制冷复习大纲-整理版

制冷设备

绪 论

1. 制冷、空调的定义。

制冷：利用人工的方法，把某物体或某空间的温度降低到低于周围环境介质的温度，并使之维持一定时间。

实质：将热量从被冷却对象中转移到环境中。

空调：空气调节，就是调节房屋、机舱、船舱、车厢等内部的空气温度、湿度、洁净度、气流速度等使达

到一定的要求。

2. 常见制冷方法的分类。

1.按制冷工作原理划分

物质相变 气体膨胀制冷 热电制冷 2.按制冷技术的温度划分

普通制冷 深度制冷 低温制冷 超低温制冷 3.按补偿能量的形式（或驱动方式）

以机械能或电能为补偿: 蒸气压缩式 热电式制冷机

以热能为补偿: 蒸气吸收式 蒸气喷射式 蒸气吸附式制冷机

3. 二热源与三热源可逆热机性能系数的计算。

机械或电驱动制冷机制冷系数ε: Q0/W 热能驱动制冷机热力系数 : Q0/Qg 二热源：

单位质量的制冷剂吸收热量：q0 T0(sa sb) kJ/kg 单位质量的制冷剂放出热量：qk Tk(sa sb) kJ/kg 外界输入功：wc w we qk q0 (Tk T0)(sa sb) kJ/kg 制冷系数（COP）： c

q0

c

T0(sa sb)T0

(Tk T0)(sa sb)Tk T0

制冷系数大小只取决于两个热源的温度；T0增大或Tk减小，ε增大 逆卡诺循环难以实现的原因 ： a) b) c)

无温差的传热过程难以实现； 膨胀机等熵膨胀不经济； 湿压缩不利于压缩机正常工作

供热系数：热泵的性能系数COP(供热系数)，常用μ表示。 供热系数=供热量/补偿能量 三热源：

对于以热能驱动的制冷机，制冷机从驱动热源（温度为Tg）吸收热量Qg作为补偿，完成从低温热源吸热，向高温热源排热的能量转换。

Tg TaQ0T0

QgTa T0Tg

qkwc q0

1 1 wcwc

其中：

T0为工作在Ta，To可逆机械制冷机的制冷系数；

a0Tg Ta

为工作在Ta、 Tg之间的可逆热机机的热效率 g

第一部分 蒸汽压缩式制冷

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1. 逆卡诺循环的组成、计算和制冷系数的表示方法。

循环的组成：绝热压缩、等温冷凝、绝热膨胀、等温蒸发 计算见二热源；

制冷系数：单位质量制冷量与理论比功之比，即理论循环的收益和代价之比，称为理论循环制冷系数，用 0表示， 0

Q0q0h1 h4 热力完善度： 0 P0w0h2 h1 c

2. 单级压缩式理论制冷循环。（过程、四大部件和作用、闪发蒸汽、热力计算等）

过程：压缩过程；冷凝过程；膨胀过程；蒸发过程。

制冷机四大部件：压缩机、冷凝器、节流阀（膨胀阀）、蒸发器 1）压缩机：①提高制冷剂的压力；②形成输送制冷剂的动力 2）冷凝器：制冷剂高压蒸气与环境温度介质充分热交换

3）节流阀（膨胀阀）：①使高压常温制冷剂节流膨胀降压；②调节进入蒸发器的制冷剂流量， 4）蒸发器：提供低压制冷剂与冷却空间充分热交换的场所，使制冷剂不断吸热汽化。 闪发蒸气：在节流阀中由于压力下降而提前蒸发 的制冷剂蒸气。

单位质量制冷量：q0 h1 h4 r0(1 x4) kJ/kg Q0 Mq0 M(h1 h4) Mr0(1 x4) kW 单位容积制冷量：qv

q0h1 h4qh h

kJ/m3 Q0 Vqv V0 V14=M(h1-h4) kW v1v1v1v1

理论比功：w0 h2 h1 kJ/kg，压缩机功率：P0 Mw0 M(h2 h1) kW 单位冷凝热负荷：qk h2 h3=(h2 h2 ) (h2 h3) kJ/kg 总冷负荷：Qk Mqk M(h2 h3) kW

