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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必不可少的基本部件。制冷劑(雪種)在制冷系統中循環流動,方向見圖。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入冷凝器內,經過冷卻介質(水或空氣)冷卻后凝結成液體,從冷凝器排出的液體又經過膨脹閥(毛細管)節流降壓,在降壓過程部分液態制冷劑氣化,成為低溫、低壓下的濕蒸汽,進蒸發器內,液態制冷劑在等壓下吸收被冷卻介質(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。被冷卻后的介質如是水,則降溫后

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

 

理論循環在壓焓圖上的表示如圖1.2所示。所謂理論循環是指:1.制冷劑氣體在壓縮機中的壓縮過程為可逆的等熵過程。2.制冷劑氣體和制冷劑液體在冷凝器和蒸如器進行的冷凝和蒸發過程都在理想的無任何阻力的條件下進行的。3.制冷劑在膨脹閥內進行的降壓過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,但由于在膨脹過程中進行的極端不可逆過程,所以在圖上不能用實線表示,而只能以虛線表。

 

1.2中吸氣狀態1點為蒸發壓力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程,排氣狀態2處于過熱蒸狀態,可通過冷凝壓力Pc的等壓線與壓縮機中等熵壓縮過程的交點來確定。23表示制冷劑氣體在冷凝器中的等壓冷凝過程。3點表示制冷劑出冷凝器時的狀態,它是在冷凝壓力Pc下的包和液體,由Pc等壓線與包和液體的交點來確定,34虛線表示制冷劑通過膨脹閥時的節流過程。4點是通過34等焓線與Pe等壓線的交點來確定的。41表示制冷劑在節發器內的吸熱氣化過程,制冷劑在蒸發器內不斷氣化直至全部變成包和蒸氣為止。在蒸發壓力Pe下的包和蒸氣1重新回到壓縮機,完成了蒸發壓縮理論循環。

 

制冷循環的性能指標有:單位制冷量、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――制冷劑在蒸發溫度為T時的氣化潛熱(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)在蒸發器內所制取的冷量(kj/m3)。

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

式中 v1——吸氣狀態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

     根據熱力學定律制冷劑在循環中的吸熱量與排熱量相等的原理

qC=qe +w

 

(5)     制冷系數或稱制冷性能系數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的一個重要經濟指標,它與制冷劑的種類、冷凝溫度、蒸發溫度、等因素有關。εc愈大表示循環的經濟性愈好。

 

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表1-1

 

 工況 蒸發溫度   吸氣溫度  冷凝溫度  過冷溫度

 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。通常為蒸發溫度冷凝溫度40 吸氣溫度15 過冷溫度35 環境溫度30±5

  制冷壓縮機由于使用的工質和使用條件的不同,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比較壓縮機制冷能力的兩種工況。

  國產壓縮機的標準工況:工質為R12R22,蒸發溫度-15,吸氣溫度15,冷凝溫度30,過冷溫度25


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