96.7 100 1.590 0.4567 0.1957 3.4 ,70 三氯乙烯 ,88 100 1.660 0.834 0.1503 2.15 一氟三氯甲烷 ,111 思考题: 1. 选择制冷剂时就考虑哪些因素, 2. 为什么制冷剂的临界温度要高，凝固温度要低, 3. 制冷剂的绝热指数高低对制冷装置及其运行有什么影响, 4. R12、R22和R717的性质有哪些主要不同点,使用时应分别注意哪些事项, 5. 制冷剂能否溶于润滑油的性质有什么优缺点, 6. 制冷剂的含水量应低于某一数值，如果过高，会对制冷系统及其运行产生什么影响, 7. 用水、盐水及有机化合物作为载冷剂时，各有什么主要优缺点, 8. 什么叫盐水溶液的合晶点,用盐水作载冷剂时，盐水的工作温度、制冷剂的蒸发温度 和盐水的凝固温度三者之间的关系如何, 25 3 制冷压缩机 制冷压缩机是制冷机(制冷装置)中最主要的设备，通常称为制冷机中的主机，其他的称作辅机。压缩机的作用是: ?从蒸发器中吸出蒸汽，以保证蒸发器内一定的蒸发压力; ?提高蒸汽压力，以创造在较高温度下冷凝的条件; ?输送制冷剂，使其完成制冷循环。 压缩机的种类很多，可分为两大类:容积型与速度型。容积型压缩机是靠工作腔容积改变实现吸气、压缩、排气的过程。往复式(活塞式)和回转式压缩机属于此类。前者应用得最广。速度型压缩机是靠高速旋转的工作叶轮对蒸汽做功，使压力升高，并完成输送蒸汽的任务。离心式和轴流式属于此类。目前常用的是前者。 3.1 往复式压缩机的种类及型式 一、分类 往复式压缩机又称活塞式压缩机，种类和型式较多，而且有多种不同的分类方法。常见的有下列几种: 1. 按制冷量的大小分 按照我国国标GB10871-89、Gb10874-89规定，配用电动机功率?0.37 kW、气缸直径,70mm的为小型;气缸直径为70,170 mm的为中型。国产多缸新系列产品均属于中小型压缩机，大型的多为非系列产品。例如8AS25型制冷压缩机，其气缸直径为250 mm，当蒸发温度为-15?、冷凝温度为30?时，制冷量约为1160 kW。 2. 按压缩机的级数分类 可分为单级和多级(一般为两级)压缩。单级压缩即制冷剂蒸汽由蒸发压力到冷凝压力只经过一次压缩，因此适用于进、排气压力比不太大的场合;两级的需经过两次压缩来完成。一般两级制冷压缩可由两台压缩机来实现，也可由一台来写成。后者称为单机双级制冷压缩机。 3. 按电动机与压缩机的组合型式分类 可分为开启式与封闭式两种。其中封闭式又可分为半封闭式和全封闭式两种型式。 开启式曲轴的输入端伸出机体，压缩机和电动机分为两体，之间用联轴器或传动带相连接传动。这需要在曲轴伸出端设置轴封，以防止制冷剂的泄漏和外界空气的渗入。多应用于制冷量较大的场合。NH3、制冷量圈套的氟里昂压缩机多为开启式。 半封闭式的机体和电动机外壳联成一体，构成一密闭的机身，但为检修活塞和气阀方便起见，把气缸盖制成可以拆卸的。这种型式不需要轴封装置，所以封闭性好。 全封闭式的同上，但壳体的接缝在出厂时训焊牢，平时不能拆卸。这样减轻了压缩机的重量，而且不需要轴封装置。但由于不易拆卸，修理不便，因此对机器零部件的加工和装配质量要求较高。 全封闭式的由于电动机在气态制冷剂中运行，所以要求电动机的绕组必须采用耐制冷剂侵蚀的漆包线制成。此外，不宜采用有爆炸危险的制冷剂，所以，均为氟里昂。 4. 按气缸的布置型式分类 对开启式与封闭式可分为卧式、立式和角度式三种类型。 卧式的气缸轴线呈水平，这种型式在大型制冷机中较为多见，在全封闭式的也有采用的。其制冷量大，转数低(n=200,300 r/min)，材料消耗大，占地面积大; 立式的气缸轴线垂直布置，考虑到压缩机结构的紧凑性、运转平稳性及振动的大小，以双缸直立式为常见型式。n<750 r/min 26 角度式的气缸轴线呈一定的夹角布置，有V型、W型和S型(扇形)等之分。V型有2缸和4缸;W型有3缸和6缸;S型可以有4缸和8缸。角度式布置能够使压缩机结构紧凑，体积和占地面积小、转数高、噪音和振动小、运转平稳等，因此为现代中小型高速多缸压缩机所广泛采用。 全封闭的汽缸水平布置，有1、2、3、4缸;汽缸的布置有单列式(1缸)、并列式(B)(2缸)、V式(2缸)，Y式(3缸)和X式(4缸) 5. 按蒸汽在气缸内的流动情况分类 可分为顺流式和逆流式。 1)顺流式 工作原理:机体由曲轴箱、气缸体和气缸盖三部分组成。曲轴箱内装有曲轴，通过连杆机构带动活塞在气缸内进行往复运动。活塞为一空心的圆柱体，它的内腔与进气管相通，进气阀设置在活塞顶部。活塞向下移动时，低压气体从活塞顶部自下而上进入气缸;活塞向上运动时，缸内气体被压缩，并从上部排出气缸。可以看出，气缸内气体是由下向上顺着一个方向流动，故称为顺流式。 优点:制冷剂蒸汽在气缸中的温度、比容变化小。 缺点:活塞上有阀门，使得重量?，长度?，使转数?，在相同的制冷量下重量体积都增加不少，故目前在空调制冷装置中不再使用。 2)逆流式 工作原理:进、排气阀都设置在气缸的顶部。活塞下移，制冷剂蒸汽从顶部的一侧或四周进入气缸;活塞上移，压缩蒸汽从气缸顶部排出。制冷剂吸入和排出的路线相反，所以称为逆流式。 优点:活塞尺寸小、重量轻，转数高，一般为1000-1500，也有高达3500的。 目前，我国中小型活塞式制冷压缩机的系列产品为高速多缸逆流式压缩机。据气缸直径有5个系列，直径分别为:50、70、100、125、170mm，再配有不同缸数，共组成22种规格，以满足对不同制冷量的要求。 二、 我国活塞式制冷压缩机的型式及基本参数 我国对全封闭、中小型开启式和半封闭式的系列及基本参数都有具体的规定。 1)全封闭式 我国国标对于以R12、R22、R502为工质的全封闭的型式规定如下表: 2 3 4 气缸数 Y 布置型式 V或B X或V 全封闭活塞制冷压缩机的型式表示方法为: ? ? ? ? ?——全封闭压缩机基本代号:Q; ?——配用功率:用数字表示，单位为kW，取二位有效数字; ?——使用温度:低温用D表示，高温不表示; ?——电源相数:三相用S表示，单相不表示。 如Q5.5S表示配用功率为5.5kW、高温用、电源为三相的全封闭„„。 2)小型活塞式单级制冷压缩机 按照国标GB10871-89规定，小型的有开启式和半封闭式两种结构型式。其中开启式的基本参数规定:气缸直径为60mm，转速范围为600,1500;半封闭式的基本参数为:气缸直径为30、40、50、60mm，转速为1440。结构型式如下表: 27 2 3 4 气缸数 V 布置型式 Z(直立式) Z、W 型号表示方法: 数字 数字 字母 数字 ?——气缸数目;?——气缸直径(cm);?——制冷剂种类:F代表氟里昂; ?——活塞行程(mm) 如:25F44表示2缸、气缸直径50mm、以氟里昂为制冷剂、活塞行程44mm的小型活塞 式单级制冷压缩机。 压缩机组型号表示法: 字母 数字、字母等 – 数字 字母 ?——压缩机类别:半封闭式用B表示，开启式不表示;?——压缩机型号; ?——配用电动机功率(kW);?——使用温度范围:G、Z、D。 如:B25F44-3.7G表示2缸、气缸直径50mm、以氟里昂为制冷剂、活塞行程44mm、配 用电动机功率为3.7kW的高温用半封闭式压缩机组。 3)中型活塞式单级制冷压缩机 国标GB10874-89中规定的基本参数:(注意分长短程) 结构型式: 型号表示法: 数字 数字 字母 字母 数字 ?——气缸数目;?——气缸直径(cm);?——制冷剂种类:F氟里昂，A 代表氨。 ?——行程:长行程用C表示，短行程不表示;?——冷凝压力:G表示高，低无。 如812.5ACG表示8缸、气缸扇形布置、缸径125mm、以氨为制冷剂、行程为110mm的 高冷凝压力的中型活塞式单级制冷压缩机。 制冷压缩机组的型号表示方法: 字母 数字、字母等 – 数字 字母 ?——压缩机类别:半封闭式用B表示，开启式不表示;?——压缩机型号(半封闭式 的制冷剂不表示);?——配用电动机功率(kW);?——使用温度范围:G、Z、D。 如:B47-13Z表示4缸、S或V型排列、缸径为70mm、行程55mm(短行程)、配用电动 机功率13kW、中温用低冷凝压力的半封闭式氟里昂制冷压缩机组。 目前国内许多厂家仍然沿用制冷压缩机老的型号表示方法，即: 数字 字母 字母 数字 字母 半封闭式B，全Q，开启式不表示 28 此外，一些制造商也对本厂生产的老产品自行规定了表示型号，这里不做介绍。 3.2 活塞式制冷压缩机的总体及主要零部件结构 29 下面以8AS12.5型制冷压缩机为例介绍。这是一种典型的开启式中型制冷压缩机，可以根据负荷大小进行能量调节。这种压缩机属于12.5系列产品，共有8个气缸，分4列排成扇形，气缸直径为125mm，活塞行程为100mm，转速为960r/min，为R12、R22和R717三工质通用。 该压缩机结构复杂，组合件较多，可概括为以下几部分:机体、气缸套及吸排气阀组合件、活塞及曲轴连杆机构、能量调节装置、轴封和润滑系统等六部分。 一、机体 机体是活塞式制冷压缩机最大的部件。机体内有上下两个隔板，气缸套嵌在隔板之间，这样，机体内部被分为三个空间:下部为曲轴箱;中部为吸气腔，与吸气管相通;上部则与气缸盖共同构成排气腔，与排气管相通。在吸气腔的最低部位钻有回油孔，也是均压孔，使吸气腔与曲轴箱相通，这样，不仅与吸气一起返回的润滑油可通过此孔流回曲轴箱，而且还可以使曲轴箱内的压力不致因活塞的往复运动而产生波动。 气缸体下部的曲轴箱是固定压缩机各机件的机座，它起着机架的作用。曲轴箱是一个密闭的箱体，两端设有两个轴承，用以支撑曲轴;下部留有一定的容积，用于贮存润滑油。箱中还装有冷却润滑油的冷却水管和油过滤网。箱的两侧设有侧盖，便于装卸和修理内部的机件。在侧盖上装有能指示油面的玻璃。 机体的几何形状比较复杂，加工面较多，而且还要承受较大的工作压力，故采用强度较高的优质灰铸铁铸成。 二、气缸套及吸排气阀组合件 结构如图所示，它包括气缸套、吸气阀和排气阀等部件。吸、排气阀又分别由外阀座、内阀座、进排气阀片及阀盖、缓冲弹簧组成。 吸、排气阀采用环形阀片。小型活塞式制冷压缩机进排气阀多采用簧片式气阀，其阀片有舌形、半月形或条形簧片。 30 簧片式气阀优点:重量轻、惯性小、启闭迅速，运转噪声小，阀片与阀板间密封线寿命长。 缺点:通道阻力较大，阀片挠角大，易折断，对材料和加工工艺要求较高。 所以，空调用小型活塞式制冷压缩机一般不采用簧片式气阀，而采用蝶状环形阀片，以便增大进排气阀的通道面积，减少进排气阻力损失，提高制冷压缩机的性能系数。 三、活塞及曲轴连杆机构 活塞的作用是与气缸共同组成一个可变的封闭工作容积， 使气体能在此封闭容积中受到压缩。 活塞多用铝镁合金铸制，重量轻，组织细密。活塞的顶部 呈凹形，要与顶部阀座形状相适应。活塞的上部开有环槽，称 为环部。上部装有两道气环，以保证气缸壁与活塞之间的密封 性。此外，在气环下面还装有一道刮油环，当活塞向上运动时， 起布油的作用，保证润滑;向下运动时，将气缸壁上的润滑油 刮下，刮油环的环槽中开有回油孔，被刮下的润滑油由回油孔 流回曲轴箱，以减少润滑油被带走的数量。环部以下为裙部， 裙部有活塞销座。有时下部还装有活塞环。 曲轴的作用是传递能量，并把电动机的旋转运动通过连杆改变为活塞的往复直线运动，以达到压缩气体的目的。曲轴传递电动机的驱动力矩，并承受所有各气缸的阻力负荷。曲轴又是润滑系统的动力，轴身油道兼供输油用。多数的曲轴做成曲拐式的。曲轴按曲拐的多少分为单曲拐、双曲拐。两缸以下的用单曲拐，两缸以上的用双曲拐。 曲轴是压缩机中受力最严重的零件，所以必须保证强度、刚度的要求和具有抗磨损、抗疲劳的能力。一般采用球墨铸铁铸造，也可用40、45或50,优质碳素钢锻造。 31 连杆的作用是将曲轴的旋转运动转换为活塞的往复运动，并将曲轴输出的能量传递给活塞。连杆有整体式、剖分式两种。 连杆分三部分——连杆大头、连杆小头、连杆体。小头通过活塞销与活塞相连，一般做成整体式;大头与通过曲柄销与曲轴相连，多做成部分式;连杆的中间部分是连杆体，一般是工字型截面，也有椭圆形、长方形的。连杆体内钻孔，以输送润滑油。连杆的材料可以是球墨铸铁、可锻铸铁，也可以是35,、40,优质碳素钢或铝合金等。 32 四、卸载装置(能量调节装置) 在压缩机的使用过程中，负荷的大小是随外界条件与冷量的需要情况而变化的。能量调节装置就是来调节压缩机的制冷能力的。 作用:1. 实现在无负荷或小负荷状态下启动压缩机; 2. 调节压缩机的制冷量。 方法:1. 节流法:靠节流降低吸气压力，减小制冷剂质量流量，调节压缩机的制冷能力; 2. 旁通法:将部分排气返回吸气管，以减小压缩机的制冷能力; 3. 卸载法:将某气缸吸气阀保持开启，以使该气缸处于不工作状态; 4. 调速法:改变压缩机转数，以调节压缩机的制冷能力。 多缸活塞式制冷压缩机多采用卸载法调节压缩机的制冷能力，例如，八缸式制冷压缩机可以停止两个、四个或六个气缸的工作，使压缩机的制冷能力为总制冷量的75,、50,，24,。此外，采用卸载法还可以降低启动负荷，减小启动转矩。 下图为一种油压启阀式卸载装置，该装置包括两个组件:顶杆启阀机构和油压推杆机构。 (1)顶杆启阀机构 顶杆启阀机构就是在吸气阀片下设有几根顶杆(一般为六根)，顶杆上套有弹簧，其下端分别放在转动环上具有一定斜度的斜槽内。这样，当顶杆位于斜槽底部时，顶杆与阀片不接触，阀片可以自由上下运动，气缸处于正常工作状态;如果旋转转动环，则顶杆沿斜面上升，将吸气阀片顶开，此时，尽管活塞仍在气缸内进行往复运动，但气缸内气体不被压缩，故该气缸处于不工作状态。 (2)油压推杆机构 油压推杆机构是使气缸套外部的转动环旋转的机构。当油管内供入一定压力的润滑油时，油缸内的小活塞和推杆被推压向前移动，带动转动环旋转，这时靠顶杆弹簧可将顶杆推至斜槽 33 底部;反之，若油管内没有压力油供入，则油缸内的小活塞和推杆在弹簧作用下向后移动，并带动转动环将顶杆推至斜面高点，顶开吸气阀片。 五、轴封装置 开启式压缩机曲轴的一端装有油泵，另一端则通到曲轴箱外，与联轴器或带轮相联接。为了防止制冷剂蒸汽由曲轴箱沿曲轴逸出，或者是当曲轴箱内的压力低于大气压力不致使空气漏入，必须装有轴封。我国开启式压缩机系列产品中广泛采用端面摩擦式轴封。这种轴封一般常用的有摩擦环式和波纹管式两种类型。摩擦环式的结构如图所示。 摩擦环式轴封由固定环、活动环(摩擦环)、弹簧和密封圈组成。弹簧和摩擦环随曲轴一起旋转，靠弹簧的作用力使摩擦环与固定环严密贴合，形成密封面，再配置两个密封圈，即可保证曲轴箱内的制冷剂不渗出。由于曲轴转数较高，摩擦环与固定环之间产生的摩擦热应及时排出，因此轴封处需不断供入润滑油进行冷却，否则密封面会严重磨损甚至烧坏。 在小型氟里昂压缩机中，有的采用波纹管式轴封，其结构如图所示。这种轴封的波纹管具有较大的轴向伸缩能力，由黄铜轧制而成。波纹管一端焊在压盖上，另一端焊在固定环上。波纹管式轴封的密封原理与摩擦环式轴封相同。 六、润滑系统 压缩机的润滑是一个很重要的问题。其目的是:(1)使各个摩擦面完全被油膜隔开，从而降低摩擦功的消耗，提高零部件的使用寿命;(2)带走摩擦产生的热量，降低各运动部件的温度，提高压缩机的耐久性;(3)向能量调节装置提供有压油。 压缩机的曲轴箱下部存有一定数量的润滑油，通过油过滤器被油泵吸入并压出，一路送到油泵端的曲轴进油孔，润滑后主轴承、连杆大小头轴承;另一路送到轴封处，润滑轴封、前主轴承和连杆大小头轴承。此外，从轴封处还引出一条油管至压缩机卸载装置。 活塞式制冷压缩机曲轴箱的油温应不超过70?。制冷能力较大的压缩机曲轴箱内设有油冷却器，内通冷却水，以降低润滑油的温度。此外，用于低温环境下的活塞式氟里昂制冷压缩机，曲轴箱中应设有电加热器，启动时加热箱中润滑油，以减少其中氟里昂的溶解量，防止压缩机启动润滑不良。 34 活塞式制冷压缩机采用的油泵有外啮合齿轮油泵、月牙体内啮合齿轮油泵和转子式内啮合齿轮油泵。转子式内啮合齿轮油泵由内转子、外转子、壳体等组成。其工作原理如下图: 3.3 其它形式的制冷压缩机 35 一、离心式制冷压缩机 36 离心式压缩机的优点:(1)单机制冷量大，结构紧凑，外形尺寸小，重量轻;(2)易损件少，工作可靠，维修周期长，维修费用低;(3)运转平稳、振动小，对安装基础没有特殊要求;(4)润滑油需要量小。 缺点:(1)气流速度高，流道中的能量损失也较大，所以效率低于活塞式制冷压缩机;(2)对材料的强度、零部件的加工精度及制造质量要求较高，造价高;(3)排气量较大，适用于较大制冷量的空调用制冷系统。 二、螺杆式制冷压缩机 优点:(1)结构紧凑、重量轻，易损件少，运行安全可靠，检修周期长，一般运行三万到五万小时才检修一次; (2)气体没有脉动，运行平稳，对基础要求不高，不需要专门的基础; (3)压缩机排气温度低。螺杆式压缩机的排气温度几乎与吸气温度无关，而主要与喷入的油温有关。其排温可控制在100?以下; (4)对湿行程不敏感。少量液体湿压缩没有液击的危险; (5)容积效率较高，可在高压比下工作。 37 缺点:(1)单位功率制冷量比活塞式的低; (2)油处理设备复杂。要求分离效果很好的油分离器及油冷却器等设备。 (3)适用多种用途的性能比活塞式压缩机差。每台螺杆式压缩机都有固定的容积比，当实际工作条件不符合给定容积比时，将导致效率降低。 (4)噪声比较大，常需专门的隔音措施。 三、滚动转子式、涡旋式及斜盘式制冷压缩机 38 39 3.3 活塞式制冷压缩机的性能及计算 一、活塞式制冷压缩机的性能 (一)活塞式制冷压缩机的工作过程 1. 理想工作过程 (1)理想的蒸汽制冷压缩机应具备的条件: 压缩机气缸内不存在余隙容积;? 吸入和排出蒸汽时没有阻力损失;? 制冷剂和气? 缸壁之间不发生热交换;? 机器内部非常严密，没有泄漏现象。 工作过程:包括进气、压缩、排气三个过程。 进气:活塞从上端点a向右移动，气缸内压力降低，降到进气压力p1时，进气阀打开，等于蒸发压力p1的蒸汽进入气缸，直到活塞下端点b，在p-v图上为过程4—1; 压缩:活塞从下端点向左移动，气缸内压力稍高于进气压力，吸气阀关闭，蒸汽在缸内绝热压缩。当活塞到达某一位置时，缸内气体压力等于冷凝压力pk，排气阀打开。，在p-v图上为过程1—2; 排气:排气阀打开后，活塞继续左移，将气缸内高压气体定压排出。考虑到没有流动阻力，故排出压力等于冷凝压力。因无余隙容积，所以缸内气体全部排净。在p-v图上为过程2—3。活塞到了上止点后又开始向右运动吸气。这样循环不息。 (2)理论排气量 曲轴转一圈，活塞往复一次，完成吸气、压缩、排气等过程，排出气缸工作容积Vg体积的蒸汽。 ,2气缸工作容积Vg:。D——缸径(m);S——活塞行程(m) V,DSg4 若压缩机有Z个气缸，转速为n转/分，则理论排气量Vh为: ,,223 V,V,Z,n/60,DSZn/60,DSZnm/shg4240 2. 实际工作过程及容积效率 活塞式制冷压缩机的实际工作过程比理想工作过程要复杂得多。下图为实际工作过程在p-V图上的表示(虚线为理想工作过程)，也称为实际示功图。实际示功图与理论示功图差别很大，而且压缩机的实际输气量也小于理论输气量。 影响实际工作的主要原因是:? 在压缩机的结构上，不可避免地会有余隙容积;? 吸、排气阀门有阻力;? 吸气过程中，气缸与制冷剂气体之间有热量交换;? 气阀部分及活塞与气缸壁之间不严密，有内部泄漏。因此，实际排气量V,理论排气量Vh，两者的比值称作容R 积效率(也称为输气系数)，用η表示，即 V η,V/V 显然，η,1。 VRhV 为了寻求提高活塞式制冷压缩机容积效率的途径，下面分别叙述影响压缩机容积效率的各项因素。 (1)余隙容积的影响 活塞在气缸中进行往复运动时，活塞行程的上端点(上止点)并不与气缸顶部完全重合， 40 而是留有一定的间隙，以保证运行安全可靠和便于制造安装。