理想冷凝到(1)点并过冷到 (2) 实际冷凝到(A)点 并过冷到(A’) 实际冷凝过程通常有10psi压降
从(1)点到(A)点，损失过冷< 0.95 btu/lb 假设理想压缩线-足够接近 35
冷 凝 过 程
温 度
过 冷 冷凝温度 流过冷凝器的制冷剂 进口温差 流过冷凝器的空气 通过冷凝器的过程 热交换过程 消除过热 出口温差
含H量越多， 易燃性越强
H
F
常用制冷剂
制冷剂 化学方程式 沸点
74.9 F -21.6 F - 41.4 F - 15.1 F
备 注
淘汰 将淘汰 将淘汰 替代品 替代R- 11 替代R- 22 工业应用
R-11 CCL3F R-12 CCL2F2 R-22 CHCLF2 R-134a CF3CH2F R- 123 CHCL2CF3 R-410A CH2F2/CHF2CF3 R-717 Ammonia NH3
•制冷剂的温度必须高于冷凝介质(通常为水或空气)的温度 •制冷剂冷凝时释放出热量 •制冷剂蒸气冷凝时的饱和温度称为“饱和冷凝温度(SCT)”
36
液管的压力损失
A’ 274.6 267.63
压 力
1200F饱和冷凝温度
见本节 末的 R22表
压 力
Pressure
120F
40F
Temp.
等压力线与横坐标平行 [psia] 等焓线与纵坐标平行 [btu/lb] 在曲线内部饱和温度线与压力线平行 等温线在过冷区与纵坐标平行 等温线在过热区向下倾斜 等比容线Specific volume在过热区向上倾斜 [ft3/lb] 等焓线Constant entropy在过热区向上倾斜 12 (理想压缩)
32
压 缩 比
281.71
压 力 1220F饱和排气温度
D
80.34
380F饱和吸气温度 焓
S’
• (S’)点压缩机吸气压力= 80.34 psia (D)点压缩机排气压力= 281.71 psia 压缩比= 排气压力/吸气压力 压缩比C.R. = (281.71 / 80.34) = 3.5
33
吸收热量
Enthalpy
焓
运用机械压缩，热交换和制冷剂循环
21
膨 胀 过 程
节流装置： 274.6 Press
-热力膨胀阀
-手动阀
-毛细管
83.21
40F
-其他固定的节流装置 -浮阀
45.71
Enthalpy
蒸发器
•膨胀过程为某种装置控制
•通过阀门的膨胀过程被称为节流 •节流过程制冷剂与外界没有热交换 •制冷剂进出节流阀的前后焓值没有变化
5
最可取的制冷剂应该有以下特征：
应具有 成本低 易于获取 无毒 不燃 较大的汽化潜热 不希望
对温度有限制 需要很低的压力 大的比容
氟化烃已经成为最普通的市场选择
6
氟化烃类制冷剂
•三个注意要点：
可燃性 毒性(人体健康)

CL
•该类制冷剂的组成如下：
碳(基本成分) + H,Cl,F的化合物

22
通过阀门时闪发气体的过程
274.6 Pressure 40F液态 A-液态
120F饱和温度
% F.G. （闪蒸汽率）= 24.29/86.72= 28.0%
40F饱和温度
D 24.29 21.42 45.71 B
83.21
C
86.72 Enthalpy 108.14
在 “A” 点进入膨胀阀 (274.6 psi, 120° F 饱和温度, 45.71 焓) 在 “B”点离开膨胀阀 (83.21 psi, 40° F 饱和温度, 45.71焓) 制冷剂蒸发 “从D到B” (21.42 到 45.71 Btu/lb 在 40° F 时) 蒸发所需热量来自制冷剂 液体被冷却 “从A 到 D” (120° F 到 23 40° F 饱和温度 ，21.42 焓)
T T
T0
4
2 3 1 S
5

