制冷技術(shù)是為了適應(yīng)人們對(duì)低溫條件的需要而產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。下面是小編為大家精心推薦的空氣制冷技術(shù)論文，希望能夠?qū)δ兴鶐椭?/p>

　　空氣制冷技術(shù)論文篇一

　　制冷技術(shù)分析

　　摘要 制冷技術(shù)是為了適應(yīng)人們對(duì)低溫條件的需要而產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。制冷技術(shù)是使某一空間或物體的溫度降到低于周圍環(huán)境溫度，并保持在規(guī)定低溫狀態(tài)的一門科學(xué)技術(shù)，它隨著人們對(duì)低溫條件的要求和社會(huì)生產(chǎn)力的提高而不斷發(fā)展。制冷的方法很多，常見(jiàn)的有以下四種：液體氣化制冷，氣體膨脹制冷，渦流管制冷和熱電制冷。其中液體汽化制冷的應(yīng)用最為廣泛，它是利用液體汽化時(shí)的吸熱效應(yīng)而實(shí)現(xiàn)制冷的。蒸汽壓縮式，吸收式，蒸汽噴射式和吸附式制冷都屬于液體汽化制冷方式。本文重點(diǎn)介紹蒸汽壓縮式制冷的工作原理及幾種形式。

　　關(guān)鍵詞蒸汽壓縮式制冷壓-焓圖理想制冷循環(huán)制冷系數(shù)ε 絕熱膨脹

　　雙級(jí)蒸汽壓縮制冷循環(huán)

　　中圖分類號(hào)： TB6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

　　一、蒸汽壓縮式制冷的工作原理 蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)，冷凝器，膨脹閥，蒸發(fā)器組成，用管道將其連成一個(gè)封閉的系統(tǒng)。如下圖一

　　工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)與被冷卻對(duì)象發(fā)生熱量交換，吸收被冷卻對(duì)象的熱量并汽化，產(chǎn)生的低壓蒸汽被壓縮機(jī)吸入，經(jīng)壓縮后以高壓排出。壓縮過(guò)程需要消耗能量。壓縮機(jī)排出的高溫高壓氣態(tài)工質(zhì)在冷凝器被常溫冷卻介質(zhì)(水或空氣)冷卻，凝結(jié)成高壓液體。高壓液體經(jīng)膨脹閥時(shí)節(jié)流，變成低壓，低溫濕蒸汽，進(jìn)入蒸發(fā)器，其中的低壓液體在蒸發(fā)器中再次汽化制冷，如此周而復(fù)始。

　　液體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w,固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w,固體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w都要吸收潛熱。任何液體在沸騰過(guò)程中將要吸收熱量，液體的沸騰溫度(即飽和溫度)和吸熱量隨液體所處的壓力而變化，壓力越低，沸騰溫度也越低。而且不同液體的飽和壓力、沸騰溫度和吸熱量也各不相同。如下表一

　　例：在1 個(gè)大氣壓下

　　制冷工質(zhì) 沸點(diǎn) (℃) 氣化潛熱 r (kJ / kg)

　　水 100 2256

　　R717(氨) -33.4 1368

　　R22 -40.8 375

　　據(jù)所用制冷液體(稱制冷劑)的熱力性質(zhì)，創(chuàng)造一定的壓力條件，就可以在一定范圍內(nèi)獲得所要求的低溫。 要實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)必須要有一定的設(shè)備，而且要以消耗能量作為補(bǔ)償。 蒸汽壓縮式制冷循環(huán)就是用壓縮機(jī)等設(shè)備，以消耗機(jī)械功作為補(bǔ)償，對(duì)制冷劑的狀態(tài)進(jìn)行循環(huán)變化，從而使用冷場(chǎng)合獲得連續(xù)和穩(wěn)定的冷量及低溫。在制冷循環(huán)中，制冷劑經(jīng)歷了汽化、壓縮、冷凝、節(jié)流膨脹等狀態(tài)變化過(guò)程。為了分析，比較和計(jì)算制冷循環(huán)的性能，必須知道制冷劑的狀態(tài)參數(shù)變化規(guī)律。對(duì)目前常用的制冷劑，這些狀態(tài)參數(shù)間的關(guān)系已經(jīng)制成各種圖和表來(lái)表示。

