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壓縮式制冷循環(huán)機原理
閱讀：4721 發(fā)布時間：2009-11-30壓縮式制冷循環(huán)機原理
我們講過，液體氣化的吸熱作用可用來制冷，如氨液氣化、氟利昂氣化都有良好的吸熱制冷能力。但是，如果液體氣化后排放到大氣中，則既浪費又污染環(huán)境，且制冷效應(yīng)只能維持到液體全部氣化為止。為了解決上述問題，必需設(shè)法將氣化后的蒸汽恢復(fù)到液體狀態(tài)重復(fù)利用。這就需要通過壓縮機和冷凝器等來完成。以下我們以氨為例來說明蒸氣壓縮式制冷循環(huán)原理。
理論上，zui簡單的壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)由：蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器和膨脹閥四大部件組成。從蒸發(fā)器出來的氨的低溫低壓蒸氣（狀態(tài)１）被吸入壓縮機內(nèi)，壓縮成高壓高溫的過熱蒸氣（狀態(tài)２），然后進入冷凝器。由于高壓高溫過熱氨氣的溫度高于其環(huán)境介質(zhì)的溫度，且其壓力使氨氣能在常溫下冷凝成液體狀態(tài)，因而排至冷凝器時，經(jīng)冷卻、冷凝成高壓常溫的氨液（狀態(tài)３）。高壓常溫的氨液通過膨脹崐時，因節(jié)流而降壓，在壓力降低的同時，氨液因沸騰蒸發(fā)吸熱使其本身的溫度也相應(yīng)下降，從而變成了低壓低溫的氨液（狀態(tài)４）。把這種低壓低溫的氨液引入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)，即可使其周圍空氣及物料的溫度下降而達(dá)到制冷的目的。從蒸發(fā)器出來的低壓低溫氨氣重新進入壓縮機，從而完成一個制冷循環(huán)。然后重復(fù)上述過程。
理論上，zui簡單的壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)由：蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器和膨脹閥四大部件組成。從蒸發(fā)器出來的氨的低溫低壓蒸氣（狀態(tài)１）被吸入壓縮機內(nèi)，壓縮成高壓高溫的過熱蒸氣（狀態(tài)２），然后進入冷凝器。由于高壓高溫過熱氨氣的溫度高于其環(huán)境介質(zhì)的溫度，且其壓力使氨氣能在常溫下冷凝成液體狀態(tài)，因而排至冷凝器時，經(jīng)冷卻、冷凝成高壓常溫的氨液（狀態(tài)３）。高壓常溫的氨液通過膨脹崐時，因節(jié)流而降壓，在壓力降低的同時，氨液因沸騰蒸發(fā)吸熱使其本身的溫度也相應(yīng)下降，從而變成了低壓低溫的氨液（狀態(tài)４）。把這種低壓低溫的氨液引入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)，即可使其周圍空氣及物料的溫度下降而達(dá)到制冷的目的。從蒸發(fā)器出來的低壓低溫氨氣重新進入壓縮機，從而完成一個制冷循環(huán)。然后重復(fù)上述過程。
一、單級壓縮制冷循環(huán)的基本組成
如前所述，蒸氣壓縮式制冷，是由壓縮機、冷凝器、膨脹閥（或毛細(xì)管）和蒸發(fā)器四大部件組成的。實際上，單級壓縮制冷循環(huán)的組成，除上述四大部件外，一般還有分油器、貯液器、汽液分離器及各種控制閥等部件。
二、單級壓縮制冷機的工作過程
二、單級壓縮制冷機的工作過程
來自蒸發(fā)器內(nèi)的低溫低壓蒸氣，經(jīng)汽液分離器后，被壓縮機吸入氣缸內(nèi)壓縮成高壓高溫的過熱蒸氣。然后，經(jīng)氨油分離器使其中所攜帶的潤滑油分離出來，再進入冷凝器與冷卻水進行熱交換后凝結(jié)成高壓中溫的氨液并流入貯液器。該高壓液體通過調(diào)節(jié)站經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓后，再次進入汽液分離器。從汽液分離器出來的低壓低溫液體，進入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)產(chǎn)生冷效應(yīng)，使庫房內(nèi)的空氣及物料的溫度下降，從而完成一個制冷循環(huán)。