对于单级蒸气压缩式制冷理论循环，存在着下列关系：Qk Q0 P qk q0 w0 0

例1 假定循环为单级蒸气压缩式制冷的理论循环，蒸发温度t0=-10℃，冷凝温度tk=35℃，工质为R22，循环的制冷量Q0=55kW，试对该循环进行热力计算。 解

点1：t1=t0= 10℃ p1=p0=0.3543MPa h1=401.555kJ/kg v1=0.0653m3/kg 点3：t3=tk=35℃

p3=pk=1.3548MPa h3=243.114 kJ/kg， 由图可知，h2=435.2 kJ/kg，t2=57℃

1）单位质量制冷量q0 h1-h4 h1-h3 401.555-243.114 158.441kJ/kg 2）单位容积制冷量qv 3）制冷剂质量流量M

q0

1

= =2426 kJ/m3

Q0

0.3471 kg/s

4）理论比功w0 h2-h1=435.2-401.555=33.645 kJ/kg

Mw0=0.3471 33.645=11.68 kW 5）压缩机消耗的理论功率P0

6）冷凝器单位热负荷qk h2-h3=435.2-243.114=192.086 kJ/kg 7）冷凝器热负荷Qk Mqk=0.3471

192.086=66.67 kW

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8）制冷系数 0

q0

4.71

9）热力完善度 c

T0273.15 10 5.83； 0Tk T0(273.15 35) (273.15 10) c 0.808 3. 压缩式制冷的实际制冷循环与理论循环的区别。

实际循环与理论循环的区别

1.制冷压缩机的压缩过程不是等熵过程，而是多变过程；

2.实际循环中压缩机吸入的制冷剂为过热蒸气，节流前往往是过冷液体，即存在气体过热、液体过冷现象； 3.制冷剂在设备及管道内流动时，存在着流动阻力损失，且与外界有热量交换； 4.实际节流过程不完全是等焓过程，节流后的焓值增加； 5.制冷系统中存在着不凝性气体。

4. 过冷、过热和回热循环对制冷系统的影响，工况对循环的影响

过冷循环：使单位制冷量增加，消耗比功相同，制冷系数增加。液体过冷会增大初投资及运行费用，故一般空调用制冷装置都不采用液体过冷。对于大型的且蒸发温度很低的制冷装置，在条件许可时才尽可能采用液体过冷。

蒸气过热：对循环不利，但制冷机实际运行中，希望有压缩机吸气能有适当的过热度，否则未气化的制冷剂液体会进入压缩机气缸，给运行带来危害，并使压缩机制冷量下降。氨过热度5～8℃，氟利昂一般取可采取较大的过热度。

有害过热：

单位压缩功增加 单位制冷量不变 制冷系数下降 单位冷凝负荷增大 进入压缩机制冷剂比容增大 压缩机排气温度升高

有效过热：

单位压缩功增加 单位制冷量增加

循环是否有益与制冷剂性质有 单位冷凝负荷增大 进入压缩机制冷剂比容增大 压缩机的排气温度升高

回热循环：利于压缩机运行，防止液击；提高压缩机吸气温度，减轻或避免有害过热;改善低温下压缩机的润滑条件;回热循环特别适用于增加吸气过热度能提高其循环制冷系数、以及绝热指数较小，绝热压缩后排气温度较低的制冷剂。因为对氨提高过热度后会降低其制冷系数，所以不采用回热循环。

工况对制冷循环的影响：

(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响：

冷凝温度tk升高时：单位制冷量q0下降，输气系数 下降，吸气比容v1 不变，（qv= q0/ v1下降，Q0= Vhqv下降）单位压缩功w0 升高：（P = Vh w0/v1）；制冷系数 降低。

