文档介绍：制冷原理与空调基础
理论制冷循环
单级蒸气压缩制冷系统的理论制冷循环在压焓图上如图1-1所示,循环路线是由两条等压线、一条等熵线和一条等焓线组成。这说明制冷剂在蒸发器和冷凝器内流动没有阻力;制冷剂在压缩机中的压缩过程为可逆等熵过程;制冷剂离开蒸发器的状态和压缩机的吸气状态均为饱和蒸气,制冷剂离开冷凝器和节流前的状态均为饱和液体。图1-1上1点表示压缩机的吸气状态,它位于蒸发温度te对应的蒸发压力Pe的等压线和饱和蒸发的交点上。过程线1-2表示制冷剂在压缩机中的等熵压缩过程,点2可由通过点1的等熵线和冷凝温度TC对应的冷凝压力PC的等压线的交点来确定。点2处于过蒸气状态。点3表示制冷剂出冷凝器时的状态,也是进节流阀时的状态。它是冷凝压力Pe对应的饱和液体,位于等压线PC与饱和液体线的交点。过程线2-2’-3表示制冷剂在冷凝器内冷却(2-2’)和冷凝(2’-3)过程。点4表示制冷剂出节流阀的状态。过程线3-4表示制冷剂通过节流阀的节流过程。由于节流前后制冷剂的比焓不变。点4是过点3的等焓线和等压线Pe的交点。由于节流过程为不可逆过程,所以过程3-4往往用虚线表示。过程线4-1表示制冷剂在蒸发器中的气化过程,制冷剂吸取被冷却物体的热量而不断气化,制冷剂的状态沿等压线Pe向干度增大的方向进行,直到全部变成饱和蒸气为止。这样,制冷剂的状态又重新回到进入压缩机前的状态,从而完成了一个理论制冷循环。
实际制冷循环
事实上,家用中央空调的实际制冷循环不可避免与理论制冷循环之间存在许多差别,如流动阻力、换热温差、压缩机偏离等熵压缩、冷凝器中有制冷剂过冷、蒸发器中有制冷剂过热、制热剂液体管和气体管间有回热等情况。这些差别将对制冷循环性能产生不同的影响。
液体过冷对循环性能的影响
在实际循环中,饱和液体在冷凝器和节流阀之间的管路流动时,会因流动阻力引起的压力降低使制冷剂部分气化,这种现象将影响节流阀工作的稳定性,因此需要液态制冷剂进入节流阀前有一定的过冷。具有液态过冷的循环如图1-2所示。图中1-2-3-4-1表示理论制冷循环,1-2-3-3’-4’-1表示过冷循环。其中3-3’表示液态制冷剂的过冷过程。温度差△tsc=t3-t3’称为冷度。
过冷循环的单位制冷量比理论循环有所增加,而单位压缩功不变,因而提高了整个循环制冷系数。
实际循环中,蒸发器的出口和压缩机的吸气通常控制在过热状态。具有吸气过热的循环如图1-2中1’-2’-2-3-4-1-1’所示。其中1-1’为制冷剂的过热过程,过热度△tsh=t1’-t1。如果是这部分过热发生在蒸发过程中称为“有效过热”,如果发生在吸气管路中,散失在大气环境中称为“无效过热”。
“无效过热”制冷循环与理论循环相比,循环单位功增大、单位制冷量不变、单位冷凝热增大、循环的单位体积制冷量下降、制冷系数下降、压缩机的排气温度升高。
“有效过热”制冷循环与理论循环相比,单位制冷量增大、单位功增大、单位冷凝热增大、单位体积制冷量下降、压缩机的排气温度升高。对实际运行的压缩机,希望吸入的蒸气具有一定的过热度,否则压缩机就有可能吸入未蒸发的制冷剂液滴而引起压缩机冲缸现象。对于R22制冷系统通常希望有5-10℃的过热度。
回热循环
在系统中增加一个气液换气器,使节流前的液态制冷剂和从蒸发器出来的低温制冷剂蒸气进行内部热交换,使制冷剂液体过冷,低温蒸气过热,这样的循环称为回热循环。家用中央空调制冷系统中的制冷剂的液体管和气体管绑扎一起可起回热作用。图2-1示出了具有回热循环的系统图,而图2-1中1-1’2’-2-3-3’-4’-4-1即为回热循环,1-1’和3-3’表示在回热器中的回热过程。在没有冷量损失的情况下,液体制冷剂放出的热量应等于蒸气所吸收的热量。
压缩机效率对循环性能的影响
实际制冷循环中,由于气体制冷剂在压缩机内部的热交换和流动阻力等一系列损失,造成压缩机的输气量下降、耗功量增加、压缩终了制冷剂温度提高,从而使循环性能下降。通常压缩机中的不可逆损失约占系统中不可逆损失的30%-40%。
热交换和压力损失对循环性能的影响
吸气管道从蒸发器出口到压缩机入口之间称为吸气管道。吸气管道中的热交换及压力损失直接影响到压缩机的吸气状态。热交换和压力降使压缩机吸气比体积增大、制冷系数下降。在实际工程中,可以通过减小制冷剂的流速的方法降低阻力、但为了确保润滑油能顺利返回压缩机,这一流速也不能太低。
排气管道从压缩机出口到冷凝器入口之间的管道称为排气管道。压缩机排气管路向环境散热,可减低冷凝器的热负荷。管路的压力降则增加压缩机的压力比,便压缩机的输气系数下降,制冷系数降低。
液体管道从冷凝器出口到膨胀阀之间的管路内的制冷剂为液体状态。引起管道压力降的因素有管路的