制冷是为了适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的。下面是小编为大家精心推荐的高级制冷技师职称论文，希望能够对您有所帮助。
制冷技术分析
摘要 制冷技术是为了适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的。制冷技术是使某一空间或物体的温度降到低于周围环境温度，并保持在规定低温状态的一门科学技术，它随着人们对低温条件的要求和社会生产力的提高而不断发展。制冷的方法很多，常见的有以下四种：液体气化制冷，气体膨胀制冷，涡流管制冷和热电制冷。其中液体汽化制冷的应用最为广泛，它是利用液体汽化时的吸热效应而实现制冷的。蒸汽压缩式，吸收式，蒸汽喷射式和吸附式制冷都属于液体汽化制冷方式。本文重点介绍蒸汽压缩式制冷的工作原理及几种形式。
关键词蒸汽压缩式制冷压-焓图理想制冷循环制冷系数ε 绝热膨胀
双级蒸汽压缩制冷循环
中图分类号： tb6文献标识码： a
一、蒸汽压缩式制冷的工作原理 蒸汽压缩式制冷系统由压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器组成，用管道将其连成一个封闭的系统。
工质在蒸发器内与被冷却对象发生热量交换，吸收被冷却对象的热量并汽化，产生的低压蒸汽被压缩机吸入，经压缩后以高压排出。压缩过程需要消耗能量。压缩机排出的高温高压气态工质在冷凝器被常温冷却介质(水或空气)冷却，凝结成高压液体。高压液体经膨胀阀时节流，变成低压，低温湿蒸汽，进入蒸发器，其中的低压液体在蒸发器中再次汽化制冷，如此周而复始。
液体转变为气体,固体转变为液体,固体转变为气体都要吸收潜热。任何液体在沸腾过程中将要吸收热量，液体的沸腾温度(即饱和温度)和吸热量随液体所处的压力而变化，压力越低，沸腾温度也越低。而且不同液体的饱和压力、沸腾温度和吸热量也各不相同。如下表一
例：在1 个大气压下
制冷工质 沸点 (℃) 气化潜热 r (kj / kg)
水 100 2256
r717(氨) -33.4 1368
r22 -40.8 375
据所用制冷液体(称制冷剂)的热力性质，创造一定的压力条件，就可以在一定范围内获得所要求的低温。 要实现制冷循环必须要有一定的设备，而且要以消耗能量作为补偿。 蒸汽压缩式制冷循环就是用压缩机等设备，以消耗机械功作为补偿，对制冷剂的状态进行循环变化，从而使用冷场合获得连续和稳定的冷量及低温。在制冷循环中，制冷剂经历了汽化、压缩、冷凝、节流膨胀等状态变化过程。为了分析，比较和计算制冷循环的性能，必须知道制冷剂的状态参数变化规律。对目前常用的制冷剂，这些状态参数间的关系已经制成各种图和表来表示。
制冷剂的热力性质图，常用的热力性质图有温熵(t-s)图和压焓(㏒p-h)图，形式如下图，图中x=0为饱和液体线，x=1为饱和蒸汽线，两线之间为湿蒸汽区，其中等干度线(x=0.1,x=0.2……)。
由于定压过程的吸热量，放热量以及绝热压缩过程压缩机的耗功量都可再㏒p-h图上表示，利用过程初、终状态的比焓差计算，因此㏒p-h图在制冷循环的热力计算上得到了广泛的应用。由于制冷剂的热力参数h、s等都是相对值，因此，在使用上述热力性质表及图时，必须注意他们之间的h、s的基准点是否一致，对于基准点取值不同或单位制不一致的图或表，最好不要混用，否则必须进行换算和修正。
二、 理想制冷循环—逆卡诺循环
卡诺循环分正卡诺循环和逆卡诺循环，均是由两个定温和两个绝热过程组成，他们是一个理想循环。研究蒸汽压缩式制冷循环的主要目的，是为了分析影响制冷循环的各种因素，寻求节省制冷能耗的途径。 逆卡诺循环是使工质(制冷剂)在吸收低温热源的热量后通过制冷装置，并以外功作补偿，然后流向高温热源。逆向循环是一种消耗功的循环，制冷循环就是按逆向循环进行的， 在温—熵或压—焓图上，循环的各个过程都是依次按逆时针方向变化的。