　　制冷劑的熱力性質(zhì)圖，常用的熱力性質(zhì)圖有溫熵(T-S)圖和壓焓(㏒p-h)圖，形式如下圖，圖中x=0為飽和液體線，x=1為飽和蒸汽線，兩線之間為濕蒸汽區(qū)，其中等干度線(x=0.1,x=0.2……)。

　　由于定壓過(guò)程的吸熱量，放熱量以及絕熱壓縮過(guò)程壓縮機(jī)的耗功量都可再㏒p-h圖上表示，利用過(guò)程初、終狀態(tài)的比焓差計(jì)算，因此㏒p-h圖在制冷循環(huán)的熱力計(jì)算上得到了廣泛的應(yīng)用。由于制冷劑的熱力參數(shù)h、s等都是相對(duì)值，因此，在使用上述熱力性質(zhì)表及圖時(shí)，必須注意他們之間的h、s的基準(zhǔn)點(diǎn)是否一致，對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)取值不同或單位制不一致的圖或表，最好不要混用，否則必須進(jìn)行換算和修正。

　　二、 理想制冷循環(huán)—逆卡諾循環(huán)

　　卡諾循環(huán)分正卡諾循環(huán)和逆卡諾循環(huán)，均是由兩個(gè)定溫和兩個(gè)絕熱過(guò)程組成，他們是一個(gè)理想循環(huán)。研究蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的主要目的，是為了分析影響制冷循環(huán)的各種因素，尋求節(jié)省制冷能耗的途徑。 逆卡諾循環(huán)是使工質(zhì)(制冷劑)在吸收低溫?zé)嵩吹臒崃亢笸ㄟ^(guò)制冷裝置，并以外功作補(bǔ)償，然后流向高溫?zé)嵩?。逆向循環(huán)是一種消耗功的循環(huán)，制冷循環(huán)就是按逆向循環(huán)進(jìn)行的， 在溫—熵或壓—焓圖上，循環(huán)的各個(gè)過(guò)程都是依次按逆時(shí)針?lè)较蜃兓摹?/p>

　　逆卡諾循環(huán)設(shè)備示意圖

　　2.實(shí)現(xiàn)逆卡諾循環(huán)必須具備的條件：

　　(1)高、低溫?zé)嵩礈囟群愣?

　　(2)工質(zhì)在冷凝器和蒸發(fā)器中與外界熱源之間無(wú)傳熱溫差;

　　(3)工質(zhì)流經(jīng)各個(gè)設(shè)備時(shí)無(wú)內(nèi)部不可逆損失;

　　(4)作為實(shí)現(xiàn)逆卡諾循環(huán)的必要設(shè)備是壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹機(jī)和蒸發(fā)器。

　　逆卡諾循環(huán)是可逆的理想制冷循環(huán)，它不考慮工質(zhì)在流動(dòng)和狀態(tài)變化過(guò)程中的內(nèi)部和外部不可逆損失。雖然逆卡諾循環(huán)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，但是通過(guò)該循環(huán)的分析所得出的結(jié)論對(duì)實(shí)際制冷 循環(huán)具有重要的指導(dǎo)意義。

　　3.制冷系數(shù)ε

　　制冷循環(huán)常用制冷系數(shù) ε 表示它的循環(huán)經(jīng)濟(jì)性能，制冷系數(shù)等于單位耗功量所制得的冷量。

　　ε=q/∑W

　　q: 1kg 制冷劑在T0溫度下從被冷卻物體吸收熱量q (kJ/kg)

　　W:循環(huán)1 kg的工質(zhì)消耗功

　　對(duì)于逆卡諾循環(huán)而言：

　　εc=T0/(Tk- T0)

　　T0:蒸發(fā)溫度; Tk:冷凝溫度

　　從公式可知，逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)僅與高、低溫?zé)嵩礈囟扔嘘P(guān)，而與制冷劑的熱物理性能無(wú)關(guān)。由于逆卡諾循環(huán)不考慮各種損失，而且壓縮機(jī)利用了膨脹機(jī)對(duì)外輸出的功，因此，在恒定的高、低溫?zé)嵩磪^(qū)間，逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)最大，在該溫度區(qū)間進(jìn)行的其它各種制冷循 環(huán)的制冷系數(shù)均小于逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)。