这个间隙称为余隙。余隙所占的容积称作余隙容积，用Vc表示。余隙容积与气缸工作容积的比值称为相对余隙容积，用c表示。现代中小型活塞式制冷压缩机的相对余隙容积c,0.02,0.06，与蒸发温度t0有一定关系: t,5?c,0.04~0.05,0 ,t ,,10~,40?c,0.04,0 ,t,,30?c,0.02~0.030, 由于余隙容积的存在，减少了排气量。另外，当排气过程结束时，气缸内仍留有Vc体积的高压气体，活塞开始向下止点移动时，吸气阀尚不能打开，吸气腔内的低压蒸气不能进入气缸，而首先是残留在气缸内的高压蒸气因容积增大膨胀，压力下降，直至气缸内的压力下降到低于吸气压力p1后，吸气阀才能打开，压缩机开始吸气，这样便减少了压缩机的实际吸气量。气缸每次的吸入量不是Vg而是V1。余隙容积中高压气体的膨胀过程如图中的3-4所示，ΔV1就是因气缸存在余隙容积所减少的吸气体积量。V1与Vg之比称为压缩机的余隙系数λ，v VV,,Vg11即: ,,,vVVgg λv的计算:余隙容积Vc的高压气体在膨胀过程中，通过气缸壁与外界有热量交换，所 m以不是绝热过程，为多变过程，即pV,常数，则有: 1，，mmpp,,,,22，,VV,,c1,,,,,,,,,1VV c1,,,,,,pVp,,c11,,,,，， 11，，，，mmpp,,,,,,VV22V,VV,,,,g1c11,,,,？,,,1,,1,,1,1,,1c ,v,,,,,,,,VVVVppgggg11,,,,,,,,，，，， λ值的大小反映了余隙容积对压缩机吸气量的影响程度。从式中可以看出，余隙容积Vcv ?，压缩机压力比p/p?，λ? 21v (2)吸、排气阀门阻力的影响 图中求出吸气过程的压力为(p1,Δp1)，而排气过程的压力等于(p2，Δp2)，Δp1和Δp2分别是由于吸气阀门或排气阀门的阻力所引起的压力损失。吸气时为了克服阀门的阻力，须使气缸中蒸汽压力降低Δp1才能克服阀门的阻力吸气。由于气缸中蒸汽压力降低，则气体的比容增大，使吸气量减少。当压缩机的排气压力为p2时，气缸内的压力要升至(p2，Δp2)才能排出。这些阻力都会影响压缩机的吸气量，特别是吸气阀阻力Δp1的影响较大。由于吸、排气阀门使吸气容积由V1减少到V2，即V2=V1,ΔV2，V2与V1的比值称为节流系数λp， V,2VVV,,212即: ,1,,,,pVVV111 λp的计算:1,,1,,的时间很短，近似为等温过程，pV,常数，则有: 41 ,p1,,，,，,,整理得:,,，(pp)(VV)p(VVV)V(VV) gcgcgc11122p1 V,VVVV，1，/2ppcp,,1，,gccg111, ？,1,,1,,,1,,,1,,pVVpVVp,p/1111g1v1 λp值的大小反映了压缩机吸、排气阀门阻力所造成的吸气量损失的大小。P1和Δp1是影响节流系数的主要因素，当吸气压力降低时，节流系数λp相应降低。 NH0.030.05对于为:,,,p31 ,p0.050.10对于氟为:,,1 (3)制冷剂与气缸壁热交换的影响 在实际的工作过程中，制冷剂蒸汽与气缸壁要进行热量交换。蒸汽被压缩时，温度不断升高，并将热量传给气缸壁，使之温度升高;吸气时，制冷剂蒸气与温度较高的气缸壁接触并从中吸收热量。蒸气受热而膨胀，比容增大，使压缩机吸入制冷剂蒸气的质量减少。气缸壁与制冷剂热交换所引起的压缩机吸气量的减少可以用预热系数λt来表示。 影响预热系数的因素很多，例如压力比p2/p1、压缩机的结构、制冷剂的性质等都会影响预热系数，所以λt很难确切计算。但是可以肯定p2越大，p1越小，制冷剂与气缸壁热交换量越大，则预热系数越小。 一般情况下，可以应用下述经验公式计算: T0对于开启式制冷压缩机， ,,tTk T1,对于封闭式制冷压缩机， ,taT，b,tksh 式中: T0——蒸发温度(K);Tk——冷凝温度(K);T1——吸气温度(K) Δt——过热度，吸气温度T1与蒸发温度T0之差，氨为5,8? sh a、b——系数，一般a,1.0,1.15，b,0.25,0.8 (4)压缩机内部泄漏的影响 压缩机工作时，由于活塞与气缸壁之间的密封不严、吸排气阀门关闭不严或关闭滞后等，都会造成部分蒸气从高压部分向低压部分泄漏，从而造成压缩机实际排气量的减少。内部泄漏对排气量的影响用气密系数λm表示。 λm不仅与压缩机的结构、加工质量、零部件磨损程度等因素有关，而且与压缩机的运行工况有关。λm的值不能直接测量，通常取λm,0.95,0.98。 综上所述，容积效率ηv与余隙系数λv、节流系数λp、预热系数λt和气密系数λm有 ,,,,,,,,,关，可以表示为:。ηv是t0、tk(或p0、pk)的函数。 vvptm 容积效率ηv也可按下列经验公式进行计算: 42 对于立式制冷压缩机，当转速n<720 r/min，相对余隙容积c=0.04,0.06时，有: 1，，m,,p,,k,, ,0.94,0.0605,1,v,,,,p,,0,,，， 720 r/min，相对余隙容积c=0.03,0.04时，有: 对于立式制冷压缩机，当转速n? 1，，m,,p,,k,, ,0.94,0.085,1,v,,,,p,,0,,，， m——多变指数，以氨为制冷剂时，m=1.28;R12时，m=1.13;R22时，m=1.18。 压缩比pk/p0<8,10，否则ηv很小。 实际排气量V=ηV。 Rvh 3(活塞式制冷压缩机制冷量及耗功率 (1)制冷量 ,,,Vq0vhv 3q——单位容积制冷量，kJ/m。 v 对于一台制冷压缩机，当使用某一种制冷剂时，其制冷量随着工况的不同而变化。因为工 况改变时，压缩机的容积效率η和制冷剂的单位容积制冷量q都要随之而变。 vv (2)耗功率 压缩机耗功率是指电机传给压缩机轴上的功率，即轴功率Pe，它消耗在: 压缩制冷剂蒸气——指示功率Pi;克服运动机构的摩擦阻力——摩擦功率Pm。 ?指示功率Pi f,l,l,Athpsc2单位质量制冷剂理论耗功量w: w,,10,h,hthth21V/vg1 33Vg——气缸工作容积，m;v1——吸入制冷剂蒸汽比容，m/kg; 2Fth——示功图面积12301，mm;lp——示功图压力比例，bar/mm; 2Ls——示功图行程比例，m/mm;Ac——气缸横截面积，m; 单位质量制冷剂实际耗功量w(单位质量指示功): i 实际工作过程的示功图1,2,3,4,1,，其面积为fi，每个气缸实际吸入气体质量为ηvVg/v1， f,l,l,Aipsc2? w,,10kJ/kg i,,V/vvg1 理论耗功量w(理论示功图面积12301)fthth,,指示效率ηi: ,,iv,,,,,实际耗功量(实际示功图面积12341)wfii ηi表示实际压缩过程与理想压缩过程接近的程度。计算中，立式和V型氨压缩机和氟里 昂压缩机的ηi值可分别由表中查出。对于立式压缩机，ηi值也可按经验公式计算，即: 43 T0 ,,，bti0Tk 式中，T、T——蒸发、冷凝温度(K);t——蒸发温度(?); 0k0 b——系数，一般氟里昂压缩机取b,0.0025，氨压缩机取b,0.001。 考虑到指示效率的影响，压缩机实际消耗的压缩功率称为指示功率，用Pi表示: ,wVhh,,thvh21 PMwMkW,,,,,iRiR,,vii1 3M——制冷剂质量流量，kg/s;V——理论排气量，m/s;h、h——吸、排气状态的焓。 Rh12 摩擦功率Pm ? 压缩机运转时要克服机械摩擦，如各轴承和轴颈之间的摩擦;活塞、活塞环和气缸壁之间的摩擦等。消耗在克服压缩机各运动部件之间摩擦阻力的功率，称为压缩机的摩擦功率，而且润滑油泵消耗的功率也包括在摩擦功率之内。 指示功率与轴功率的比值称为摩擦(机械)效率，用ηm表示，即:，一般,,PPmie取ηm,0.8,0.9。 如图示出活塞式制冷压缩机的机械效率与压缩比之间的变化关系。机械效率的变化和指示效率的变化情况相似，中低速活塞式制冷压缩机的ηm较高，随着压缩比的增加，ηm将减小。 ?配用电机功率 ,,,PVhhivh21,，,,,? 轴功率Pe: PPPkWeim,,,,vmim1 指示效率ηi和摩擦效率ηm的乘积，通常称为压缩机的总效率，以ηs表示，它能反映压缩机在某一工况下运转时的各种损失。在正常情况下，活塞式制冷压缩机的ηs?0.65,0.75。 从式中可以看出，除了压缩机的理论排气量Vh外，其它各项值都与运行工况和制冷剂的性质有关。可见对于一台制冷压缩机，当使用某一制冷剂时，轴功率随工况的不同而变化。 ? 配用电机功率P 压缩机在实际使用中，配用的电动机的功率除应考虑该制冷压缩机的运行工况外，还应考虑到压缩机与电动机之间的联接方式，并应有一定的裕量，以防意外超载。因此，P应为: ,,,PVhhevh21,,, P(1.10~1.15)(1.10~1.15)kW ,,,,,,vdimd1 η——传动效率，采用直接联接时，η,1;采用三角皮带联接时，η,0.9,0.95。 ddd ? 电机输入功率Pin: P,,,Vhhvh21,,, P(1.10~1.15)kWin,,,,,,,,v01imd0 η0——电动机效率，与电动机的类型、额定功率大小以及负载功率大小有关。单向电机的效率低于三相电机的效率，额定功率大的电机效率高于额定功率小的。 小结: 44 3.4 影响活塞式制冷压缩机性能的主要因素 活塞式制冷压缩机的性能，除了它的排气量、容积效率、制冷量和功率外，还应包括其能耗指标。为了评价压缩机运转时的经济性，目前常采用两个能耗指标:一个是单位轴功率的制冷量Ke(或称为制冷压缩机的性能系数，用COP表示)，另一个就是能效比EER，此指标考虑到驱动电机效率对能耗的影响，而且用单位电动机输入功率的制冷量来进行评价。目前常用Ke值评价开启式制冷压缩机的运转性能，多用EER值评价封闭式制冷压缩机的运转性能，因为封闭式制冷压缩机和电动机已组合成整体，电动机的优劣将直接影响到压缩机的运转特性参数。 ,,00K单位轴功率的制冷量Ke(COP)为: ,,,,,,,,,,,,eimthimPPeth ,,00EER能效比EER: ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,imd0thimd0PPinth ε——活塞式制冷压缩机的理论制冷系数。 th 影响压缩机性能有五大因素(转速一定，排气量为定值) ,?容积效率,v p,k,,, ?压缩机总效率,,主要取决于压缩比，p,,p,,性能,,simk0p0,,?电机效率0, 45 q?单位容积制冷能力,v 取决于T和T,0kp?单位理论耗功量th, 因为p、p与T、T相对应，所以影响性能的重要因素为冷凝温度T和蒸发温度T。 k0k0k0 1(t变化对性能的影响 k 图a示出当蒸发温度不变， k变化时制冷机的理论循环的变化情况。当冷凝温度由tk升高至t,时，则循环由12341变化为12,3,4,1。由图可见，当冷凝温度升高时，冷凝压力pkk也相应升高，由于蒸发温度不变，则吸气比容v也保持不变。循环的特性变化如下: 1 1)压缩比pk/p0?，指示效率ηi?，摩擦效率ηm?。 2) 单位质量制冷量由q0减少为q,。因吸气比容v1不变，所以单位容积制冷量qv和制0 冷量Q0都减小。 3)单位压缩功由wc增大为wc,。由于v1不变，压缩机的质量输气量不变，因此压缩机的轴功率Pe增大，增加电机载荷。 4)压缩机的能耗指标EER值和Ke值均降低。 若冷凝温度降低时，变化情况正好相反。 2. t 变化对性能的影响 0 图b示出当冷凝温度不变，t变化时制冷机的理论循环的变化情况。当蒸发温度由t下降00至t,时，则循环由12341变化为1,2,34,1,。循环的特性变化如下: 0 )单位质量制冷量由q1减少为q,。吸气比容由v增大为v,，所以单位容积制冷量q0011v和制冷量Q都减小。 0 2)单位压缩功由w增大为w,。 cc 3)由于单位质量制冷量q减小和单位压缩功的增大，因此理论制冷系数ε减小，压缩0th机的能耗指标Ke值和EER值均下降。 VR至于压缩机消耗的功率的变化很难直接判断。，虽然P,M(h,h),(h,h)2121thRv1所消耗的功增加了，但是由于吸气比容的增大，压缩机的质量流量M却减小了。为了分析功R 率的变化情况，把制冷剂当作理想气体，因此其理论压缩功率可以表示为: k,1，，k,,Vkp,,Rk,,,,,,,, PhhVp(),1th21vh0,,,,,vkp1,,10,,，， 由上式可以看出，当p0,pk和p0,0时，Pth都为零，因此Pth必然存在一个最大值。将上式对p0求导，并令其导数等于零，可得理论功率最大时的压力比为: 1,,pkk,1,, ,k,,p,,0Pth,max 而且，对于不同的制冷剂，数值大致相等，其值约等于3。 综上所述，当tk不变而蒸发温度降低时，压缩机的制冷量总是减少的，能耗指标Ke值和EER值均下降。相反，当蒸发温度上升时，制冷量增大，能耗指标Ke值和EER值均增大。 46 压缩机的功率存在一个最大值。 通过以上分析可知，对于活塞式制冷压缩机的运转，降低冷凝温度或提高蒸发温度总是有利的。当然压缩机在实际运转中，冷凝温度受冷却介质温度的限制，蒸发温度必须满足被冷却物质所要求的温度，不能任意改变。但是，了解和湿空气制冷压缩机性能及其变化规律，对正确选用压缩机及运行工况分析、故障排除都是十分重要的。 4 冷凝器和蒸发器 蒸汽压缩制冷循环有4个热力过程，因此必不可少的有4个热力设备。 ? 压缩——通过压缩机; ? 放热(冷凝)——通过冷凝器; ? 节流——通过膨胀阀; ? 吸热(制冷)——通过蒸发器; 冷凝器和蒸发器都是换热设备。制冷循环的换热设备的特点: (1)工作压力及温变的范围比较窄。如冻结间t0,,23,,30?，冷却间t0,0,,2? (2)传热温差小。如:冷凝器，水冷 Δt,5,7?;气冷 Δt,10,15?。温差小，热流 ψ?，? 传热F?，设备体积重量?，若提高Δt，则不可逆损失?，s?，使整机运行不密度 经济。 (3)换热器与制冷压缩机相匹配。压缩机排出热,冷凝器换热，当冷凝器F?时，会使pk?，制冷量与蒸发器面积相适应，当蒸发面积?，会引起湿冲程。 4.1 冷凝器的种类、构造及工作原理 作用:冷凝器是一个制冷剂向外放热的热交换器，其作用是使压缩机排出的高压高温制冷剂蒸汽液化，变为高压液体制冷剂。制冷剂在冷凝器中放出的热量包括两部分:通过蒸发器从被冷却物体吸取的热量;在压缩机中被压缩时，外界机械功转化的热量。 种类:按冷却介质和冷却方式分: ? 水冷式冷凝器:立式管壳、卧式管壳、套管式; ? 空冷式; ? 水空冷:如蒸发式、淋水式; ? 制冷剂蒸发或其它工艺介质冷却。 一、水冷式冷凝器 利用水作为冷却介质，使高温高压的气态制冷剂冷凝的设备，称为水冷式冷凝器。由于自然界中水温一般比较低，因此水冷式冷凝器的冷凝温度较低，这对压缩机的制冷能力和运行经济性都比较有利。目前制冷装置中大多采用水冷式冷凝器。其中冷却水可以一次流过，也可以循环使用。当使用循环水时，需建有冷却水塔或冷却水池，以使离开冷凝器的水再冷却。 常用的水冷式冷凝器有式管壳式、立式管壳式及套管式等型式。 1. 卧式管壳式冷凝器 ? 构造及工作原理 其主体部分如图所示。它的外壳是一个由钢板卷制焊接成的圆柱形筒体，筒体的两端焊有两块圆形的管板，两个管板钻有许多位置相对应的孔，在每对相对应的孔中装入一根管子，管 47 子的两端用胀接法或焊接法紧固在管板的管孔内，这样就组成了一组直管管束。 卧式管壳式冷凝器水平放置，其结构如图所示。制冷剂蒸汽在管子外表面上冷凝，冷却水是在泵的作用下在管内流动。制冷剂蒸汽从上部(进气管)进入筒体，凝结成液体后由筒体下部出液管流入贮液器中。正常运行时，筒体的下部只存少量液体。但对于小型制冷装置，为了简化设备，也可不另设贮液器，而让冷凝器筒体下部兼有一定贮液作用，少装几排管子即可。冷凝器的出液管接在筒壳的下部。对于氨冷凝器，通常在筒体下面还焊有一个集污包，以便集存润滑油及机械杂质。 卧式管壳式冷凝器的两端用两个端盖封住。端盖内有分水隔板。两个端盖的分隔互相配合，实现了冷却水的多管程流动。冷凝器的管程数一般为偶数，这样冷却水的进、出口就设在同一个端盖上，而且冷却水从下面流进，上面流出。端盖上部的放空气旋塞是在开始充水时用来排除管内空气的，下部的泄水旋塞是在冷凝器停止作用时，用来排除其中的水，以防管子被腐蚀或冻裂。 ? 优缺点: 优点:结构紧凑，传热系数K大，冷却水用量少，操作管理方便; 应用广泛，适用于大、中、小型氨和氟里昂制冷装置中; 小型氟里昂压缩机和冷凝器一般做成压缩冷凝机组，安装方便，占地面积小。 缺点:对水质要求高，水温要低;冷却水流动阻力较大;清洗水垢不便，需停机操作。 2. 立式管壳式冷凝器 ? 构造及工作原理 这种冷凝器直立安装，只用于大中型氨制冷装置，其结构如图所示。同卧式相比，立式的不仅是直立安装，而且两端没有端盖，水及氨的流动方式也有所不同。 氨蒸汽从冷凝器外壳的中部偏上处进入圆筒内的管外空间，冷凝后液体沿管外壁从上流下，积在冷凝器底部，经出液管流入贮液器。冷却水从上部进入冷凝器管内，但水并不充满钢管的整个断面，而是呈膜状沿管内壁流下，排入冷凝器下面的水池中，一般再用水泵压送到冷却水塔中循环使用。 为了使冷却水均匀地分配到每根钢管中，冷凝器顶部装有配水箱，每根钢管的管口上装有一只具有分水作用的导流管嘴，如图所示。冷却水通过导流管嘴上的斜槽流入管中，并以螺旋线状沿管内壁流下。这样在管内壁能够很好地形成一层水膜，充分吸收制冷剂的热量，既提高了冷凝器的冷却效果，又节省了用水。 与卧式冷凝器类似，在立式的外壳上设有进气、出液、放空气、均压、放油和安全阀等管路接头，与相应的管路和设备连接。 ? 优缺点 优:传热系数K较高(但小于卧式);垂直安装，占地面积小;无冻结危险，可安装在室外，不占室内空间;对水质要求不高，易于除垢，可以在运行中清洗水管。 缺:冷却水用量大;体积大，比较笨重;冷凝管内水流速低，易结水垢，露天安装时，灰砂易落入，需要经常清洗。 3. 套管式冷凝器 主要用于小型氟里昂空调机组，且单机制冷量一般小于25 kW。 ? 构造及工作原理 套管式冷凝器由两种不同直径的管子套在一起组成，外管多为φ50 mm的无缝钢管，管内套有一根或几根钢管或低肋钢管(称内管)。套成后，在弯管机上绕成螺旋形状，如图所示。 48 制冷剂蒸汽从上部进入外管的空间，在内管外表面冷凝，凝结液从下部流出。冷却水由下部进入内管，吸热后从上部流出。这样就与制冷剂成逆向流动，实现了理想的逆流换热，因此传热系数K较高。 ? 优缺点: 优:逆流换热，传热效果好，K高;结构简单，制造方便，可套放在压缩机周围，不占专门位置，节省了压缩冷凝机组的占地面积。 缺:凝结液积存在管内下部，使传热面得不到充分利用;单位传热面积的金属耗量大;清洗水垢困难。 4. 管壳式冷凝器的发展趋势(加强换热措施) 1) 长径比的变化:一般L/D,6,9; ( (2) 采用新型冷凝管，以强化传热 绕金属丝的翅化管，用d,1.5mm的钢丝绕在Φ16×1.5的钢管上，比光管换热系数 提高60,100,; 冷凝管翅片外缘开有锯齿形缺口，F?，液膜?。在Φk和水量相同的情况下，节约 50,铜管，体积减小1/3。 二、空冷式冷凝器 空气冷却式冷凝器又称为风冷式冷凝器，制冷剂冷却放出的热量被空气带走。 1. 分类: 空冷式冷凝器多为蛇管式，制冷剂蒸气在管内冷凝，空气在管外流过。根据空气运动的方式，又分为自然对流式和强迫对流式两种形式。 ? 自然对流式:依靠空气受热后产生的自然对流将热量带走，用于,300L以下家用电冰箱和微型制冷装置的冷凝器; ? 强迫对流式:借助于轴流或离心式风机使空气以2,3m/s的速度横向流过翅片。