单级压缩制冷系统

    单级压缩制冷系统应用范围很广，例如空调装置、家用电冰箱、厨房冰箱、商场冷柜、制冰机、冷饮机、冷藏库和恒温恒湿箱等设备，主要用于蒸发温度在-35℃以上的制冷系统。

    在维修及安装调试中，只有掌握制冷系统的压力与温度的控制与调节，才能安全作业。

在单级压缩式制冷系统中，不可缺少的基本设备有蒸发器、压缩机、冷凝器和节流装置，这四大件组成了制冷的最简循环系统，如图1-4所示。

 

图1-4最简循环系统制冷原理图

    最简循环系统工作原理如下：

   (1)蒸发过程：过冷的制冷剂液体，通过节流阀节流后进入蒸发器，成为低温低压制冷剂湿蒸气（液体和气体的混合体），在蒸发器内从蒸发器周围介质（空气、水、盐水等）吸热，使周围介质降温而达到制冷的目的。吸热使制冷剂液体不断气化，干度逐渐增加，直至达到饱和状态。这时，需要将已达饱和状态的饱和蒸气及时移走，否则，再进来的液体就难以继续吸热气化，制冷过程也就因此中断。为了制冷过程的连续进行，不断从周围介质吸热，就必须及时、不断地把气化后的蒸气吸走，这需要压缩机连续不断地运行（进行吸气）。

    该制冷剂气化过程，占整个蒸发过程热交换量的85%以上。

    制冷剂在蒸发器内的压力，称为蒸发压力( Po)；制冷剂在蒸发器内的温度，称为蒸发温度(t。)。

    因为制冷剂在蒸发器内处于饱和状态，使得蒸发压力与蒸发温度一一对应，所以它们的关系可通过制冷剂饱和状态性质表进行查找。

    在工作过程中，蒸发压力与蒸发温度将根据降温的需要，通过调节节流装置的供液量、或调整压缩机的工作能力，使蒸发器内的压力和温度到一定的数值，并维持其稳定。

    如果不考虑制冷剂在蒸发器内的流动压力降，在整个吸热过程中，压力是保持不变的。

   (2)压缩过程：压缩过程包括吸气过热、压缩和排气过热三阶段。同时，应特别注意如下两个重要指标：

    ①吸气过热段：在蒸发器内吸收周围介质的热量、完成制冷作用后的制冷剂蒸气，被压缩机通过吸气管吸入压缩机。压缩机吸入制冷剂蒸气的压力，称为吸气压力( Pa)。小型制冷系统的吸气管道很短，往往忽视其阻力带来的损失，把压缩机的吸气压力和蒸发器内的蒸发压力在数值上看作相等。在安全保护装置中，采用压力控制器控制最低允许的吸气压力，即为低压保护。

    压缩机吸人制冷剂蒸气的温度，称为吸气温度(ta)。此时，在吸气管和压缩机吸气口处的制冷剂蒸气不是饱和状态，而是过热状态，所以，吸气压力与吸气温度不一一对应，就不能通过制冷剂饱和状态性质表进行对应的查找。在安全保护装置中，采用温度控制器控制最低允许的吸气温度，即为低温保护。如果不考虑制冷剂在吸气管内流动的阻力，可近似地认为吸气压力等于蒸发压力。制冷剂低压蒸气在从蒸发器出来到压缩机吸气口的过程中，制冷剂蒸气还在不断地从外界吸热升温，这一吸气升温过程称为吸气过热。因此，制冷剂的吸气温度将高于蒸发温度，吸气温度与蒸发温度的温差称为过热度。

    根据安装设备和制冷工艺的不同，这种过热分为有益过热的和无益过热。适当的吸气过热对压缩机会起到保护作用。常把过热后的吸气管道温度，作为调节节流装置供液量的依据。

    ②压缩段：被压缩机吸入的制冷剂气体经压缩后，温度和压力急剧升高，变成过热的高温高压气体，并排出压缩机，经排气管送至冷凝器。这一过程提高了制冷剂的压力，也提高了制冷剂的液化温度。因此，可以用常温环境下的水或空气对其进行冷却降温和液化。

