制冷過程工程分析

蒸發(fā)壓力與蒸發(fā)溫度的關(guān)系蒸發(fā)壓力與蒸發(fā)溫度的關(guān)系是，蒸發(fā)壓力（低壓）越低，蒸發(fā)溫度也就越低。蒸發(fā)溫度與制冷量的關(guān)系是：在制冷劑流量一定時，蒸發(fā)溫度越低，那么與熱負(fù)荷（熱風(fēng)）的溫差就越大，制冷量越大，換言之，蒸發(fā)壓力越低制冷量就越大，并且相同質(zhì)量的同一制冷劑，在不同的溫度下蒸發(fā)，其蒸發(fā)潛熱也不相同，蒸發(fā)溫度越低，蒸發(fā)潛熱也越大，吸熱能力越強(qiáng)。熱負(fù)荷與蒸發(fā)壓力的關(guān)系是：在一恒定的工況條件下（制冷劑流量），熱負(fù)荷越大，蒸發(fā)壓力越高，反之亦然。蒸發(fā)箱的熱負(fù)荷還與熱負(fù)荷風(fēng)量（風(fēng)速）有關(guān)，當(dāng)蒸發(fā)箱進(jìn)風(fēng)口的溫度不變時，風(fēng)量越大，熱負(fù)荷也就越大。

在空調(diào)的高壓部分，因?yàn)橐簯B(tài)的制冷劑處于一很高的壓力條件下所以它不會沸騰。（沸騰需要溫度和壓力兩個條件的）。但當(dāng)高溫高壓的制冷劑通過節(jié)流裝置（膨脹閥或孔管或毛細(xì)管），由于膨脹，壓力突然降低，制冷劑便開始沸騰吸熱（沸騰是一種強(qiáng)烈的蒸發(fā)）。在蒸發(fā)箱中，使壓力變低的主要因素是壓縮機(jī)的吸氣能力，而使壓力變高的主要因素是膨脹閥的制冷劑通過量和熱負(fù)荷。壓縮機(jī)：如果壓縮機(jī)的吸氣能力很強(qiáng)，蒸發(fā)所產(chǎn)生的制冷劑蒸氣能被快速的吸走，那么就會使系統(tǒng)低壓維持在一較低的程度上。膨脹閥：一般認(rèn)為膨脹閥的開度增大，低壓就會上升，而膨脹閥的開度減小時，低壓就會下降。當(dāng)膨脹閥由于冷量的需要而增加開度時，這時制冷劑就會大量的進(jìn)入蒸發(fā)箱蒸發(fā)，如果此時的吸氣能力若小于制冷劑的進(jìn)入量，就會引起低壓的上升。如當(dāng)車輛處于怠速時，由于此時壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速較慢吸氣能力較差，使得蒸發(fā)壓力偏高，蒸發(fā)溫度也偏高，這時膨脹閥的感溫包感受到的溫度也較高，膨脹閥的開度就會適度的打開，使系統(tǒng)的低壓維持在一較高的數(shù)值上。當(dāng)我們加油時，吸氣速度加快，低壓降低，蒸發(fā)溫度也隨之降低，這時感溫包就會感知蒸發(fā)箱的出口溫度較低而膨脹閥的開度就會適度的變小，使系統(tǒng)低壓維持在一較低的數(shù)值。這只是一種理論上的理想化解釋，實(shí)際上壓縮機(jī)的吸氣能力，膨脹閥的開度，與冷量之間的關(guān)系十分的復(fù)雜。熱負(fù)荷：熱負(fù)荷是低壓值的又一決定因素，熱負(fù)荷不但直接左右蒸發(fā)溫度和壓力，而且直接的決定膨脹閥的開度。當(dāng)熱負(fù)荷較大時，制冷劑蒸發(fā)所產(chǎn)生的冷量要小于熱負(fù)荷值時，就會使蒸發(fā)壓力和溫度上升，膨脹閥感應(yīng)到蒸發(fā)箱出口的溫度上升就會使膨脹閥的開度加大。因此當(dāng)熱負(fù)荷過大時，系統(tǒng)的制冷量小于熱負(fù)荷時，就會使低壓上升，蒸發(fā)溫度高，出風(fēng)不冷。蒸發(fā)箱的散熱性能：與冷凝器一樣，蒸發(fā)箱也是冷熱交換的重要部件，如果蒸發(fā)箱的換熱性差，那么就會造成蒸發(fā)溫度和壓力都正?；蚴瞧?，而出風(fēng)溫度依然很高的現(xiàn)象。另外蒸發(fā)箱的大?。峤粨Q能力）與膨脹閥的通過量不配匹也會造成蒸發(fā)溫度和壓力偏高。這是因?yàn)檎舭l(fā)箱的有效面積僅有一部分是用來蒸發(fā)的，而大部分面積卻是用來對制冷蒸氣進(jìn)行過熱，所以在低壓側(cè)測得的壓力就會偏高化工運(yùn)行制冷過程工程分析一、

