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第二节 蒸汽压缩式制冷的理论循环
湿蒸汽区域可能实现理想制冷循环，但：
一、逆卡诺循环难以实现
1. 无温差的传热过程难以实现， Q＝K A △tm
2. 膨胀机等熵膨胀不经济；
3. 湿压缩不利于压缩机正常工作（湿压缩、减少制冷量、“液击”）
二、蒸汽压缩制冷理论循环
1. 循环（是简化了的实际制冷循环）
 
逆卡诺循环：1’－3－4－5’－1’
蒸汽压缩制冷循环：1－2－3－4－5－1
1-2（压缩机）：等熵压缩；
2-3-4（冷凝器）：等压放热；
4-5（节流阀）：绝热节流，等焓；
5-1（蒸发器）：等压吸热而制冷。
压缩－放热（冷却与冷凝）－节流－吸热（汽化、蒸发）
2. 设备
压缩机： “心脏” 压缩和输送制冷剂蒸汽；
节流阀： 节流降压，并调节进入蒸发器的制冷剂流量；
蒸发器： 吸收热量（输出冷量）从而制冷；
冷凝器： 输出热量。
3. 特点（对比逆卡诺循环）
（1）干压缩代替了湿压缩：1点为干饱和蒸汽状态
（2）节流阀代替了膨胀机：节流损失
三、压焓图
“一点、两线、三区、五态”
◆六种：等压线 — 水平线
等焓线 — 垂直线
等干度线 — 湿蒸汽区域内
等熵线 — 向右上方倾斜
等容线 — 向右上方倾斜，但比等熵线平坦
等温线 — 垂直线（未）→水平线（湿）→向右下方弯曲（过）
◆作用：确定状态参数，表示热力过程，分析能量变化。
四、蒸发制冷理论循环压焓图
五、蒸汽压缩制冷理论循环热力计算
计算目的：确定循环的性能指标、压缩机的容量及功率以及换热设备的热负荷，为选择制冷设备提供依据。
1. 单位质量制冷量q0
q0：1kg制冷剂在蒸发器内从被冷却物体吸收的热量，kJ/kg。
q0＝h1－h5＝h1－h4
亦可表示为：q0＝r0（1－x5）
2. 单位容积制冷量qv
qv：压缩机每吸入1m3制冷剂蒸汽（按吸气状态计），在蒸发器中所产生的制冷量，kJ/ m3。
qv＝q0 / v1＝（h1－h5）/v1
3. 制冷剂的质量流量MR和体积流量VR
MR和VR：压缩机每秒吸入制冷剂的质量和体积。
MR＝Q0 / q0 VR＝MR·v1＝Q0 / qv
4. 单位冷凝负荷qk
qk：1kg制冷剂在冷却和冷凝过程中放出的热量，kJ/kg。
qk＝h2－h4
5. 冷凝器热负荷Qk
Qk：制冷剂在冷凝器中放给冷却介质的热量。
Qk＝MR·qk＝MR·（h2－h4）
6. 单位理论压缩功w0
w0：压缩机每压缩并输送1kg制冷剂所消耗的压缩功，kJ/kg。
w0＝h2－h1
压缩机理论耗功率pth＝MR·w0＝MR·（h2－h1）
7. 制冷系数ε0
8. 热力完善度η
例1：假定循环为单级压缩蒸汽制冷的理论循环，蒸发温度t0＝-10℃，冷凝温度为tk＝35℃，工质为R22，循环的制冷量Q0＝55kW，试对该循环进行热力计算。
解：该循环在压焓图上可表示为：
根据R22的热力性质表，查出处于饱和线上各点的参数值：
h1＝401.18kJ/kg,，v1＝0.0654m3/kg，
h3＝242.93 kJ/kg，p0＝355.0kPa，pk＝1349.8kPa
在p－h图上，点1由等p0线和干饱和蒸汽线相交确定，由点1作等熵线，与等pk线相交确定点2。由图知，t2＝57℃，h2＝435.2kJ/kg。
节流前后焓值不变，故h4＝h3＝242.93 kJ/kg。
1）单位质量制冷量 q0＝h1－h4＝158.25 kJ/kg
2）单位容积制冷量 qv＝q0/v1＝2420 kJ/ m3
3）制冷剂质量流量 MR＝Q0/q0＝0.3476 kg/s
