制冷概论

制冷系统无处不在, 它们对我们每天的生活产生了巨大的影响。任何时候, 你把食物储存在冰箱或冰箱里, 或者打开空调, 你就会把制冷系统使用。从根本上讲, 这些系统的任务是从一个冷的水库中除去热量, 并将其存放在一个温暖的水库中, 以防止热流的自然流向。实现这一目标的主要技术是蒸汽压缩循环。这段视频将说明蒸气压缩循环是如何工作的, 然后演示如何在简单的手泵制冷系统中使用。最后, 它将讨论一些额外的应用程序。

蒸气压缩循环是在工作流体或制冷剂上进行的热力循环, 这样热量就会从冷储层流入制冷剂, 从制冷剂流向热储层。这要求制冷剂的机械循环以及它的热力学状态的协调的转折。这个循环利用了蒸汽圆顶, 这是制冷剂相空间的一个区域, 可以在温度熵和压力焓图中看到。在这些图中, 左区域表示液相, 其部分受饱和液体线的约束, 右区域表示气相, 这与饱和蒸气线同样有界。饱和线在临界点相遇, 上面的流体是超临界的。在饱和线之间, 流体是两相, 温度是压力的函数, 这是压强焓图上的等温线所示。在这个区域, 温度和压力不能相互独立, 所以每个压力值指定一个温度。因此, 可以通过改变压力来调节两相混合物的温度。考虑到这一点, 让我们来看看蒸气压缩循环。为说明起见, 假定 R-134a 是制冷剂, 质量流量为每秒0.01 公斤。周期有四阶段: 压缩、凝结、膨胀和蒸发。每个描述在制冷剂的关键停留点之间的转折。在压缩过程中, 低压蒸汽进入压缩机, 压缩机的工作输入用于增压制冷剂。离开压缩机后, 高压蒸汽传递到冷凝器, 在这里, 热被拒绝到周围的热储层, 因为制冷剂凝结压。高压制冷剂现在在液相中, 然后流经节流膨胀装置。液体在经过时膨胀 isentropically, 当它的压力下降时, 会闪烁到两相状态, 并降到较低的温度。在最后一个阶段, 低温制冷剂进入蒸发器, 吸收冷储层的热量。当制冷剂流经时, 这就推动了等压蒸发。当低压制冷剂蒸汽返回压缩机时, 循环完成。在本例中, 蒸发器的冷却容量为1.67 千瓦, 压缩机工作输入为0.31 千瓦, 因此性能系数或系统效率为5.4。现在您已经了解了循环的工作原理, 让我们构建并分析一个简单的冰箱, 以显示这些主体的操作。

小心, 这项实验涉及的系统, 在高压和使用的制冷剂, 这可能是危险的高浓度。始终遵循合理的安全预防措施, 佩戴适当的个人防护设备。在使用制冷剂时确保足够的通风。开始建设的冰箱系统与蒸气压缩机。在双作用气缸的一个端口上安装一个施瑞德阀, 然后将管道接头三通连接到另一个端口。将止回阀放在三通的两个剩余的端口上, 这样一个点向内, 另一点向外。这种配置将允许从蒸发器中抽取制冷剂, 并在高压下将其排出到冷凝器中。压缩机将由一个改进的高压自行车地板泵驱动。从自行车泵管道中取出橡胶珠止回阀组件。这将使压缩机在泵冲程之间扩大和吸收制冷剂。在压缩机两侧安装管接头三通压力表, 以便对上游和下游压力进行监控。三通接头通过止回阀连接, 只允许单向流动。当活塞延长时, 左止回阀允许从低压蒸发器流入压缩机容积。当活塞是沮丧的, 蒸气是加压和强制通过右止回阀的高压冷凝器。通过循环活塞, 可以从蒸发器中抽取连续的低压蒸汽流, 并在高压下输送到冷凝器。系统的下一阶段是冷凝器, 我们将从铝管的长度构造。形成管到一个线圈, 通过包裹它周围的2.5 厘米直径刚性橡胶核心为四回合, 然后, 使用压缩配件, 以附加一端的开放端口的三通, 下游的压缩机。确保安装和拧紧配件到制造商的指导方针。其次安装短长的透明 PVC 管之间的两个减少管弯头。这将充当高压力制冷剂的储水池, 连接到冷凝管的出口与另一个压缩配件。下一阶段是膨胀机, 但这也是一个方便的地方, 添加一个充电口灌装和排水制冷剂。通过将 a.n.s. a.e flare 接头连接器与球阀和另一个管道三通相结合, 构造充电端口。将针阀连接到管道三通的一侧, 以便扩展设备。最后, 使用另一节铝管连接第三端口的管道三通到低点的水库。唯一剩下的部分是蒸发器。使用与以前相同的技术, 形成第二个铝管线圈, 并将其连接到针阀出口和压缩机入口之间, 以完成制冷回路。现在, 系统组装, 填补它与压缩空气通过充电端口, 以测试任何泄漏。使用肥皂水喷雾识别任何漏水的连接, 并进行必要的维修。最后, 将热电偶与冷凝器和蒸发器线圈连接, 进行温度测量。您现在可以充电和操作冰箱了。