    压缩机的压缩过程，可近似地看成与外界没有能量转换的等熵过程，即为等熵压缩过程。但压缩过程要消耗一定的机械能（蒸气压缩式制冷常常由电能转化来的）。

    ③排气过热段：被排出压缩机制冷剂蒸气的压力，称为排气压力( Pb)。小型制冷系统的排气管道很短，往往忽视其阻力带来的损失，把压缩机的排气压力和冷凝器内的冷凝压力在数值上看作相等。在安全保护装置中，采用压力控制器控制最高允许的排气压力，即为高压保护。被排出压缩机制冷剂蒸气的温度，称为排气温度（tb）。因为排气过程是过热过程，所以排气压力与排气温度不一一对应。在安全保护装置中，采用温度控制器控制最高允许的排气温度，即为高温保护。

  ④两个重要指标：对于安全运行来讲，制冷压缩机有两个重要指标，即压力差（简称：压差）和压缩比（简称：压比），压力差是指排气压力与吸气压力的差值；压缩比是指排气压力与吸气压力的比值。

    通常把排气压力(Pb)近似看成冷凝压力(Pk)；把吸气压力( Pa)近似看成蒸发压力(Po)，则：

    A．压力差△P( MPa):

 

式中，Pk一冷凝压力（绝对压力）(MPa)；

   PO-蒸发压力（绝对压力）(MPa)。

B．压缩比τ：

 

    制冷系统运行时，应始终保证这两个参数在允许的范围内。例如，我国标准系列制冷压缩机使用规定，R717(NH3)制冷机的压缩比不应大于8，R22制冷机的压缩比不应大于10。既然压缩比有个最大值，那么在冷凝温度不变时就会有最低的合理蒸发温度。例如，氨制冷在tk=40℃时Pk为1.59MPa，Po=Pk/8=0.20MPa，所对应的最低蒸发温度to为-19.5℃。

   (3)冷凝过程：制冷剂蒸气被压缩机排出，从压缩机排气口至冷凝器内，再从冷凝器出来到节流阀前，这是一个散热过程，制冷剂蒸气在冷凝器内转化为液体。

    制冷剂在冷凝器内的压力，称为冷凝压力(Pk)；制冷剂在冷凝器内的温度，称为冷凝温度（tk）。由于此时制冷剂在冷凝器内处于饱和状态，冷凝压力与冷凝温度一一对应，所以可通过制冷剂饱和状态性质表进行查找。冷凝压力与冷凝温度在工作过程中，将根据运行的需要，通过调节冷却工质（水、风等）量或调冷凝面积，使冷凝器内的压力和温度到一定的数值，并维持其稳定。该散热过程分为三个阶段：

    ①具有排气温度的高压高温制冷剂过热蒸气，将热量传给冷却介质（水或空气等），放出显热，其温度下降至冷凝温度，这一过程为去冷却过程。

    ②当继续向冷却介质放热时，制冷剂放出潜热，温度不变，转化为液体，这一过程为制冷剂的冷凝过程，该制冷剂液化过程占整个冷凝过程热交换量的85%以上。

    ③已经凝结为液体的制冷剂，再向冷却介质放热时，将放出显热，温度下降，成为过冷液体，这一过程为制冷剂的过冷。

    节流阀前制冷剂温度，就是供液温度，供液温度低于冷凝温度的值称为过冷度，提高过冷度可提高单位质量制冷剂的制冷量。

    如果不考虑制冷剂管内的流动阻力，在整个放热过程中，冷凝压力是保持不变的。

   (4)节流过程：从冷凝器出来的液体为高压液体，通过膨胀阀或毛细管等降压节流装置节

流，成为低压的湿蒸气进入蒸发器。这个过程近似看成与外界没有能量转换的等焓过程，即等焓节流过程。因节流后制冷剂压力降低、比体积增大，所以该过程也称膨胀降压过程。

    以上四个过程是制冷的基本热力过程。