　　所以，逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)可用來(lái)評(píng)價(jià)其它制冷循環(huán)的熱力完善度。

　　三、蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)及熱力計(jì)算

　　1.理論制冷循環(huán)不同于逆卡諾循環(huán)之處是：

　　(1)制冷劑在冷凝器和蒸發(fā)器中按等壓過(guò)程循環(huán)，而且具有傳熱溫差;

　　(2)制冷劑用膨脹閥絕熱節(jié)流，而不是用膨脹機(jī)絕熱膨脹;

　　(3)壓縮機(jī)吸入飽和蒸汽而不是濕蒸汽。

　　用膨脹閥代替膨脹機(jī)后的節(jié)流損失：不但增加了制冷循環(huán)的耗功量，還損失了制冷量。這兩部分損失必然使制冷系數(shù)和熱力完善度有所下降。

　　2.用干壓縮代替濕壓縮后的過(guò)熱損失包括：

　　(1)用膨脹閥代替膨脹機(jī)后的節(jié)流損失導(dǎo)致后果：膨脹閥的節(jié)流是不可逆過(guò)程，節(jié)流前、后焓值不變;制冷劑干度增加，液體含量減少，制冷量減少，消耗功上升，制冷系數(shù)下降，其降低的程度稱為節(jié)流損失。節(jié)流損失的大小與下列因素有關(guān)：與冷凝溫度和蒸發(fā)溫度差有關(guān)，節(jié)流損失隨其增加而增大;與制冷劑的物性有關(guān)，一般節(jié)流損失大的制冷劑，過(guò)熱損失就小;與冷凝壓力有關(guān)，冷凝壓力Pk越接近臨界壓力Pkr節(jié)流損失越大。

　　(2)用干壓縮代替濕壓縮后的飽和損失

　　原因:在制冷壓縮機(jī)的實(shí)際運(yùn)行中，若吸入濕蒸汽，會(huì)引起液擊，并占有氣缸容積，使吸氣量減少，制冷量下降。過(guò)多的液體進(jìn)入壓縮機(jī)氣缸后，很難全部汽化，這時(shí)，既破壞了壓縮機(jī)的潤(rùn)滑，又會(huì)造成液擊，使壓縮機(jī)遭到破壞。因此，蒸汽壓縮式制冷裝置在實(shí)際運(yùn)行中嚴(yán)禁發(fā)生濕壓縮，要求進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑為干飽和蒸汽或過(guò)熱蒸汽，干壓縮式制冷機(jī)正常工作的一個(gè)重要標(biāo)注。如何實(shí)現(xiàn)干壓縮，如下圖，可在蒸發(fā)器出口增設(shè)一個(gè)液體分離器。分離器上部的干飽和蒸汽被壓縮機(jī)吸走，保證干壓縮，進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑狀態(tài)點(diǎn)位于飽和蒸汽線上。制冷劑的絕熱壓縮過(guò)程在過(guò)熱蒸汽區(qū)進(jìn)行。因此，制冷劑在冷凝器中并非定溫過(guò)程，而是定壓過(guò)程。

　　熱力計(jì)算制冷劑在蒸發(fā)器中的單位質(zhì)量制冷量：

　　q0 = h1-h4[kJ/kg]

　　壓縮機(jī)的單位質(zhì)量絕熱壓縮耗功量：

　　W= h2- h1 [kJ/kg]

　　制冷劑單位容積制冷量：

　　Qv= q0/V[kJ/m3]

　　理論制冷系數(shù)：ε= q0/ W

　　3.蒸汽壓縮式制冷循環(huán)改善

　　為了使膨脹閥前液態(tài)制冷劑得到再冷卻，可以采用再冷卻器或回?zé)嵫h(huán)。

　　(1)設(shè)置再冷卻器對(duì)于同一種制冷劑，節(jié)流損失主要與節(jié)流前后的溫差(Tk- T0)有關(guān)，溫差越小，節(jié)流損失越小。一般可再冷凝器后增加一個(gè)再冷卻器，使冷卻水通過(guò)再冷卻器，然后進(jìn)入冷凝器。再冷卻后可使液體制冷劑在冷凝壓力下被再冷至狀態(tài)點(diǎn)3′，圖中3-3′是高壓液體制冷劑在再冷卻器中的再冷過(guò)程，再冷卻所能達(dá)到的溫度Tr,稱為再冷溫度，冷凝溫度與再冷溫度之差△Tr稱為再冷度，這種帶有再冷的循環(huán)稱為再冷循環(huán)。

