蒸氣壓縮式制冷的案例
基于滾動轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)微型制冷系統(tǒng)的研究進(jìn)展分析
對于蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)，其作為發(fā)展歷史最久，應(yīng)用最為成熟的一種制冷系統(tǒng)，相比之下具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、集成化高等優(yōu)點(diǎn)，但蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)仍具有噪聲、摩擦、振動等問題。另外，蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)中壓縮機(jī)出口蒸氣的過熱度過高，也會進(jìn)而導(dǎo)致?lián)Q熱器換熱性能降低、冷凝壓力過高，大幅提高系統(tǒng)功耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前，制冷行業(yè)中的95%的設(shè)備都應(yīng)用了蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)，應(yīng)用范圍廣泛且發(fā)展趨勢良好。故本文將微型蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)作為主要研究對象。
2.1 蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)原理
目前常見的單級微型蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)如圖1所示，其主要由4部分組成，分別是壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流元件與換熱器。各個(gè)模塊通過管道連接使系統(tǒng)閉合從而保證對外部不流失壓力，制冷劑作為流動傳熱工質(zhì)，達(dá)到對熱能轉(zhuǎn)運(yùn)的目的。制冷系統(tǒng)的工作原理為：液態(tài)制冷工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)汽化為低溫低壓的蒸氣，而后被壓縮機(jī)吸入壓縮至高溫高壓，經(jīng)冷凝器冷凝為液體的狀態(tài)后繼續(xù)通過節(jié)流元件降壓為低溫低壓狀態(tài)進(jìn)入蒸發(fā)器，從而繼續(xù)參與下一個(gè)循環(huán)，達(dá)到不間斷制冷的效果。
圖1 單級蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)
2.2 微型蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀
針對軍工人員在密閉高溫的環(huán)境下作業(yè)會產(chǎn)生熱應(yīng)激不良反應(yīng)的問題，楊宇飛等成功研制了對人體微表面進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)的微型便攜蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)。該系統(tǒng)應(yīng)用了Aspen 14-24-000X微型轉(zhuǎn)子式直流壓縮機(jī)，制冷工質(zhì)為R134a，尺寸參數(shù)為190 mm×190 mm×100 mm，在45 ℃的環(huán)境溫度制取20 ℃冷水的工作要求下可以達(dá)到260 W的制冷量，COP在充注量為60 g、占空比為45%時(shí)達(dá)到最佳，裝置如圖2所示。
展開 4大微型制冷系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展趨勢
現(xiàn)有的主流微型制冷系統(tǒng)按照其產(chǎn)生冷量方式的不同，可以分為蒸氣壓縮制冷、吸收式制冷、吸附式制冷和半導(dǎo)體制冷，不同制冷方式具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的場合。
1 微型蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)
蒸氣壓縮式制冷是發(fā)展最早、使用最廣泛的一種制冷方式，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前95%的制冷系統(tǒng)屬于蒸氣壓縮式制冷。
優(yōu)點(diǎn)：制冷量大、性能系數(shù)高和結(jié)構(gòu)簡單可靠；
趨勢：換熱器的體積大幅縮小，使得蒸氣壓縮制冷循環(huán)的微型化成為可能；
1. 1 蒸氣壓縮系統(tǒng)制冷原理
典型的單級蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)如圖 1 所示。制 冷劑在系統(tǒng)中循環(huán)流動，將熱量從蒸發(fā)器側(cè)帶往冷凝器側(cè)，達(dá)到制冷的目的。
1. 2 微型蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的最新發(fā)展
楊宇飛等研制并測試了一套在高溫環(huán)境下用于個(gè)人冷卻的微型蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)，如圖 2 所示。
工質(zhì)為Ｒ134a；
制冷量可達(dá) 260 W；
性能系數(shù)COP可達(dá)1. 5及以上；
設(shè)備尺寸為 190 mm×190 mm×100 mm；
重量為2. 75 kg；
鋰電池供電，可供個(gè)人穿戴使用；
Wu Zhihui 等研制了一套用于電子器件冷卻的微型制冷系統(tǒng)，如圖 3 所示。
工質(zhì)為Ｒ134a；
設(shè)備尺寸為 300 mm×230 mm×70 mm；
制冷劑充注量為100 g；
毛細(xì)管長為 1 800 mm；
壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速為 2 858 r/min 時(shí)系統(tǒng)達(dá)到最佳運(yùn)行工況；
制冷量可達(dá)200 W；
COP 可達(dá) 8. 5；
He Jing 等實(shí)驗(yàn)研究了微型制冷系統(tǒng)中兩級蒸發(fā)器并聯(lián)和串聯(lián)的不同。
展開 這就是壓焓圖，你懂了嗎？
一、純物質(zhì)的特性
純物質(zhì)的特性可以繪制成圖表：
1、壓力 – 溫度圖（P - T圖）
2、溫度 – 熵圖（T - S 圖）
3、溫度 – 焓圖（T - h 圖）
4、壓力 – 焓圖（P - h 圖）
注意：壓力 – 焓圖經(jīng)常用于制冷和空調(diào)系統(tǒng)。
現(xiàn)在舉例如下：
1、溫度 – 焓圖（T-h 圖）
水的溫度 – 焓圖（不同壓力）
2、壓力 – 溫度圖（CO2 相態(tài)圖）
CO2 的壓力 – 溫度圖
3、壓力 – 焓圖（P-h 圖）
4、壓力 – 焓圖（P-h 圖）
1、壓力-焓圖是純物質(zhì)的特性圖。
2、 圖中包含物質(zhì)的一些更為重要的特性，例如溫度、壓力、比容、密度、比熱、焓或熵。
5、P-h 圖和 Log(P)-h 圖
二、壓力 – 焓圖（Log(P)-h 圖）
壓焓圖（lgp-h圖）指壓力與焓值的曲線圖，，壓焓圖以絕對壓力為縱坐標(biāo)（為了縮小圖的尺寸，提高低壓區(qū)域的精度， 通?？v坐標(biāo)取對數(shù)坐標(biāo)），以焓值為橫坐標(biāo)。壓焓圖是分析蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的重要工具，常用于制冷循環(huán)設(shè)計(jì)、計(jì)算和分析。
如下圖所示：圖中有三個(gè)區(qū)域，分別表示，液體-混合物- 蒸氣
這些區(qū)域用藍(lán)色的半圓形曲線隔開，這條曲線叫做飽和曲線。在半圓形區(qū)域內(nèi)，制冷 劑達(dá)到熱平衡，以蒸氣和液體的混合物形式存在。
混合物中的蒸氣含量從 0%（飽和半圓的左側(cè)） 變?yōu)?100%（半圓的右側(cè)）。
在飽和曲線的左外側(cè)，制冷劑僅以液體形式存在。在飽和曲線的右外側(cè)，制冷劑僅以蒸氣形式存在。
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