三、單級壓縮制冷循環(huán)的性能指標(biāo)
三、單級壓縮制冷循環(huán)的性能指標(biāo)
１.單位制冷量q0 即１kg制冷劑在蒸發(fā)器中所能制取的冷量。
２.單位容積制冷量ｑv 指壓縮機吸入每立方米制冷劑蒸氣所能制取冷量。
３.單位理論功ｗ。 指壓縮機壓縮每公斤制冷劑所消耗的功。
４.單位冷凝熱負(fù)荷ｑK 指１kg制冷劑蒸氣在冷凝器中放出的熱量。
５.理論制冷系數(shù)ε0即單位制冷量與單位理論功之比。
一、采用兩級壓縮的原因
制冷系統(tǒng)的冷凝溫度（或冷凝壓力）決定于冷卻劑（或環(huán)境）的溫度，而蒸發(fā)溫度（或蒸發(fā)壓力）取決于制冷要求。由于生產(chǎn)的發(fā)展，對制冷溫度的要求越來越低，因此，在很多制冷實際應(yīng)用中，壓縮機要在高壓端壓力（冷凝壓力）對低壓端壓力（蒸發(fā)壓力）的比值（即壓縮比）很高的條件下進行工作。由理想氣體的狀態(tài)方程Pｖ/T≡Ｃ可知，此時若采用單級壓縮制冷循環(huán)，則壓縮終了過熱蒸氣的溫度必然會很高（Ｖ一定，Ｐ↑→Ｔ↑），于是就會產(chǎn)生以下許多問題。
１.壓縮機的輸氣系數(shù)λ大大降低，且當(dāng)壓縮比≥20時，λ＝0 。
２.壓縮機的單位制冷量和單位容積制冷量都大為降低。
３.壓縮機的功耗增加，制冷系數(shù)下降。
４.必須采用高著火點的潤滑油，因為潤滑油的粘度隨溫度升高而降低。
５.被高溫過熱蒸氣帶出的潤滑油增多，增加了分油器的負(fù)荷，且降低了冷凝器的傳熱性能。
總上所述，當(dāng)壓縮比過高時，采用單級壓縮循環(huán)，不僅是不經(jīng)濟的，而且甚至是不可能的。為了解決上述問題，滿足生產(chǎn)要求，實際中常采用帶有中間冷卻器的雙級壓縮制冷循環(huán)。但是，雙級壓縮制冷循環(huán)所需的設(shè)備投資較單級壓縮大的多，且操作也較復(fù)雜。因此，采用雙級壓縮制冷循環(huán)并非在任何情況下都是有利的，一般當(dāng)壓縮比≥８時，采用雙級壓縮較為經(jīng)濟合理。
二、雙級壓縮制冷循環(huán)的組成及常見形式
兩級壓縮制冷循環(huán)，是指來自蒸發(fā)器的制冷劑蒸氣要經(jīng)過低壓與高壓壓縮機兩次壓縮后，才進入冷凝器。并在兩次壓縮中間設(shè)置中間冷卻器。兩級壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)可以是由兩臺壓縮機組成的雙機（其中一臺為低壓級壓縮機，另一臺為高壓級壓縮機）兩級系統(tǒng)，也可以是由一臺壓縮機組成的單機兩級系統(tǒng)，其中一個或兩個汽缸作為高壓缸，其余幾個汽缸作為低壓缸，其高、低壓汽缸數(shù)量比一般為1:3或1:2 。
兩級壓縮制冷循環(huán)由于節(jié)流方式和中間冷卻程度不同而有不同的循環(huán)方式，通常分為：兩次節(jié)流中間*冷卻、兩次節(jié)流中間不*冷卻、一次節(jié)流中間*冷卻和一次節(jié)流中間不*冷卻四種兩級壓縮制冷循環(huán)方式。其中，兩次節(jié)流是指制冷劑從冷凝器出來要先后經(jīng)過兩個膨脹閥再進入蒸發(fā)器，即先由冷凝壓力節(jié)流到中間壓力，再由中間壓力節(jié)流到蒸發(fā)壓力，而一次節(jié)流只經(jīng)過一個膨脹閥，大部分制冷劑從冷凝壓力直接節(jié)流到蒸發(fā)壓力，相比之下，一次節(jié)流系統(tǒng)比較簡單，且可以利用其較大的壓力差實現(xiàn)遠(yuǎn)距離或高層冷庫的供液。因此實踐中采用的基本上都是一次節(jié)流兩級壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)。至于采用哪一種中間冷卻方式，由選用制冷劑的種類來決定。通常兩級壓縮氨制冷系統(tǒng)采用中間*冷卻，而兩級壓縮氟利昂制冷系統(tǒng)，則常采用中間不*冷卻。
１.一次節(jié)流中間*冷卻的雙級循環(huán)