逆卡诺循环设备示意图
2.实现逆卡诺循环必须具备的条件：
(1)高、低温热源温度恒定;
(2)工质在冷凝器和蒸发器中与外界热源之间无传热温差;
(3)工质流经各个设备时无内部不可逆损失;
(4)作为实现逆卡诺循环的必要设备是压缩机、冷凝器、膨胀机和蒸发器。
逆卡诺循环是可逆的理想制冷循环，它不考虑工质在流动和状态变化过程中的内部和外部不可逆损失。虽然逆卡诺循环无法实现，但是通过该循环的分析所得出的结论对实际制冷 循环具有重要的指导意义。
3.制冷系数ε
制冷循环常用制冷系数 ε 表示它的循环经济性能，制冷系数等于单位耗功量所制得的冷量。
ε=q/∑w
q: 1kg 制冷剂在t0温度下从被冷却物体吸收热量q (kj/kg)
w:循环1 kg的工质消耗功
对于逆卡诺循环而言：
εc=t0/(tk- t0)
t0:蒸发温度; tk:冷凝温度
从公式可知，逆卡诺循环的制冷系数仅与高、低温热源温度有关，而与制冷剂的热物理性能无关。由于逆卡诺循环不考虑各种损失，而且压缩机利用了膨胀机对外输出的功，因此，在恒定的高、低温热源区间，逆卡诺循环的制冷系数最大，在该温度区间进行的其它各种制冷循 环的制冷系数均小于逆卡诺循环制冷系数。
所以，逆卡诺循环制冷系数可用来评价其它制冷循环的热力完善度。
三、蒸汽压缩式制冷理论循环及热力计算
1.理论制冷循环不同于逆卡诺循环之处是：
(1)制冷剂在冷凝器和蒸发器中按等压过程循环，而且具有传热温差;
(2)制冷剂用膨胀阀绝热节流，而不是用膨胀机绝热膨胀;
(3)压缩机吸入饱和蒸汽而不是湿蒸汽。
用膨胀阀代替膨胀机后的节流损失：不但增加了制冷循环的耗功量，还损失了制冷量。这两部分损失必然使制冷系数和热力完善度有所下降。
2.用干压缩代替湿压缩后的过热损失包括：
(1)用膨胀阀代替膨胀机后的节流损失导致后果：膨胀阀的节流是不可逆过程，节流前、后焓值不变;制冷剂干度增加，液体含量减少，制冷量减少，消耗功上升，制冷系数下降，其降低的程度称为节流损失。节流损失的大小与下列因素有关：与冷凝温度和蒸发温度差有关，节流损失随其增加而增大;与制冷剂的物性有关，一般节流损失大的制冷剂，过热损失就小;与冷凝压力有关，冷凝压力pk越接近临界压力pkr节流损失越大。
(2)用干压缩代替湿压缩后的饱和损失
原因:在制冷压缩机的实际运行中，若吸入湿蒸汽，会引起液击，并占有气缸容积，使吸气量减少，制冷量下降。过多的液体进入压缩机气缸后，很难全部汽化，这时，既破坏了压缩机的润滑，又会造成液击，使压缩机遭到破坏。因此，蒸汽压缩式制冷装置在实际运行中严禁发生湿压缩，要求进入压缩机的制冷剂为干饱和蒸汽或过热蒸汽，干压缩式制冷机正常工作的一个重要标注。如何实现干压缩，如下图，可在蒸发器出口增设一个液体分离器。分离器上部的干饱和蒸汽被压缩机吸走，保证干压缩，进入压缩机的制冷剂状态点位于饱和蒸汽线上。制冷剂的绝热压缩过程在过热蒸汽区进行。因此，制冷剂在冷凝器中并非定温过程，而是定压过程。
热力计算制冷剂在蒸发器中的单位质量制冷量：
q0 = h1-h4[kj/kg]
压缩机的单位质量绝热压缩耗功量：
w= h2- h1 [kj/kg]
制冷剂单位容积制冷量：
qv= q0/v[kj/m3]
理论制冷系数：ε= q0/ w
3.蒸汽压缩式制冷循环改善
为了使膨胀阀前液态制冷剂得到再冷却，可以采用再冷却器或回热循环。
(1)设置再冷却器对于同一种制冷剂，节流损失主要与节流前后的温差(tk- t0)有关，温差越小，节流损失越小。一般可再冷凝器后增加一个再冷却器，使冷却水通过再冷却器，然后进入冷凝器。再冷却后可使液体制冷剂在冷凝压力下被再冷至状态点3′，图中3-3′是高压液体制冷剂在再冷却器中的再冷过程，再冷却所能达到的温度tr,称为再冷温度，冷凝温度与再冷温度之差△tr称为再冷度，这种带有再冷的循环称为再冷循环。
