1.1 制冷原理与制冷循环

1.1.1 蒸汽压缩制冷原理与制冷循环

1.蒸汽压缩制冷工作原理

如图1-1所示为蒸汽压缩制冷系统的工作流程图，它由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器四个主要部件组成。各部件的作用如下：

图1-1 蒸汽压缩制冷系统的工作流程图

（1）压缩机是维持制冷剂在系统内工作流动的设备，也是制冷系统的“心脏”，从蒸发器吸热流出的低压、低温的制冷剂蒸汽，经过压缩机的压缩后，成为高压、高温的制冷剂气体，然后进入冷凝器。

（2）在冷凝器中，与外部的冷却介质水（或空气）进行热交换，放出其热量，使制冷剂蒸汽发生相变，由气态变为液态，流出冷凝器。

（3）节流阀的作用是对流出冷凝器的高温、高压的液态制冷剂实施节流降压，在降压的同时使制冷剂的温度降低。制冷剂在经过节流阀降压、降温的同时，一部分液体就变成了气态。节流阀还起到控制制冷剂流量的作用，以始终保持冷凝器中制冷剂的压力高于蒸发器中制冷剂的压力。

（4）蒸发器是输出冷量的设备。经节流后的制冷剂液体流入蒸发器后，吸收蒸发器盘管内用于热交换介质水（或空气）的热量，使制冷剂液体吸热气化，从而达到制冷的目的，获得了降温的效果。

制冷剂液体经蒸发器的吸热气化，变成了低温、低压的制冷剂蒸汽，再进入压缩机压缩，进行下一个循环，如此循环实现连续制冷。

2.蒸汽压缩制冷实际循环

如图1-2所示为蒸汽压缩制冷的理论循环与实际循环示意图，1-2-3-4-5-1表示理论循环；1′-2′-3′-4′-5′-1′表示实际循环；蒸汽压缩制冷的理论循环与实际循环的差别主要表现在以下几个方面。

图1-2 蒸汽压缩制冷的理论循环与实际循环示意图

1）压缩机中的实际循环

实际循环的压缩过程是不等熵的。1′表示压缩机的吸气状态，1′-1″表示压缩机吸入的制冷剂蒸汽流经压缩机的吸气阀时的压力降和受到加热。1″-2″表示制冷剂蒸汽在汽缸内的压缩过程。由于压缩过程有热交换和其他不可逆的损失，实际的压缩过程是一个变过程指数的多方过程。2″-2′表示制冷剂蒸汽流经排气阀时的压力降。

2）热交换器中的实际循环

在热交换器中存在着温差和流动阻力的损失。在冷凝器内，制冷剂的冷凝温度Tk高于冷却介质（水或空气）的温度；而在蒸发器中，制冷剂的蒸发温度T0低于被冷却介质（水或空气）的温度。同时，由于流动的阻力，冷凝过程2′-4′压力降低，蒸发过程5′-1′压力降低，热交换器进口处压力高于出口处压力，压缩机的压比增加。

3）系统管路中的实际循环

制冷剂在流经管路和阀门时有压力损失和热交换。制冷剂高压蒸汽从压缩机的出口到冷凝器的入口，从冷凝器的出口到节流阀，从节流阀到蒸发器的入口，以及从蒸发器的出口到压缩机的入口的管道内流动时要克服流动的阻力而产生压力降，同时又与外部的介质进行热交换。另外，制冷剂流经阀门时也存在压力降和热交换。4′-4表示冷凝器出口到节流阀之间液体管内的压降，5-5′表示节流阀出口至蒸发器之间液体管内的压降。

换热器内的传热温差和管路系统内的压力损失，使蒸发温度降低，冷凝温度升高，压缩机的压比增加，从而导致制冷循环的经济性能降低，蒸发温度和冷凝温度的变化对制冷循环的影响，将在以后的制冷装置的调试中对照介绍，这里不再赘述。

制冷剂在制冷系统低温低压侧的管路内的热交换使制冷量降低。例如，低温制冷剂液体流经节流阀和蒸发器之间的管路时，从环境介质吸热在进入蒸发器前已经有部分液体汽化，使有效制冷量降低。当低温制冷剂蒸汽在蒸发器出口到压缩机进口的管路内从环境介质吸热时，不仅影响到压缩机的吸入状态，而且还会产生有害的过热，使制冷循环的性能降低。