(2)其他条件不变，蒸发温度t0变化(降低)的影响：

蒸发温度t0降低时,单位制冷量q0下降，输气系数 下降，吸气比容v1 上升，（ Q0= Vhqv下降）单位耗功w0 升高：制冷系数 降低。

5. 为什么采用两级制冷循环和复叠式制冷循环。

采用两级压缩制冷循环的目的：1)减少往复式压缩机余隙容积的影响；2)减小气缸的压缩比，提高输气系数；3)降低排气温度、减少耗功率、提高经济性。

为了获得更低的蒸发温度（-40～-70℃），同时又能使压缩机的工作压力控制在一个合适的范围内，就要采用多级压缩循环，一般采用双级压缩循环。

为降低冷凝温度，需采用另一台制冷装置为其冷凝器提供冷源，与之联合运行，及所谓的复叠式制冷循环。

6. 一级节流的两级制冷的中间冷却器原理、换热过程、热力平衡式。

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作用：降低排气温度、降低耗功 中间不完全冷却：

原理：未将排气冷却到中间压力下的饱和蒸气，进入高压压缩机的中间压力的过热状态。

换热过程：从冷凝器出来的高压液体被分成两部分，一部分经中间冷却器、节流阀，其压力降到中间压力，在中间冷却器中蒸发；另一部分在盘管内流经中间冷却器，通过盘管与管外中间压力下蒸发的制冷剂蒸汽进行热量交换，达到过冷的目的。 热平衡方程：mhh5 (mh ml)h6 mlh7

'

高压级压缩机与低压级压缩机质量流量的关系：mh ml

h6 h7h6 h5

'

'

点7的焓值仍按中间冷却器中再冷却盘管冷端传热温差t7-t6=3～5℃来确定。点3的焓值由混合过程的热平衡关系：

(mh ml)h6 mlh2 mhh3

'

'

由上两式可得出：h3 h6 中间完全冷却：

(h6 h5)(h2 h6)

h6 h7

'

''

原理：将低压级排气冷却到中间压力下的饱和蒸气，进入高压级压缩机的为中间压力的饱和状态。

换热过程：从冷凝器出来的高压液体被分成两部分，一部分进入中间冷却器的盘管中降低温度，变成过冷液体，经节流阀降压后到蒸发器蒸发制冷；另一部分经节流阀降压后进入中间冷却器蒸发，为冷却低压级压缩机排送到中间冷却器的过热蒸汽和盘管内的制冷剂提供冷量。 热平衡方程：mhh5 mlh2 mlh7 mhh3

h2 h7h3 h5

Q0

h2 h7

高压级与低压级压缩机质量流量的关系：mh ml

h1-h7h3 h5

0

Q0P0l P0h

mlq0

mlw0l mhw0h

(h1 h7)(h3 h5)

(h4 h3)(h2 h7) (h2 h1)(h3 h5)

第二部分 制冷剂与载冷剂

1. 制冷剂的分类和命名原则。

按照化学成分分：

1.无机物：NH3 、 H2O、N2、CO2 2.有机物：

1）碳氢化合物：CH4、C2H6、C2H4

2）氟利昂：饱和碳氢化合物的卤族取代物。 CHClF2、CCl2F2、C2H2F4 3.混合物：

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1）非共沸混合物：蒸发过程中混合物温度发生变化。 R401

2）共沸混合物：具有共同的沸点，蒸发过程中混合物温度不发生变化。 R501 按照制冷剂的标准蒸发温度，将其分为三类： 高温(低压)制冷剂：ts＞0℃，pc≤0.2～0.3MPa

中温(中压)制冷剂：0℃＞ts＞-60℃, 0.3MPa＜pc＜2.0MPa 低温(高压)制冷剂：ts≤-60℃，pc≥2.0MPa 命名原则：以R开头，后面接数字；