增加过冷可以使制冷系数提高：制冷剂r717每过冷1℃，制冷系数可提高0.46%;冷制冷剂r22每过冷1℃，制冷系数可提高0.85%。
(2)回热循环为了使膨胀阀前液体的再冷度增加，进一步减少节流损失，同时又保证压缩机吸气有一定过热度，可再在制冷系统中增设一个回热器。回热器的作用是使膨胀阀前的制冷剂液体与压缩机吸入前的制冷剂蒸汽进行热交换，使压缩机吸入的蒸汽有一定的过热度，由于过热(过热量△q)增加了压缩机的耗功量(△w)。因此，回热循环的制冷系数是否提高，视△q/△w的比值定。
下表示几种常用制冷剂采用回热循环后，制冷系数及排气温度的变化情况。
制冷剂 r717 r22 r502
制冷系数增减率% -4.18 -1.88 +3.02
排气温度变化 ℃ 140.3→102 84.7→53.5 66.5→37.3
由上表可看出采用，采用回热循环后制冷系数不一定增加，制冷剂r22采用回热循环后制冷系数降低不多但保证了干压缩金额热力膨胀阀的稳定工作，所以实际中采用回热循环。r502和r12适合采用回热循环。r11和r717因为制冷系数降低很多不适合采用回热循环。
四、双级蒸汽压缩制冷循环
对于活塞式制冷压缩机单级制冷循环，在通常的环境下，一般只能制取
-25℃~-35℃以上的蒸发温度。如果采用单级制冷循环制取较低的蒸发温度，将会产生很多有害因素，如：
(1)压缩机排气温度很高，不但加大了过热损失，使制冷系数下降，而且会恶化润滑油效果，影响压缩机的使用寿命和正常运行。
(2)压缩比(pk/p0)增大，在正常环境温度下，当蒸发温度t0下降时，pk/p0增加，压缩机容积效率降低，实际吸气量减少，制冷量下降，当压缩比达到一定值时，活塞式制冷机此时已不能进行制冷。
(3)节流损失增加，制冷剂单位制冷量减少，消耗功加大，制冷系数下降。
(4)过低的蒸发温度可能会使制冷系统的运行工况超过压缩机标准规定的设计和使用条件，造成不允许的危险情况发生。如活塞式压缩机(制冷剂r22)的压缩比，大能大于6(高温机)和16(低温机)压力差(pk- p0)不能大于1.6mpa;螺杆式压缩机(制冷剂r22)排气温度不能高于105℃，制冷剂r22当压缩比≤10时，采用单级压缩, 压缩比>10时采用双级压缩;制冷剂r717当压缩比≤8时，采用单级压缩, 压缩比>8时采用双级压缩。因此对于活塞式压缩机，当t0低于-25~-35℃时，采用双极制冷循环能使上述不利影响得到改善。对于螺杆式压缩机，由于其具有良好的油冷却装置，排气温度比活塞式压缩机低，允许的压缩比和压力差均较大。因此，一般螺杆式压缩机单级制冷循环可制取-40℃左右的低温(tk 在40℃~45℃时)。空气源热泵机组，其压缩机至少要能在蒸发温度为-15℃~+15℃(双级压缩可达-35℃)冷凝温度≤65℃的条件下正常工作。
下图是双级压缩制冷循环示意图：
双级压缩制冷循环通常采用闪发蒸汽分离器(节能器)和中间冷却器两种形式。下面介绍带有中间冷却器的双级压缩制冷循环。该循环式把来自蒸发器的制冷剂蒸汽，以串联的两台压缩机(有中间冷却器)或者同一台压缩机的两组气缸“接力”式压缩。每一级的压缩比、排气温度等都符合压缩机的使用条件，又可获得较低的蒸发温度t0，制冷系数比相同制冷能力的单级制冷循环大，因而比较经济。下面介绍常用的双级压缩制冷循环。
一次节流、完全中间冷却的双级压缩制冷循环，所谓完全中间冷却时指来自低压级压缩级的过热蒸汽在中间冷却器内完全冷却至饱和状态如下图：