　　增加過(guò)冷可以使制冷系數(shù)提高：制冷劑R717每過(guò)冷1℃，制冷系數(shù)可提高0.46%;冷制冷劑R22每過(guò)冷1℃，制冷系數(shù)可提高0.85%。

　　(2)回?zé)嵫h(huán)為了使膨脹閥前液體的再冷度增加，進(jìn)一步減少節(jié)流損失，同時(shí)又保證壓縮機(jī)吸氣有一定過(guò)熱度，可再在制冷系統(tǒng)中增設(shè)一個(gè)回?zé)崞??；責(zé)崞鞯淖饔檬鞘古蛎涢y前的制冷劑液體與壓縮機(jī)吸入前的制冷劑蒸汽進(jìn)行熱交換，使壓縮機(jī)吸入的蒸汽有一定的過(guò)熱度，由于過(guò)熱(過(guò)熱量△q)增加了壓縮機(jī)的耗功量(△w)。因此，回?zé)嵫h(huán)的制冷系數(shù)是否提高，視△q/△w的比值定。

　　下表示幾種常用制冷劑采用回?zé)嵫h(huán)后，制冷系數(shù)及排氣溫度的變化情況。

　　制冷劑 R717 R22 R502

　　制冷系數(shù)增減率% -4.18 -1.88 +3.02

　　排氣溫度變化 ℃ 140.3→102 84.7→53.5 66.5→37.3

　　由上表可看出采用，采用回?zé)嵫h(huán)后制冷系數(shù)不一定增加，制冷劑R22采用回?zé)嵫h(huán)后制冷系數(shù)降低不多但保證了干壓縮金額熱力膨脹閥的穩(wěn)定工作，所以實(shí)際中采用回?zé)嵫h(huán)。R502和R12適合采用回?zé)嵫h(huán)。R11和R717因?yàn)橹评湎禂?shù)降低很多不適合采用回?zé)嵫h(huán)。

　　四、雙級(jí)蒸汽壓縮制冷循環(huán)

　　對(duì)于活塞式制冷壓縮機(jī)單級(jí)制冷循環(huán)，在通常的環(huán)境下，一般只能制取

　　-25℃~-35℃以上的蒸發(fā)溫度。如果采用單級(jí)制冷循環(huán)制取較低的蒸發(fā)溫度，將會(huì)產(chǎn)生很多有害因素，如：

　　(1)壓縮機(jī)排氣溫度很高，不但加大了過(guò)熱損失，使制冷系數(shù)下降，而且會(huì)惡化潤(rùn)滑油效果，影響壓縮機(jī)的使用壽命和正常運(yùn)行。

　　(2)壓縮比(Pk/P0)增大，在正常環(huán)境溫度下，當(dāng)蒸發(fā)溫度T0下降時(shí)，Pk/P0增加，壓縮機(jī)容積效率降低，實(shí)際吸氣量減少，制冷量下降，當(dāng)壓縮比達(dá)到一定值時(shí)，活塞式制冷機(jī)此時(shí)已不能進(jìn)行制冷。

　　(3)節(jié)流損失增加，制冷劑單位制冷量減少，消耗功加大，制冷系數(shù)下降。

　　(4)過(guò)低的蒸發(fā)溫度可能會(huì)使制冷系統(tǒng)的運(yùn)行工況超過(guò)壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的設(shè)計(jì)和使用條件，造成不允許的危險(xiǎn)情況發(fā)生。如活塞式壓縮機(jī)(制冷劑R22)的壓縮比，大能大于6(高溫機(jī))和16(低溫機(jī))壓力差(Pk- P0)不能大于1.6MPa;螺桿式壓縮機(jī)(制冷劑R22)排氣溫度不能高于105℃，制冷劑R22當(dāng)壓縮比≤10時(shí)，采用單級(jí)壓縮, 壓縮比>10時(shí)采用雙級(jí)壓縮;制冷劑R717當(dāng)壓縮比≤8時(shí)，采用單級(jí)壓縮, 壓縮比>8時(shí)采用雙級(jí)壓縮。因此對(duì)于活塞式壓縮機(jī)，當(dāng)T0低于-25~-35℃時(shí)，采用雙極制冷循環(huán)能使上述不利影響得到改善。對(duì)于螺桿式壓縮機(jī)，由于其具有良好的油冷卻裝置，排氣溫度比活塞式壓縮機(jī)低，允許的壓縮比和壓力差均較大。因此，一般螺桿式壓縮機(jī)單級(jí)制冷循環(huán)可制取-40℃左右的低溫(Tk 在40℃~45℃時(shí))?？諝庠礋岜脵C(jī)組，其壓縮機(jī)至少要能在蒸發(fā)溫度為-15℃~+15℃(雙級(jí)壓縮可達(dá)-35℃)冷凝溫度≤65℃的條件下正常工作。