1、氟利昂（饱和碳氢化合物的卤族取代物）CmHnFxClyBrz n+ x+ y+ z = 2m+2 R(m－1)(n+1)x(a,b…)Bz：

m-1:C原子数-1；n+1:H原子数+1；x:F原子数；a,b…: 同分异构体;B:有Br原子时写；z:Br原子个数；

二氟一氯甲烷(CHClF2)：R22 二氟二氯甲烷(CCl2F2):R12 四氟乙烷C2H2F4 R134

二氟乙烷C2H4F2:R152默认对称，不对称加a,b… CH2FCH2F:R152; CHF2CH3：R152a 2、碳氢化合物(烃类)

烷烃类:与氟利昂编号方法相同:甲烷(CH4) R50; 乙烷 (C2H6):R170;0表示没有F； 烯烃类:R1+氟利昂编号方法:乙烯 (C2H4) R1150;丙烯 (C3H6) R1270 3、共沸(液体)制冷剂

两种或两种以上制冷剂按一定的比例混合而成;在气化或液化过程中，成分始终保持相同；在既定压力下，发生相变时的温度保持不变。

编号：R5XX 质量百分比(已经商品化的共沸混合物，依应用先后在500序号中顺次地规定其识别编号。) R500 R152a/R12 (26.2/73.8) R502 R22/R115 (48.8/51.2) 4、非共沸(液体)制冷剂

两种或两种以上制冷剂按一定比例混合而成;在气化或液化过程中，成分不断变化;定压下，对应的温度也不断变化。

编号：R4XX 质量百分比（已经商品化的非共沸混合物，依应用先后在400序号中顺次地规定其识别编号。） R407c：R32/R125/R134a(23:25:52(%)) 5.无机化合物

R7XX（XX为无机化合物分子量） 氨：R717；二氧化碳：R744；水：R718

2. 制冷剂的选用原则与性质。

1.热力学方面的要求：

1）具有较大的制冷工作范围： 2）具有适当的工作压力和压缩比： 3）单位质量和单位体积制冷量均大： 4）绝热指数低： 2.物理化学方面的要求：

1）流动性好 2）传热性好 3）化学稳定性好

3.安全性方面的要求：

在工作温度范围内不燃烧、不爆炸。 无毒或低毒，相对安全性好。 具有易检漏的特点。 4.环境方面要求：

1）臭氧衰减指数ODP越小越好 2）温室效应指数GWP越小越好 5.经济性方面的要求

制冷剂的生产工艺简单，价廉、易得。

性质：制冷剂的热力性质包括标准沸点、临界温度、压缩性系数、特鲁顿数等。

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1..标准沸点Ts与临界温度 Tc

标准沸点Ts指在标准大气压下的蒸发温度，通常称为沸点。与工质分子组成情况有关 临界温度 Tc是指物质不可能加压液化的最低温度。

物质的临界温度与标准沸点有一定联系，对于大多数物质有： Ts/Tc≈0.6 2.特鲁顿：大多数物质在低沸点下气化时，其摩尔熵增的数值大约相等

3.压缩终温：相同吸气温度下,制冷剂等熵压缩的终了温度t2与其绝热指数k和压力比有关。 4.其它物理、化学性质：

①溶解性：制冷剂与润滑油的溶解性。

②溶水性：氟利昂和烃类物质都很难溶于水，氨易溶于水。 ③金属的腐蚀性：1）烃类制冷剂对金属无腐蚀。

2）纯氨对钢铁无腐蚀；对铝、铜或铜合金有轻微腐蚀。但若氨中含水，则对铜和几乎所

有铜合金（磷青铜除外）产生强烈腐蚀作用。

3）氟利昂几乎对所有金属都无腐蚀，但对镁和含镁2%以上的铝合金是例外。氟利昂中

含水时，将水解生成酸性物质，对金属产生腐蚀作用。

④热稳定性：制冷剂热稳定性最重要的性能指标是热分解温度与最高使用温度。热分解温度：制冷剂

的在热作用下开始产生分解的温度；最高使用温度：制冷剂在与润滑油共存的环境中，在有金属存在的条件下，能够长期稳定工作的温度。最高使用温度限制了压缩机的排气温度。

⑤毒性

⑥燃烧性和爆炸性

3. 载冷剂的性质

载冷剂：在间接制冷系统中用以传递冷量的中间介质。 使用载冷剂的优点:

