第4章 制冷技术 §1制冷基本原理 制冷的方法有液体汽化制冷、汽体膨胀制冷、涡流管制 冷及电热制冷等，其中液体汽化制冷应用最厂 ·一、制冷基本原理 液体汽化制冷是利用液体汽化时的吸热、冷凝时的放热 效应来实现制冷的。液体汽化形成蒸汽。当液体（制冷 工质)处在密闭的容器中时，此容器中除了液体及液体 本身所产生的蒸汽外，不存在其他任何气体，液体和蒸 汽将在某一压力下达到平衡，此时的汽体称为饱和蒸汽 压力称为饱和压力，温度称为饱和温度。平衡时液体不 再汽化，这时如果将一部分蒸汽从容器中抽走，液体必 然要继续汽化产生云部分蒸汽来维持这一平衡
第4章 制冷技术 §1 制冷基本原理 ❖ 制冷的方法有液体汽化制冷、汽体膨胀制冷、涡流管制 冷及电热制冷等，其中液体汽化制冷应用最广。 ❖ 一、制冷基本原理 ❖ 液体汽化制冷是利用液体汽化时的吸热、冷凝时的放热 效应来实现制冷的。液体汽化形成蒸汽。当液体（制冷 工质）处在密闭的容器中时，此容器中除了液体及液体 本身所产生的蒸汽外，不存在其他任何气体，液体和蒸 汽将在某一压力下达到平衡，此时的汽体称为饱和蒸汽， 压力称为饱和压力，温度称为饱和温度。平衡时液体不 再汽化，这时如果将一部分蒸汽从容器中抽走，液体必 然要继续汽化产生一部分蒸汽来维持这一平衡
液体汽化时要吸收热量，此热量称为汽化潜热。汽化潜 热来自被冷却对象，使被冷却对象变冷。为了使这一过 程连续进行，就必须从容器中不断地抽走蒸汽，并使其 凝结成液体后再回到容器中去。从容器中抽出的蒸汽如 直接冷凝成蒸汽，则所需冷却介质的温度比液体的蒸发 温度还要低，我们希望蒸汽的冷凝是在常温下进行，因 此需要将蒸汽的压力提高到常温下的饱和压力。 制冷工质将在低温、低压下蒸发，产生冷效应；并在常 温、高压下冷凝，向周围环境或冷却介质放出热量。蒸 汽在常温、高压下冷凝后变为高压液体，还需要将其压 力降低到蒸发压力后才能进入容器。 液体汽化制冷循环是由工质汽化、蒸汽升压、高压蒸汽 冷凝、高压液体降压四个过程组成
❖ 液体汽化时要吸收热量，此热量称为汽化潜热。汽化潜 热来自被冷却对象，使被冷却对象变冷。为了使这一过 程连续进行，就必须从容器中不断地抽走蒸汽，并使其 凝结成液体后再回到容器中去。从容器中抽出的蒸汽如 直接冷凝成蒸汽，则所需冷却介质的温度比液体的蒸发 温度还要低，我们希望蒸汽的冷凝是在常温下进行，因 此需要将蒸汽的压力提高到常温下的饱和压力。 ❖ 制冷工质将在低温、低压下蒸发，产生冷效应；并在常 温、高压下冷凝，向周围环境或冷却介质放出热量。蒸 汽在常温、高压下冷凝后变为高压液体，还需要将其压 力降低到蒸发压力后才能进入容器。 ❖ 液体汽化制冷循环是由工质汽化、蒸汽升压、高压蒸汽 冷凝、高压液体降压四个过程组成
二、压焓图 压焓图为一热力状态图。图中纵坐标表示 绝对压力的对数Inp,横坐标表示焓值h。 Lnp Lnp h 压焓图
压焓图为一热力状态图。图中纵坐标表示 绝对压力的对数lnp，横坐标表示焓值h。 Lnp h t S P k =0 =1 h Lnp h 1 2 3 4 2' 压焓图 Lnp h t S P k =0 =1 h 二、压焓图