充电是两个步骤的过程。空气首先从系统疏散, 然后再加入制冷剂。将制冷剂充电歧管的中间端口连接到冰箱的充电口。然后将真空泵连接到歧管的低压口, 并将一罐制冷剂输送到高压端口。关闭所有阀门, 然后打开真空泵。逐步打开所有系统阀门, 从系统中疏散空气。空气从系统中排出后, 请简单打开制冷剂罐阀, 清除制冷剂管线中的任何空气, 然后再关闭。现在所有的空气都已被疏散, 通过关闭制冷剂充电歧管上的低压口来隔离真空泵。倒置制冷剂罐, 将液体制冷剂注入系统, 直到高压油层中的水位略高于针阀水平。最后一步是调整针阀, 直到它只是勉强打开, 然后把自行车泵软管连接到压缩机上的施瑞德阀。如你所做的那样, 通过泵打气筒来操作冰箱, 跟踪高、低压侧压力以及蒸发器和冷凝器的温度。当达到稳定状态条件时, 记录这些压力和温度值。如果测量仪报告压力, 那是压力相对于大气, 然后转换读数到绝对压力通过增加一个大气到读书。

请看一下你的冰箱的性能结果。首先, 将测量的温度与制冷剂在低、高压力下的相应饱和温度进行比较。在这种情况下, 测量结果是紧密匹配的。蒸发器温度的差异可能是由于从环境空气到热电偶外部的热量传递引起的。冷凝器的温度与实验公差相符, 但如果热电偶的位置太靠近冷凝器的过热部分, 这也可能比预期的要暖和。通过指示温度熵和压力焓图的状态点和近似连接曲线完成分析。您可以看到, 与商用系统相比, 简单系统的性能有限, 具有较低的冷却容量和低扬程。由于大量的输入工作是消耗压缩空气在自行车泵, 性能可以改善与较低的压力制冷剂。另外, 使用可保持较大压力差的膨胀阀是有益的。大多数商业系统采用温度控制膨胀阀, 它动态调整其开口, 以保持理想的蒸发器温度。现在, 我们已经分析了基本的过程, 让我们看看其他一些典型的应用程序。

蒸汽压缩循环是在许多常见的地方设备中使用的主要制冷技术。随着器件尺寸的稳步下降, 对电子产品的 Thermomanagement 越来越重要, 而对电力和速度的需求也在不断增长。使用蒸汽压缩循环冷却超级计算机和其他高功率电子产品, 比其他技术具有许多优势。蒸汽压缩循环也可用作热泵。在这种模式下, 热量是从低温环境下的蒸发器中获得的, 然后送到一个温暖的条件空间。这可以是一个有效的供暖方式相比, 直接电阻加热, 因为大部分的交付热量是从周围的环境, 只有一小部分是提供给压缩机作为机械工作。

你刚刚看了朱庇特的制冷和蒸气圆顶的介绍。您现在应该了解如何在制冷系统中实现蒸汽压缩循环, 以及如何使用温度熵和压力焓图分析性能。谢谢收看