q0 H1 H 4 Ws H 2 H 1
焓值：查图、表或计算
17
若制冷剂的“制冷能力”为Q0 kJ/h，那么，制冷剂的循环量为 Q0 G kg / h q0
压缩机消耗的功率
PT GWs kW 3600
kJ kg 1h GWs PT Ws G 3600 kW kg h 3600 s
D
热气管
D
D’
80.34
冷凝器
D’
焓
129.24
• 蒸气在D点离开压缩机 [ 122° F &，129.24 btu/lb ] 蒸气在D’点进入冷凝器 [ 120° F & 129.24 Btu/lb ] 通过排气管时温度降低2° F (D) 到 (D’) 热气管压力损失= (281.71 - 274.60) = 7.11 psi
制冷效果“refrigeration effect”为(111.0-45.71)=65.29Btu/lb
26
27
吸气管的压降
274.6 力
压
吸气管
蒸发器 40F饱和蒸发温度 38F饱和吸气温度 焓
83.21
80.34
C’ S’ 108.14 111.0
• 蒸气在C’点离开蒸发器 [ 40° F ，83.21 psi ] 蒸气在S’点进入压缩机 [ 38° F ，80.34 psi ] 吸气管损失20F [ (C’) 到 (S’) ] 吸气管压降= (83.21 - 80.34) = 2.87 psi
制冷剂在“2”点离开蒸发器
1
A
COIL PD
2
盘管压降(1-2) 由于盘管压降的闪发气体量为“B” 总的闪发气体量 = “C”
B C
3
C=(A+B)
如果盘管没有压降，制冷剂应在“3”点进入盘管
进入盘管闪发的气体量就应该是“C” 如果我们直接用制冷剂离开盘管时的温度，闪发出的气体是一 样的，但简化了计算。
18
课程内容
• 第一部分：制冷剂 • 第二部分：逆卡诺循环及相关术语 • 第三部分：制冷循环过程分析
19
制 冷 循 环
蒸发器
吸气管
C
A 热气管 压缩机 热力膨胀阀 B 冷凝器
液体管
20
机械制冷循环
SDT = 122 SCT = 120 释放热量
典型的循环 低温吸热 压 力
高温放热
40F SET 38F SST
制 冷 原 理
A’ A F C C’ S E
D’
B’
B
焓
1
课程内容
• 第一部分：制冷剂 • 第二部分：逆卡诺循环及相关术语 • 第三部分：制冷循环过程分析
2
水 的 特 性
252
温度- F
100%饱和液体
100%饱和气体 2
3
212
1
潜热过程
32
180
970
18
焓- BTUs / Lb.
1.过冷液体区 焓差 = 1 Lb x (212-32) =180 2.混合区-饱和区 焓差 = 1 Lb x (气化潜热) = 970 3.过热气体区 焓差 = 1 Lb x (252-212) X 0.45 =18
Enthalpy 焓
课程内容
• 第一部分：制冷剂 • 第二部分：逆卡诺循环及相关术语 • 第三部分：制冷循环过程分析
13
逆卡诺循环
q2 3
冷凝器
2
T T2 T1 3 2
膨胀机
压缩机
4
蒸发器
4 S
1
1 q0
14
循环的吸热量
S1 S4 q0 TL
T TH 3 2
q0=TL(S1-S4)
TL 循环的放热量 q2= TH(S3-S2) = -TH(S1-S4) ⊿ H＝q＋WS 制冷剂完成一个循环⊿ H＝ 0 q2 q0
16
H q Ws
1-2 可逆绝热压缩过程 Ws=H2 － H1 kJ/kg 2-4 等压冷却、冷凝过程 q2=H4-H2kJ/kg 4-5 节流膨胀过程 H5=H4 4-1 等压、等温蒸发过程 q0=H1 － H5 kJ/kg 制冷系数
ALT=Actual Liquid Temp
2 SC = 15° F A SCT = 120° F 1 D’
274.60
A’
264.60
44.76
117.1° F 45.71 Btu/lb (45.71 - 44.76) = 0.95 Btu/lb ；
• 蒸气在 (D’)点进入冷凝器 [ 274.60 psia ]
冷 凝 过 程
105° F
D’
E
A
120° F 冷凝
E
除过热
D’
A’ A’ A
过冷
40.85 45.71
112.78 129.24
；
•首先，冷凝器排出气体的过热(D’-E)，蒸气变成饱和(E)
•然后，制冷剂蒸气被冷凝(E-A)，蒸气变成饱和液体(A) •最后，液体被过冷150F(A-A’)
34
冷 凝 过 程
3
制 冷 剂
当前使用最多的是那些制冷剂？
它们有什么优点？
水也可以用作制冷剂，然而它 的饱和压力太低，并且在320F 时会结冰 制造商选择制冷剂
当前我们是如何使用制冷剂的？
4
制冷剂应有的特性
• 不燃和无毒 • 高压侧压力应不至于要求过高的结构强度 • 低压侧压力应高于大气压 • 汽化潜热大 • 较小的比容 • 液态比热小 • 易于检测系统渗漏点 • 与常用润滑剂相容 • 传热系数和黏度应有利于传热 • 易于获得、成本低、易于处理 • 对系统常用的金属材料无腐蚀