用于,60 kW中小氟里昂机组。 制冷剂在风冷式冷凝器中的传热过程与水冷式冷凝器相似，分降低过热、冷凝和再冷三个阶段。如下图所示。从图中可以看出，约90,的传热负荷用于使制冷剂冷凝，在冷凝段内制冷剂的温度基本不变。当然，由于流动过程中的阻力影响，制冷剂温度稍有降低。 49 2. 空冷和水冷比较 空冷的初投资大，进行费用高，尤其是在夏季，室外空气达30,35?，tk上升至约50?，所以在相同的Φ0下耗电?。 管外空气侧的对流换热系数远小于管内，所以在空气侧常采用肋管强化空气侧的传热。 最大的优点是不用冷却水，特别适用于缺水地区或者供水困难的地方。 空冷式冷凝器一般多用于小型氟里昂制冷装置中，如电冰箱、冷藏柜、窗式空调器、汽车及铁路车辆用空调装置以及冷藏车等移动式制冷装置。 3(空冷发展趋势: (1) 强化制冷剂蒸汽在管内冷凝换热 ? 提高蒸汽平均流速:意大利康塔多公司采用扁椭圆管，换热?20,40,，重量?18,40,; ? 使气流扰动:插入纵向螺旋翅。 (2) 强化外部换热:空冷式冷凝器空气侧热阻约占总热阻的70,80,。 ? 减少翅片间距和管子尺寸，注意防止灰尘堵塞。最小翅片节距为2,4 mm。 ? 强化换热翅片:如翅片隔一小段翅片切开，周期破坏边界层;如翅片进口边缘打折皱， 使空气形成旋涡。 三、蒸发式冷凝器 ? 构造及工作原理 在蒸发式冷凝器中，制冷剂蒸气在管内冷凝，冷凝时放出的热量同时被水和空气带走。图为蒸发式冷凝器的示意图。它的传热部分是一个由光管或肋片管组成的蛇形管组，管组装在一个由型钢或钢板焊制成的立式箱体内。箱体的底部作为贮水的水盘。制冷剂蒸汽由蒸汽分配管进入每根蛇形管，冷凝后由下部集液管流入贮液器中。水盘内保持一定的水位，冷却水被循环水泵压送到冷凝管的上方，经喷头喷淋到蛇形盘管的外表面，一部分冷却水吸收管内制冷剂蒸汽的热量而蒸发，未蒸发的喷淋水仍流进水盘内。蒸发式冷凝器装设有风机，使箱体内的空气自下而上地流经蛇形管组，并由上方排出。空气的作用主要是将箱内的水蒸气带走，加速喷淋水的蒸发。为防止未蒸发的水滴被空气带走，在箱体上部还装有挡水板，以减少水量的吹散损失。 风机可设在盘管的上部，吸入来自管组下部的空气，此为吸入式蒸发冷凝器;风机也可设 50 在盘管下部的侧面，空气在风机的压送下，从盘管外部流过，此为鼓风式，又称压送式。两者各有优缺点。吸入式由于空气均匀地流过冷凝盘管，箱体内保持负压，因而水的蒸发温度较低，传热效果好。但风机在高温和潮湿条件下运转，容易发生故障。鼓风式的情况正好相反，风机电动机工作条件好，但空气流过冷凝盘管不太均匀。我国目前生产的多为鼓风式蒸发冷凝器。 蒸发式冷凝器基本上是利用水的汽化潜热，带走气体制冷剂冷凝过程放出的冷凝热量，所以冷却水的用量要比水冷式冷凝器少得多。因为水的汽化潜热约为2450kJ/kg，而冷却水在水 ,8?，即每kg水只能带走25,35kJ的热量，所以理论上蒸发式冷冷式冷凝器中温升只有6 凝器消耗的水量只是水冷式的1/70,1/100。由于挡水板的效率不能达到100,，以及空气中的灰尘对水的污染，经常需要更新部分循环水等原因，实际上补充的水量约为水冷式的1/25,1/50。 蒸发式冷凝器特别适用于缺水的地区，尤其是当气候较干燥时，应用效果更好。这种冷凝器一般可装在厂房的屋顶上，因而可以节省建筑面积。应该说明的是，水在冷凝器管外汽化时，将其中的矿物质完全留在管子的外表面上，水垢层增长较快，因此蒸发式冷凝器应使用软水或经过软化处理的水。在结构上，在蒸发式冷凝器的挡水板上部增加一或两排肋管，使高压气态制冷剂首先在此部分冷却至接近饱和温度，再进入盘管冷凝成液态。这样，一方面可充分利用空气带走的雾状水滴进行冷却，同时还可以减轻盘管上的结垢现象。总之，蒸发式冷凝器的主要缺点是管外易结水垢，易腐蚀，且维修困难。 淋激式冷凝器的工作原理与蒸发式冷凝器相同，只是冷却水在管外汽化，产生的水蒸气被自由运动的空气带走，传热效果较差。由于金属耗量大，占地面积大，所以淋激式冷凝器目前已很少使用和生产。 4.2 冷凝器的选择计算 1). 确定冷凝器面积，根据样本选择冷凝器型号;(2). 确定冷却剂(水或空气)包括:( 的流量及通过冷凝器的流动阻力。 ,,2kk一、冷凝器传热面积: A,,m ,k,,tcm φ——冷凝器的热负荷(W); k2K——冷凝器的传热系数(W/m?); c Δt——制冷剂和冷却水的对数平均温差(?); m2ψ——热流密度(W/m)。 只要知道了φ、K和Δt，就可以求出传热面积A。下面介绍各参数的确定方法。 kcm (1)冷凝器的热负荷φ k 对于采用开启式压缩机的制冷系统，冷凝器的热负荷一般约等于制冷量与压缩机的指示功 ,,,，P,,,kW之和，即: k0i0 ,式中系数与蒸发温度t0、冷凝温度tk、气缸冷却方式以及制冷剂种类有关，可参见图4-15. P90 对于采用全封闭式压缩机的制冷系统，冷凝器的热负荷等于制冷剂与压缩机电机功率之 ,,,(A，Bt)和，再减去压缩机传到周围介质的热量。可以应用经验公式计算得: k0k 51 上式的适用范围:28??tk?54?。对于R22，A=0.86，B=0.0042。 (2)传热平均温差Δt m 制冷剂蒸汽进入冷凝器的换热分三个部分:过热蒸汽冷却、饱和蒸汽冷凝和冷凝液体再冷，所以冷凝器中制冷剂的温度并不是定值。但是在一般制冷设备中，冷凝器出口制冷剂再冷度很小，而且冷却过热蒸汽的换热量所占比例一般也不很大，所以为了简化计算，可以认为制冷剂的温度等于冷凝温度t。因此冷凝器内制冷剂和冷却剂的平均对数传热温差为: k ,tt21 ,,tm,ttk1ln ,ttk2 可以看出，计算传热温差Δt，首先要确定制冷剂的冷凝温度t和冷却剂的进出口温度t、mk1t。 2 分析:t和t取多大值为合适, k2 分析前提为:t为定值，取决于水源温度;t,t。 1k2 运行费用上:t?，压缩机耗电量?(t每增加1?，耗功率?3,4,)，但t?，?(t-t)kk221 ,k?，用水量?，水泵运转费用?。反之，t?，水泵运转费用?。 M,k c(t,t)p21 ,k从设备投资上:当φk一定，A,，t?导致Δt?，传热系数K增大，冷2m k,,tcm 凝面积A?，投资?，但t?，运转费用?。 k 综上分析，冷凝温度t和冷却水出口温度t的确定必须从运行费用和设备投资两方面综合k2 考虑。其参考值如下: 立式壳管冷凝器:t,t,2,4?，Δt,5,7?; 21m 其他形式水冷凝器，端部温差:t,t,7,14?，t,t,4,10? k121 空气冷凝器:t,t,10,16?，t,t,,8? k121 (3)传热系数Kc(略)见表4-4. P91 ,k(4)冷却剂流量M: ,Mkg/s ,c(tt)p21 cp——淡水:cp,4.186 kJ/kg?;海水:cp,4.321;空气:cp,1.005 4.3 蒸发器的种类、基本构造及工作原理 蒸发器对制冷系统来讲是一种吸热设备。在蒸发器中，制冷剂液体在较低的温度下沸腾，转变为蒸汽，并吸收被冷却的物体或空间的热量，达到制冷的目的。因此，蒸发器是制冷系统中制取和输出冷量的设备。 要求:(1)制冷剂离开蒸发器时不允许有液滴，以保证压缩机正常运转;(2)提高K值，尽量使液态制冷剂与传热面接触以提高液体沸腾换热的程度。 按制冷剂的供液方式，蒸发器可分为如图所示的满液式、非满液式、循环式及淋激式四种类型。 52 由于满液式蒸发器内充入大量液体制冷剂，并且保持一定液面，因此，传热面与液体制冷剂充分接触，传热效果好。其缺点是制冷剂充液量大，液柱对蒸发温度产生一定影响。另外，当采用与润滑油互溶的制冷剂时，润滑油难于返回压缩机。属于这类蒸发器的有立管式、螺旋管式和卧式壳管式蒸发器等。 非满液式蒸发器主要用于氟里昂制冷系统。制冷剂经膨胀阀节流后直接进入蒸发器，在蒸发器内处于气、液共存状态，制冷剂边流动，边汽化，蒸发器中并无稳定制冷剂液面。由于只有部分传热面积与液态制冷剂相接触，所以传热效果比满液式的差。其优点是充液量少，润滑油容易返回压缩机。属于这类蒸发器的有干式壳管蒸发器，直接蒸发式空气冷却器和冷却排管等。 循环式蒸发器依靠泵强迫制冷剂在蒸发器中循环，制冷剂循环量是蒸发量的几倍。因此，沸腾放热强度较高，并且润滑油不易在蒸发器内积存。其缺点是设备费及运转费用较高。目前多应用于大中型冷藏库。 淋激式蒸发器利用泵把制冷剂喷淋在传热面上，因此蒸发器中制冷剂充灌量很少，而且不会产生液柱高度对蒸发温度的影响。溴化锂吸收式制冷机中采用。在其他场合由于其设备费用很高而较少使用。 上述四种蒸发器中，前两种应用最多，故这里我们只介绍这两种。 一、满液式蒸发器 主要有卧式壳管蒸发器和水箱式蒸发器两种。载冷剂均为液体。 (一)卧式壳管蒸发器 结构形式如图所示。这种蒸发器的构造与卧式壳管式冷凝器相似。流体流动方式一般是制冷剂液体在管外蒸发，载冷剂(水或盐水)在管内流动。 53 工作时，节流以后的制冷剂液体由蒸发器的底部或侧面进入，蒸发以后的蒸汽从上部引出。蒸发器的上方留有一定的空间(可以少装几排管子)，或者在筒体上焊接一个汽包，以便蒸气在引出前能将挟带的液滴分离出来，不致使液滴进入压缩机。载冷剂进出口设在同一端盖上，下进上出，在管中多程流过。 在满液式蒸发器中，由于制冷剂气化，形成大量气泡，使其液面高于静止时的液面，因此，为了避免液态制冷剂被带出蒸发器，充注的液量不应浸没全部传热面。一般氨充注高度约为筒径的70,80,，氟里昂产生的泡沫现象比较严重，充液高度约为筒径的55,65,。 氨为制冷剂时，蒸发器的筒体底部焊有集油罐，随制冷剂带入的润滑油由于密度较大而沉于其中，以便定期排放。 特点: 优点:结构紧凑，制造工艺简单，金属耗量少，传热效果好，易于安装，使用方便。 2 氨:Δt,5,6?，水v,1,1.5 m/s，K,450,500 W/mk; 2 氟:K,350,450 W/mk(低肋铜管) 缺点:? 要随时注意蒸发压力p0的变化，以免p0过低使冷却水冻结;? 蒸发器水容量小，水温变化较大，热稳定性差。 (二)水箱式蒸发器 由于卧式蒸发器存在上述两个缺点，可以采用水箱式蒸发器来消除。 水箱式蒸发器的外形是一个矩形箱体，箱体可由钢板焊接而成，蒸发管组就浸于水或盐水箱中。制冷剂液体在管内蒸发，水或盐水在搅拌器的作用下在箱内流动，以增强传热。应用水箱式蒸发器时，载冷剂只能采用开式循环。根据水箱中蒸发管组的形式不同，水箱式蒸发器又可分为直立管式、螺旋管式及蛇管式等几种形式。 54 右图示出直立管式蒸发器的结构。 这种蒸发器只用于氨制冷装置，故蒸 发管组全由无缝钢管制成。蒸发管组 由上集箱、下集管和许多焊在两集管 之间的末端微弯的立管组成。上下集 管较粗，一般为φ121×4 mm的钢管， 沿集管轴线方向焊接的两排或四排立 管的直径较小，一般为φ57×3.5 mm。 上集管的一端焊有液体分离器，其底 部通过一根立管与下集管相连，使分 离出来的制冷剂液体流回下集管。下 集管的一端连有一个集油器，集油器 的上端与吸气管相通。 每组蒸发管组上过一定距离还焊 接有一个直径较大的立管，一般为φ 76×4 mm，供液管即插到这种管下部。液体从下部进入下集管后，均匀地进入立管中，并在其中吸热蒸发，蒸汽经上集管、液体分离器返回压缩机，液滴则返回下集管中。 蒸发管组可以是一组或并列几组，整体沉浸在水或盐水箱内。载冷剂从上部进入水箱，被冷却后从下部流出。水箱中装有搅拌器和导流隔板，使水箱中载冷剂按一定的方向和速度循环流过，其流速一般为0.5,0.7 m/s。水箱上还装有溢流管和泄水管等。水箱可以由钢板焊制，也可采用混凝土结构，其外部一般敷设有保温材料。 2,580 W/mk;冷却盐直立管式蒸发器的传热性能好。冷却淡水时，传热系数K约为460 2水时，K值约为460,520 W/mk。而且水箱充水量大，冻结危险小。尤其空调采用喷水室处理空气时，使用这种蒸发器效果较好。其缺点是体积庞大，厂房高度要求大，而且水或盐水敞开于空气中，对金属腐蚀较为严重。 螺旋管式蒸发器的结构如图所示。它是在直立管式的基础上改进制成的。与直立管式蒸发器的主要区别在于它以螺旋管代替两集管之间的直立管;它将卧式搅拌器改为立式搅拌器，不仅简化了结构，减少了焊接工作量，而且便于安装和检修。螺旋管式蒸发器除了具有直立管式蒸发器的优点外，比直立管式的传热性能更好。结构紧凑，当传热面积相同时，其外形尺寸比直立管式小，体积减少约25,40,，可节省材料15,。 55 蛇管蒸发器如图所示。主要应用于氟 里昂制冷装置。它是由几根蛇形盘管组 成，氟里昂液体经分液吕，从蛇形管组 的上部进入，蒸汽由下部导出，这样可 以保证润滑油返回压缩机中。这种蒸发 器也是整体沉浸在水或盐水箱中，水在 搅拌器的作用下，在水箱内循环流动。 蛇管式蒸发器的传热系数较低，这是因 为水的流速低和蛇管下部的传热面没有 充分利用。 总之，水箱式蒸发器的优点是:传热系数高，沸腾放热系数高;缺点是:焊点多，制造复杂。 对于满液式蒸发器，尽管具有K较大，结构紧凑等优点，但存在以下的缺点:? 制冷剂充注量大，对氟来讲，价格贵，此缺点更为突出;? D大时，受静液压影响，t0?，使Δt?，尤其是氟;? 用氟作制冷剂时，润滑油难以排出。 二、非满液式蒸发器 针对满液式的缺点，采用干式蒸发器(制冷剂在管内一次完全汽化)。 非满液式蒸发器按照冷却介质可分为冷却液体干式蒸发器和冷却空气干式蒸发器，前者主要有干式壳管蒸发器和焊接板式蒸发器，焊接板式蒸发器从结构形式和特点上与前面所介绍的焊接板式冷凝器相似，故不再多说。 (一)干式壳管蒸发器 构造与满液式相似，主要区别在于:制冷剂在管内流动，被冷却液体在管外流动。所以干式壳管式蒸发器实际上就是管内蒸发的卧式壳管式蒸发器。在这种蒸发器中，制冷剂的充注量很少，大约为管组内部容积的35,40,，而且制冷剂在汽化过程中不存在自由液面，所以称为干式蒸发器。 干式壳管蒸发器按管组的排列方式不同可分为直管式和U形管式两种，如图所示。 直管式可以采用光管或具有多股螺旋形微内肋的高效蒸发管作为传热管。由于载冷剂侧的对流换热系数较高，所以一般不用外肋管。由于随着制冷剂沿流动时蒸汽含量逐渐增加，所以后一流程的管数应多于前一流程，以满足蒸发管内制冷剂湿蒸汽比容逐渐增大的需要。 56 U形管式干式蒸发器，传热管为U形管，从而构成制冷剂为二流程的壳管式结构。U形管式结构可以消除由于管材热胀冷缩而引起的内应力，且可以抽出来清除管外的污垢。两者，制冷剂在蒸发器中始终沿着同一管道流动而还会相互混合，因而传热效果较好。 优点: (1)充液量少，为管内容积的约40,; (2)制冷剂在一定流速下(4 m/s)，可以保证润滑油返回压缩机; (3)载冷剂在管外，冷损失小，并减少冻结的危险; (4)传热效果好。K,500,550。 (二)直接蒸发式空气冷却器 冷却空气的蒸发器都是以制冷剂在管内蒸发直接冷却空气的，按照空气的运动状可以分为自然对流和强制对流两种形式。 自然对流形式常用于冰箱、冷藏柜、冷藏车、冷 藏库等处。例如冷藏库多采用安装在顶棚下或墙壁的 排管冷却库内空气，排管为光管或片距6,12 mm的 肋管。采用氨制冷系统时，多为满液式或循环式;采 用氟系统时，多为非满液式或循环式。由于空气侧为 自然对流，所以这种冷排管的传热系数很低。光管K 22,14 W/mk，肋片管K,5,10 W/mk。 为增强传热，在间冷式冰箱的冷冻室、空调机组、 冷藏库及除湿机等处多采用强制对流式的直接蒸发 式空气冷却器。如图为空调用强制对流直接蒸发式空 气冷却器构造示意图。来自节流装置的低压制冷剂湿 57 蒸汽通过分液器分成多通路，吸热蒸发后为气态制冷剂，汇集到集管中流出;而空气以一定流 速从肋片管的肋片间掠过，将热量传给管内流动的制冷剂，温度降低。直接蒸发式空气冷却器 一般由4,8排肋管组成，管材为φ7,12 mm的铜管，外套连续整体铝片。强制对流比自然对 流蒸发器传热效果好、结构紧凑，应用广泛。 分液器和分液管是保证将液态制冷剂均匀分配给直接蒸发式空气冷却器各通路的主要部件。由于液态制冷剂流经膨胀阀降压后，呈气液两相状态，处理不当，则导致各通路分液不均;为了解决此问题，除在膨胀阀后设置分液器增强气液混合以外，还设置等长度的分液管，增加各通路阻力，保证各通路分液均匀。分液管为内径很小的毛细管，其尺寸选 。P98。 择可参见表4-5 右图为五种常见的分液器示意图。图中(a)是离心式分液器，来自膨胀阀的制冷剂沿切线方向进入一小室，充分扰动后的气液混合物从小室顶部沿径向流出，到各分液管。(b)、(c)是碰撞式分液器，来自膨胀阀的制冷剂以高速进入分液器后，首先与壁面碰撞，形成均匀的气液混合物，然后再进入各路分液管;(d)、(e)是降压式分液器，其中(d)为文氏管形，压力损失较小，这种类型的分液器是使制冷剂首先通过缩孔，增高流速，克服重力影响，以达到气液充分混合，从而保证制冷剂均匀地分配入各分液管。分液器多为垂直安装，也可以水平安装。 4.4 蒸发器的选择计算 ,0计算任务:决定所需要的传热面积，选出定型结构的蒸发器。。 A, K,,tm 一、耗冷量φ 0 φ是选择制冷设备的主要依据。 0 φ,(φ，φ，φ，φ)η 01234 φ——围护结构耗冷量; 1 φ——被冷却物体的热量; 2 φ——开门和通风换气时的耗冷量; 3 φ——运行管理耗冷量(包括电机、照明以及操作管理人员等) 4 η——附加系数，考虑制冷设备和低温管路的冷损失，一般为1.2。 二、蒸发器的平均传热温差Δt m ,tt21,, tm,tt10ln ,tt20 t——载冷剂进入蒸发器温度; 1 t——载冷剂离开蒸发器温度; 2 t——蒸发温度。 0 58 式中，t?，制冷机经济性?，但Δt?，换热面积变小，运行费用及初投资经济性?，0m 所以t,t有一个优化值，如下: 20 被冷却的为水或盐水时:t,t=5,8?，t,t,2,3?，Δt,5,7?，ψ,2000,3000。 1220m2被冷却的为空气时: t,t,6,8?，Δt,11,13?，ψ,450,500 W/m。 20m 但是要注意的是，蒸发温度t0并非定值，它要受到静液高度和流动阻力的影响。 (一)静液高度的影响 对于满液式壳管蒸发器和水箱式蒸发器来说，由于其中液态制冷剂有一定高度，因此下部制冷剂的压力较大，相对应的蒸发温度较高。两者，不同制冷剂，液面蒸发温度不同，受静液高度影响的程度也不同。如下表所示: 1m深处的蒸发温度(?) 液面蒸发温度 (?) R123 R134a R22 R717 2.23 ,10 ,8.34 ,8.97 ,9.46 ,30 ,7.73 ,26.70 ,28.06 ,28.86 ,50 , ,43.23 ,45.94 ,47.68 ,70 , ,54.57 ,61.16 ,63.25 从表中数据可以看出，蒸发温度越低，静液高度对蒸发温度的影响越大;大气压力下沸点越高的制冷剂，受静液高度的影响越大。因此，对于低温蒸发器和制冷剂蒸发压力很低的蒸发器来说，必须设计成具有较低的静液高度，甚至使其不受静液高度的影响;否则，为了保持传热温差不变，将造成制冷压缩机吸气压力降低，制冷能力下降，或者需要加大蒸发器传热面积，以补偿由于平均蒸发温度升高所造成的影响。 (二)制冷剂质量流速和压力降的影响 对于制冷剂在管内蒸发的干式壳管式蒸发器和直接蒸发式空气冷却器，管内制冷剂的流速或质量流速v越大，管内沸腾换热系数就越高，可以减小传热温差，提高蒸发温度;但是，m 流速的加大，必将引起传热管内制冷剂压力降的增加，致使蒸发器出口处制冷剂压力更加低于入口处的压力，相对应的蒸发温度t大大低于t，致使制冷压缩机吸气压力降低，压缩机制0201 冷能力下降，能耗增加。因此，必然存在最优质量流速。 对于氨泵系统:制冷机和氨泵耗功率之和为最小; 对于无泵系统:以单位制冷量耗功率(COP或EER)的最小值来确定v的值。 m 压力降Δp的计算可以看书上P104的经验公式。 