由于氨制冷系统排气温度高，吸气过热不能大，因此这种循环形式广泛应用于氨双级制冷系统。这种系统的特点是由于采用完全中间冷却，可以减少过热损失，因此，耗功量较单级少，制冷系数较单级大。中间压力pm=( pk.p0)0.5
氨双级压缩的最佳中间温度t佳=0.4 tk+0.6t0+3 ℃
t0:蒸发温度; tk:冷凝温度
压缩比=pk/p0 pk:冷凝压力 p0：蒸发压力
当已知制冷量q0，通过蒸发器的制冷剂质量流量mr,则mr= q0/(h1-h8)
制冷循环压缩机的理论总耗功率为pth, pth= pth1+ pth2
pth1为低压级压缩机的理论耗功率(kw)
pth2为高压级压缩机的理论耗功率(kw)
则理论制冷系数εth= q0/ pth
五、结论
随着技术现代化的发展以及人民生活水平的不断提高，制冷在工业、农业、国防、建筑、科学等国民经济各个部门中的作用和地位日益重要。特别是人们对生活水平的要求提高，不同食品储藏温度不同，双级压缩可以满足更低温度要求，人们在任何季节都可以品尝到新鲜的食物。农牧业中，制冷用于对农作物种子进行低温处理;建造人工气候育秧室。制冷在医疗卫生方面和工业生产中发挥着日益重要的作用。总之通过本文的学习，对制冷系统原理有了全面认识，对如何提高制冷系数的措施有所了解。
参考文献
吴业正制冷原理及设备 西安交通大学出版社
尉迟斌实用制冷与空调工程手册机械工业出版社
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制冷循环理论分析
摘 要：本文介绍了制冷的理论循环和实际循环存在的差距，从三个方面分析了影响制冷循环性能的因素，使我们在实际工作中尽量使实际循环向理论循环靠近，达到节能的目的。
关键词：制冷循环 蒸发温度 冷凝温度 焓
一、制冷的理论循环和实际循环
制冷理论循环主要由四个过程组成，即绝热压缩过程、等压冷凝过程、等焓节流过程、等压吸热过程，其循环在压烩图上表示如图1。
图1中，1到2过程表示绝热压缩过程，2到4过程为等压过程，4到5过程为等焓节流过程，5到1为等压吸热过程，它们组成了一个制冷循环。在2到4过程中经过两个过程:2到3过程是等压冷却过程，这个过程中过热的气体被冷却到饱和气体状态;3到4为等压冷凝过程，这个过程中饱和的制冷剂蒸汽被冷凝成饱和的液体。
实际上由于设备和其他因素的限制，如管道的压降、吸排气压降造成非等压换热过程，所以实际循环和理论循环总存在着差距，图2是一个实际循环过程在压焓图中的表示。
图2中，1到1’表示制冷剂在进入压缩机前的吸热压降过程，1’到2表示制冷剂在压缩机中多变压缩过程，2到2’表示压缩机的排气过程，2’到3表示过热制冷剂蒸气在冷凝器中被冷却降压过程，3到4表示制冷剂在冷凝器中冷凝压降的过程，4到4’表示制冷剂过冷的过程，4’到5表示节流降压过程，5到1表示制冷剂在蒸发器中吸热降压的过程。从图中可以看出实际循环和理论循环存在着较大的差距，于是在实际工作中人们总是想法尽量使实际循环向理论循环靠近，达到节能的目的。
二、影响制冷循环性能的因素
要提高制冷系统的综合性能，我们必须从制冷循环方面进行分析研究，找出制冷系统节能的方向。在制冷系统中压缩机的耗功占了主要地位，而制冷压缩机的性能随蒸发温度和冷凝温度的变化而变化。当压缩机的转速不变时，它的理论输气量是固定不变的，与循环的工作温度无关，但当工作温度发生变化时，循环的单位制冷量、比功、制冷剂流量等都将发生变化，从而使制冷机的制冷量、功率消耗等发生相对的改变，为方便起见，我们按理论循环来分析当温度变化时制冷机性能的变化规律。压缩机的制冷量及理论功率可分别用下式表示:
1.蒸发温度对循环性能的影响
在分析蒸发温度对循环性能的影响时，假定冷凝温度保持不变。如图1所示，当蒸发温度由t 循环由原来的1-2-3-4-1变为1’-2’-3’-4’-1’。下面分别讨论蒸发温度t 降到t ’时，单位容积制冷量、比容积功和制冷系