　　下圖是雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)示意圖：

　　雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)通常采用閃發(fā)蒸汽分離器(節(jié)能器)和中間冷卻器兩種形式。下面介紹帶有中間冷卻器的雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)。該循環(huán)式把來(lái)自蒸發(fā)器的制冷劑蒸汽，以串聯(lián)的兩臺(tái)壓縮機(jī)(有中間冷卻器)或者同一臺(tái)壓縮機(jī)的兩組氣缸“接力”式壓縮。每一級(jí)的壓縮比、排氣溫度等都符合壓縮機(jī)的使用條件，又可獲得較低的蒸發(fā)溫度T0，制冷系數(shù)比相同制冷能力的單級(jí)制冷循環(huán)大，因而比較經(jīng)濟(jì)。下面介紹常用的雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)。

　　一次節(jié)流、完全中間冷卻的雙級(jí)壓縮制冷循環(huán)，所謂完全中間冷卻時(shí)指來(lái)自低壓級(jí)壓縮級(jí)的過(guò)熱蒸汽在中間冷卻器內(nèi)完全冷卻至飽和狀態(tài)如下圖：

　　由于氨制冷系統(tǒng)排氣溫度高，吸氣過(guò)熱不能大，因此這種循環(huán)形式廣泛應(yīng)用于氨雙級(jí)制冷系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是由于采用完全中間冷卻，可以減少過(guò)熱損失，因此，耗功量較單級(jí)少，制冷系數(shù)較單級(jí)大。中間壓力Pm=( Pk.P0)0.5

　　氨雙級(jí)壓縮的最佳中間溫度t佳=0.4 Tk+0.6T0+3 ℃

　　T0:蒸發(fā)溫度; Tk:冷凝溫度

　　壓縮比=Pk/P0 Pk:冷凝壓力 P0：蒸發(fā)壓力

　　當(dāng)已知制冷量Q0，通過(guò)蒸發(fā)器的制冷劑質(zhì)量流量Mr,則Mr= Q0/(h1-h8)

　　制冷循環(huán)壓縮機(jī)的理論總耗功率為Pth, Pth= Pth1+ Pth2

　　Pth1為低壓級(jí)壓縮機(jī)的理論耗功率(KW)

　　Pth2為高壓級(jí)壓縮機(jī)的理論耗功率(KW)

　　則理論制冷系數(shù)εth= Q0/ Pth

　　五、結(jié)論

　　隨著技術(shù)現(xiàn)代化的發(fā)展以及人民生活水平的不斷提高，制冷在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、建筑、科學(xué)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門中的作用和地位日益重要。特別是人們對(duì)生活水平的要求提高，不同食品儲(chǔ)藏溫度不同，雙級(jí)壓縮可以滿足更低溫度要求，人們?cè)谌魏渭竟?jié)都可以品嘗到新鮮的食物。農(nóng)牧業(yè)中，制冷用于對(duì)農(nóng)作物種子進(jìn)行低溫處理;建造人工氣候育秧室。制冷在醫(yī)療衛(wèi)生方面和工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著日益重要的作用。總之通過(guò)本文的學(xué)習(xí)，對(duì)制冷系統(tǒng)原理有了全面認(rèn)識(shí)，對(duì)如何提高制冷系數(shù)的措施有所了解。

　　參考文獻(xiàn)

　　吳業(yè)正制冷原理及設(shè)備 西安交通大學(xué)出版社

　　尉遲斌實(shí)用制冷與空調(diào)工程手冊(cè)機(jī)械工業(yè)出版社

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