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熱泵制冷原理闡述

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1、熱泵基本組成 

  如圖1.1所示,蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器和節流閥(毛細管)是蒸汽壓縮式制冷系統的四個(gè)必不可少的基本部件。制冷劑(雪種)在制冷系統中循環(huán)流動(dòng),方向見(jiàn)圖。蒸汽壓縮式制冷系統使用的制冷劑有:氟利昂12和22(代號R12、R22)等。

2、工作原理

由壓縮機排出的高溫高壓的制冷劑氣體進(jìn)入冷凝器內,經(jīng)過(guò)冷卻介質(zhì)(水或空氣)冷卻后凝結成液體,從冷凝器排出的液體又經(jīng)過(guò)膨脹閥(毛細管)節流降壓,在降壓過(guò)程部分液態(tài)制冷劑氣化,成為低溫、低壓下的濕蒸汽,進(jìn)蒸發(fā)器內,液態(tài)制冷劑在等壓下吸收被冷卻介質(zhì)(水或空氣)加入的熱量而氣化,氣化后的低溫低壓蒸氣回到壓縮機,如此不斷的循環(huán)。被冷卻后的介質(zhì)如是水,則降溫后

的水可送入安裝于空調各房間內的風(fēng)機盤(pán)管,以實(shí)現各房間的空調,這種系統稱(chēng)為水管式系統。被冷卻介質(zhì)也可直接使用空氣,將降溫后的空氣用風(fēng)管分別送入房間內,這種系統稱(chēng)之為風(fēng)管式系統。(冷卻為水的稱(chēng)為水源,使用空氣稱(chēng)為空氣源)。

 

理論循環(huán)在壓焓圖上的表示如圖1.2所示。所謂理論循環(huán)是指:1.制冷劑氣體在壓縮機中的壓縮過(guò)程為可逆的等熵過(guò)程。2.制冷劑氣體和制冷劑液體在冷凝器和蒸如器進(jìn)行的冷凝和蒸發(fā)過(guò)程都在理想的無(wú)任何阻力的條件下進(jìn)行的。3.制冷劑在膨脹閥內進(jìn)行的降壓過(guò)程中所作的外功全部轉化為熱量加入制冷劑本身,故制冷劑的焓值不變,但由于在膨脹過(guò)程中進(jìn)行的*端不可逆過(guò)程,所以在圖上不能用實(shí)線(xiàn)表示,而只能以虛線(xiàn)表。

 

1.2中吸氣狀態(tài)1點(diǎn)為蒸發(fā)壓力Pe下的包和蒸氣,12表示制冷劑蒸氣在壓縮機中的等熵壓縮過(guò)程,排氣狀態(tài)2處于過(guò)熱蒸狀態(tài),可通過(guò)冷凝壓力Pc的等壓線(xiàn)與壓縮機中等熵壓縮過(guò)程的交點(diǎn)來(lái)確定。23表示制冷劑氣體在冷凝器中的等壓冷凝過(guò)程。3點(diǎn)表示制冷劑出冷凝器時(shí)的狀態(tài),它是在冷凝壓力Pc下的包和液體,由Pc等壓線(xiàn)與包和液體的交點(diǎn)來(lái)確定,34虛線(xiàn)表示制冷劑通過(guò)膨脹閥時(shí)的節流過(guò)程。4點(diǎn)是通過(guò)34等焓線(xiàn)與Pe等壓線(xiàn)的交點(diǎn)來(lái)確定的。41表示制冷劑在節發(fā)器內的吸熱氣化過(guò)程,制冷劑在蒸發(fā)器內不斷氣化直至全部變成包和蒸氣為止。在蒸發(fā)壓力Pe下的包和蒸氣1重新回到壓縮機,完成了蒸發(fā)壓縮理論循環(huán)。

 

制冷循環(huán)的性能指標有:?jiǎn)挝恢评淞?、單位體積制冷量、單位冷凝熱和制冷系數等。

 

1)、單位制冷量是指壓縮機每壓縮1kg吸入氣體在蒸發(fā)器內所制取的冷量(kj/kg

   qe=h1-h4=h1-h3

    也可用下式表示:

   qe =r(1-x4)

   式中   r――制冷劑在蒸發(fā)溫度為T時(shí)的氣化潛熱(kj/kg

          x――制冷劑節流后濕蒸汽的干度。

 

      2)、單位體積制冷量是指壓縮機每吸入1m3制冷劑蒸氣(吸氣狀態(tài))在蒸發(fā)器內所制取的冷量(kj/m3)。

qve=(qe)/(v1)=(h1-h4)/v1

式中 v1——吸氣狀態(tài)下制冷劑蒸氣的比體積(m3/kg

     (3)、單位壓縮功是指每1kg制冷劑在壓縮機內的耗功(kj/kg

w=h2-h1

 

     (4)、單位冷凝熱是指每1kg制冷劑在冷凝器內的排熱量(kj/kg

qC=h2-h3

     根據熱力學(xué)定律制冷劑在循環(huán)中的吸熱量與排熱量相等的原理

qC=qe +w

 

(5)、     制冷系數或稱(chēng)制冷性能系數COP。制冷系數εc或制冷性能系數COP定義為制冷循環(huán)的單位制冷量qe與單位耗功w之比:即

εc= qe/ w=(h1-h4)/(h2-h1)

制冷系數是制冷循環(huán)的一個(gè)重要經(jīng)濟指標,它與制冷劑的種類(lèi)、冷凝溫度、蒸發(fā)溫度、等因素有關(guān)。εc愈大表示循環(huán)的經(jīng)濟性愈好。

 

標準工況和空調工況

 

為了評定和比較制冷壓縮機的性能,我國規定了新系列活塞式制冷壓縮機的標準工況和空調工況,作為計算制冷壓縮機制冷量的統一工作溫度條件。對于使用R22作為制冷劑的制冷壓縮機,

標準工況和空調工況的規定見(jiàn)表1-1

 

 工況 蒸發(fā)溫度   吸氣溫度  冷凝溫度  過(guò)冷溫度

 標準工況  -15  +15  +30  +25

 空調工況  +5  +15  +40  +35

 

    標準工況是指制冷機在一種特定工作溫度條件下的運轉工況。常用制冷劑在標準工況下工作溫度為:制造廠(chǎng)在機器的銘牌上標出的制冷量一般都是指標準工況下的制冷量。

    空調壓縮機的測試工況(空調工況)是其名義制冷量的測試工況。通常為蒸發(fā)溫度冷凝溫度40 吸氣溫度15 過(guò)冷溫度35 環(huán)境溫度30±5。

  制冷壓縮機由于使用的工質(zhì)和使用條件的不同,有不同的制冷量。為了比較壓縮機的制冷能力,制定了幾種工況。其中標準工況和空調工況是常用來(lái)比較壓縮機制冷能力的兩種工況。

  國產(chǎn)壓縮機的標準工況:工質(zhì)為R12、R22,蒸發(fā)溫度-15,吸氣溫度15,冷凝溫度30,過(guò)冷溫度25。


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