112 冷热概要-蒸气压缩式制冷

112 冷热概要-蒸气压缩式制冷

        蒸气压缩式制冷装置构成：基本构成如下图所示。

        由图可见，构成装置的基本部件及其功能为：

        ●压缩机（compressor）：消耗电能，把吸入的低温低压制冷剂蒸气（如1.2atm、-25℃）压缩为高温高压制冷剂蒸气（如10atm、90℃）。

        ●冷凝器（condenser）:接收压缩机排入的高温高压制冷剂蒸气，制冷剂蒸气在冷凝器中等压下先降温放热，再等温等压冷凝放热（热能排入环境），出冷凝器的制冷剂变为高压中温制冷剂液体（如10atm、40℃）。

        ●节流阀（也称膨胀阀，expansion valve）：高压中温制冷剂液体在流经膨胀阀过程中，变为低温低压湿蒸气（如1.2atm、-25℃、制冷剂湿蒸气干度0.2），且制冷剂的焓在进出节流阀前后不变。

        ●蒸发器（evaporator）：低温低压制冷剂湿蒸气（如1.2atm、-25℃、干度0.2）在蒸发器中等温等压蒸发汽化吸热制冷，出蒸发器时变为低温低压制冷剂蒸气（如1.2atm、-25℃），再进入压缩机开始下一个循环。

       蒸气压缩式制冷的基本理论循环：在温-熵图上的表示如下图所示。

        ●四个状态点

        1-饱和蒸气（低温、低压），出蒸发器、进压缩机的制冷剂状态点。

        2-过热蒸气（高温、高压），出压缩机、进冷凝器的制冷剂状态点。

        3-饱和液（中温、高压），出冷凝器、进膨胀阀的制冷剂状态点。

        4-湿蒸气（低温、低压），出膨胀阀、进蒸发器的制冷剂状态点。  

        ●四个过程

        1→2 压缩过程：制冷剂等熵升压升温，消耗电或功；

        2→3 排热过程：制冷剂等压降温放热、等压冷凝放热；

        3→4 节流过程：制冷剂等焓降压降温；

        4→1 吸热制冷过程：制冷剂等压蒸发吸热。

        性能指标

        制冷量：

Q_E=m(h₁-h₃)

        压缩机功率：

P=m(h₂-h₁)

        制冷系数：

COP_R=Q_E/P =(h₁-h₃)/(h₂-h₁)

        式中，Q_E为制冷量，kW；P为压缩机功率，kW；COP_R为制冷系数，无因次；m为制冷剂质量流量，kg/s；h₁为进压缩机（出蒸发器）的焓，kJ/kg；h₂为出压缩机（进冷凝器）的焓，kJ/kg；h₃为出冷凝器（进膨胀阀）的焓，kJ/kg。

思考与练习

某蒸气压缩式制冷装置，制冷剂进压缩机的焓为397kJ/kg，出压缩机的焓为432kJ/kg，出冷凝器的焓为287kJ/kg，制冷剂的质量流量为0.03kg/s，则：

（1）在温-熵图上画出基本理论循环并简述其工作过程；

（2）计算装置的制冷量、压缩机功率和制冷系数；

（3）分析提高装置制冷系数的措施。