4）制冷剂体积流量 VR＝MR·v1＝0.0227 m3/s
5）单位理论压缩功 w0＝h2－h1＝34.02 kJ/kg
6）压缩机理论耗功率 pth＝MR·w0＝11.83 kW
7）冷凝器单位热负荷 qk＝h2－h3＝192.27 kJ/kg
8）冷凝器热负荷 Qk＝MR·qk＝66.83 kJ
9）制冷系数ε0＝q0 / w0＝4.65
10）逆卡诺循环制冷系数εc＝T0/(Tk－T0)＝5.85
热力完善度 η＝ε0 / εc＝0.795
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1. 冷凝器中，制冷剂凝结时的温度高于高温热源的温度；蒸发器中，制冷剂汽化时的温度低于低温热源的温度。
2. 液体制冷剂的比容远比蒸汽小，可获得的膨胀功小，有时尚不足以克服机器本身的摩擦阻力。液体膨胀机尺寸很小，设计、制造很困难。
3. 吸入湿蒸汽，在压缩机中有一部分液体要被压缩，称为湿压缩。湿蒸汽被吸入气缸后，气缸壁与制冷剂之间进行强烈的热交换，湿蒸汽中的液滴迅速汽化，占据气缸容积，使压缩机吸入的制冷剂量减少，制冷量降低。且液滴进入气缸后很难全部汽化，容易发生压缩液体的液击现象，损坏压缩机。
工作流程： 压缩机吸入蒸发器内产生的低压（低温）制冷剂蒸汽，保持蒸发器内的低压状态，创造了蒸发器内制冷剂液体在低温下沸腾的条件；吸入的蒸汽经过压缩，压力和温度都升高，创造了制冷剂能在常温下液化的条件；高温高压的制冷剂蒸汽排入冷凝器后，压力不变，被冷却介质（水或空气）冷却，放出热量，温度降低，最后凝结成液体从冷凝器排出；高压制冷剂液体经节流阀节流降压，导致部分制冷剂液体汽化，吸收汽化潜热，使其本身的稳定液相应降低，成为低压低温的湿蒸汽，进入蒸发器；蒸发器中，制冷剂液体在压力不变的情况下，吸收被冷却介质的热量而汽化，形成低温低压蒸汽再被压缩机吸走，如此不断循环。
压缩机作用：1.将制冷剂蒸汽从蒸发器中抽出来，使蒸发器维持在低压状态，便于蒸发吸热过程能够连续不断地进行下去；2.通过压缩作用提高制冷剂蒸汽的压力和温度，创造将制冷剂蒸汽的热量向外界环境介质（空气或水）转移的条件。
节流阀将系统高低压部分隔开。
冷凝器将制冷剂从蒸发器吸取的热量及由压缩功转换的热量一起传给冷却介质。
采用节流阀，则循环耗功量就是压缩机的耗功量，所损失的功量都变成了热量被制冷剂吸收，故减少了有效制冷量。故采用节流阀代替膨胀机后，制冷循环的制冷系数会有所降低，其降低的程度称为节流损失。节流损失和节流前后的温差有关，也和制冷剂的性质有关。冷凝温度和蒸发温度温差越大、液体制冷剂比热越大、比潜热越小、冷凝压力越接近其临界压力，节流损失越大。
压焓图作用：简便地确定制冷剂的状态参数，且能直观地表示出循环及过程中参数的变化和能量的变化。
单位质量制冷量简称为单位制冷量
r0为制冷剂在蒸发温度时的汽化潜热；
x5为节流后制冷剂湿蒸汽的干度。
v1为压缩机吸入蒸汽的比容，其大小与制冷剂性质有关，且受蒸发压力的影响很大。一般蒸发温度越低，v1越大，q0越小。
Q0为制冷装置的制冷量（kW）。
由于节流过程中制冷剂对外不做功，故循环单位功即压缩机的单位压缩功。
能效比COP（coefficient of performance，性能系数）
COP：制冷量与输入功率之比 。cop=Q0 / Ne
Ne:轴功率
要进行制冷循环的热力计算，首先需要知道制冷剂在各主要状态点的某些热力状态参数，如比容、比焓等。这些参数值可根据给定的制冷剂种类、工作温度（或压力），在相应的制冷剂热力性质图和表中查找。
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