三、蒸发器传热系数K值 见P105 4.5 其他换热设备 制冷装置的换热设备除了冷凝器和蒸发器外，为了提高制冷装置工作效率或达到所需的低温，还有其他一些换热设备，如再冷却器、回热器、中间冷却器和冷凝,蒸发器。 一、再冷却器 作用:使冷凝后的液态制冷剂达到一定的再冷度，以减小节流损失，提高制冷能力和有利于液态制冷剂输送。 如图为套管式氨再冷却器。冷却水在内管中自下而上流动，氨液在内管外部环形空间中自 59 上而下流动。这种与冷凝器分离的再冷却器，一则可 以使之进行强迫对流换热，再则可使冷却水与氨液之 间呈逆流式热交换，因此再冷能力强。 二、回热器 回热器是指氟里昂制冷装置中使节流装置前制冷 剂液体与蒸发器出口制冷剂蒸汽进行换热的气液热交 换器。 作用:(1)对于R12、R134a和R502等，通过回 热提高制冷剂装置的制冷系数;(2)使得节流装置前制冷剂液体再冷;(3)使蒸发器出口制冷剂蒸汽中夹带的液体气化，以提高制冷压缩机的效率和防止压缩机液击。 对于大中型制冷装置多采用盘管式回热器，0.5,15 kW容量的制冷装置可采用套管式和绕管式。对于电冰箱等小型制冷装置，将供液管和吸气管绑在一起或并行焊接在一起，或将作为节流装置的毛细管同吸气管绑在一起，或者直接插入吸气管中，构成最简单的回热器。 盘管式回热器如图所示。回热器外壳为钢制 圆筒，内装铜制螺旋盘管。来自冷凝器的高压高 温制冷剂液体在血管内流动，而来自蒸发器的低 压低温制冷剂蒸气则从盘管外部空间通过，使液 体再冷却。 三、中间冷却器 中间冷却器用于双级压缩制冷装置，它的结构随循环的形式而有所不同。 双级压缩氨制冷装置采用中间完全冷却，所以其中间冷却器用来同时冷却高压氨液及低压压缩机排出的氨气。氨中间冷却器结构如图。 低压级压缩机排气经顶 部的进气管直接通入氨液中， 冷却后所蒸发的氨气由上侧 接管流出，进入高压级压缩机 的吸气侧。用于冷却高压氨液 的盘管置于中间冷却器的氨 液中，其进出口一般经过下封 头伸到壳外。进气管上部开有 一个平衡孔，以防止中间冷却 器内氨液在停机后压力升高 时进入低压级压缩机排气管。 氨中间冷却器中蒸气流速一 般取0.5 m/s，盘管内的高压 氨液流速取0.4,0.7 m/s，端 部温差取3,5?，此时的传 2热系数为600,700 W/mk。 双级压缩氟里昂制冷装置采用中间不完全冷却，所以其中间冷却器只用来冷却高压制冷剂液体。氟里昂中间冷却器结构如图所示，比氨的简单。高压氟里昂液体由上部进入，在盘管内被冷却后由下部流出。在中间压力下氟里昂液体经节流后由右下方进入，蒸发的蒸气由左上方 2流出，其流量由热力膨胀阀来控制。氟里昂中间冷却器的传热系数约为350,400 W/mk。 60 四、冷凝,蒸发器 冷凝,蒸发器用于复叠式制冷装置，它是利用高温级制冷剂制取的冷量，使低温级压缩机排出的气态制冷剂冷凝，既是高温级循环的蒸发器，又是低温级循环的冷凝器。常用的结构形式有套管式、绕管式和壳管式。 (一)套管式 套管式冷凝,蒸发器与套管式冷凝器结构相似，它是将两个直径不同的管道套在一起后弯曲而成。一般高温级循环制冷剂在管间蒸发，低温级制冷剂蒸气在管内冷凝。这种冷凝,蒸发器结构简单，加工制作方便，但外形尺寸较大;当套管太长时， 蒸发和冷凝两侧的流动阻力都较大，故它适用于小型复叠式制冷 装置。 (二)绕管式 绕管式冷凝,蒸发器的结构如图所示。它是由一组多头的螺 旋形盘管装在一个圆形的壳体内组成的。高温级制冷剂由上部供 入，在管内蒸发，蒸汽由下部导出;低温级制冷剂在管外冷凝。 这种冷凝,蒸发器结构及制造工艺较其他形式复杂，但是它传热 效果好，制冷剂充注量较小。由于其壳体内容积较大，必要时还 可以起到膨胀容器的作用。 (三)壳管式 壳管式冷凝,蒸发器在结构上是将直管管束在壳筒内，以取 代螺旋盘管，其形式与壳管式冷凝器结构基本相同。它可以设计 成立式安装型，高温级制冷剂液体从下部进入管内蒸发，蒸气由上部集管引出到高温级压缩机;低温级制冷剂蒸气由上封头的接管进入壳内，在管外冷凝成液体后由下封头的接管引出，进入低温级的节流装置。这种结构形式需要的高温级制冷剂充注量较大。此外，壳管式冷凝,蒸发器还可以设计成卧式安装型，其工作原理与干式卧式蒸发器相似，其结构较立式安装型复杂一些，但是传热效果较好，可以做成大型设备，以满足大容量复叠式制冷装置的需要。 5 节流机构和辅助设备 5.1 节流机构 节流机构是制冷系统四大件中的一件。从冷凝器(或高压贮液桶)出来的高压液态制冷剂经过节流机构后，变为低压湿蒸汽，然后在蒸发器中蒸发吸热。因此说节流机构的作用基本上归结为两点: (1)对高压液态制冷剂进行节流降压，保证冷凝器与蒸发器之间的压力差，以便使蒸发器中的液体制冷剂在要求的低压下蒸发吸热，从而达到制冷降温的目的。 (2)调节供入蒸发器的制冷剂流量，以适应制冷系统制冷量变化的需要。即随着蒸发器热负荷的变化，节流机构供液量也要相应地变化。若供液量小了，会使制冷量不足;供液量多了，会引起湿压缩，甚至冲缸事故。 鉴于节流机构有控制进入蒸发器的液态制冷剂质量流量的功能，故有时也将它称为流量控 61 制机构;又由于高压液态制冷剂流经此部件后，节流降压膨胀为湿蒸汽，故也称为节流阀或膨胀阀。常用的节流机构有手动膨胀阀、浮球式膨胀阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀和毛细管等。 一、手动膨胀阀 手动膨胀阀的构造与普通截止阀相似，它的特点是阀杆采用细牙螺纹，阀杆上、下行程大;阀芯为针形锥体，或具有V形缺口的锥形圆筒，或平板，如图所示。这样保证阀门开启度增减时流量逐渐增减，而且有较大的调节范围。 手动膨胀阀要求管理人员根据负荷的变化随时调节阀门的开启度，管理麻烦，如果操作人员一时疏忽，还会导致运行工况失常，甚至造成事故。因此，手动膨胀阀现在已较少单独使用，一般都用作辅助性流量调节，把它装在旁通管道上，以备应急，或检修自动阀门时使用，或者同液面控制器及电磁阀配合使用，共同实现供液量的控制，如图所示。 二、浮球式膨胀阀 浮球式膨胀阀是用于具有自由液面的蒸发器(如卧式壳管式蒸发器、直立管式或螺旋管式蒸发器)的供液量的自动调节。通过浮球调节阀的调节作用，在这些设备中可以保持大致恒定 62 的液面。同时浮球膨胀阀还能起节流降压的作用。 浮球式膨胀阀广泛应用于氨制冷装置中。按照其流通方式的不同，浮球式膨胀阀可分为直通式和非直通式两种。它们的结构如图所示。 这两种浮球式膨胀阀的工作原理都是利用液面的变化来自动调节制冷剂流量。浮球室置于满液式蒸发器一侧，通过连通管上与蒸发器气空间相连，下与蒸发器液空间相连。因此，浮球室的液面与蒸发器的液面高度一致。当蒸发器负荷增加，蒸发量增加，液面下降时，浮球室中的液面也相应下降，于是浮球下降，依靠杠杆作用使阀门开启度增加，加大供液量。当蒸发器负荷减少时，制冷剂蒸发量减少，其液面与浮球室内液面同时升高，浮球升高，阀门的开启度减少，使制冷剂供入量减小。 直通式浮球膨胀阀供给蒸发器的液体，首先全部通过浮球室，然后由液体连通管流入蒸发器。这种阀的特点是构造简单，液连通管管径大，但只能从下部向蒸发器供液，浮球室内的液面波动大，由浮球传递到阀芯的冲击力就大，使得阀门易于损坏。为了克服直通式浮球阀存在的上述缺点，把阀门机构设置在浮球室外部，节流以后的制冷剂不通过浮球室，直接流入蒸发器，因此，这种阀浮球室内的液面稳定，但它的构造和安装较复杂。非直通式浮球阀工作比较稳定，而且可以供液到蒸发器的任何部位。目前非直通式浮球阀得到了广泛应用。 为了保证浮球阀的灵敏性和可靠性，在浮球阀前都设有过滤器，以防污物堵塞阀口。设备运转过程中，应对过滤器进行定期检查和清洗。在浮球阀的管路系统中，一般都装有手动节流阀的旁路系统，一旦浮球阀发生故障或清洗过滤器时，可使用手动节流阀调节供液。浮球阀还装有截止阀，停机后立即关闭。因为压缩机停止后，蒸发器中的制冷剂停止蒸发，液体中的气泡消失，液位下降，浮球阀开大，大量制冷剂液体就会进入蒸发器，当液位升高至上限时，浮球阀才能自动关闭。在下次启动压缩机时，制冷剂沸腾，原已处于上限的液位，因液体中充满气泡而进一步猛涨，甚至会导致压缩机发生液击。 三、热力膨胀阀 (一)热力膨胀阀的工作原理 氟里昂制冷系统一般都用热力膨胀阀来调节制冷剂流量。它既是控制蒸发器供液量的调节阀，同时也是制冷装置的节流阀，所以热力膨胀阀也称热力调节阀。热力膨胀阀是利用蒸发器出口处制冷剂蒸汽过热度的变化来调节供液量。根据结构的不同，热力膨胀阀可分为内平衡式和外平衡式两种。 (1)内平衡式热力膨胀阀 内平衡式热力膨胀阀的结构如图所示。它由感温包、毛细管、阀座、膜片、顶杆、阀针及调节机构等构成。 63 膨胀阀接在蒸发器的进液管上，感温包敷设在蒸发器出口管上。在感温包中注有制冷剂的液体或其他液体、气体。通常情况下感温包中充注的工质与系统中制冷剂相同。热力膨胀阀的工作原理是建立在力平衡的基础上的。工作时，弹性金属膜片上部受感温包内工质的压力p3作用，下面受制冷剂压力p1与弹簧力p2的作用。膜片在三个力的作用下向上或向下鼓起，从而使阀孔关小或开大，用以调节蒸发器的供液量。当进入蒸发器的液量小于蒸发器热负荷的需要时，则蒸发器出口处蒸汽的过热度就增大，膜片上方的压力大于下方的压力，这样就迫使膜片向下鼓出，通过顶杆压缩弹簧，并把阀针顶开，使阀孔开大，则供液量增大;反之，当供液量大于蒸发器热负荷的需要时，则出口处蒸气的过热度减小，感温系统中的压力降低，膜片上方的作用力小于下方的作用力时，使膜片向上鼓出，则弹簧伸长，顶杆上移并使阀孔减小，对蒸发器的供液量也就随着减少。 对于任一运行工况，此三种作用力均会达到平衡，即p1+p2=p3，此时膜片不动，阀芯位置不动，阀门开度一定。 由前面的叙述可以知道，当蒸发器出口蒸气的过热度减小时，阀孔的开度也减小，而当过热度减小到某一数值时，阀门便关闭，这时的过热度称为关闭过热度。关闭过热度也等于阀门开始开启时的过热度，所以也称为开启过热度或静装配过热度。关闭过热度是由于弹簧的预紧程度有关。弹簧的预紧程度可通过调节杆来调整。当将弹簧调整到最松位置时的关闭过热度称为最小过热度;将弹簧调整到最紧位置时的过热度称为电大关闭过热度。热力膨胀阀在设计时，一般规定最小关闭过热度不大于2?，最大关闭过热度不小于8?。 总之，内平衡式热力膨胀阀是依靠蒸发器出口气态制冷剂的过热度来调节蒸发器的供液量。这种阀只用在有较大过热度的制冷剂(如R12等)的非满液式蒸发器或小型蒸发器中。 (2)外平衡式热力膨胀阀 上述的分析没有考虑蒸发器内制冷剂的压力损失，对于蛇形管较长或阻力较大的大型蒸发器，多应用外平衡式热力膨胀阀。如图为外平衡式热力膨胀阀的构造图。它的构造与内平衡式热力膨胀阀基本相似，但是其膜片下方不与供入的液体接触，而是作有一个空腔，用一根小口径平衡管与蒸发器出口处连接，这样，膜片下部承受蒸发器出口制冷剂的压力，从而消除了蒸发器内制冷剂流动阻力的影响;另外调节杆的形式也有所不同。 64 为了说明内平衡式热力膨胀阀和外平衡式热力膨胀阀各自的特点及适用场合，下面分析一下制冷剂流经蒸发器，在不同压力损失情况下的工作状态。 假定有一制冷装置，制冷剂是R22，感温包中充注的工质也是R22，在蒸发温度为5?的工况下运行。 第一种情况:假设制冷剂流经蒸发器时没有压力损失。采用内平衡式热力膨胀阀，阀的弹簧预紧力设定为p2,0.097 MPa(约相当于关闭过热度为5?)。 低压制冷剂进入蒸发器后，从A处逐渐蒸发到B处，完全汽化成5?的饱和蒸汽。从B处到C处，制冷剂蒸气继续吸热而成为过热蒸汽。A处的温度为5?，压力即是5?下的饱和压力，即p1,0.584 MPa。这样，作用于金属膜片下部的总压力(p1+p2)=0.584+0.097=0.681 MPa。若要使阀门开启工作，必须使感温包内的压力p3?(p1+p2)=0.681 MPa，感温包内相应的温度t3,10?。由于可以忽略传热温差，则C处的制冷剂温度tc,10?，它的过热度为5?(tc-tB),5?。所以，只要蒸发器出口处的制冷剂过热度超过5?时，热力膨胀阀就能开启工作(即开启过热度Δt,5?)。 第二种情况:制冷剂流经蒸发器时，实际上有压力损失，假定其压力损失为0.086 MPa。 若仍然使用内平衡式热力膨胀阀，则5?的制冷剂液体自A处逐渐蒸发到B’处，完全汽化成饱和蒸汽。忽略不计B’C过热段的阻力，AB’段的压力损失就为0.086 MPa。B’和C处的压力都为(0.584-0.086),0.498 MPa，其对应的饱和温度为0?。作用于金属膜片下部的压力(p1+p2),0.681 MPa。要使阀门开始开启，则作用在膜片上的压力p3?(p1+p2),0.681 MPa，相应的感温包温度应为t5?10?，即要求C处制冷剂的温度大于10?时阀门才能开启，此时的开启过热度将大于10?(tc-tB’ ?10?)。 从以上分析可以看出，由于蒸发器存在压力损失，导致内平衡式热力膨胀阀开启过热度增大，这就使蒸发器传热面积的利用率降低(B’在B前)，制冷能力也相应减小。在这种场合，使用内平衡式热力膨胀阀是不太适宜的。 当蒸发器的压力损失比较大时，就应该使用外平衡式热力膨胀阀。 仍然以上述第二种情况为例。低压制冷剂液体从A处逐渐蒸发到B处，完全汽化成饱和 65 蒸汽。因为AB段的压力损失为0.086 MPa，则B处的压力降至0.498 MPa，与其对应的饱和温度为0?。忽略不计BC过热段的阻力，C处的压力pc,0.498 MPa。这时作用在金属膜片下的压力已变为弹簧张力p2和蒸发器出口压力pc之和，使阀门关闭的压力为(pc+p2)=0.498+0.097=0.595 MPa，与p3对应的饱和温度约为5.5?，即当t5,tC,5.5?时，C处制冷剂蒸气过热度为5.5?(tc-tB,5.5?)时，阀门就开始开启。由此可见，蒸发器的压力损失对外平衡式热力膨胀阀的开启过热度影响极小，它仍能保持较小的开启过热度，从而使蒸发器的传热面积得以充分利用。 外平衡式热力膨胀阀的调节特性，基本上不受蒸发器中压力损失的影响，但是由于它的结构比较复杂，因此一般只有从膨胀阀出口到蒸发器出口，制冷剂的压力降所相应的蒸发温度降超过2,3?时，才应用外平衡式热力膨胀阀。目前国内一般中小型的氟里昂制冷系统，除了使用分液器的蒸发器外，蒸发器的压力损失都比较小，所以采用内平衡式热力膨胀阀较多。用分液器的蒸发器压力损失较大，故宜采用外平衡式热力膨胀阀。 (二)感温包的充注 根据制冷系统所用制冷剂的种类和蒸发温度的不同，热力膨胀阀感温系统中可采用不同的物质和方式进行充注，主要方式有充液式、充气式、交叉充液式、混合充注式和吸附充注式，各种充注方式均有优缺点和使用限制。 (1)充液式热力膨胀阀 上面所说过的就是充液式热力膨胀阀，充注的液体量应该足够大，以保证任何温度下感温包内均有液体存在。感温系统内的压力为所充注液体的饱和压力。 充液式的优点是阀门的工作不受膨胀阀和平衡毛细管所处环境温度的影响，即使温度低于感温包感受的温度，也能正常工作。但是，充液式热力膨胀阀随蒸发温度的降低，过热度有明显上升的趋势。 (2)充气式热力膨胀阀 充气式热力膨胀阀感温系统中充注的也是与制冷系统相同的制冷剂，但是，充注的液体数量取决于热力膨胀阀工作时的旺市蒸发温度。在该温度下，感温系统内所充注的液态制冷剂应全部气化为气体，如图。当感温包的温度低于tA时，感温包内的压力与温度的关系为制冷剂的饱和特性曲线;当感温包的温度高于tA时，感温包内的制冷剂呈气态，尽管温度增加很大，压力却增加很少。因此，当制冷系统的蒸发温度超过最高限定温度tM时，蒸发器出口气态制 66 冷剂虽具有很大的过热度，阀门基本不能开大;这样就可以控制对蒸发器的供液量，以免系统蒸发温度过高，制冷压缩机的电机过载。 (3)其他充注式热力膨胀阀 除上述两种充注方式外，还有交叉充液式，即充液式热力膨 胀阀感温包内充注与制冷系统不同的制冷剂以外，还充注一定压 力的不可凝气体;吸附充注式，即在感温包内装填吸附剂(如活 性炭)和充注吸附性气体(如二氧化碳)。如图为交叉充液式热 力膨胀阀的特性曲线，可以看出，不同蒸发温度情况下，均可保 持蒸发器出口制冷剂过热度几乎不变。采用不同充注方式的目的 在于，使弹性金属膜片两侧的压力按两条不同的曲线变化，以改 善热力膨胀阀的调节特性，扩大适用温度范围。 (三)热力膨胀阀的选配、安装与调试 (1)选配 选配时应考虑到制冷剂种类和蒸发温度范围，且使膨胀阀的容量与蒸发器的负荷相匹配。 我们把通过在某压力差情况下处于一定开度的膨胀阀的制冷剂流量，在一定蒸发温度下完全蒸发时所产生的冷量，称为该膨胀阀在此压差和蒸发温度下的膨胀阀容量。在一定的阀开度和膨胀阀进出口制冷剂状态的情况下，通过膨胀阀的制冷剂流量可按照下式计算: M,CA2(p,p)/vkg/srDvvivovi 3p、p——膨胀阀进、出口压力，Pa;v——膨胀阀进口制冷剂比容，m/kg; vivovi2Av——膨胀阀的通道面积，m; C——流量系数; C,0.02005,，0.634vDDvivo Ρ——膨胀阀进口制冷剂密度;v——膨胀阀出口制冷剂比容。 vivo 则热力膨胀阀的容量可以用下式求得: ,,M(h,h)0reoei 式中，h、h——蒸发器进出口制冷剂焓值。 eieo 由已知的蒸发器制冷量φ0、蒸发温度以及膨胀阀进、出口制冷剂状态，即可采用上述公式计算选配热力膨胀阀。选配时一般要求热力膨胀阀的容量比蒸发器负荷大20,30,。 (2)安装 热力膨胀阀的安装位置应靠近蒸发器，阀体应垂直放置，不可倾斜，更不可颠倒安装。由于热力膨胀阀依靠感温包感受到的温度进行工作，且温度传感系统的灵敏度比较低，传递信号的时间滞后较大，易造成膨胀阀频繁启闭和供液量波动，因此感温包的安装非常重要。 ? 感温包的安装方法 正确的安装方法旨在改善感温包与吸气管中制冷剂的传热效果，以减小时间滞后，提高热力膨胀阀的工作稳定性。 通常将感温包缠在吸气管上，感温包紧贴管壁，包扎紧密;接触处应将氧化皮清除干净，必要时可涂一层铅漆作保护层，以防生锈。当吸气管外径小于22 mm时，管周围温度的影响可以忽略，安装位置可以任意，一般包扎在吸气管上部;当吸气管外径大于22 mm时，感温包安装处若有液态制冷剂或润滑油流动，水平管上、下侧温差可能较大，因此将感温包安装在吸气管水平轴线以下45?之间(一般为30?)，如图所示。为了防止感温包受外界温度影响， 67 故在扎好后，务必用不吸水绝热材料缠包。 ? 感温包的安装位置 感温包安装在蒸发器出口、压缩机吸气管段上， 远离压缩机吸气口1.5m以上，并尽可能装在水平管 段部分。但必须注意不得置于有积液之处。为了防止 因水平管积液、膨胀阀操作错误，蒸发器出口处吸气 管需要抬高时，抬高处应设存液弯，否则，只得将感 温包安装在立管上。 当采用外平衡式热力膨胀阀时，外平衡管一般连 接在蒸发器出口、感温包后的压缩机吸气管上，连接 口应位于吸气管顶部，以防被润滑油堵塞。当然，为了抑制制冷系统运行的波动，也可将外平衡管连接在蒸发管压力降较大的部位。 (3)调试 热力膨胀阀的调试必须在制冷装置正常运转状态下进行。若蒸发器出口处没有温度计，可利用压缩机的吸气压力作为蒸发器内的饱和压力来校核过热度。不过由于吸气管的压力降，使计算得的过热度高于实际过热度。调整中如果感到过热度太小，即供液量太大，则可把调节杆按顺时针方向转动半圈或一圈(即增大弹簧力，减小阀开度)，使制冷剂流量减小。反之，若感到过热度太大，即供液量不足，则可把调节杆朝反方向转动，使制冷剂流量增大。整个调节过程要细心，调节杆螺纹一次转动的圈数不宜过多(调节杆螺纹转动一圈，过热度大约改变1,2?)。耐心地经过多次调整，直至满足要求为止。 热力膨胀阀除根据测量仪表进行调节外，还可按经验方法进行调节，即转动调节杆螺纹改变阀的开度，使蒸发器的回气管外刚好能结霜或结露。