1）可以将制冷系统集中于一处，从而简化制冷系统，便于生产和安装； 2）使制冷系统的密封和检修较易进行，便于运行管理；

3）减少制冷剂充注量；可减少制冷剂的泄漏；便于控制和分配制冷量。 使用载冷剂的缺点:

1）在制冷增加了蒸发器与载冷剂、载冷剂与末端设备之间的两个传热温差； 2）增加了载冷剂系统，使装置更复杂，造价提高。 常用载冷剂特点：

水：水是最常用的载冷剂，其价格低廉、传热性能好、热容量大。 空气：在冷库及空调中多有采用。空气比热容较小，所需传热面积较大。

盐水溶液：NaCl、CaCl2、MgCl2水溶液。用盐水作为载冷剂时，浓度一定要小于共晶浓度，注意防腐蚀。 有机载冷剂：常用的有机载冷剂为醇类及其水溶液。（甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇等）

第三部分 蒸气压缩式制冷系统

1. 四大部件的种类与作用。

压缩机：①提高制冷剂的压力②形成输送制冷剂的动力

活塞式制冷压缩机：适应较广泛的压力范围，热效率高，造价低廉。

滚动转子式制冷压缩机：震动小，运转平稳，吸气效率高，结构简单。

旋涡式制冷压缩机：效率高、力矩变化小、振动小、噪声低、结构简单、体积小。 螺杆式制冷压缩机：有较高的容积率及指标效率、设备体积小。

离心式制冷压缩机：制冷能力大、结构紧凑、维护费用低、运行平稳、噪声低、 冷凝器：冷凝器将制冷剂气体冷却液化，以便循环使用。

冷却方式：空气冷却式（风冷却式）以空气作为冷却介质，靠空气的温升带走冷凝热量的。

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水冷却式：以水作为冷却介质，靠水的温升带走冷凝热量。 蒸发式：空气冷却和水冷却相结合。

