7.1.2机器制冷的原理 蒸气压缩式制冷机的四个基本部件，即压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器， 相互之间用管子连结成一个闭合的系统，见图71。制冷剂（工质）在该闭合系 统中运行。蒸发器是制冷的部件，制冷剂在蒸发器内汽化而吸收周围介质的热 汽化后的制冷剂蒸气被压缩机吸出并加以压缩，使其压力和温度都提高，然后压 入冷凝器。冷凝器是放热的部件，过热蒸气在这里被冷却水冷却而凝成液体。高 压的液体通过膨胀阀又进入蒸发器，由于压力降低，液体重又吸热汽化。此后 低压的蒸气又进入压缩机，开始新的循环。以上循环不断进行，便可源源不断地 产生足够的冷量，从而达到降温的目的。 (液态) 冷凝器4水（气态） PK.Tk Pk.TK 机 (液态) 艺（气态） 蒸发器 图71机器制冷基木原理图 在制冷机中，蒸发器温度低，冷凝器温度高。为什么制冷剂在低温下会汽 化，在高温下反而会凝结呢？其关键在于压力。压力愈高，汽化（冷凝）温度也愈 高。例如，氨在压力为0.1013MPa时汽化温度为-33.33C,压力为0.1988MPa时 汽化温度为-19C;压力为0.290MPa时汽化温度即为-10℃。若压力提高到接近 1MPa,则氨的汽化温度就变为25℃了。汽化温度与冷凝温度是同一个数值，区 别只是热流的方向相反，相态转变的方向相反。汽化时，制冷剂液体吸收热量（汽 化热)变成蒸气：冷凝时，制冷剂蒸气放出热量（凝结热）变成液体。在制冷机中， 蒸发器保持低压，被冷却的介质提供热源，蒸发器又有良好的传热条件，所以制 冷剂能在此汽化。冷凝器则保持高压，冷却水的温度比该压力下的冷凝温度低， 能不断带走热量，冷凝器的传热条件又好，所以制冷剂在此凝结。 为什么蒸发器保持低压而冷凝器保持高压呢？这是靠压缩机的膨胀阀来保持
7.1.2 机器制冷的原理 蒸气压缩式制冷机的四个基本部件，即压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器， 相互之间用管子连结成一个闭合的系统，见图 7-1。制冷剂（工质）在该闭合系 统中运行。蒸发器是制冷的部件，制冷剂在蒸发器内汽化而吸收周围介质的热， 汽化后的制冷剂蒸气被压缩机吸出并加以压缩，使其压力和温度都提高，然后压 入冷凝器。冷凝器是放热的部件，过热蒸气在这里被冷却水冷却而凝成液体。高 压的液体通过膨胀阀又进入蒸发器，由于压力降低，液体重又吸热汽化。此后， 低压的蒸气又进入压缩机，开始新的循环。以上循环不断进行，便可源源不断地 产生足够的冷量，从而达到降温的目的。 在制冷机中，蒸发器温度低，冷凝器温度高。为什么制冷剂在低温下会汽 化，在高温下反而会凝结呢？其关键在于压力。压力愈高，汽化(冷凝)温度也愈 高。例如，氨在压力为 0.1013MPa 时汽化温度为-33.33℃，压力为 0.1988MPa 时 汽化温度为-19℃；压力为 0.290MPa 时汽化温度即为-10℃。若压力提高到接近 1MPa，则氨的汽化温度就变为 25℃了。汽化温度与冷凝温度是同一个数值，区 别只是热流的方向相反，相态转变的方向相反。汽化时，制冷剂液体吸收热量(汽 化热)变成蒸气；冷凝时，制冷剂蒸气放出热量(凝结热)变成液体。在制冷机中， 蒸发器保持低压，被冷却的介质提供热源，蒸发器又有良好的传热条件，所以制 冷剂能在此汽化。冷凝器则保持高压，冷却水的温度比该压力下的冷凝温度低， 能不断带走热量，冷凝器的传热条件又好，所以制冷剂在此凝结。 为什么蒸发器保持低压而冷凝器保持高压呢?这是靠压缩机的膨胀阀来保持 蒸发器 压 缩 机 （液态） P0、T0 P0、T0 PK、TK PK、TK 膨 胀 阀 （液态） （气态） 冷凝器 水 （气态） 图 7-1 机器制冷基本原理图
的。当制冷机很久不开动的时候，冷凝器和蒸发器内的压力是相同的（相当于周 围环境下的汽化压)。制冷机开动后，压缩机把蒸发器内的蒸气转移到冷凝器， 使冷凝器内的压力升高到一定程度，由于冷却水的冷却，蒸气就变成液体，压力 也就保持在该水平。冷凝成的液体通过膨胀阀的狭窄通道，节流后重又进入蒸发 器。而单位时间由蒸发器抽出的蒸气的重量与通过膨胀阀的液体的重量相等，因 此就可以保持两边的压力差，把整个制冷机分成高压区和低压区。以压缩机和膨 胀阀为界，靠冷凝器一边的所有部件和管子都是高压区，靠蒸发器一边所有部件 和管子都是低压区。 由于蒸发器和冷凝器出入的制冷剂数量经过调节可保持动态平衡，因此各 自可以保持稳定的低压和高压，而压力一定，汽化温度和冷凝温度也就可以保持 稳定。