尽管t 的变化对上式中的分子无多大影响，但却能引起分母的较大改变，因此q 随t 的降低迅速下降，它意味着对一台给定的压缩机而言，随t 的降低，制冷量将迅速下降。
t 的降低而增加，因为压缩机的压比随t 下降而增加。但是由于吸入蒸汽的比容v 也随着t 的降低而增加，故比容积功w 可能增加，也可能降低，无法直接判断出制冷机功率的变化规律。为找出它们之间的变化规律，我们近似地假定制冷剂蒸汽为理想蒸气，绝热压缩时比容积功可表示为:
由式(4)可以看出，当p =0及p =p 时，w 均为零，所以当蒸发压力由p 逐渐下降时，所消耗的比容积功开始逐渐增加，待达到某一最大值时又逐渐减少，这意味着蒸发温度逐渐降低的过程中，压缩机所消耗的功率同样是先增加，后降低，中间通过一极值点。
压缩机的理论功率为：
因而可以近似地认为，对各种制冷剂，若冷凝温度固定不变，压缩比等于3时，功率消耗最大。
制冷系数由于制冷系数是单位制冷量q 与w 之比，很明显，蒸发温度t 降低时，制冷系数是下降的。
2.冷凝温度对循环性能的影响
综上所述，随着蒸发温度的降低，制冷循环的制冷量及制冷系数均明显下降。因此在运行中只要能满足被冷却物体的温度要求，我们总希望制冷机保持较高的蒸发温度，以保证获得较大的制冷量和较好的经济性。由于冷凝温度的升高使循环的制冷量及制冷系数下降，故运行中要尽量控制冷凝温度，使它不要过高。
3.其他情况对循环性能的影响
液体过冷对循环性能的影响在实际循环中，在制冷剂液体离开冷凝器进入节流阀之前具有一定的过冷度，过冷度的大小取决与冷凝系统的设计和制冷剂与冷却介质之间的温差。在制冷系统中采用过冷循环理论上总是有利的，而且过冷度越大，对循环越有利。但依靠冷凝器本身使液体过冷，其过冷度是有一定限度的，如果要求获得更大的过冷度，通常需要增加一个单独的热交换设备，即再冷器，在再冷器中单独通入温度更低的冷却介质或将冷却介质先通过该再冷器，然后再进入冷凝器。前者需要增加一套提供深井水的设备，使一次投资费、设备折旧费和直接运行费用均有所增加;后者则因冷却介质进入冷凝器之前已经吸收了一部分热量，温度有所升高，它使循环的冷凝温度升高，因而，冷凝压力提高，压缩机的耗功增加。这样，在某种程度上抵消了因液体过冷而使循环经济性提高的好处，其次要单独增加再冷器，还要通过增加冷凝器的传热面积来降低冷凝压力，从而使压缩机的耗功减少，达到提高循环经济性的目的，实质上是一个系统优化的问题。
压缩机吸气过热度对循环性能的影响一般压缩机吸入制冷剂蒸汽不是饱和气体，都带了一定的过热度，在相同压力下，温度升高时，过热蒸汽的比容要比饱和蒸气的比容大，这意味着对每公斤制冷剂而言，将需要更大的压缩机容积。换句话说，对给定的压缩机，过热循环中压缩机的制冷剂流量始终小于理论循环的流量。吸入过热蒸汽对制冷量和制冷系数的影响取决与蒸汽过热时吸收的热量是否产生有用的制冷效果以及过热度的大小。
制冷系统中的压力损失对循环性能的影响理论循环中，我们一般假设在各设备的连接管道中制冷剂不发生状态的变化。实际上，由于热交换和阻力的存在，制冷剂热力状态的变化是不可避免的。制冷系统中各种管道和热交换器中存在的阻力对制冷系统总是有害的。这是因为，制冷系统的阻力增加时，加大了压缩的排气压力，从而增加了压缩机的耗功。
参考文献：
[1]徐伟.空调能耗及节能方向.建设科技，2004， 5.
[2]杨世铭.传热学.第二版.高等教育出版社，1987.
[3]吴业正.韩宝琦.制冷原理及设备.西安交通大学出版社，1995. 3.
[4]张健一.制冷装置节能技术.机械工业出版社，1999. 4.
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