对于蒸发温度低于0?的制冷装置，若挂霜后用手摸，有一种将手粘住的阴凉感觉，表明此时热力膨胀阀的开度适宜。对于蒸发温度在0?以上的空调用制冷装置，则可视结露情况判断。 热力膨胀阀的常见故障及排除方法见下表: 故障或不正常现象 原因 排除方法 制冷压缩机开车时，热力膨感温包内充注工质泄漏或过修理或更换膨胀阀，清洗过滤胀阀打不开。 滤器、阀孔被堵塞。 器或阀件。 制冷压缩机启动后，阀很快加强系统干燥(在系统的液管被堵塞(吸气压力降低)，系统内有水分，水分在阀孔上加设干燥器或更换干燥阀外加热后，阀又立即开启处冻结，形成冰塞。 器)。 工作。 膨胀阀进口管上结霜 膨胀阀前的过滤器堵塞。 清洗过滤器 膨胀阀发出“丝丝”的响声 系统内制冷剂不足;液体无补充制冷剂，保证液体制冷剂 过冷度，液管压力损失过大，有足够大的过冷度。 68 在阀前液管中产生气体。 选用了过大的膨胀阀，开启调换容量合适的膨胀阀;调整膨胀阀供液一会儿多，一会过热度调得过小;感温包位开启过热度;选择合理的安装儿少 置或外平衡管位置不合适。 位置。 更换或修理膨胀阀;选择合理膨胀阀损坏;感温包位置不膨胀阀关不小 的安装位置;把传动杆稍微修正确;膨胀阀内传动杆太长。 短一些。 四、电子膨胀阀 无级变容量制冷系统制冷剂供液量调节范围宽，要求调节反应快，传统的节流机构(如热力膨胀阀)已不能胜任，这时需要使用电子膨胀阀。电子膨胀阀利用被调节参数产生的电信号，控制施加于膨胀阀上的电压或电流，进而达到调节供液量的目的。 按照驱动方式的不同，电子膨胀阀可分为电磁式和电动式两类。 (一)电磁式电子膨胀阀 结构如图所示。它是依靠电磁线圈的磁力驱动针阀。电磁线圈通电前，针阀处于全开位置。通电后，受磁力作用，针阀的开度减小，开度减小的程度取决于施加在线圈上的控制电压。电压越高，开度越小，流经膨胀阀的制冷剂流量也越小。阀的开度随控制电压的变化如图所示。 电磁式膨胀阀的结构简单，动作响应快，但是在制冷系统工作时，需要一直提供控制电压。 (二)电动式电子膨胀阀 电动式电子膨胀阀是依靠步进电机驱动针阀。分直动型和减速型两种。 (1)直动型 直动型电动式电子膨胀阀的结构如图a。该膨胀阀是用脉冲步进电机直接驱动针阀。当控制电路的脉冲电压按照一定的逻辑关系作用到电机定子的各相线圈上时，永久磁铁制成的电机转子受磁力矩作用产生旋转运动，通过螺纹的传递，使针阀上升或下降，调节阀的流量。直动型电子膨胀阀的工作特性如图b所示。 69 直动型电动式电子膨胀阀驱动针阀的力矩直接来自定子线圈的磁力矩，限于电机尺寸，这个力矩较小。 (,)减速型 减速型电动式电子膨胀阀的结构如图a。阀内装有减速齿轮组。步进电机通过减速齿轮组将其磁力矩传递给针阀。减速齿轮组放大了磁力矩的作用，因而该步进电机易与不同规格的阀体配合，满足不同调节范围的需要。节流阀口径为φ1.6 mm的减速型电动式电子膨胀阀工作特性如图b。 采用电子膨胀阀进行蒸发器出口制冷剂过热度调节，可以通过设置在蒸发器出口和中部的两只温度传感器来采集过热度信号，采用反馈调节来控制膨胀阀的开度;也可以采用前馈，反 70 馈复合调节，消除因蒸发器管壁与传感器热容千百万的过热度控制滞后，改善系统调节品质，在很宽的蒸发温度区域使过热度控制在目标范围内。除了蒸发器出口制冷剂过热度控制，通过指定的调节程序还可以将电子膨胀阀的控制功能扩展，如用于热泵机组除霜、压缩机排气温度控制等。此外，电子膨胀阀也可以根据制冷剂液位进行工作，所以除了用于干式蒸发器，还可用于满液式蒸发器。 五、毛细管 在小型的氟里昂制冷装置中，如电冰箱、窗式空调器、小型降湿机等，由于冷凝温度和蒸发温度变化不大，制冷量小，为了简化结构，一般都利用毛细管作为制冷系统的节流降压机构。毛细管是一种最简单的节流机构。所谓毛细管，实际上就是一根直径很小而较长的管子(一般为铜管)。液体经过管子时，要克服管子的阻力，就会产生一定的压力降，而且管径越小，管子越长，压力降也越大。所以制冷剂液体流经毛细管时，可起节流膨胀作用，而且当毛细管的内径和长度一定，以及两端保持一定的压力差时，通过毛细管的液体流量也是一定的，基于这样的原理，就可选择适当直径和长度的管子代替节流阀，实现节流降压和控制制冷剂的流量，目前使用的毛细管为内径0.7,2.5 mm之间的铜管。管长则根据制冷系统的需要而定，一般长度在0.6,6 m。毛细管可以用一根或者几根并联。使用几根毛细管时，需要用分液器，而且要经过仔细地调整，使几根毛细管的工作情况大致相同(可由结霜情况来判断)。在毛细管前，需要装设过滤器，以防毛细管被杂物堵塞。 毛细管作为节流机构的优点是:结构简单、无运动部件、制造方便、价格便宜和不易发生故障;而且压缩机停止运行后，冷凝器和蒸发器的压力可以自动达到平衡，减轻了再次启动时电机的负荷。但是因为毛细管的孔径和长度是根据一定的工况确定的，在两端的压力差保持不变的情况下，制冷剂流量不能调节。当蒸发器的负荷变化时，它就不能很好地适应。所以在设计工况下运行时，蒸发器的传热作用才能得到充分发挥。如果蒸发压力下降，容易发生制冷能力的充分发挥。由于毛细管中的流量与进出口压力关系很大，因而在无贮液器时，要求充注制冷剂的量很准确，如所充的制冷剂量过多或过少，都不能使制冷装置正常工作。所以毛细管仅适宜用于工况较稳定、负荷变化不大和采用封闭式压缩机的制冷装置中。 毛细管结构虽然简单，但制冷剂在管内的节流过程却比较复杂。制冷剂在毛细管中的节流过程，与节流阀有较大区别。在节流阀中，制冷剂在通过阀孔的瞬间即完成节流过程，而在毛细管中，节流过程是沿毛细管总长的流动过程中完成的。当制冷装置的设计工况和所需冷量确定后，毛细管的参数(内径、长度)可通过计算和 图解 交通标志图片大全及图解交通标志牌图片大全及图解建筑工程建筑面积计算规范2013图解乒乓球规则图解老年人智能手机使用图解 法(诺模图)确定，但是计算或查图求得 71 的几何尺寸在实际使用中仍有较大误差。目前一些制造厂常用类比法确定毛细管的参数。类比法是一种经验方法。它是参考比较成熟的同类型产品，通过类比和推算选择所需要的毛细管。需要指出，无论用何种方法确定毛细管尺寸，最终都需要通过实际试验进行修正，以确定最佳参数。 5.2 辅助设备 在蒸汽压缩式制冷系统中，除压缩机、冷凝器、蒸发器和节流机构等主要设备外，还包括一些辅助设备，如润滑油的分离及收集设备、制冷剂的贮存及分离设备、制冷剂的净化设备及安全设备等。这些辅助设备的作用是保证制冷剂装置的正常运转、提高运行的经济性和保证操作的安全可靠。它们不是完成制冷循环所必须的设备，因此小型制冷装置往往省去某些辅助设备。下面介绍空调用制冷装置中几种常用的辅助设备。 一、储液器 作用:调节和稳定制冷剂的循环量并储存液态制冷剂。 种类:按用途和承受工作压力不同可分为: (1)高压储液器 放置在冷凝器下面，储存由冷凝器所导出的高压氨液，并保证供应和调节氨液循环量。 构造:有进液管、出液管、均压管、安全阀、压力表、放油管等。如图所示。 72 高压储液器的容量一般应能容纳系统中的全部充液量，为了防止温度变化时因热膨胀造成危险，储液器的储存量不应超过本身容积的80,。可按下述公式计算: ,11Gv3 V(~)m, ,32 式中，G——制冷剂循环量，kg/h，等于3600×φ/q。 00 V’——在tk下制冷剂液体的比容，m3/kg; β——液体充满度，取0.8。 (2)低压储液器 收集压缩机总回汽管路上氨液分离器所分离出来的低压氨液。装在压缩机总回汽管上的氨液分离器下部。仅在大型氨制冷装置中使用。按其作用不同分为两种: 一种是用于蒸发器融霜(冷却排管或冷风机热氨除霜)或制冷设备检修时，储存制冷系统的制冷剂液体，故又称排液筒。其容量为可储存最大一间库房的氨液量。 另一种是蒸发器为氨泵供液时，用于储存循环的低压制冷剂液体，故又称循环储液筒。其作用是充分保证氨泵所需的低压氨液，同时起着氨液分离的作用。其容量?氨泵每小时循环量的30,。 低压储液器的构造与高压储液器基本相同。 二、气液分离器 作用:? 分离低压蒸汽中的液滴，防止制冷压缩机湿冲程;? 防止制冷剂蒸汽进入蒸发器中，提高蒸发器的传热效果。 位置:设置在蒸发器与压缩机回汽管之间。 构造: 小型氟里昂制冷系统所采用的气液分离器有管道型和筒体型两种，筒体型结构如图。 来自蒸发器的含液气态制冷剂，从上部进入，依靠气流速度的降低和方向的改变，将低压气态制冷剂携带的液滴或油滴分离;然后通过弯管底部具有油孔的吸气管将稍具过热度的低压气态制冷剂及润滑油吸入压缩机;吸气管的小孔为平衡孔，防止在压缩机停机时分离器内的润滑油从油孔被压回压缩机。对于热泵式空调机，为了保证在融霜过程中压缩机的可靠运行，气 73 液分离器是不可缺少的。 用于大、中型氨制冷系统的气液分离器有立式和卧式两种结构。如上图右所示。 这种气液分离器是个具有许多管接头的钢筒。来自蒸发器的蒸气由筒体中部的进气管3进入分离器，由于通道截面积的突然扩大，蒸气流速降低，同时由于流向的改变，蒸气中携带的液滴被分离出来，落入下部的氨液中。而干饱和蒸气(包括节流产生的蒸气)则从上部的出气管被压缩机抽回。节流后的湿蒸气，由筒体侧面下部的进液管进入分离器筒体。液体落入下部，经底部的出液管向蒸发器供液，而气体则与来自蒸发器的蒸气一起被压缩机吸走。从以上工作过程可以看出，气液分离器是用来分离蒸发器出口的蒸气中液滴，保证压缩机干压缩;也可用来分离进入蒸发器氨液中的气体，提高蒸发器传热面积的有效利用程度。当有多台蒸发器、压缩机并联时，还可起到分液汇气的作用。 设计和使用时，应保证蒸气在筒体内的流速不大于0.5 m/s。 三、过滤器和干燥器 过滤器用于清除制冷剂中的机械杂质，如金属屑、焊渣、氧化皮等。它分气体过滤器和液体过滤器两种。气体过滤器装在压缩机的吸气管路上或压缩机的吸气腔，以防止机械杂质进入压缩机气缸;液体过滤器一般装在调节阀或自动控制阀前的液体管路上，以防止污物堵塞或损坏阀件。结构如下图。 过滤器的原理很简单，就是用金属丝网阻挡污物。氨:网孔为 0.4 mm的钢丝网，2,3层;氟利昂:网孔0.1,0.2 mm的铜丝网。 (汽:0.2 mm，液:0.1 mm)。 流速:气态制冷剂通过滤网的速度为1,1.5 m/s，液态，0.1 m/s。 干燥器只用于氟利昂制冷系统中。因为氟利昂不溶于水或仅有 限地溶解，系统中制冷剂含水量过多，会引起制冷剂分解，金属腐 蚀，并产生污垢和使润滑油乳化等。当系统在0? 以下运行时，会在膨胀阀处结冰，堵塞管道，即发生“冰塞”。故 在储液器出液管路上的节流阀前装设干燥器，用以吸附制冷剂液体 中的水分。一般用硅胶作为干燥剂，近年来也有使用分子筛作干燥 剂的。如图示出一立式干燥器的结构。对于小型制冷装置，可以不 装设干燥器，仅在系统充氟时，使其一次通过干燥器即可。 在实际的氟里昂系统中常常将过滤和干燥功能结合在一起，称 为干燥过滤器。它实际上就是在过滤器中充装一些干燥剂，其结构 74 如图所示。为了严格防止干燥剂漏入系统，滤网的两 端装有钢丝网或铜丝网、纱布、脱脂棉等。干燥过滤 器一般装在冷凝器与热力膨胀阀之间的管路上，以除 去进入电磁阀、膨胀阀等阀门前液体中的固体杂质及 水分，避免引起阀门的堵塞或冰塞。氟里昂通过干燥 层的流速应小于0.03 m/s。 干燥器或干燥过滤器使用一段时间后，干燥剂含 水量增加，因而吸附水分的能力降低。此时需将干燥 器或干燥过滤器取下，将干燥剂加热再生后继续使 用。 四、油分离器 压缩机的排气中都带有润滑油。润滑油随高压排气一起进入排气管，并有可能进入冷凝器和蒸发器内。对于氨制冷系统，润滑油会在换热器传热表面上形成严重的油污，降低了传热系数，并使制冷剂的蒸发温度有所提高。对于氟里昂系统，由于润滑油在氟里昂中的溶解度大，虽然一般不会在传热表面上形成油污，但是对其蒸发温度影响较大。因此，在氨及氟里昂系统中一般都要用油分离器。氟利昂系统利用自动加油装置，将分离出的油送回压缩机曲轴箱;氨制冷系统则定期地通过集油器将油排出。 目前常用的油分离器有惯性式、洗涤式、离心式及过滤式四种结构形式。这些油分离器的基本工作原理是借助油滴与制冷剂蒸气的密度不同，使混合气体经直径较大的油分离器时，利用突然扩大通道面积而使其流速降低，同时改变其流动方向，或利用其他分油措施，使润滑油沉降而分离。对于蒸汽状态的润滑油，则可采用洗涤或冷却的方法降低温度，使之凝结为油滴后再分离。 惯性式油分离器依靠流速突然降低并改变气流运动方向将高压气态制冷剂携带的润滑油分离，并聚积在油分离器的底部，通过浮球阀或手动阀排回制冷压缩机。 洗涤式油分离器将高压过热氨气通入氨液中洗涤冷却，使氨气中的雾状润滑油凝聚分离。 离心式油分离器借助离心力将滴状润滑油甩到壳体壁面聚积下沉分离。 过滤式油分离器靠过滤网处流向改变、降速和过滤网的过滤作用将油滴分离出来。 过滤式油分离器气流通过过滤层的速度为0.4,0.5 m/s，其他形式的油分离器气流通过筒体的速度不应超过0.8 m/s。 75 五、集油器 又称为放油器，是由钢板制成的筒状容器，其上设有进油管、放油管、出气管、压力表接管以及液位计等，结构形式如图。它只适用于氨制冷系统中，用于收集和存放从油分离器、冷凝器、储液器以及蒸发器等设备中分离出来的润滑油，再按照一定的操作程序，由集油器排出制冷系统。 放油操作的步骤: (1)降压:将阀门V1、V2、V3、V5关闭，开启阀V4，使集油器内压力降低，一般使压力稍高于大气压即可。 (2)排油:关闭阀门V4，打开V1(或V2、V3)及相应设备的排油阀，使某个设备中的润滑油移到集油器中。当集油器的油液量达到容器容积的60,70,时，关闭进油阀V1(或V2、V3)。 76 (3)排氨:开启阀V4，使油中夹带的氨液蒸发，筒身表面出现结霜，直到霜层融化，关闭V4。等10分钟后，视集油器上的压力表的压力是否上升，若上升显著，应重新开启阀V4，使残留的氨液继续蒸发，再关闭V4;若压力上升很小，则表明油中的氨已基本上分离完毕。 (4)放油:开启阀V5，将油放出。 六、不凝气体分离器 由于下述原因，使得系统中可能有不凝性气体存在: 1)制冷系统安装完后或检修完毕后，未能彻底把系统中的空气或氮气(当用氮气打压( 时)抽尽; (2)添加制冷剂或润滑油时，因操作不严格而带入空气; (3)制冷系统的低压部分在低于大气压力下工作时，从不严密处漏入空气; 4)制冷剂或润滑油在高温下分解; ( (5)金属材料被腐蚀产生不凝性气体。 在制冷系统中若存在不凝性气体时的危害有: (1)导致冷凝温度升高。不凝性气体在传热面附近形成气膜热阻。 (2)使压缩机的排汽压力升高。冷凝器内的总压力(排汽压力)应是制冷剂蒸气的压力和不凝性气体分压力之和。 (3)压缩机排汽温度升高。冷凝压力升高会导致压缩机排汽温度升高，空气K大也会使压缩终点温度高。 4)腐蚀性增强。空气进入系统，空气中水分和氧气加剧了对金属材料的腐蚀作用。 ( (5)对氨系统，氨和空气混合，高温下会有爆炸的危险。 因此，当系统中有不凝性气体时应及时排出。为了在排放不凝性气体时减少制冷剂的损失，一般先用不凝性气体分离器把不凝性气体与制冷剂分离后，再放出不凝性气体。 分离不凝性气体的原理是:对不凝性气体与制冷剂的混合气体在高压下冷却，使其中的低沸点制冷剂蒸气大部分被冷凝成液体，使混合气体中不凝性气体的含量增加，从而在放气时减小制冷剂损失。下表列出了三种制冷剂与空气的混合气体中空气饱和含量。 制冷剂中空气饱和含量(质量), 压力温度 (MPa) (?) R717 R22 R12 20 41 10 1.2 90 55 ,20 20 20 3 15 1.0 87 50 59 ,20 20 8 0 8 0.8 82 40 48 ,20 20 0 0 0 0.6 76 30 40 ,20 在氨制冷系统中，常用的不凝性气体分离器有四层套管式和盘管式两种。如下图左表示出了盘管式不凝性气体分离器，它实际上是个冷却设备，分离器的圆形筒体为钢板卷焊制成，内装有冷却盘管。不凝性气体分离原理如下图右。 77 放空气步骤: (1)引入混合气体:打开阀门9，10，13，使冷凝器或储液器上部积存的混合气体进入分离器的筒体中; (2)冷却混合气体:开启与压缩机吸气管相连的出气阀8，并稍微开启膨胀阀12，使低压液体制冷剂进入蒸发盘管6，冷却管外的混合气体; (3)排空气:打开阀门11、14，将冷凝出来的制冷剂通过回液管流入储液器，再打开阀门5，将聚集在分离器上部的不凝性气体排出。 如何判断是否应该放气, 因为制冷剂在分离器中的冷凝过程中为潜热交换，温度不会显著变化。若不凝性气体较多，则分离器内的温度会显著降低，所以在分离器的顶部装有温度计7，当温度明显低于冷凝压力下的制冷剂饱和温度时，说明其中存在较多的不凝性气体，应该放气。这种分离器的外壳需要包裹隔热材料。 对于空调用制冷系统，除了离心式制冷系统外，系统工作 压力高于大气压力，特别是采用氟里昂作为制冷剂时，不凝性 气体难于分离。若经常使用全封闭或半封闭制冷压缩机，一般 可不装设不凝性气体分离器。 七、安全装置 制冷系统中常用的安全设备有安全阀、熔塞和紧急泄氨器 等。 (一)安全阀 如图为微启式弹簧安全阀，当压力超过规定数值时，阀门 自动开启。 安全阀可装在压缩机上，连通吸气管和排气管。当压缩机 排气压力超过允许值时，阀门开启，使高低压两侧串通，保证 压缩机的安全。安全阀的口径Dg可按下式计算: 78 mm D,cVg1 式中，V——压缩机排气量，m3/h;c1——系数。 安全阀也常装在冷凝器、储液器和蒸发器等容器上，其目的是防止环境温度过高时，容器 内的压力超标而发生爆炸。此时，安全阀的Dg可按下式进行计算: mm D,cDLg2 式中，D——容器直径，m;L——容器长度，m;c2——系数。 (二)熔塞 采用不可燃制冷剂时，对于小容量的制冷系统或不满1m3的压力容器，可采用熔塞代替安全阀。如图为熔塞的构造。其中低熔点合金的熔化温度约为75?以下，合金成分不同，熔化温度也不同，可根据实际需要选用。 一旦压力容器出现意外事故时，容器内压力骤然升高，温度也随之升高;当温度升高到一定值时，熔塞中的低熔点合金即熔化，容器中的制冷剂排入大气，从而达到保护设备及人身安全的目的。 (三)紧急泄氨器 如图为其结构示意图。氨液从正顶部进入， 给水从壳体上部侧面进入。当出现意外紧 急情况时，可将给水管的进水阀与氨液泄 出阀开启，使大量水与氨液混合，形成稀氨 水排入下水道，以防引起严重事故。 6 蒸气压缩式制冷系统 将压缩机、蒸发器、冷凝器和节流机构四大部件以及必要的辅助设备用管道连接起来，就 组成了蒸气压缩式制冷系统。本章将介绍蒸气压缩式制冷系统的典型流程，制冷系统中的制冷 剂管道和水系统、制冷机组以及制冷机房的设计。 6.1 蒸气压缩式制冷系统的典型流程 一、氨制冷系统流程图 79 二、氟里昂系统流程 80 81 三、氨泵供液的典型流程 6.2 制冷剂管路的设计 对于制冷系统来说，选择合适的主要设备和辅助设备是很重要的。但是，如果制冷剂管路设计不当，也会给系统下沉运行带来困难，甚至引起事故。本节将简要介绍制冷剂管路设计中的主要问题。 一、管路的布置原则 氟里昂管路常采用铜管，系统容量较大时也可采用无缝钢管。氨管则采用无缝钢管，禁止使用铜或铜合金管及其管件; 为了减少管道和制冷剂充灌量以及系统的压力降，应尽可能短而直; 管道的布置应不妨碍对压缩机及其他设备的正常观察和管理，不妨碍设备的检修和交通通道以及门窗的开关; 管道与墙和顶棚以及管道与管道之间应有适当的间距，以便安装保温层; 管道穿墙、地板和顶棚处应设有套管，套管直径应能安装足够厚度的保温层。 此外，各种设备之间的管路连接应符合下列要求: (一)压缩机排气管 (1)为了使润滑油和可能冷凝焉的液态制冷剂不至于回流到制冷压缩机，排气管应有不小于0.01的坡度，坡向油分离器和冷凝器。 