這個系統(tǒng)的特點是采用盤管式中間冷卻器。它既有兩級節(jié)流的減少節(jié)流損失效果，又起到對低壓級排氣*冷卻的作用。其工作過程是：
這個系統(tǒng)的特點是采用盤管式中間冷卻器。它既有兩級節(jié)流的減少節(jié)流損失效果，又起到對低壓級排氣*冷卻的作用。其工作過程是：
在蒸發(fā)器中產(chǎn)生的低壓低溫制冷劑蒸氣（狀態(tài)１），被低壓壓縮機吸入并壓縮成中間壓力的過熱蒸氣（狀態(tài)２），然后進入同一壓力的中間冷卻器，在中冷器內(nèi)被冷卻成干飽和蒸氣（狀態(tài)３）。中壓干飽和蒸氣又被高壓壓縮機吸入并壓縮到冷凝壓力的過熱蒸氣（狀態(tài)４），隨后進入冷凝器被冷凝成制冷劑液體（狀態(tài)５）。然后分成兩路，一路經(jīng)膨脹閥Ｆ節(jié)流降壓后（狀態(tài)８）進入中間冷卻器，大部分液體從另一路進入中間冷卻器的盤管內(nèi)過冷（狀態(tài)６），但由于存在傳熱溫差，故其在盤管內(nèi)不可能被冷卻到中間溫度，而是比中間溫度一般高△ｔ＝３－５℃。過冷后的液體再經(jīng)過主膨脹閥節(jié)流降壓成低溫低壓的過冷液（狀態(tài)７），zui后進入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)，產(chǎn)生冷效應(yīng)。
這種循環(huán)系統(tǒng)只適用于Ｒ717與Ｒ22的雙級制冷循環(huán)系統(tǒng)中。
２.一次節(jié)流中間不*冷卻的雙級循環(huán)
其工作過程為：從蒸發(fā)器出來的蒸汽經(jīng)回?zé)崞骱蟊坏蛪簤嚎s機吸入，壓縮到中間壓力并與中冷器出來的干飽和蒸汽在管路中進行混合，使從低壓機排出的過熱蒸汽被冷卻后再進入高壓壓縮機，經(jīng)壓縮到冷凝壓力并進入冷凝器，冷凝后的高壓制冷劑液體進入了中冷器的蛇形盤管進行再冷卻，然后進入回?zé)崞髋c從蒸發(fā)器出來的低溫低壓蒸汽進行熱交換，使從中冷器蛇形盤管中出來的過冷液體再一次得到冷卻，zui后經(jīng)膨脹閥進入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)。
其工作過程為：從蒸發(fā)器出來的蒸汽經(jīng)回?zé)崞骱蟊坏蛪簤嚎s機吸入，壓縮到中間壓力并與中冷器出來的干飽和蒸汽在管路中進行混合，使從低壓機排出的過熱蒸汽被冷卻后再進入高壓壓縮機，經(jīng)壓縮到冷凝壓力并進入冷凝器，冷凝后的高壓制冷劑液體進入了中冷器的蛇形盤管進行再冷卻，然后進入回?zé)崞髋c從蒸發(fā)器出來的低溫低壓蒸汽進行熱交換，使從中冷器蛇形盤管中出來的過冷液體再一次得到冷卻，zui后經(jīng)膨脹閥進入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)。
這種循環(huán)系統(tǒng)，只適用于Ｒ12或Ｒ22的雙級制冷循環(huán)系統(tǒng)中，而決不能用于氨的制冷系統(tǒng)中。這是因為：雖然高、低壓級吸入蒸汽的過熱度都比較大，但是因為氟利昂的絕熱指數(shù)K值比氨要小，故壓縮機的排氣溫度不高。
3.兩次節(jié)流中間*冷卻的雙級循環(huán)
這個系統(tǒng)的特點是選用了閃發(fā)式中間冷卻器。它起兩個作用，其一是相當(dāng)于兩次節(jié)流的中間液體分離器，其二是利用一小部分液體的吸熱蒸發(fā)作用，對低壓機的排氣進行*中間冷卻。這種型式的制冷循環(huán)系統(tǒng)，只適用于Ｒ717或Ｒ22的雙級壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)中。為了防止從中間冷卻器出來的飽和液體在管路中閃發(fā)成蒸汽，通常要求中間冷卻器與蒸發(fā)器之間的距離要近。
綜上分析可知，采用雙級壓縮制冷循環(huán)，不但降低了高壓機的排氣溫度，改善了壓縮機潤滑條件，而且由于各級壓縮比都較小，壓縮機的輸汽系數(shù)大大提高。此外，采用雙級壓縮循環(huán)的功耗也比單級壓縮循環(huán)的功耗降低。
超聲波細(xì)胞破碎機、制冷循環(huán)機、低溫恒溫槽、低溫恒溫水槽
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