制冷循环效果探讨

    1　引言

    所谓循环,是指封闭的热力过程。如果循环的效果是以消耗机械能来迫使热量从低温物体流向高温物体,这种循环即制冷循环。制冷机的作用就是通过工质的热力循 环将热量从低温物体转移到高温物体并维持低温物体的温度使之低于周围环境的温度,当然,这一过程要以消耗外界能量为代价。

    可以用制冷系数∈来衡量制冷循环的经济程度:式中q2为工质从低温物体吸收的热量,q1为工质向高温物体传递的热量,w为外界消耗的机械功。∈值越大说明制冷循环效果越好,因此在实际应用中应当采取措施提高∈值。

    2　制冷循环在lgp-i图上的表示及∈

    让我们先分析一下制冷循环在制冷剂lgp-i图上的表示。如图1所示,制冷剂理论循环在lgp-i图上即1→2→3→4→1。其中1→2为气态制冷剂在压 缩机中绝热压缩过程(该过程耗功w = i2-i1);2→3为气态制冷剂在冷凝器内的定压冷却、定压冷凝过程(该过程放热q1=i2-i3);3→4为液态制冷剂节流过程,压力由Pnj降至 Pzf;4→1为液态制冷剂在蒸发器内的定压蒸发过程(该过程制取冷量q2= i1- i4)。

    如果考虑蒸发器至压缩机吸入管路的过热过程1→1′,此时制冷循环即1′→2′→3→4→1。如果将冷凝器排出的液态制冷剂通过过冷器过冷(3→3′)后 再进行节流,此时制冷循环即:1′→2′→3′→4′→1′。如果不考虑过热及过冷过程(即1→1′及3→3′),则制冷循环制冷系数。如果考虑过热及过冷过程,则制冷循环制冷系数

    上面从理论上分析了制冷循环在lgp-i图上的表示及制冷系数∈的表示式,那么在实际应用中如何有效提高制冷循环的制冷效果呢?下面以家用冰箱及小型冷库为例分析如何有效提高∈值。

    3　使用中如何有效提高制冷循环的制冷效果

    3.1　降低冷凝温度、提高蒸发压力

    如图2所示,若改变冷凝器冷却状况,比如采用风扇对流强制散热(对水冷机组改变水温及流速大小)使冷凝温度由tnj降至tnj′;同时,在允许范围内缩短 毛细管长度或加粗毛细管管经(对冷库改变热力膨胀阀的调节量),使蒸发压力由Pzf升至Pzf′,此时制冷循环a→b→c→d→a,由图中可知此时制冷系 数与制冷循环1→2→3→4→1的制冷系数相比,显然,可知降低冷凝温度、提高蒸发压力有效提高了制冷循环的制冷效果。

    3.2　实现过冷及过热过程

    如图3所示为冰箱制冷系统图:让毛细管紧贴(或缠绕)蒸发器回气管壁,或让毛细管从蒸发器回气管中穿过。这样可利用蒸发器内较冷的气态制冷剂进一步冷却来 自冷凝器的温度较高的制冷剂,实现过冷过程;同时,蒸发器回气管中的气态制冷剂被加热,产生了过热过程。由图1可知,具有过冷及过热过程的制冷循环其制冷 系数远大于没有过热过冷过程的制冷系数。可见毛细管紧贴蒸发器回气管可有效提高制冷效果。