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制冷系统原理介绍(上）
随着时代的发展，制冷技术也在不断的发展，制冷技术的应用也日益广泛，现已渗透到人们生活生产各个领域中，并在改善人们的生活质量方面发挥着巨大作用。在普冷技术领域，蒸气压缩制冷，蒸气喷射制冷，吸收制冷，热电制冷等是常用的方法，其中蒸气压缩制冷从19世纪70年代开始发展，到如今已经有100多年的历史，是目前发展比较完善，应用最为广泛的方法之一。本篇将简单介绍蒸气压缩式制冷循环的原理。 制冷的相关知识 制冷：用人工的方法在一定时间和一定空间内将某物体或流体冷却，使其温度降到环境温度以下，并维持这个低温的过程。 实现制冷的途径有两种： （1）天然冷却 利用天然冰或深井水冷却物体，但其制冷量和可能达到的制冷温度往往不能满足生产需要。 （2）人工制冷 利用制冷设备加入热量，使热量从低温物体向高温物体转移的过程。 按照制冷所得到的低温范围，制冷技术应用范围划分为以下4个领域： 表1 制冷技术划分 由于热量只能自动地从高温物体传给低温物体，因此实现制冷必须包括消耗能量的补偿过程。 制冷机的基本原理：利用某种工质的状态变化，从较低温度的热源吸取一定的热量QC，通过一个消耗功W的补偿过程，向较高温度的热源放出热量QH,在这一过程中，由能量守恒得QH=QC+W。 图1制冷基本工作原理 制冷系统的制冷方法及工作原理 物质相变制冷 物质有三种集态：气态、液态、固态。物质集态的改变称为相变。相变过程中，由于物质分子重新排列和分子热运动速度的改变，会吸收或放出热量，这种热量称为潜热。物质发生从质密态到质稀态的相变时，将吸收潜热；反之，当它发生由质稀态向质密态的相变时，放出潜热。相变制冷就是利用前者的吸热效应而实现的。利用液体相变的是液体蒸发制冷；利用固体相变的是固体融化或升华冷却。 液体蒸发制冷以流体作制冷剂，通过一定的机器设备构成制冷循环，可以对被冷却对象实现连续制冷。它是制冷技术中使用的主要方法。 固体相变冷却则是以一定数量的固体物质作制冷剂，作用于被冷却对象，实现冷却降温。一旦固体全部相变，冷却过程即告终止。 蒸气压缩式制冷 图2蒸气压缩式制冷循环原理图 单级蒸气压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器四个基本部件组成。 ˂1˃蒸发器中产生的低压制冷剂蒸气被压缩机吸入，经压缩后以高压气体排出。 ˂2˃压缩机排出的高压气态制冷剂进入冷凝器，被常温的冷却水或空气冷却，凝结成高压液体。 ˂3˃高压液体流经膨胀阀时节流，变成低压低温的气液两相混合物，进入蒸发器。 ˂4˃液态制冷剂在蒸发器中蒸发制冷，产生的低压气再次被压缩机吸入，如此周而复始，不断循环。 蒸气压缩式制冷系统中，用压缩机抽出低压气并将其提高压力后排出。气体压缩过程需要消耗能量，由输入压缩机的机械能或电能提供。 ˂1˃一次节流中间完全冷却循环 图3一次节流中间完全冷却循环原理图 压缩过程分两阶段进行： 来自蒸发器的低温制冷剂蒸气（压力为P0）先进入低压级压缩机，在其中压缩到中间压力Pm。 经过中间冷却器冷却（分为两种情况——中间完全冷却为饱和蒸气和中间不完全冷却为过热蒸气）。 再进入高压级压缩机，将其压缩为冷凝压力PK，排入冷凝器中。 图4 氟泵供液的一级节流中间完全冷却制冷循环 流程图 ˂2˃一次节流中间不完全冷却循环 其工作过程与一次节流中间完全冷却循环的主要区别在于，低压级压缩机的排气不进入中间冷却器，而是与来自中间冷却器的饱和蒸气在管路中混合，然后进入高压级压缩机，因此，高压级压缩机吸入的是中间压力下的过热蒸气。 图5一次节流中间不完全冷却循环原理图 ˂3˃两次节流中间完全冷却循环 图6两次节流中间完全冷却循环图 ˂4˃二次节流中间不完全冷却双级蒸气压缩式制冷循环
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