壓縮蒸氣制冷循環(huán)制冷操作是從低溫物料中取出熱量，并將此熱量傳給高溫物體的過程。根據(jù)熱力學(xué)第二定律，這種傳熱過程不可能自動進(jìn)行。只有從外界補(bǔ)充所消耗的能量，即外界必須做功，才能將熱量從低溫傳到高溫。液體汽化為蒸氣時，要從外界吸收熱量，從而使外界的溫度有所降低。而任何一種物質(zhì)的沸點(diǎn)(或冷凝點(diǎn))，都是隨壓力的變化而變化，如氨的沸點(diǎn)隨壓力變化的情況見表16—1。

從表中可以看出，氨的壓力越低，沸點(diǎn)越低；壓力越高，沸點(diǎn)越高。利用氨的這一特性，使液氨在低壓(101．325kPa)下汽化，從被冷物質(zhì)中吸取熱量降低其溫度，而達(dá)到使被冷物質(zhì)制冷的目的。同時將汽化后的氣態(tài)氨壓縮提高壓力(如壓縮至1220kPa)，這時氣態(tài)氨的冷凝溫度(30℃)高于一般冷卻水的溫度，因此可用常溫水使氣態(tài)氨冷凝為液氨。制冷是利用制冷劑的沸點(diǎn)隨壓力變化的特性，使制冷劑在低壓下汽化吸收被冷物質(zhì)的熱量降低其溫度達(dá)到被冷物質(zhì)制冷目的，汽化后的制冷劑又在高壓下冷凝成液態(tài)。如此循環(huán)操作，借助制冷劑在狀態(tài)變化時的吸熱和放熱過程，達(dá)到制冷的目的。制冷劑如果在較高的壓力下由于設(shè)備破裂泄漏，就會導(dǎo)致液態(tài)制冷劑快速汽化而發(fā)生爆炸。二、

制冷循環(huán)過程制冷循環(huán)是借助一種工作介質(zhì)制冷劑，使它低壓吸熱，高壓放熱，而達(dá)到使被冷物質(zhì)制冷的循環(huán)操作過程。在制冷循環(huán)中的制冷劑，由于低壓氣體必須通過壓縮做功才能變成高壓氣體，即外界必須消耗壓縮功，才能實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)。如果把上述的制冷循環(huán)，用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備聯(lián)系起來，使傳遞熱量的工作介質(zhì)制冷劑(氨)連續(xù)循環(huán)使用，就形成一個基本的壓縮蒸氣制冷的工作過程，如圖16—4所示的制冷循環(huán)。

理想制冷循環(huán)(逆卡諾循環(huán))由可逆絕熱壓縮過程(壓縮機(jī))、等壓冷凝過程(冷凝器)、可逆絕熱膨脹過程(膨脹機(jī))、等壓等溫蒸發(fā)過程(蒸發(fā)器)等組成。而實(shí)際制冷循環(huán)則如下所述。(1)在壓縮機(jī)中絕熱壓縮氣態(tài)氨以溫度為T1、壓力為P1的干飽和蒸氣進(jìn)入壓縮機(jī)1壓縮后，溫度升至丁2，壓力升至P2，變成過熱蒸氣。(2)等壓冷卻與冷凝過熱蒸氣通過冷凝器2被常溫水冷卻，放出熱量Q2，氣態(tài)氨冷凝為液態(tài)氨，溫度為T3。(3)節(jié)流膨脹液態(tài)氨再通過節(jié)流閥5(膨脹閥)，減壓降溫使部分液氨汽化成為氣、液混合物，溫度下降為Tl，壓力下降為P1。(4)等壓等溫蒸發(fā)膨脹后的氣、液混合物進(jìn)入蒸發(fā)器4，從被冷物質(zhì)(冷凍鹽水)中取出熱量Q1，全部變成干飽和蒸氣，回到循環(huán)開始時的狀態(tài)，又開始下一輪循環(huán)過程。在整個制冷循環(huán)過程中，氨作為工作介質(zhì)(制冷劑)，完成從低溫的冷凍物質(zhì)中吸取熱量轉(zhuǎn)交給高溫物質(zhì)(冷卻水)的任務(wù)。制冷循環(huán)過程的實(shí)質(zhì)是由壓縮機(jī)做功，通過制冷劑從低溫?zé)嵩慈〕鰺崃?，送到高溫?zé)嵩?。三?/p>