管外空气流动方式：自然对流空气冷却式、强制对流空气冷却式

蒸发器：制冷机中的冷量输出设备。制冷剂在蒸发器中蒸发，吸收介质的热量，达到制冷的目的。

冷却液体的蒸发器：干式壳管式蒸发器、满液式壳管式蒸发器。 冷却空气的蒸发器：空气自然对流、空气强制对流

节流机构：降温降压、调节流量、控制过热度、控制蒸发液位

手动节流阀：手动调节的节流阀； 浮球调节阀：用液位调节的节流机构； 热力膨胀阀：用蒸气过热度来调节的节流机构； 不作调节的节流机构：用于工况比较稳定的制冷机组；

2. 活塞式压缩机的命名与性能。

例如8AS10即表示8缸、制冷剂为氨，气缸布置为S(扇形)型、气缸直径为100mm的开启式压缩机；

3FW5B表示3缸、制冷剂为氟里昂、气缸布置为W型、气缸直径为50mm的半封闭式压缩机。 活塞式压缩机优点： 适应较广泛的压力范围

热效率高、单位耗电量少、加工方便 对材料要求低，造价低廉 生产、使用、设计、制造技术成熟 装置系统较简单

活塞式压缩机缺点： 转速不高

结构复杂、易损件多、维修工作量大 运转时有震动

输气不连续、气体压力有波动

3. 常见辅助设备的原理与作用

油分离器：作用：将夹杂在压缩机排气中的润滑油蒸气大部分分离出来，并设法送回压缩机。

原理：利用密度不同，降速变向，离心力甩出密度大的油滴，再凝结成油滴，通过过滤收集。

储液器：作用：贮存制冷剂液体、调节向蒸发器的供液量以适应负荷变化。

原理：将储液器与冷凝器连接，作为制冷剂的容器。并方便充液、出液。

气液分离器：作用：实现蒸发器出口制冷剂气体、液体分离，避免液击现象。

原理：制冷剂进入分离器以后，通过重力和离心力使其气液分离。

空气分离器：作用：清除制冷系统中的空气和其他不凝性气体，起净化冷凝剂的作用。使装置良好运行。

原理：利用膨胀阀来的氨液吸收混合气的热量发生汽化，混合气中的氨气冷凝成液态从底部

流出，空气则从上方的空气阀放出，从而完成空气分离。

干燥器与过滤器：作用：干燥水分，过滤杂质。

原理：其外壳两端为金属网，可以有效地过滤杂质。内装吸湿特性优良的分子筛作为干

燥剂，以吸收制冷剂中的水分，以确保毛细管畅通和制冷系统正常工作。

第四部分 吸收式制冷技术

1. 吸收式制冷的原理与设备。

吸收式制冷机由发生器、吸收器、节流装置、溶液

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泵、膨胀阀、冷凝器、蒸发器等设备组成。它利用热源在发生器中加热具有一定含量的溶液，使其中作为制冷剂的低沸点组分部分被蒸发出来，然后送入冷凝器冷凝成液体，由节流阀降压到蒸汽压力并在蒸发器中蒸发制冷。蒸发器出来的制冷剂蒸汽被发生器中完成发生过程后剩下的溶液吸收，使溶液重新恢复到原有含量，再由发生泵送到发生器中循环使用。

2. 吸收式制冷与压缩式制冷的比较与特点。

缺点：1.价格无优势 2.耗能大，机组笨重 3.利用热能促进全球变暖

4.热力系数COP低于压缩式制冷循环

优点：1.工质环保，对环境和大气臭氧层无害 2.以热能为动力，节电效果明显 3.可以利用各种热能驱动

4.结构简单，运动部件少，安全可靠

3. 单效溴化锂吸收式制冷的循环过程。（循环倍率、制冷系数）

工作流程：（看懂，用自己的话说！）

溶液的走向：稀溶液发生器中经外部热源加热浓缩产生的冷剂蒸汽进入冷凝器中，然后浓溶液进入吸收器中吸收蒸发器过来的冷剂蒸汽浓溶液变稀进入发生器中形成循环。

冷剂水的走向：发生器过来的冷剂蒸汽进入冷凝器经冷却水冷凝成冷剂水，然后进入蒸发器对冷水进行喷淋使冷水降温，冷剂水蒸发成冷剂蒸汽进入吸收器中被浓溶液吸收变成稀溶液，稀溶液进入发生器中形成循环。

由蒸发器出来的低压制冷剂蒸汽先进人吸收器，成在吸收器中用一种液态吸收剂来吸收，以维持蒸发器内的低压，在吸收的过程中要放出大量的溶解热。热量由管内冷却水或其他冷却介质带走，然后用溶液泵将这一由吸收剂与制冷剂混合而成的溶液送人发生器。溶液在发生器中被管内蒸汽或其他热源加热，提高了温度，制冷剂蒸汽又重新蒸发析出。此时，压力显然比吸收器中的压力高，成为高压蒸汽进入冷凝器冷凝。冷凝液经节流减压后进入蒸发器进行蒸发吸热，而冷水降温实现了制冷。发生器中剩下的吸收剂又回到吸收器，继续循环。

循环倍率f：定义：每产生1kg的制冷剂所需要的制冷剂－吸收剂的千克数。f

FD

s s w

F：从吸收器进入发生器的稀溶液流量；D：发生器中产生的水蒸汽的质量流量；

由发生器进入吸收器的浓溶液流量为F D; ＝ s－ w:放气范围.

产生制冷量:Q D(h h),

10

9

消耗热量Q

g

D(h7 h3) (F D)(h4 h3) F(h4 h3) D(h7 h4) h10 h9

制冷系数：

Q0Qg

D h10 h9 F h4 h3 D h7 h4

f h4 h3 h7 h4

循环倍率对吸收式制冷的热力系数影响很大，为增大热力系数，需减小循环倍率。为减小循环倍率，需增大放气范围及增大浓溶液浓度。

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