因此，在蒸发器内制冷剂是在等压和等温下汽化吸热，产生冷效。在冷凝 器内，制冷剂开始是在等压下冷却，然后又在等压和等温（冷凝温度）下冷凝。这 里所说的平衡、稳定、等压、等温都是相对的，在实际条件下，这些因素都是波 动的和不平衡的。 在实际制冷机上，为了改善制冷效能和保证运转安全，除四个主要部件外 还加装了许多部件，主要有储液器、液体分离器、过冷器、空气分离器、安全阀、 压力表等。 要进行机器制冷的理论计算，必须首先作出它的工作过程压一焓图。以氨 制冷机为例，在标准工况下，工质氨的汽化温度、冷凝温度、过冷温度、吸气温 度如表7-1，其标准条件时的理论循环压一格图见图7-2。 表7-1氨的压缩式制冷机标准条件 工质 汽化温度（℃）冷凝温度（℃）过冷温度（℃）吸气温度（℃） R717(氨) -15 +30 +25 -15 p◆ (MPa x=0x=1 17 h (kl/kg) 图7-2 NH制冷机压焓图
的。当制冷机很久不开动的时候，冷凝器和蒸发器内的压力是相同的(相当于周 围环境下的汽化压力)。制冷机开动后，压缩机把蒸发器内的蒸气转移到冷凝器， 使冷凝器内的压力升高到一定程度，由于冷却水的冷却，蒸气就变成液体，压力 也就保持在该水平。冷凝成的液体通过膨胀阀的狭窄通道，节流后重又进入蒸发 器。而单位时间由蒸发器抽出的蒸气的重量与通过膨胀阀的液体的重量相等，因 此就可以保持两边的压力差，把整个制冷机分成高压区和低压区。以压缩机和膨 胀阀为界，靠冷凝器一边的所有部件和管子都是高压区，靠蒸发器一边所有部件 和管子都是低压区。 由于蒸发器和冷凝器出入的制冷剂数量经过调节可保持动态平衡，因此各 自可以保持稳定的低压和高压，而压力一定，汽化温度和冷凝温度也就可以保持 稳定。因此，在蒸发器内制冷剂是在等压和等温下汽化吸热，产生冷效。在冷凝 器内，制冷剂开始是在等压下冷却，然后又在等压和等温(冷凝温度)下冷凝。这 里所说的平衡、稳定、等压、等温都是相对的，在实际条件下，这些因素都是波 动的和不平衡的。 在实际制冷机上，为了改善制冷效能和保证运转安全，除四个主要部件外， 还加装了许多部件，主要有储液器、液体分离器、过冷器、空气分离器、安全阀、 压力表等。 要进行机器制冷的理论计算，必须首先作出它的工作过程压—焓图。以氨 制冷机为例，在标准工况下，工质氨的汽化温度、冷凝温度、过冷温度、吸气温 度如表 7-1，其标准条件时的理论循环压—焓图见图 7-2。 表 7-1 氨的压缩式制冷机标准条件 工质 汽化温度（℃） 冷凝温度（℃） 过冷温度（℃） 吸气温度（℃） R717（氨） -15 +30 +25 -15 （kJ/kg） P (MPa) h h ˊ1 =1460 H2=1690 h4=318 4 3 1 3 2 1 2 x 0 x 1 图 7-2 NH3 制冷机压焓图
图7-2中，x=0为NH的饱和液线，X=1为NH的饱和气线，最左边为过 冷液体区，中间部分为气液共存区，右边则为过热蒸气区。 4一1·过程在蒸发器内进行，为等温等压过程，所以产冷量为： 9张=片-h=1460-318=1142(kJ1kg) 1·一2过程在压缩机进行，属绝热压缩等嫡过程，有： W=h-片=1690-1460=230(kJ/kg) 2一3·过程在冷凝器及过冷器内进行，经过冷却、冷凝和过冷三个过程， 总放热量为： 4=h-h=1690-318=1372(J/g) 3·一4是经过膨胀阀的减压、降温过程，属等焓过程。 制冷机的制冷系数按下式计算： 8-整-=47 制冷系数是评价制冷机工作经济性指标，它代表压缩功每消耗1」时蒸发 器的产冷量
图 7-2 中，x 0 为 NH3 的饱和液线， x 1 为 NH3 的饱和气线，最左边为过 冷液体区，中间部分为气液共存区，右边则为过热蒸气区。 4—1ˊ过程在蒸发器内进行，为等温等压过程，所以产冷量为： q h h kJ kg 汽 1 4 1460 318 1142( / ) 1ˊ—2 过程在压缩机进行，属绝热压缩等熵过程，有： 2 1 W h h kJ kg 1690 1460 230( / ) 2—3ˊ过程在冷凝器及过冷器内进行，经过冷却、冷凝和过冷三个过程， 总放热量为： q h h kJ kg 冷 2 4 1690 318 1372( / ) 3ˊ—4 是经过膨胀阀的减压、降温过程，属等焓过程。 制冷机的制冷系数按下式计算： 4.97 230 1142 W q汽 制冷系数是评价制冷机工作经济性指标，它代表压缩功每消耗 1kJ 时蒸发 器的产冷量