图中临界点k左边的粗实线为饱 和液体线，线上的任何一点代表 Lnp 一个饱和液体状态，干度X=0: ÷右边的粗实线为干饱和蒸汽线， 线上任何一点代表一个饱和蒸汽 状态，干度=1。 这两条曲线将图形分为三个区域：饱和液体线的左边 是过冷液体区，该区域的液体称为过冷液体，过冷液 体的温度低于同一压力下饱和液体的温度；干饱和线 的右边是过热蒸汽区，该区域内的蒸汽称为过热蒸汽， 过热蒸汽的温度高于同一压力下饱和蒸汽的温度；两 条线之间的区域为两相区，制冷剂在该区域处于汽、 液混合状态（湿蒸汽状态）
❖ 图中临界点k左边的粗实线为饱 和液体线，线上的任何一点代表 一个饱和液体状态，干度x=0； ❖ 右边的粗实线为干饱和蒸汽线， 线上任何一点代表一个饱和蒸汽 状态，干度x=1。 Lnp h t S P k =0 =1 h 这两条曲线将图形分为三个区域：饱和液体线的左边 是过冷液体区，该区域的液体称为过冷液体，过冷液 体的温度低于同一压力下饱和液体的温度；干饱和线 的右边是过热蒸汽区，该区域内的蒸汽称为过热蒸汽， 过热蒸汽的温度高于同一压力下饱和蒸汽的温度；两 条线之间的区域为两相区，制冷剂在该区域处于汽、 液混合状态（湿蒸汽状态）
图中共有六种等参数线簇： 等压线p一水平线： Lnp 等焓线h一铅垂线； 必 等温线t一液态区几乎为铅垂线。 两相区内由于制冷剂的状态变化是 在等压等温下进行，与等压线重令 为水平线。过热蒸汽区为向右下方 弯曲的倾斜线； 等熵线$一向右上方倾斜的实线： 等容线V一向右上方倾斜的虚线， 但比等熵线平坦 等干度线一只存在于湿蒸汽区域 内，其方向大致与饱和液体线或饱 和蒸汽线相近，视干度大小而定
❖ 图中共有六种等参数线簇： ❖ 等压线p— ❖ 等焓线h— ❖ 等温线t—液态区几乎为铅垂线。 两相区内由于制冷剂的状态变化是 在等压等温下进行，与等压线重合， 为水平线。过热蒸汽区为向右下方 ❖ 等熵线s—向右上方倾斜的实线； ❖ 等容线v—向右上方倾斜的虚线， ❖ 等干度线x—只存在于湿蒸汽区域 内，其方向大致与饱和液体线或饱 和蒸汽线相近，视干度大小而定。 Lnp h t S P k =0 =1 h
·对于理论循环，离开蒸发器、进入压缩机的制冷剂蒸 汽是处于蒸发压力下的饱和蒸汽；离开冷凝器和进入 膨胀阀的液体是冷凝压力下的饱和液体； ÷等熵过程：制冷剂在压缩机中压缩是等熵过程： ·等压过程：制冷剂在冷却及冷凝过程为等压过程 冬等焓过程：制冷剂通过膨胀阀节流时，节流前后焓值 相等： ÷等温过程：制冷剂在蒸发器和冷凝器中没压力损失
❖ 对于理论循环，离开蒸发器、进入压缩机的制冷剂蒸 汽是处于蒸发压力下的饱和蒸汽；离开冷凝器和进入 膨胀阀的液体是冷凝压力下的饱和液体； ❖ 等熵过程：制冷剂在压缩机中压缩是等熵过程； ❖ 等压过程：制冷剂在冷却及冷凝过程为等压过程 ❖ 等焓过程：制冷剂通过膨胀阀节流时，节流前后焓值 相等： ❖ 等温过程：制冷剂在蒸发器和冷凝器中没压力损失
点1表示制冷剂出蒸发器、进入压缩机时的状态。对 应于蒸发温度O的饱和蒸汽。根据压力和饱和温度的关 系，该点应处于与蒸发压力p0相对应的等压线与饱和 蒸汽线(=0)的交点上。 。点2表示表示制冷剂出压缩机、进 入冷凝器时的状态。过程线1-2表 示制冷剂蒸汽在压缩机中的等熵压 缩过程(s1=$2),压力由蒸发压 Lnp 力p0压缩到冷凝压力pk。等熵线与 于压力为冷凝压力k等压线的交点 为2点。压缩过程中外界对制冷剂 作功，使制冷剂温度增加，2点处 于过热蒸汽状态