安全操作溫度的選擇制冷裝置在安全操作運(yùn)行中重要的控制點(diǎn)有：蒸發(fā)溫度和壓力、冷凝溫度和壓力、壓縮機(jī)的進(jìn)出口溫度、過冷溫度及冷卻溫度。(一)

蒸發(fā)溫度制冷過程的蒸發(fā)溫度是指制冷劑在蒸發(fā)器中的沸騰溫度。實(shí)際使用中的制冷系統(tǒng)，由于用途各異，蒸發(fā)溫度各不相同，但制冷劑的蒸發(fā)溫度必須低于被冷物料要求達(dá)到的最低溫度，使蒸發(fā)器中制冷劑與被冷物料之間有一定的溫度差，以保證傳熱所需的推動力。這樣制冷劑在蒸發(fā)時，才能從冷物料中吸收熱量，實(shí)現(xiàn)低溫傳熱過程。若蒸發(fā)溫度T1高時，則蒸發(fā)器中傳熱溫差小，要保證一定的吸熱量，必須加大蒸發(fā)器的傳熱面積，相反，蒸發(fā)溫度低時，蒸發(fā)器的傳熱溫差增大選擇適宜的蒸發(fā)溫度，不僅是保證安全運(yùn)行必需的，而且涉及到安全控制的難易程度和經(jīng)濟(jì)費(fèi)用。蒸發(fā)器內(nèi)溫度的高低可通過節(jié)流閥開度的大小來調(diào)節(jié)，一般生產(chǎn)上取蒸發(fā)溫度比被冷物料所要求的溫度低4—8K。(二)

冷凝溫度制冷過程的冷凝溫度是指制冷劑蒸氣在冷凝器中的凝結(jié)溫度。影響冷凝溫度的因素有冷卻水溫度、冷卻水流量、冷凝器傳熱面積大小及清潔度。冷凝溫度主要受冷卻水溫度的限制，由于使用的地區(qū)不一和季節(jié)的不同，其冷凝溫度也不同，但它必須高于冷卻水的溫度，使冷凝器中的制冷劑與冷卻水之間有一定的溫度差，以保證熱量傳遞。即使氣態(tài)制冷劑冷凝成液態(tài)，實(shí)現(xiàn)高溫放熱過程。通常取制冷劑的冷凝溫度比冷卻水高8～10K。(三)

操作溫度與壓縮比的關(guān)系壓縮比是壓縮機(jī)出口壓強(qiáng)P2與人口壓強(qiáng)P1的比值。壓縮比與操作溫度的關(guān)系如圖16—5所示。當(dāng)冷凝溫度一定時，隨著蒸發(fā)溫度的降低，壓縮比明顯加大。當(dāng)蒸發(fā)溫度一定時，隨著冷凝溫度的升高，壓縮比也明顯加大，制冷系數(shù)變小，對生產(chǎn)也不利。因此，應(yīng)該嚴(yán)格控制制冷劑的操作溫度，蒸發(fā)溫度不能太低，冷凝溫度也不能太高，壓縮比不至于過大，工業(yè)上單級壓縮循環(huán)壓縮比不超過6—8。這樣就可以提高制冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，發(fā)揮較大的效益。四、

制冷劑的過冷制冷劑的過冷就是在進(jìn)入節(jié)流閥之前將液態(tài)制冷劑溫度降低，使其低于冷凝壓力下所對應(yīng)的飽和溫度，成為該壓力下的過冷液體。由圖16—5可以看出，若蒸發(fā)溫度一定時，降低冷凝溫度，可使壓縮比有所下降，功率消耗減小，制冷系數(shù)增大，可獲得較好的制冷效果。通常取制冷劑的過冷溫度比冷凝溫度低5K或比冷卻水進(jìn)口溫度高3—5K。工業(yè)上常采用下列措施實(shí)現(xiàn)制冷劑的過冷。(1)在冷凝器中過冷

使用的冷凝器面積適當(dāng)大于冷凝所需的面積，當(dāng)冷卻水溫度低于冷凝溫度時，制冷劑就可得到一定程度的過冷。(2)用過冷器過冷

在冷凝器或貯液器后串聯(lián)一個采用低溫水或深井水作冷卻介質(zhì)的過冷器，使制冷劑過冷。此法常用于大型制冷系統(tǒng)之中。(3)用直接蒸發(fā)的過冷器