对于不设油分离器的氟里昂制冷系统，当冷凝器高于压缩机时，排气管道在靠近制冷压缩机处应先向下弯，然后再向上接到冷凝器，形成U形弯，如下图左所示。这样可以防止冷凝的液态制冷剂及润滑油返流回到制冷压缩机;同时，制冷压缩机停车后，排气管的U形弯可起到存液弯作用，防止制冷压缩机停车后，由于冷凝器的环境温度高，制冷压缩机的环境温度 82 低，制冷剂自冷凝器蒸发而流回到排气管道中，当再次开车时造成液击事故。 (2) 多台氟里昂压缩机并联，为了保证润滑油的均衡，各压缩机曲轴箱之间的上部应装有均压管，下部应装有均油管。(参见图6-7) (3)对于有容量调节的制冷压缩机，应考虑在制冷系统低负荷运行时，能将润滑油从排气立管中带走。此时可以采用双排气立管。如上图右所示。 两根立管直径不同。其中直径较小立管A的管径必须保证制冷系统在最低负荷运行时，润滑油能够被气流带走;管径较大立管B的管径必须考虑制冷系统满负荷时，不但制冷剂蒸气通过双排气管时能将润滑油带走，而且排气管道压力降亦应在允许范围内。在两根排气管下部，用集油弯管连接，当制冷系统在低负荷下运行时，蒸气流速不能带走的润滑油存于集油弯管内，直到集满时将立管B封死，这时制冷剂蒸汽只通过立管A，可以将润滑油带走。对于这种情况，排气立管前也可装设油分离器，将回收的润滑油均匀地送回各台正在运行的压缩机。 (4)并联的氨压缩机排气管上或在油分离器的出口处，应装有止回阀。如下图左。防止一台压缩机工作时，未工作的压缩机出口处有较多的氨气不断冷凝成液态，启动时造成液体冲缸事故。 (二)压缩机吸气管 (1)对于氟里昂制冷系统，考虑润滑油应能从蒸发器不断流回压缩机，氟利昂制冷压缩机的吸气管应有不小于0.01的坡度，坡向压缩机，如上图右a所示。 当蒸发器高于制冷压缩机时，为了防止停机时液态制冷剂从蒸发器流入压缩机，蒸发器的出气管应首先向上弯曲至蒸发器的最高点，再向下通至压缩机，如上图右b所示。 83 (2)并联氟里昂制冷压缩机，如果只有一台运转，压缩机又没有高效油分离器时，在未工作的压缩机的吸气口处可能积存相当多的润滑油，启动时会造成油液冲击事故。为了防止发生上述现象，并联氟里昂压缩机的吸气管应按下图左安装。 (3)对于有容量调节的氟里昂制冷系统，可采用双吸气立管，如上图右所示，其工作原理同双排气立管。在制冷系统的低负荷运行时，立管内制冷剂流速能将润滑油带回压缩机。 4)氨压缩机的吸气管应有不小于0.005的坡度，坡向蒸发器，以防止液滴进入气缸。 ( (三)从冷凝器至储液器的液管 冷凝器应高于储液器，如右图所示。两者之间无均压管 时，两者的高度差应不小于300 mm。 对于蒸发式冷凝器，因本身没有储液容积，单独一台与 储液器相连时，两者的高差应大于300 mm。如为多台并联 后再与储液器相连时，除在储液器与蒸发式冷凝器的高压气 管之间设有均压管以外，两者的高差一般应大于600 mm， 液管的流速就小于0.5 m/s。 (四)从储液器或冷凝器到蒸发器的给液管 (1)当冷凝器高于蒸发器时，为了防止停机后液体进入蒸发器，给液管至少应抬高2m以后再通至蒸发器，如下图左所示。但是，膨胀阀前设有电磁阀时，可不必如此连接。 (2)当蒸发器上下布置时，由于向上给液，管内压力降低，并伴随有部分液体气化，形成闪发蒸汽，为了防止闪发蒸汽集中进入最上层的蒸发器，给液管应如上图右配置。 当数个高差较大的蒸发器有一根给液管供液时，为了使闪发蒸汽得到均匀分配，应按下图 84 左所示方式进行配管。 (3)对于氨制冷系统的给液管，为了防止积油而影响供液，在给液管路的低点和分配器的低点应设有放油阀，如上图右所示。 二、制冷剂管径的确定 (一)管径确定原则 (1)制冷剂管道管径确定应综合考虑经济、压力降和回油三个因素。从设备初投资上看，管径越小越好，但这将造成较大的压力损失，引起压缩机吸气压力的降低和排气压力的增高，降低制冷系统的制冷能力，并且提高了单位制冷量所消耗的电能。此外，对于氟里昂制冷系统来说，如果吸气管管径选择不当，会造成润滑油回油不良等问题。 (2)对于氟里昂系统，其吸气管路和排气管路的压力损失不宜超过相当于蒸发温度降低1?或冷凝温度升高1?;氨制冷系统的吸气管路和撩拨管路的压力损失不宜超过相当于蒸发温度降低0.5?或冷凝温度升高0.5?。例如对于R22制冷系统，蒸发温度为0?时，吸气管路的压力损失应不超过0.17bar;冷凝温度为30?时，排气管路的压力损失应不超过0.31bar. (3)从冷凝器至储液器的液管，是靠重力使液态制冷剂自流进入储液器，管中液体流速应小于0.5m/s。从储液器至膨胀阀的液管要防止液态制冷剂发生气化而赞成膨胀阀供液量不足，一般制冷剂离开冷凝器时均有3~5?的再冷 度，管内流速可取0.5~1.25m/s，压力损失应 不大于0.5 bar;如果膨胀阀高于储液器达4 m 时，需有5?的再冷度。 (4)氟里昂制冷系统的吸气管径应保证润 滑油可以顺利返回制冷压缩机。向下或水平吸 气管中的润滑油可靠重力流回压缩机;对于上 升的吸气管(上升立管)来说，只有当管中气 流速度足够高时，才能把润滑油带回压缩机 内。R22上升立管的最低气流速度见图。实际 设计时，上升立管的气流速度应为图中所给数 值的1.25倍。制冷压缩机撩拨管路的设计也 应考虑携带润滑油问题。R22排气管路的最低 带油流速见图。 85 (二)管径确定方法 根据单位当量管长的允许压力降，利用计算图表来确定制冷剂管道的管径。 制冷剂管路的压力损失包括管段的摩擦阻力和管件的局部阻力两部分。为了计算方便，常把各管件的局部阻力系数折合成当量管长。这样，管路系统某管段的总计算长度应等于直线段的长度L与各管件的当量长度Ld之和，因此，该段管路的压力损失为: 22,,()()LLLL，Mv，Mvddrrrr,, 0.81pffPa,,,mm25,,22d,4dd,iii,, 式中，fm——摩擦阻力系数;di——管道内径，m; 2制冷剂的比容，m/kg。 Mr——制冷剂的质量流量，kg/s;vr—— 从上式可以看出，对一定相对粗糙度的管道来说，管道直径与制冷剂的质量流量、每米计 ,,,p,,算长度的允许压力降和制冷剂的比容成函数关系，即 ,dfM,,virr,,，LL,d, 由于在一定压力范围内，液态制冷剂的比容变化很小，所以，书籍制冷剂的质量流量和单位计算长度的允许压力降即可得出液体制冷剂管道管径;而计算气态制冷剂管道管径，则还需制冷剂蒸气所处的热力状态。图a为R22蒸气的管径计算图表，图b和图c分别为氨液和氨蒸气的管径计算图表。 86 6.3 水系统 蒸气压缩式制冷的水系统有冷冻水系统和冷却水系统。 一、冷冻水系统 制冷的目的在于供给用户使用，向用户供冷的方式有两种:直接供冷和间接供冷。直接供 87 冷是将制冷装置的蒸发器直接置于需冷却的对象处，使低压液态制冷剂直接吸收该对象的热量。彩这种方式供冷可以减少一些中间设备，故投资和机房占地面积少，而且制冷系数较高;它的缺点是蓄冷能力差，制冷剂渗漏可能性增多，所以适用于中小型系统或低温系统。间接供冷是首先利用蒸发器冷却某种载冷剂，然后再将此载冷剂输送到各个用户，使需冷却对象降低温度。这种供冷方式使用灵活，控制方便，特别适合于区域性供冷。下面就常用的冷冻水系统作简要介绍。 冷冻水管道系统为循环水系统，根据用户需要情况不同，可分为闭式系统和开式系统两种。如图所示。 开式系统需要设置冷冻水箱和回水箱，系统水容量大，运行稳定，控制简便。闭式系统与外界空气接触少，可以减缓腐蚀现象。两者，闭式系统必须采用壳管式蒸发器，用户侧则应采用表面式换热设备，而开式系统则不受这些限制，当采用水箱式蒸发器时，可以用它代替冷冻水箱或回水箱。 从调节特征上，冷冻水系统可以分为定水量系统和变水量系统两种形式。定水量系统中的水流量不变，通过改变冷冻水供回水温度来适应空调房门的冷负荷变化。变水量系统则通过改变水流量来适应冷负荷变化，而冷冻水供回水温差基本不变。由于冷冻水循环和输配能耗占整个空调制冷系统能耗的15,,20,，而空调负荷需要的冷冻水量也经常性地小于设计流量，所以变水量系统具有节能潜力。 变水量系统有一级泵系统和二级泵系统两种常用的冷冻水系统。 88 上图左为一级泵系统示意图，常用的一级泵系统是在供回水自主权管之间设置一根旁通管，以保持冷水机组侧为定流量运行，而用户侧处于变流量运行。目前，由于冷水机组可在湖南省一定水量情况下正常运行，所以，供回水集管之间可不设置旁通管，而整个系统在一定负荷范围内采用变流量运行，这样可使水泵能耗大为降低。一级泵系统组成简单，控制容易，运行管理方便，一般多采用此种系统。 上图右为二级泵系统示意图，它两个环路组成:由一次泵、冷水机组和旁通管组成的这段管路称为一次环路，由二次泵、空调末端和旁通管组成的这一段管路称为二次环路。一次环路负责冷冻水的制备，二次环路负责冷冻水的输配。这种系统的特点是采用两组泵来保持冷水机组一次环路的定流量运行，而用户侧二次环路为变流量运行，从而解决空调末端设备要求变流量与冷水机组蒸发器要求定流量的矛盾。该系统完全可以根据空调负荷需要，通过改变二次水泵的台数或者水泵的转速调节二次环路的循环水量，以降低冷冻水的输送能耗。可以看出，二级泵系统的最大优点是能够分区分路供应用户侧所需的冷冻水，因此适用于大型系统。 二、冷却水系统 合理地选用冷却水源和冷却水系统对制冷系统的运行费和初投资具有重要意义。为了保证制冷系统的冷凝温度不超过制冷压缩机的允许工作条件，冷却水进水温度一般应不高于32?。冷却水系统可分为直流式、混合式和循环式三种。 (一)直流式冷却水系统 最简单的冷却水系统是直流式供水系统，即升温后的冷却回水直接排走，不重复使用。根据当地水质情况，冷却水可为地面水(河水或湖水)、地下水(井水)或城市自来水。由于城市自来水价格较高，只有小型制冷系统采用。直流式供水系统，冷凝器用过的冷却水直接排入下水道或用于农田灌溉，因此，它只适用于水源充足的地区。 (二)混合式冷却水系统 采用深井水的直流式供水系统，由于水温较低，一次使用后升 温不大。例如，为了保证立式壳管冷凝器有足够高的传热效果，冷 却水通过冷凝器以后的温升一般为3?左右，如果深井水的温度为 18?，采用直流式供水系统时，则将大量21?的水排掉，是对自然 资源的极大浪费。当然，加大冷却水在冷凝器中的温升，可以大大 减少深井水的用量，但这样将使冷凝器的传热效果变差。因此，为 了节约深井水的用量，减少打井的初投资，而又不降低冷凝器的传 热效果，常采用混合式冷却水系统，如右图所示。 混合式冷却水系统是将一部分已用过的冷却水与深井水混合，然后再用水泵压送至各台冷凝器使用。这样，既不减少通入冷凝器的水量，又提高了冷却水的温升，从而可大量节省深井水量。 (三)循环式冷却水系统 降低制冷系统的水消耗量非常重要，因此除采用蒸发式冷凝器或风冷式冷凝器以外，也可以采用循环式冷却水系统;此种系统就是将来自冷凝器的冷却回水先通入蒸发式冷却装置，使之冷却降温，然后再用水泵送回冷凝器循环使用，这样，只需少量补水即可。 制冷系统中常用的蒸发式冷却装置有两种类型，一种是自然通风冷却循环系统，另一种是机械通风冷却循环系统。如果蒸发式冷却装置中，冷却水与空气充分接触，水通过该装置后，其温度可降到比空气的湿球温度高3,5?。 下图左为自然通风冷却循环系统示意图。采用水泵将冷凝器的冷却回水从喷水池上的喷嘴喷出，增加水与空气的接触面积，以促进水被蒸发冷却的效果。这种喷水冷却池构造简单，但 89 是占地面积大，当喷水压力为0.5 bar(表压)时，每平方米冷却池可冷却的水量只有0.3,1.2 m3/h。它只适用于空气温度较低、相对温度较小地区的小型制冷系统。当然，有时也可与绿化水景相结合，用于公共建筑的空气调节用制冷系统。 机械通风冷却循环系统采用机械通风冷却塔，冷凝器的冷却回水由上部被喷淋在冷却塔内的填充层上，以增大水与空气的接触面积，被冷却后的水从填充层流至下部水池内，通过水泵再送回冷水机组的冷凝器中循环使用。冷却塔顶部装有通风机，使室外空气以一定流速自下通过填充层，以加强冷却效果。这种冷却塔的冷却效率较高，结构紧凑，适用范围广，并有定型产品可供选用。 机械通风冷却循环系统中，冷却塔根据不同应用情况，可以放置在地面或屋面上，可以配置或不配置冷却水池，可以是一机对一塔的单元式或者是共用式。上图右为冷却塔放置在屋面上不带冷却水池的机械通风冷却循环系统的示意图。 6.5 制冷机房的设计 一、设计步骤 制冷机房(或称冷冻站)的设计大体有以下几个步骤: (1)确定制冷机房的总冷负荷 制冷机房的总冷负荷应包括用户实际所需的制冷量以及制冷系统本身和供冷系统的冷损失。用户实际所需的制冷量应由空调、冷冻或工艺有关方面提出，而冷损失一般可用附加值计算，对于直接供冷系统一般附加5,7,，对于间接供冷系统一般附加7,15,。此外，还应了解全年负荷的变化规律，以便合理配置制冷压缩机台数与容量。 (2)确定制冷机组类型 根据用户使用要求、冷负荷及其全年变化、当地能源供应等情况，比较制冷机房一次投资和全年运行费用，确定制冷机组类型，包括制冷方式、制冷剂种类、冷凝器冷却方式等。 从单位制冷量消耗一次能源的角度看，电力驱动蒸气压缩式制冷机组比吸收式制冷机组能耗要低。但对于当地电力供应紧张，或有热源可以利用，特别有余热废热的场合，应优先选用吸收式制冷机组。 从能耗、单机容量和调节等方面考虑，选择空调用蒸气压缩式冷水机组时，单机名义工况制冷量大于1758 kW时宜选用离心式;制冷量在1054,1758 kW时，宜选用螺杆式或离心式;制冷量在700,1054 kW时，宜选用螺杆式;制冷量在116,700 kW时，宜选用螺杆式或往复式;制冷量小于116 kW时，宜选用活塞式或涡旋式。 至于采用何种制冷剂，一般地，直接供冷系统或对卫生安全要求较高的用户应采用氟里昂; 90 而大中型系统，如对卫生安全要求不十分严格或间接供冷时，可采用氨。目前氨制冷机组主要食品冷藏冷冻，空调用制冷机组主要采用氟里昂制冷剂。 此外，应根据总制冷量大小和当地条件，确定冷凝器的冷却方式，即水冷、风冷、还是采用蒸发式冷凝器。采用水冷冷凝器时，则应同时考虑水源和冷却水的系统形式。 (3)确定制冷系统的设计工况 制冷系统的设计工况即冷凝温度和蒸发温度的确定原则在第四章已有叙述。 冷凝温度根据冷凝器的冷却方式和冷却介质的温度确定。对于立式、卧式壳管冷凝器等的冷凝温度一般比冷却水出口温度高2,4?;对于风冷式冷凝器，冷凝温度与空气进口温度差取10,16?;蒸发式冷凝器，其室外空气的设计湿球温度可按夏季室外平均每年不保证50h的湿球温度计算，蒸发式冷凝器的冷凝温度应比该设计湿球温度高5,10?。 ,蒸发温度则应根据用户使用温度确定，一般情况下，蒸发温度应比冷冻水供水温度低23?。直接蒸发式空气冷却器的蒸发温度则与用户所需空气温度有关，空气调节用的直接蒸发式空气冷却器的蒸发温度比送风温度低6,8?。至于冷藏库用冷排管的蒸发温度一般比库温低5,10?，库温越低，差值越小。 (4)确定制冷机组容量和台数 设计制冷机房时，一般造反,3台同型号的制冷机组，台数不宜过多。除特殊要求外，可不设置备用制冷机组。 对于空调用制冷机房，目前一般选用冷水机组;对于冷冻冷藏用制冷机房，制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和其他辅助设备，可以选择成套设备或配套机组。 (5)设计水系统 确定冷冻水和冷却水系统形式，选择冷冻水泵、冷却水泵和冷却塔的规格和台数，进行管路系统设计计算。 (6)布置制冷机房 二、制冷机房 小型制冷机房一般附设在主体建筑内，氟里昂制冷设备也可设在空调机房内。规模较大的制冷机房，特别是氨制冷机房，应单独修建。 (1)对制冷机房的要求 制冷机房宜布置在全区夏季主导风向的下风侧;在动力站区域内，一般应布置在乙炔站、锅炉房、煤气站、堆煤场等的上风侧，以保证制冷机房的清洁。 制冷机房的位置应尽可能设在冷负荷中心处，力求缩短冷冻水和冷却水管网。当制冷机房为全区主要用电负荷时，还应考虑靠近变电站。 氨制冷机房不应靠近人员密集的房间或场所，以及有精密贵重设备的房间等，以免发生事故时造成重大损失。 空调用制冷机房，主要包括主机房、水泵房和值班室等。冷冻冷藏用的制冷机房，规模小的可为单间房屋，不作分隔;规模较大者，按不同情况可分隔为主机间(用于布置制冷压缩机)、设备间(布置冷凝器、蒸发器和储液器等辅助设备)、水泵间(布置水箱、水泵)、变电间(耗电量大时应有专门变压器)，以及值班控制器、维修贮存室和生活间等。房高应不低于3.2,4.0 m，设备间也还应低于2.5 m。 制冷机房应采用二级耐火材料或不燃材料建造。机房最好为单层建筑，设有不相邻的两个出入口，机房门窗应向外开启。机房应预留能通过最大设备的出入口或安装洞。 此外，制冷机房应有每小时不少于3次换气的自然通风，氨制冷机房还应有每小时不少于12次换气的事故通风设备。 91 (二)制冷机房的设备布置 机房内的设备布置应保证操作和检修的方便，同时要尽可能设备布置紧凑，以节省建筑面积。制冷机组的主要通道宽度以及制冷机组与配电柜的距离应不小于1.5 m;制冷机组与制冷机组或与其他设备之间的净距离不小于1.2 m;制冷机组与墙壁之间以及与其上方管道或电缆桥架的净距离应不小于1m。 大、中型制冷压缩机应设在室内，并有减振基础。其他设备则可根据具体情况，设置在室内、室外或敞开式建筑内，但是，要注意某些设备(如冷凝器和储液器)之间必要的高度差。制冷压缩机及其他设备的位置应使连接管路短，流向通畅，并便于安装。 卧式壳管冷凝器和蒸发器布置在室内时，应考虑有清洗和更换其内部传热管的位置。 冷却塔应布置在通风散热条件良好的屋面或地面上，并远离热源和尘源;冷却塔之间及冷却塔与周围建筑物、构筑物应有一定间距。风冷式冷凝器和蒸发冷凝器也有与冷却塔同样的要求。 水泵的布置应便于接管、操作和维修;水泵之间的通道一般不小于0.7 m。 此外，设备和管路上的压力表、温度计等应设在便于观察的地方。 三、制冷设备的保温 为了减少制冷系统的冷量损失，低温设备和管道均应保温。一般，应保温的部分有制冷压缩机的吸气管、膨胀阀后的供液管、间接供冷的蒸发器以及冷冻水管和冷冻水箱等。 制冷系统使用的保温材料应导热系数小、湿阻因子大、吸水率低、密度小，而且使用安全不燃或难燃、无刺激性气味、无毒等)、价廉易得、易于加工敷设。目前，制冷系统中常用( 的保温材料有矿渣棉、离心玻璃棉、柔性泡沫橡胶塑料、自熄型聚苯乙烯泡沫塑料、聚乙烯泡沫塑料和硬质聚氨酯泡沫塑料等。详细性能见表6-2. P151. 管道和设备保温层厚度的确定，要考虑经济上的合理性，但是，最小保温厚度应使其外表面温度比最热月室外空气的平均露点温度高2?左右，以保证保温层外表面不结露。在计算保温层厚度时，可忽略管壁导热热阻和管内表面的对流换热热阻，这样对于设备壁面: t,t,af,,1， at,t,as 对于管道: tt,dd2,，,afaoo 1()ln(),，，, ttd2,,aso 式中， ta——空气干球温度，以最热月室外空气平均温度计算，?; tf——管道或设备内介质的温度，?; ts——保温层的表面温度，比最热月室外空气的平均露点温度高2?; 2αa——外表面的对流换热系数，一般取5.8 W/(mK) λ——保温材料的导热系数，W/(mK) δ——保温层厚度，m; do——管道的外径，m。 为了保证保温效果，保温结构应由以下几部分组成: (1)防锈层。清除管道或设备外表面铁锈、污垢，涂上红丹漆或沥青漆两道，防止管道 92 或设备表面锈蚀。 (2)保温层。粘贴保温层时，应根据保温材料的不同而选用不同的粘合剂。保温层粘贴 后，应将其缝隙用沥青填充。 (3)隔汽层。在保温层外面缠包油毡或塑料布等，使保温层与空气隔开，防止空气中的 水蒸气透入保温层造成保温层内部结露，以保证保温层性能和使用寿命。 (4)保护层。对于较大的设备和管道，还可在隔汽层外敷设铁皮或抹上石棉水泥等保护 层，使保温层不致被碰坏。 (5)识别层。保护层外表面应涂以不同颜色的调和漆，并标明管路的种类和介质流向。 氨制冷系统各管段选用油漆的颜色可参考下表。 管道名称 油漆颜色 管道名称 油漆颜色 高压氨气管 深红色 冷却给水管 天蓝色 低压回气管 蓝 色 冷却回水管 淡紫色 高压氨液管 深黄色 冷媒供水管 绿 色 低压氨液管 淡黄色 冷媒回水管 棕 色 放油管 黑 色 平衡管 淡绿色 放空管 红 色 紧急泄氨管 深黄色 四、制冷系统常用设计图例及其它 名称 图例 名称 图例 氟气管 ——FQ—— 截止阀 氟液管 ——FY—— 闸阀 氨气管 ——AQ—— 安全阀 氨液管 ——AY—— 止回阀 平衡管 ——P—— 电磁阀 放油管 ——y—— 膨胀阀 放空管 ——k—— 热力膨胀阀 紧急泄氨管 ——j—— 浮球阀 热氨冲霜管 ——as—— 压力表 冷却给水管 ——LG1—— 温度计 冷却回水管 ——LG2—— 角阀 冷媒给水管 ——L1—— 制冷压缩机 冷媒回水管 ——L2—— 冷水机组 各种管道的标方法如下: 焊接钢管:用公称直径表示，例如DN32;无缝钢管:用外径和壁厚表示，例如D108×4; 铜管:用外径和壁厚表示，例如D16×1.5;金属软管:用公称内径表示，例如D72; 0塑料软管:用内径表示，例如D10。 0 93 8 吸收式制冷 吸收式制冷是液体气化制冷的一种形式，它和蒸气压缩式制冷一样，是利用液态制冷剂在低温低压下气化以达到制冷的目的。所不同的是:蒸气压缩式制冷是靠消耗机械功(或电能)使热量从低温物体向高温物体转移，而吸收式制冷则是靠消耗热能来完成这个过程的。吸收式制冷的特点是可以利用低温热源来制取冷量。因此，它特别适用于有余热可供利用的场合。 吸收式制冷使用的工质是两种沸点相差较大的物质组成的二元溶液，其中沸点低的物质为制冷剂，沸点高的物质为吸收剂，通常称为“工质对”。目前常用的吸收式制冷机有两种:一种是氨吸收式制冷机，工质对是氨—水溶液，氨为制冷剂，水为吸收剂。这种制冷机的制冷温度在1,,45?范围之内，多用来制取,15?以下的盐水，为石油化工、医药卫生等工艺生产 水溶液，水为制冷剂，溴过程提供冷源。另一种是溴化锂吸收式制冷机，其工质对是溴化锂— 化锂为吸收剂。它的制冷温度在0?以上，多用来制取空气调节用冷水或为其它生产工艺过程提供冷却水。 8.1 吸收式制冷的基本原理 如图示出了蒸气压缩式制冷与吸收式制冷的基本原理。蒸气压缩式制冷的整个工作循环包括压缩、冷凝、节流和蒸发四个过程，如图a。 如图b为吸收式制冷的原理图。吸收式制冷机主要由四个热交换设备组成，即发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器，它们组成两个循环环路:制冷剂循环与吸收剂循环。 左半部为制冷剂循环，属逆循环，由冷凝器、节流装置和蒸发器组成。高压气态制冷剂在冷凝器中向冷却介质放热被凝结为液态后，经节流装置减压降温后进入蒸发器;在蒸发器内，该液体被气化为低压气态，同时吸收被冷却介质的热量产生制冷效应。这些过程与蒸气压缩式制冷完全相同。 右半部为吸收剂循环，属正循环，主要由吸收器、发生器和溶液泵组成，相当于蒸气压缩式制冷的压缩机。在吸收器中，用液态吸收剂不断吸收蒸发器产生的低压气态制冷剂，以达到维持蒸发器内低压的目的;吸收剂吸收制冷剂蒸气而形成的制冷剂—吸收剂溶液，经溶液泵升压后进入发生器;在发生器中该溶液被加热、沸腾，其中沸点低的制冷剂气化形成高压气态制冷剂，进入冷凝器液化，而剩下的吸收剂浓溶液则返回吸收器再次吸收低压气态制冷剂。 对于吸收剂循环来说，可以将吸收器、发生器和溶液泵看做是一个“热力压缩机”，吸收器相当于压缩机的吸入侧，发生器相当于压缩机的压出侧。吸收剂可视为将已产生制冷效应的制冷剂蒸气从循环的低压侧输送到高压侧的运载液体。值得注意的是:吸收过程是将制冷剂蒸气转化为液体的过程，和冷凝过程一样为放热过程，故需要由冷却介质带走其吸收热。 吸收式制冷机中的吸收剂通常并不是单一物质，而是以二元溶液的形式参与循环的，吸收剂溶液与制冷剂—吸收剂溶液的区别只在于前者所含沸点较低的制冷剂量比后者少，或者说前 94 者所含制冷剂的浓度比后者低。 二、吸收式制冷机的热力系数 蒸气压缩式制冷机用制冷系数ε评价其经济性，由于吸收式制冷机所消耗的能量主要是热能，故常以热力系数作为其经济性评价指标。热力系数ζ是吸收式制冷机所制取的制冷量φ0与消耗的热量φ之比ζ,φ/φ。 g0g 与蒸气压缩式制冷中逆卡诺循环的制冷系数是最大的制 冷系数相对应，吸收式制冷也有其最大热力系数。 如图所示，发生器中热媒对溶液系统的加热量为φ，蒸g 发器中被冷却介质对系统的加热量(即制冷量)为φ，泵的0 功率为P，系统对周围环境的放热量为φ(等于在吸收器中放e φ与在冷凝器中放热量φ之和)。由热力学第一定律得: 热量ak φ，φ，P,φ，φ,φ g0ake 设该吸收式制冷循环循环是可逆的，发生器中热媒温度等 于T、蒸发器中被冷却物温度等于T、环境温度等于T，并g0e 且都是常量，则吸收式制冷系统单位时间内引起外界熵的变化 为:对于发生器的热媒是ΔS=,φ/T，对于蒸发器中被冷却物质是ΔS=,φ/T，对周围环ggg000境是ΔS=φ/T。由热力学第二定律可知，系统引起外界总熵的变化应大于或等于零，即 eee ，ΔS?0 或 ΔS,,φ/T,φ/T，φ/T?0 ΔS,ΔS，ΔSg0egg00ee T,TT,Tge0e ,,,,P0gTT0g T(T,T),0ge0,若忽略泵的功率，则吸收式制冷机的热力系数: ,, ,T(T,T)gge0 TT,Tge0最大热力系数ζ为: ,,,,,,maxmaxccTTT,0ge 热力系数ζ与最大热力系数ζ之比称为热力完善度η，即η,ζ/ζ。 maxaamax 公式(8-6’)表明，吸收式制冷机的最大热力系数ζmax等于工作在温度T0和Te之间的逆卡诺循环的制冷系数εc与工作在Tg和Te之间的卡诺循环热效率η的乘积，它随热源温c度Tg的升高、环境温度Te的降低以及被冷却介质温度T0的升高而增大。 由此可见，可逆吸收式制冷循环是卡诺循环与逆卡诺循环构成的联合循环，如右图所示，故吸收式制冷机与由热机直接驱动的压缩式制冷机相比，在对外界能量交换的关系上是等效的。只要外界的温度条件相同，二者的理想最大热力系数是相同的。因此，压缩式制冷机的制冷系数应乘以驱动压缩机的动力装置的热效率后，才能与吸收式制冷机的热力系数进行比较。 95 8.2 二元溶液的特性 溶液的组成可以用摩尔浓度、质量浓度等进行度量。工业上常采用质量浓度，即溶液中一种物质的质量与溶液质量之比。对于吸收式制冷机通常规定:溴化锂水溶液的浓度是指溶液中溴化锂的质量浓度;氨水溶液的浓度是指溶液中氨的质量浓度。这样，在溴化锂吸收式制冷机中，吸收剂溶液是浓溶液，制冷剂—吸收剂溶液是稀溶液;而氨吸收式制冷机则相反。因此，在吸收式制冷循环中，制冷剂—吸收剂工质对(即二元混合物)的特性是关键问题。 一、二元溶液的基本特性 两种互相不起化学作用的物质组成的均匀混合物称二元溶液。所谓均匀混合物是指其内部各种物理性质，如压力、温度、浓度、密度等在整个混合物中各处都完全一致，不能用纯机械的沉淀法或离心法将它们分离为原组成物质;所有气态混合物都是均匀混合物。用作吸收式制冷机工质对的混合物，在使用的温度和浓度范围内都应当是均匀混合物。 下面介绍吸收式制冷循环中常用的液态、气态二元溶液的基本特性。 (一)混合现象 两种不同液体混合前后的容积和温度一般都有变化。混合后容积可能缩小，也可能增大，需通过实验确定。 从图中容器中温度计的读数可以看到，虽然混 合前两种液体温度相同，而混合后的温度则与混合 前温度不同。在与外界无热交换的条件下，混合时 有热量产生者，混合后温度升高;而混合时需要吸 热者，混合后温度降低。因此，要想维持混合前后 温度不变，就需要排出或加入热量。在等温等压条件下混合时，每生成1kg混合物所需要加入或排出的热量，称为混合物的混合热或等温热Δq，可以由实验测得。 ξ 两种液体混合前的比焓:h,ξh，(1-ξ)h 1AB 混合后的比焓:h,h，Δq,ξh，(1-ξ)h，Δq ξξ21AB 利用上式，只要知道两种纯物质的比焓和混合物的混合热，就可算出一定温度下已知浓度混合物的比焓。 溴化锂与水混合，以及水与氨混合时都会放热，即混合热为负值。 (二)二元溶液的压力—温度关系 右图a、b为在封闭容器中 某一浓度的二元溶液定压气化 实验示意图。容器中的活塞上 压有一重块，使容器内的压力 在整个过程中维持不变。右图 c的温度—浓度简图上表示了 该实验的状态变化过程。 状态1的未饱和二元溶 液，浓度为ξ，温度为t1，在1 定压下受热，温度逐渐升高。 当温度达到t2时，开始产生气 泡，此时状态2的二元溶液为 饱和液，浓度ξ,ξ，温度t2即为该压力、该浓度下溶液的沸腾温度(或称饱和液温度，亦21 96 称泡点)。溶液在定压下进一步被加热，温度上升，液体不断气化，形成气液共存的湿蒸气状态，如图c的状态3，其温度为t3，浓度ξ仍等于ξ。但是，二元溶液的湿蒸气是由饱和液31 3’和饱和蒸气3”组成，它们的温度均为t3，而浓度并不相同，饱和蒸气的浓度大于饱和溶液的浓度。在定压下继续加热，温度不断上升，液体逐渐减少，蒸气逐渐增多，当温度达到t4时，溶液全部变为蒸气，此状态4为干饱和蒸气，浓度ξ仍等于ξ，温度t4称为该压力、浓度下41 的蒸气冷凝温度(或称饱和蒸气温度，也称露点)。若状态4的干饱和蒸气继续被加热，则将在等浓度下过热，如图c的状态5. 在图c中，2、3’等状态点是压力相同而浓度不同的饱和液状态点，其连线称为等压饱和液线;4、3”等状态点是压力相同而浓度不同的饱和蒸气状态点，其连线称为等压饱和气线。同一压力下，饱和液线和饱和蒸气线在ξ=0的纵轴上相交于t，在ξ=1的纵轴上相交于t，tIIII和t分别为该压力下纯物质?和?的饱和温度。这样，饱和液线和饱和气线将二元混合物的II 温度—浓度图分为三区:饱和气线以上为过热蒸气区，饱和液线以下为再冷液体区，两曲线之间为湿蒸气区。 湿蒸气中气、液比例可按下法确定: 图c中，1 kg状态3的湿蒸气中有δkg饱和蒸气和φkg饱和液，δ，φ,1 由于气化前后总浓度不变，即:ξ1,ξ3,δξ”3+φξ’3 ,,,,,,,,,,,,,,333333,,,则: ，整理后得到: ,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,333333 ,,,,,,从上式可以看出，ξ1,ξ3,常数线上的点3将直线分成线段和，此两线333333段长度之比即为δ与φ之比。 如果用不同的压力重复前述实验，所得结果表示于下图左，从图中状态点1、2、3可以看出，对于同一浓度的二元溶液，当压力时，饱和温度。若实验反向进行，使过热蒸气在定压下冷凝，其状态变化过程见下图右。 综上可见，二元溶液与纯物质有很大不同。纯物质在一定压力下只有一个饱和温度，其定 97 压气化或冷凝过程是定温过程。而二元溶液在一定压力下的饱和温度却与浓度有关。随着溶液的气化，剩余液体中低沸点物质储量的减少，其温度将逐渐升高。所以，二元溶液的定压气化过程是升温过程。同理，二元气态溶液的定压冷凝过程则是降温过程。 湿蒸气中饱和液与饱和气的温度相同而浓度不同，饱和液的浓度低于湿蒸气的浓度，饱和气的浓度高于湿蒸气的浓度。 对于一定浓度的二元溶液，其饱和温度随压力的增加而上升。 纯物质的饱和液或饱和气状态点只需压力或温度二者中一个参数即可确定，其他状态点，如过热水蒸气、湿蒸气等需由两个状态参数确定。而二元溶液的饱和液或饱和气状态点必须由压力、温度、浓度中任意两个参数确定，其他状态点，则需由压力、温度和浓度三个参数确定。 (三)二元溶液的比焓—浓度图 浓度图。图示为具有典型性的氨水溶液的对二元溶液进行实际分析计算时，常用比焓— 比焓—浓度图。 比焓—浓度图的横坐标为氨水的质量浓度ξ，纵坐标为溶液温度t，图中给出了氨水溶L 液的饱和压力p(kPa)、饱和蒸气比焓hv、饱和液体比焓h1和氨蒸气浓度ξv等参数线族。 已知压力和温度的饱和液状态可以通过等饱和压力线与等温线的交点来确定，如图中A点，表示压力p=1000 kPa、温度t=110?的饱和液体，其比焓值h=300 kJ/kg，浓度ξ=0.27;AA1A1A某压力的过冷液状态，其位置需根据压力、温度和浓度来确定，如:B点也可表示t=90?、Bξ=0.27、p=1000 kPa的过冷液体，其状态位于1000 kPa等压线以下，比焓值h=210 kJ/kg。 1BB1B 同样，已知压力和温度时，饱和氨蒸气的状态点也需通过等饱和压力线与等温线的交点来确定，如图中A点，仍表示压力p,1000 kPa、温度t,110?的饱和蒸气。此时，蒸气的AA 比焓值和蒸气中氨的含量须从饱和蒸气比焓hv和氨蒸气浓度ξv线上分别查取，h,1640 vAkJ/kg，浓度ξ,0.88。一定压力下的过热蒸气，其状态仅次于饱和压力线上方等ξv线上，vA 需根据ξv和温度两者确定其状态点，如图中C点表示p,1000 kPa、t,130?、ξvC,0.88的过热蒸气，其比焓h,1660 kJ/kg。 vC 98 二、溴化锂水溶液的特性 溴化锂—水溶液是目前空调用吸收式制冷机采用的工质对。无水溴化锂是无色粒状结晶物，性质和食盐相似，化学稳定性好，在大气中不会变质、分解或挥发。无水溴化锂的主要物性值如下: 分子式:LiBr 分子量:86.856 成 分:Li:7.99,，Br:92.01, 比 重:3.464(25?) 点:549? 沸 点:1265? 熔 通常固体溴化锂中会含有一个或两个结晶水，则分子式应为LiBr?H2O或LiBr?2H2O。 溴化锂水溶液的主要特点是: (1)溴化锂具有极强的吸水性，对水制冷剂来说是良好的吸收剂。当温度为20?时，溴化锂在水中的溶解度为111.2g/100g水。 (2)溴化锂水溶液对一般金属有很强的腐蚀性，特别有空气存在时，腐蚀更为严重。并且腐蚀产生的不凝性气体，对制冷机的性能影响很大。 (3)溴化锂无毒，入口有咸味，对人体无害。应该注意的是，由于其强烈的吸水性，液滴溅到皮肤上，会感到微热和微痒，若溅入眼睛需立即清洗，以防失明。 由于溴化锂的沸点比水高得多，溴化锂水溶液在发生器中沸腾时只有水汽化，生成纯冷剂水，故不需要蒸汽精馏设备，系统较为简单，热力系数较高。其主要缺点是由于以水为制冷剂，蒸发温度不能太低，系统内真空度较高。 (一)溴化锂水溶液的压力—饱和温度图 由于溴化锂水溶液沸腾时只有水被汽化，溶液的蒸气压就是水蒸气分压力。而水的饱和蒸汽压只是温度的单值函数，因此，溶液的蒸汽压可以由该压力下水的饱和温度来代表。经验性的杜林(Duhring)法则指出:水溶液的沸点t与同压力下水的沸点t’成正比。从实验数据分析证实，一定浓度的溴化锂水溶液符合下述关系: t,At’，B 式中，A、B为系数，是浓度的函数。 若以溶液的温度t为横坐标，同压力p下水的沸点t’(或p)为纵坐标，绘制溴化锂水溶液的蒸汽压图，即为一组以浓度为参变量的直线，如下图所示。 99 图中左侧第一根斜线是纯水的压力与饱和温度的关系;右下侧的结晶线表明在不同温度下溶液的饱和浓度。温度越低，饱和浓度也越低。因此，溴化锂水溶液的浓度过高或温度过低时都易形成结晶。这是溴化锂吸收式制冷机设计和运行中必须注意的问题。一般说来，应将溶液浓度控制在66,以下。 从图中可见，在一定温度下溶液面上水蒸气饱和分压力低于纯水的饱和分压力，而且溶液的浓度越高，液面上水蒸气饱和分压力越低。 2)溴化锂水溶液的比焓—浓度图 ( 根据某一温度下纯水和纯溴化锂的比焓，以及该温度下以各种浓度混合时的混合热，按公式就可求得此温度下不同浓度溶液的焓值。下图为溴化锂水溶液的比焓—浓度图(即h-ξ图)，其下半部的虚线为液态等温线，通过该线可以查找某温度和浓度下溶液的比焓。 由于当压力较低时，压力对液体的比焓和混合热的影响很小，故可以认为液态等温线与压力无关，液态溶液的比焓只是温度和浓度的函数。饱和液态和过冷液态溶液的比焓，都可在 100 h-ξ图上根据等温线与等浓度线的交点求得，仅用等温线不能判别h-ξ图上某点溶液的状态。 图下半部的实线为等压饱和液线;等压线以下为该压力溶液的过冷液区。根据某状态点与相应等压饱和液线的位置关系，可以判别该点的相态。 溴化锂水溶液的h-ξ图只有液相区，气态为纯水蒸气，集中在ξ,0的纵轴上。由于平衡时气液同温，蒸汽的温度可由与之平衡的液态溶液的温度求得，平衡态溶液面上的蒸汽都是过热蒸汽。为方便地求出气态的比焓，在h-ξ图的上部为一组气态平衡等压辅助线，通过某等压辅助线与某等浓度线的交点即可得出此状态下蒸汽的比焓。 目前我国普遍采用的h-ξ图是以0?饱和水和0?溴化锂的比焓均为100 kcal/kg为基准，采用工程单位制绘制的。饱和水蒸气表中0?饱和水的比焓为0 kJ/kg，若用水蒸气表查得纯水比焓值应加上418.68 kJ/kg才能与h-ξ图上所得纯水比焓相符。此外，由于存在着混合热，0?溴化锂水溶液的比焓值也不是418.68 kJ/kg，其值随着浓度不同而变化。 例:已知饱和溴化锂水溶液的压力为0.93kPa，温度40?，求溶液及其液面上水蒸气各状态参数。 解:首先在比焓—浓度图的液态部分找到0.93kPa等压线与40?等温线的交点A，读出ξA,59,，比焓hA,255 kJ/kg。液面上水蒸汽温度等于溶液温度40?，浓度ξ,0。通过点A的等浓度线ξA,59,与压力0.93kPa的辅助线的交点B作水平线与ξ,0的纵坐标相交于C点，C点即为液面上水蒸气状态点，比焓hC,2998 kJ/kg，其位置在0.93kPa辅助线之上，所以是过热蒸汽。 从饱和水蒸汽表可知，压力为0.93kPa时纯水的饱和温度为6?，远低于40?，可见溶液面上的水蒸气具有相当大的过热度。 8.3 单效溴化锂吸收式制冷机 溴化锂吸收式制冷由于具有许多独特的优点，故发展迅速，特别是在大型空调制冷和低品位热能利用方面占有重要地位。 一、单效溴化锂吸收式制冷理论循环 如下图右为单效溴化锂吸收式制冷系统的流程。其中除图所示简单吸收式制冷系统的主要设备外，在发生器和吸收器之间的溶液管路上装有溶液热交换器，来自吸收器的冷稀溶液与来自发生器的热浓溶液在此进行热交换。这样，既提高了进入发生器的冷稀溶液温度，发生器所需耗热量，又降低了进入吸收器的浓溶液温度，减少了吸收器的冷却负荷，故溶液热交换器又可称为节能器。 101 在分析理论循环时假定:工质流动时无损失，因此在热交换设备内进行的是等压过程，发生器压力pg等于冷凝压力pk，吸收器压力pa等于蒸发压力p0。发生过程和吸收过程终了的溶液状态，以及冷凝过程和蒸发过程终了的冷剂状态都是饱和状态。 上图右为系统理论循环的比焓—浓度图。 1?2为泵的加压过程。将来自吸收器的稀溶液由压力p0下的饱和液变为压力pk下的再冷液。ξ1,ξ2，t1?t2，点1与点2基本重合。 ?3为再冷状态稀溶液在热交换器中的预热过程。 2 3?4为稀溶液在发生器中的加热过程。其中3?3g是将稀溶液由过冷液加热至饱和液的过程;3g?4是稀溶液在等压pk下沸腾汽化变为浓溶液的过程。发生器排出的蒸汽状态可认为是与沸腾过程溶液的平均状态相平衡的水蒸汽(状态7的过热蒸汽)。 7?8为冷剂水蒸汽在冷凝器内的冷凝过程，其压力为pk。 8?9为冷剂水的节流过程。制冷剂由压力pk下的饱和水变为压力p0下的湿蒸汽。状态9的湿蒸汽是由状态9’的饱和水与状态9”的饱和水蒸汽组成。 9?10为状态9的制冷剂湿蒸汽在蒸发器内吸热汽化至状态10的饱和水蒸汽过程，其压力为p0。 4?5为浓溶液在热交换器中的预冷过程。即把来自发生器的浓溶液在压力pk下由饱和液变为再冷液。 5?6为浓溶液的节流过程。将浓溶液由压力pk下的过冷液变为压力p0下的湿蒸汽。 ?1为浓溶液在吸收器中的吸收过程。