❖ 点2表示表示制冷剂出压缩机、进 入冷凝器时的状态。过程线1-2表 示制冷剂蒸汽在压缩机中的等熵压 缩过程（s1=s2），压力由蒸发压 力p0压缩到冷凝压力pk。等熵线与 于压力为冷凝压力pk等压线的交点 为2点。压缩过程中外界对制冷剂 作功，使制冷剂温度增加，2点处 Lnp h t S P k =0 =1 h Lnp h 1 2 3 4 2' ❖点1表示制冷剂出蒸发器、进入压缩机时的状态。对 应于蒸发温度t0的饱和蒸汽。根据压力和饱和温度的关 系，该点应处于与蒸发压力p0相对应的等压线与饱和 蒸汽线（x=0
点3表示制冷剂出冷凝器、进膨胀阀的状态，位于与 冷凝温度k相对应的饱和液体线上。 ·过程2-2'-3表示制冷剂蒸汽在冷凝器 中冷却(2-2')和冷凝(2'-3)的过程 由于这个过程是在冷凝压力pk不变的 情况下进行的，为等压过程。进入冷 凝器的过热蒸汽首先将一部分热量放 给外界冷却介质，在等压下变成饱和 蒸汽（点2），然后再在等压、等温 下继续放出热量，直至最后冷凝成饱 和液体（点3）。压力为pk的等压线 与干度=0的饱和液体线的交点即为 点3的状态
点3表示制冷剂出冷凝器、进膨胀阀的状态，位于与 冷凝温度tk相对应的饱和液体线上。 ❖ 过程2-2′-3表示制冷剂蒸汽在冷凝器 中冷却（2-2′）和冷凝（2′-3）的过程。 由于这个过程是在冷凝压力pk不变的 情况下进行的，为等压过程。进入冷 凝器的过热蒸汽首先将一部分热量放 给外界冷却介质，在等压下变成饱和 蒸汽（点2′），然后再在等压、等温 下继续放出热量，直至最后冷凝成饱 和液体（点3）。压力为pk的等压线 与干度x=0的饱和液体线的交点即为 点3 Lnp h t S P k =0 =1 h Lnp h 1 2 3 4 2
点4表示制冷剂出节流阀、进蒸发器的状态。过程线3-4 表示制冷剂通过节流阀的节流过程。在这一过程中，制 冷剂的压力由冷凝压力pk降低到蒸发压力p0,温度由冷 凝温度k降低到蒸发温度tO,并进入两相区。由于节流 前后制冷剂的焓值不变，过程3-4为等焓过程。 Lnp ÷由点3作等焓线与等压线p0的交 点即为点4的状态，由于节流过 程是不可逆的，以用一虚线表 示
点4表示制冷剂出节流阀、进蒸发器的状态。过程线3-4 表示制冷剂通过节流阀的节流过程。在这一过程中，制 冷剂的压力由冷凝压力pk降低到蒸发压力p0，温度由冷 凝温度tk降低到蒸发温度t0，并进入两相区。由于节流 前后制冷剂的焓值不变，过程3-4为等焓过程。 ❖ 由点3作等焓线与等压线p0的交 点即为点4的状态，由于节流过 程是不可逆的，所以用一虚线表 示。 Lnp h t S P k =0 =1 h Lnp h 1 2 3 4 2
过程4-1表示制冷剂在蒸发器中的 汽化过程。这一过程是在等温、 等压（温度为o、压力为p0)下 Lnp 进行的，液体制冷剂吸收被冷却 对象的热量而不断汽化，其状态 沿等压线p0向干度增大的方向变 化，直到全部变为饱和蒸汽为止。 制冷剂的状态又变回到进入压缩 机前的状态点1，完成了一个完整 的循环
❖ 过程4-1表示制冷剂在蒸发器中的 汽化过程。这一过程是在等温、 等压（温度为t0、压力为p0）下 进行的，液体制冷剂吸收被冷却 对象的热量而不断汽化，其状态 沿等压线p0向干度增大的方向变 化，直到全部变为饱和蒸汽为止。 制冷剂的状态又变回到进入压缩 机前的状态点1，完成了一个完整 Lnp h t S P k =0 =1 h Lnp h 1 2 3 4 2