其中6?6a为浓溶液由湿蒸汽状态冷却至饱和液6 状态;6a?1为状态6a的浓溶液在等压p0下与状态10的冷剂水蒸气放热混合为状态1的稀溶液的过程。 决定吸收式制冷热力过程的外部条件是三个温度:热源温度th，冷却介质温度tw和被冷却介质温度tcw。它们分别影响着机器的各个内部参数。 被冷却介质温度tcw决定了蒸发压力p0(蒸发温度t0);冷却介质温度tw决定了冷凝压力pk(冷凝温度tw)及吸收器内溶液的最低温度t1;热源温度th决定了发生器内溶液的最高温度t4。进而，p0和t1又了吸收器中稀溶液浓度ξw;pk和t4决定了发生器中浓溶液的浓度ξs等。 溶液的循环倍率f表示系统中每产生1 kg制冷剂所需要的制冷剂—吸收剂的kg数。设从发生器流入冷凝器的制冷剂流量为D kg/s，从吸收器流入发生器的制冷剂—吸收剂稀溶液流量为F kg/s(浓度为ξw)，则从发生器流入吸收器的浓溶液流量为(F-D)kg/s(浓度为ξs)。由于从溴化锂水溶液中汽化出来的冷剂水蒸气中不含有溴化锂，故根据溴化锂的质平衡方程可导出:f,F/D,ξs/Δξ 式中，Δξ称为“放气范围”，表示浓溶液与稀溶液的浓度差。Δξ,ξs,ξw。 上图所示的理想溴化锂吸收式制冷循环的热力系数ζ为: h,h109, , f(h,h)，(h,h)4374 由上式可知，循环倍率f对热力系数ζ的影响非常大，为增大ζ，必须减小f;欲减小f，必须增大放气范围Δξ及减小浓溶液浓度ξs。 二、热力计算 热力计算的原始数据有:制冷量φ0，加热介质温度th，冷却水入口温度tw1和冷冻水出口温度tcw2。可根据下面一些经验关系选定设计参数。 102 溴化锂吸收式制冷机中的冷却水，一般采用先通过吸收器再进入冷凝器的串联方式。冷却水出入口总温差取8,9?。冷却水在吸收器和冷凝器内的温升之比与这两个设备的热负荷之比相近。一般吸收器的热负荷及冷却水的温升稍大于冷凝器。 冷凝温度tk比冷凝器内冷却水出口温度高3,5?;蒸发温度t0比冷冻水出口温度低2,5?;吸收器内溶液最低温度比冷却水出口温度高3,7?;发生器内溶液最高温度t4比热媒温度低10,40?;热交换器的浓溶液出口温度t5比稀溶液侧入口温度t2高12,25?。 ,32?，制取5,10?冷冻水时，单效溴化锂吸收式制冷机可采用表压当冷却水温为28 40,100 kPa蒸汽或相应温度的热水作热源，热力系数约为0.7。 三、实际循环(略) 四、单效溴化锂吸收式制冷机的典型结构与流程 (一)典型结构 溴化锂吸收式制冷机是在高度真空下工作的，稍有空气渗入制冷量就会降低，甚至不能制冷。因此，结构的密封性是最重要的技术条件，要求结构安排必须紧凑，连接部件尽量减少。通常把发生器等四个主要设备合置于一个或两个密闭筒体内，即所谓单筒结构和双筒结构。 因设备内压力很低，蒸汽的流动损失和静液高度的影响很大，必须尽量减小，否则将造成较大的吸收不足和发生不足，严重降低机器的效率。为了减少冷剂蒸汽的流动损失，采取将压力相近的设备合放在一个筒体内，以及使外部介质在管束内流动，冷剂蒸汽在管束外较大的空间内流动等措施。 在蒸发器的低压下，100 mm高的水层就会使蒸发温度升高10,12?，因此，蒸发器和吸收器必须采用喷淋式换热设备。至于发生器，仍多采用沉浸式，但液层高度应小于300,350 mm，并在计算时需计入由此引起的温度变化。有时发生器采用双层布置以减少沸腾层高度的影响。 下图为双筒式单效溴化锂吸收式制冷机结构简图。上筒是压力较高的发生器和冷凝器，下筒是压力较低的蒸发器和吸收器。 103 在吸收器内，吸收水蒸气而生成的稀溶液，积聚在吸收器下部的稀溶液囊2内，此稀溶液通过发生器泵3送至溶液热交换器4，被加热后进入发生器5。热媒(加热用蒸汽或热水)在发生器的加热管束内通过;管束外的稀溶液被加热、升温至沸点，经沸腾过程变为浓溶液。此浓溶液自液囊19沿管道经热交换器4，被冷却后流入吸收器的浓溶液囊6中。发生器溶液沸腾所造成的水蒸气向上流经挡液板7进入冷凝器8(挡液板的作用是避免溴化锂溶液飞溅入冷凝器)。冷却水在冷凝器的管束内通过，管束外的水蒸气被冷凝为冷剂水，收集在冷凝器水 U形管10相当于膨胀阀，起减压盘9内，靠压力差的作用沿U形管水封10流至蒸发器11。 节流作用，其高度应大于上下筒之间的压力差。吸收式制冷机也可不采用U形管，而采用节流孔口，采用节流孔口简化了构造，但对负荷变化的适应性不如U形管。 冷剂水进入蒸发器后，被收集在蒸发器水盘12内，并流入水囊13，靠冷剂水泵14送往蒸发器内的喷淋系统15，经喷嘴喷出，淋洒在冷冻水管束外表面，吸收管束内冷冻水的热量，汽化变成水蒸气。一般冷剂水的灞淋量都要大于实际蒸发量，以使冷剂水能均匀地淋洒在冷冻水管束上。因此，喷淋的冷剂水中只有一部分蒸发为水蒸气，另一部分未曾蒸发的冷剂水与来自冷凝器的冷剂水一起流入冷剂水囊，重新送入喷淋系统蒸发制冷。冷剂水囊应保持一定的存水量，以适应负荷的变化和避免冷剂水量减少时冷剂水泵发生气蚀。蒸发器中汽化的冷剂水蒸气经过挡水板16再进入吸收器，这样做可以把蒸汽中混有的冷剂水滴阻留在内继续汽化，以避免造成制冷量损失。 吸收器1的管束内通过的是冷却水。浓溶液囊6中的浓溶液，由吸收器泵17送入溶液喷 ，淋洒在冷却水管束上，溶液被冷却降温，同时吸收充满于管束之间的冷剂水蒸气淋系统18 而变成稀溶液，汇流至稀、浓两个液囊中。流入稀溶液囊的稀溶液，由发生器泵3经热交换器4送往发生器5.流入浓溶液液囊6的稀溶液则与来自发生器的浓溶液混合，由吸收器泵重新送到溶液喷淋系统。回到喷淋系统的稀溶液的作用只是“陪同”浓溶液一起循环，以加大喷淋量，提高喷淋式热交换器喷淋侧的放热系数。 对在真空条件下工作的系统中所有其他部件也必须有很高的密封要求。如溶液泵和冷剂泵需采用屏蔽型密闭泵，并要求该泵有较高的允许吸入真空高度，管路上的阀门需采用真空隔膜阀等。 从以上结构特点看出，溴化锂吸收式制冷机除屏蔽泵外没有其他转动部件，因而振动、噪声小，磨损和维修量少。 (二)溴化锂吸收式制冷机的主要附加措施 1. 防腐蚀问题 溴化锂水溶液对一般金属有腐蚀作用，尤其在有空气存在的情况下腐蚀更为严重。腐蚀不但缩短机器的寿命，而且产生不凝性气体，使筒内真空度难以维持。所以，吸收式制冷机的传热管采用铜镍合金管或不锈钢管，筒体和管板采用不锈钢板或复合钢板。 虽然如此，为了防止溶液对金属的腐蚀，一方面须确保机组的密封性，经常维持机内的高度真空，在机组长期不运行时充入氮气;另一方面须在溶液中加入有效的缓蚀剂。 在溶液温度不超过120?的条件下，溶液中加入0.1,0.3,的铬酸锂(Li2CrO4)和0.02,的LiOH，使溶液呈碱性，pH值在9.5,10.5范围，对碳钢,铜的组合结构防腐蚀效果良好。 当溶液温度高达160?时，上述缓蚀剂对碳钢仍有很好的缓蚀效果。此外，还可选用其他耐高温缓蚀剂，如在溶液中加入0.001,,0.1,的氧化铅(PbO)，或加入0.2,的三氧化二锑(Sb2O3)与0.1,的铌酸钾(KnbO3)的混合物等。 2. 抽气设备 由于系统内的工作压力远低于大气压力，尽管设备密封性好，也难免有少量空气渗入，并 104 且，因腐蚀也会产生一些不凝性气体。所以，必须设有抽气装置，以排出聚积在筒体内的不凝性气体，保证制冷机的正常运行。此外，该抽气装置还可用于制冷机的抽空、试漏与充液。 常用的抽气系统如下图左所示。图中辅助吸收器3又称冷剂分离器，其作用是将一部分溴化锂—水溶液洒在冷盘管上，在放热的条件下吸收所抽出气体中含有的冷剂水蒸气，使真空泵排出的只是不凝性气体，以提高真空泵的抽气效果和减少冷剂水的损失。阻油器2的作用是防止真空泵停车时，泵内润滑油倒流入机体内。真空泵1一般采用旋片式机械真空泵。 上述抽气系统只能定期抽气，为了改进溴化锂吸收式制冷机的运转效能，除装置上述抽气系统外，可附设自动抽气装置。上图右所示为许多自动抽气装置中的一种。该装置是利用引射原理，靠喷射少量的稀溶液，随时系统内存在的不凝性气体。排出的气体混在稀溶液中，经气体分离器分出，积存于分离器上部，利用传感器检测其压力，当压力超过设定值时，自动开启放气阀，或利用手动放气阀定期放入大气。 此外，为了自动排出因腐蚀而产生的氢气，钯管排氢装置也是一种常用设备，但是，钯管排氢装置的工作温度约为300?。 3. 防止结晶问题 从溴化锂水溶液蒸气压—饱和温度图可以看出，溶液的温度过低或浓度过高均容易发生结晶。因此，当进入吸收器的冷却水温度过低(如小于20,25?)或发生器加热温度过高时就可能引起结晶。结晶现象一般先发生在溶液热交换器的浓溶液侧，因为此外溶液浓度最高，温度较低，通路窄小。发生结晶后，浓溶液通路被阻塞，引起吸收器液位下降，发生器液位上升，直到制冷机不能运行。 为解决热交换器浓溶液侧的结晶问题，在发生器中设有浓溶液溢流管，或称防晶管。该溢流管不经过热交换器，而直接与吸收器的稀溶液囊相连。当热交换器浓溶液通路因结晶被阻塞时，发生器的液位升高，浓溶液经溢流管直接进入吸收器。这样，不但可以保证制冷机至少在部分负荷下继续工作，而且由于热的浓溶液在吸收器内直接与稀溶液混合，提高了进入热交换器的稀溶液温度，有助于浓溶液侧结晶的缓解。 4. 制冷量的调节 吸收式制冷机的制冷量一般是根据蒸发器出口被冷却介质的温度，用改变加热介质流量和稀溶液循环量的方法进行调节的。用这种方法可以实现在10,100,范围内制冷量的无级调节。 (三)吸收式热泵 吸收式制冷机可以作为热泵使用，它可以回收废热水的热量，制取高温水，用于采暖等场合。 105 吸收式热泵有两种形式: (1)第一种热泵:利用高温热源，把低温热源的热能提高到中温的热泵系统，它是同时利用吸收热和冷凝热以制取中温热水的吸收式制冷机，如图a所示。这种热泵以增加热量为目的，故又称为增热型吸收式热泵。 例如:蒸发器将25,35?水冷却5,10?，用吸收热和冷凝热将工艺排出的25,35?水加热到60,80?，热媒温度为160,180?，此时，发生器每1 kW热量可获得约1.6 kW的制热量(制热系数1.6)。 (2)第二种热泵:利用中温废热和发生器形成驱动热源系统，同时还利用中温废热和蒸发器构成热源系统，在吸收器中制取温度高于中温废热的热水的热泵系统。这种热泵以升温为目的，故又称为热变换器。 如图b，进入蒸发器的废热水把热量传给冷剂水，使冷剂水蒸发成冷剂蒸气，被吸收器中的溴化锂溶液吸收，由于吸收过程放出热量，因而在吸收器管内尝的水被加热，得到所需的高温热水。吸收冷剂蒸汽的稀溶液，经节流阀进入发生器，被在发生器管内流动的废热水加热沸腾、浓缩。浓缩后的浓溶液由溶液泵输送，经热交换器与来自吸收器的高温稀溶液换热后，进入吸收器，重新吸收冷剂蒸汽。发生器中产生的冷剂蒸气进入冷凝器，被管内流动的低温冷却水所冷凝，成为冷剂水，再由冷剂水泵送往蒸发器。由于冷凝压力低于蒸发压力，所以，需由溶液泵P将浓溶液从发生器送至吸收器，而冷剂水需用冷剂水泵P’将其从冷凝器送到蒸发器。 当有5,10?的低温水(如冬季)作为冷却水时，这种机型可利用较低温度(如70?)的中温废热水作发生器和蒸发器的热源，使较高温度的水在吸收器内升温(95?100?)，其热力系数约0.5。应当指出的是，冷凝器中的冷却水温度越低，所得到的高温水温度越高。 5.4 双效溴化锂吸收式制冷机 从公式可以看出，当冷却介质和被冷却介质温度给定时，提高热源温度th，可有效改善吸 106 收式制冷机的热力系数。但由于溶液结晶条件的限制，单效溴化锂吸收式制冷机的热源温度不能很高。当有较高温度热源时，应采用多级发生的循环。如利用表压600,800 kPa的蒸汽或燃油、作热源的双效型溴化锂吸收式制冷机，它们分别称为蒸汽双效型和直燃双效型。 双效型溴化锂吸收式制冷机设有高、低压两级发生器，高、低温两级溶液热交换器，有时为了利用热源蒸汽的凝水热量还设置溶液预热器(或称凝水回热器)。以高压发生器中溶液汽化所产生的高温冷剂水蒸气作为低压发生器加热溶液的内热源，再与低压发生器中溶液汽化产生的冷剂蒸汽汇合在一起，作为制冷剂，进入冷凝器和蒸发器制冷。由于高压发生器中冷剂蒸汽的凝结热已用于机器的正循环中，使发生器的耗热量减少，故热力系数可达1.0以上;冷凝器中冷却水带走的主要是低压发生器的冷剂蒸气的凝结热，冷凝器的热负荷仅为普通单效机的一半左右。 根据溶液循环方式的不同，常用双效溴化锂吸收式制冷机主要分为串联流程和并联流程两大类，串联流程系统性能稳定、调节方便;并联流程系统热力系数较高。 一、蒸汽双效型溴化锂吸收式制冷机的流程 (一)串联流程双效型吸收式制冷机 系统流程如图a所示。从吸收器5引出的稀溶液经发生器泵9输送至低温热交换器7和高温热交换器6吸收浓溶液放出的热量后，进入高压发生器1，在高压发生器中加热沸腾，产生高温水蒸气和中间浓度溶液，此中间溶液经高温热交换器6进入低压发生器2，被来自高温发生器的高温蒸汽加热，再次产生水蒸气、并形成浓溶液。浓溶液经低温热交换器与来自吸收器 ，在吸收器中吸收来自蒸发器的水蒸气，成为稀溶液。 的稀溶液换热后，进入吸收器5 串联流程双效型吸收式制冷机制工作过程如图b所示。 (1)溶液的流动过程:点2的低压稀溶液(浓度为ξw)经发生器泵加压后压力提高至pr，经低温热交换器加热到达点7，再经过高温热交换器加热到达10。溶液进入高压发生器后，先加热到点11，再升温至点12，成为中间浓度ξ’s的溶液，在此过程中产生水蒸气，其焓值为h3c。从高压发生器流出的中间浓度溶液在高温热交换器中放热后，达到5点，并进入低压发生器。 107 中间浓度溶液在低压发生器中被高温发生器产生的水蒸气加热，成为浓溶液(浓度为ξs)4点，同时产生水蒸气，其焓值为h3a。点4的浓溶液经低温热交换器冷却放热至点8，成为低温的浓溶液，它与吸收器中的部分稀溶液混合后，达到点9，闪发后至点9’，再吸收水蒸气成为低压稀溶液2。 (2)冷剂水的流动过程:高压发生器产生的蒸汽在低压发生器中放热后凝结成水，比焓值降为h3b，进入冷凝器后冷却又降至h3。而来自低压发生器产生的水蒸气也在冷凝器中冷凝，焓值同样降到h3。冷剂水经节流孔口后进入蒸发器，其中液态水的比焓值为h1，在蒸发器中吸热制冷后成为水蒸气，比焓值为h1a，此水蒸气在吸收器中被溴化锂溶液吸收。 (二)并联流程双效型吸收式制冷机 系统的流程如图a所示。从吸收器5引出的稀溶液经发生器泵10升压后分成两路。一路 ，进入高压发生器1，在高压发生器中被高温蒸汽加热沸腾，产生高温水蒸经高温热交换器6 气。浓溶液在高温热交换器6内放热后与吸收器中的部分稀溶液以及来自低温发生器的浓溶液混合，经吸收器泵9输送至吸收器的喷淋器中的部分稀溶液以及来自低温发生器的浓溶液混合，经吸收器泵9输送至吸收器的喷淋系统。另一路稀溶液在低温热交换器8和凝水回热器7中吸热后进入低压发生器2，在低压发生器中被来自高压发生器的水蒸气加热，产生水蒸气及浓溶液。此溶液在低温热交换器中放热后，与吸收器中的部分稀溶液及来自高温发生器的浓溶液混合后，输送至吸收器的喷淋系统。 并联流程双效型溴化锂吸收式制冷机的工作过程如图b所示。 (1)溶液的流动过程:点2的低压稀溶液(浓度为ξw)经发生器泵10提高压力至pr，此高压溶液在高温热交换器中吸热达到点10，然后在高压发生器内吸热，产生水蒸气，达到点12，成为浓溶液(浓度为ξsH)，所产生的水蒸气的焓值为h3c。此浓溶液在高温热交换器中放热至点13，然后与吸收器中的部分稀溶液2及低温发生器的浓溶液8混合，达到点9，闪发后至点9’。 (2)冷剂水的流动过程:高压发生器产生的水蒸气(焓值为h3c)在低压发生器中放热，凝结成焓值为h3b的水(点3b)，再进入冷凝器中冷却至点3。低压发生器产生的水蒸气(焓 108 值为h3a)在冷凝器中冷凝成冷剂水(点3)。压力这pk的冷剂水经U形管节流并在蒸发器中制冷，达到点1a，然后进入吸收器，被溶液吸收。 二、直燃双效型溴化锂吸收式制冷机的流程 直燃双效型溴化锂吸收式制冷机(简称直燃机)和蒸汽双效型制冷原理完全相同，只是高压发生器还是采用加热换热器，而是锅筒式火管锅炉，由燃气或燃油直接加热稀溶液，制取高温水蒸气。此外，在冬季制热时，制取热水方面也有很大区别。 )将冷却水回路切直燃机多采用串联流程结构。根据热水制造方式不同，可分为三类:(1换成热水回路;(2)设置和高压发生器相连的热水器;(3)将冷冻水回路切换成热水回路。 (一)将冷却水回路切换成热水回路的机型 如图为直燃机的工作原理。关闭阀A，开启 阀B，将冷却水回路切换成热水回路，发生器泵 10和吸收器泵9运行，蒸发器泵8和冷冻水泵停 止运转。 从吸收器5返回的稀溶液，在高压发生器1 中吸收燃气或燃油的燃烧热，产生高温蒸汽，溶 液浓缩后经高温热交换器6进入低压发生器2; 高压发生器发生的蒸汽进入低压发生器的加热管 中，加热其中的溶液，发生蒸汽，并进入冷凝器 3，加热管内热水。低压发生器传热管内的凝水和 冷凝器的凝水经过阀A一同进入低压发生器，稀 释由高压发生器送入的浓溶液。温度较高的稀溶 液通过低温热交换器7返回吸收器，经喷淋系统 喷洒在吸收器冷却盘管上，预热管内流动的热水， 积存在吸收器底部的稀溶液由发生器泵10加压 进入高压发生器;预热后的热水进入冷凝器盘管内，被进一步加热，制取温度更高的热水。 (二)设置与高压发生器相连的热水器的机型 如上图左为该型直燃机的工作原理图。直燃机在高压发生器的上方设置一个热水器，当制 109 热运行时，关闭与高压发生器1相连管路上的A、B、C阀，热水器借助高压发生器所发生的高温蒸汽的凝结热来加热管内热水，凝水则流回高压发生器。制冷运行时，开启A、B、C阀，则按串联流程蒸汽双效型溴化锂吸收式制冷机的工作原理制取冷水，还可以同时制取生活热水。 (三)将冷冻水回路切换成热水回路的机型 如上图右表示这一机型直燃机采暖运行的工作原理。制热运行时，同时开启冷热转换阀A与B(制冷运行时，需关闭图中冷热转换阀A与B)，冷冻水回路则切换成热水回流。冷却水回路及冷剂水回路停止运行。 稀溶液由发生器泵10送往高压发生器1，加热沸腾，发生冷剂蒸气，经阀A进入蒸发器4;同时高温浓溶液经阀B进入吸收器5，因压力降低闪发出部分冷剂蒸气，也进入蒸发器。两股高温蒸汽在蒸发器传热管表面冷凝释放热量，凝结水自动流回吸收器与浓溶液混合成稀溶液。稀溶液再由发生器泵送往高压发生器加热。蒸发器传热管内的水吸收冷剂蒸气的热量而升温，制取热水。 三、双级溴化锂吸收式制冷机 前面说过，当其他条件一定，随着热源温度的降低，吸收式制冷机的放气范围Δξ将减小。如若热源温度很低，致使其放气范围Δξ,3,4,甚至成为负值，此时需采用多级吸收循环(一般为双级)。 如图a所示的双级吸收式制冷循环，包括高、低压两级完整的溶液循环。来自蒸发器的低压(p0)冷剂蒸汽先在低压级溶液循环中，经低压吸收器A2、低压热交换器T2和低压发生器G2，升压为中间压力pm的冷剂蒸汽，再进入高压级溶液循环升压为高压(冷凝压力pk)冷剂蒸汽，到冷凝器中冷凝，最后到蒸发器中蒸发制冷。 高、低压两级溶液循环中的热源和冷却水条件一般是相同的。因而，高、低压两级的发生器溶液最高温度t4，以及吸收器溶液的最低温度t2也是相同的。 从图b所示的压力—温度图上可以看出，在冷凝压力pk、蒸发压力p0以及溶液最低温度t2一定的条件下，发生器溶液最高温度t4若低于t’3，则单效循环的放气范围将成为负值。而同样条件下采用两级吸收循环就能增大放气范围，实现制冷。 这种两级吸收式制冷机可以利用70,90?废气或热水作热源，但其热力系数较低，约为普通单效机的1/2，它所需的传热面积约为普通单效机的1.5倍。如若将两台单效机串联使用，达到相同制冷量其传热面积约为普通单效机的2.5倍。 随着溴化锂吸收式制冷技术的不断发展，目前除在空调系统中得到广泛应用外，在楼宇冷热电联产系统中也得到较大的发展。溴化锂吸收式制冷技术在城市能源的优化利用方面将具有良好的发展前景。