制冷制热联合实验讲解

制冷制热联合实验
一、实验目的
1．熟悉蒸汽压缩式制冷系统的组成和原理.
2．熟悉蒸汽压缩式制冷设备中四大部件的外形，在制冷系统中的作用，结构与工作原理.
3，比较空调器制冷系统和电冰箱制冷系统的差异. 4．学会在制冷剂R22的p-h 图上画出制冷的实际热力过程. 5．比较制冷的实际过程与理想过程的差别.
6．观察温控仪、热电偶及巡检显示仪、压力表、干湿球温度计等仪器仪表的外形和工作原理，使用、安装方法。

二．实验原理:
蒸汽压缩式制冷是使用最广的一种制冷方式．它通过压缩工质的蒸汽并冷却为高压蒸汽，再通过节流—膨胀产生低温冷却效应的一种技术．其理论依据为卡诺循环的逆循环．蒸汽压缩式制冷循环在其工质的压力—比焓图（p-h 图）上的循环过
程如右图3.8.1所示． 图3.8.1 蒸汽压缩式制冷循环的p-h 图
外界输入的能量，使工质通过热力状态的变化，持续在高温热源放热、在低温热源吸热．从而达到对低温热源制冷或对高温热源制热(热泵)的目的．
空调制冷及制热过程如图3.8.2如示，它由压缩机、四通换向阀、室内换热器、毛细管、室外换热器以及辅助设备(如截止阀，视液镜，干燥过滤器等)组成．其工作过程如下：在制冷时，制冷剂首先在压缩机中被压缩为高温高压气体，经四通换向阀进入室外换热器（冷凝器）、在冷凝器中，气体等压冷却（实际过程会有压降）向环境散热．由于冷凝压力对应的冷凝温度高于环境温度，在此过程中，高温高压气体在冷凝器后段变为液态．而后分别经过截止阀、视液镜、干燥过滤器进入毛细管．在毛细管中，高压的液态制冷剂被截流为低温低
压的液态．再内换热器（蒸发器），制冷剂在蒸发器
T1:压缩机排气温度 T2:冷凝器温度(制冷)/蒸发器温度(制热) T3:过冷温度(制冷) T4:过冷温度(制热) T5: 蒸发器温度(制冷)/ 冷凝器温度(制热) T6:过热温度(制冷)T7:压缩机吸气温度 T8:室内温度 T9:过热温度(制热)
图3.8.2：空调制冷制热实验原理图
图3.8.3 冰箱制冷原理图
的低压环境中吸收了被冷却对象的热量而不断蒸发，蒸发的气体受到压缩机入口的端的不断抽吸而使得蒸发器中的蒸发得以持续进行．这样，制冷剂在由压缩机和毛细管共同维持的位于高温热源端的高压测、位于低温热源端的低压测完成不断从低温热源吸热、在高温热热源放热的循环，而在低温热源端形成低温．制冷剂流向如图中实心前头所示．在制热时，室内换热器作为冷凝器，室外换热器作为蒸发器．其原理与制冷时相同，而不同只是在制热循环使高温热源端维持高温，环境作为低温热源．制冷剂流程如图二中空心箭头所示．
冰箱制冷过程与空调制冷过程类似，原理相同．其原理图如图3.8.3所示.
三．实验装置:
实验所用设备为“制冷制热联合实验台”，分为空调、冰箱两部分.实验台的外形如图3.8.4和图3.8.5所示.实验设备的左半部分为图3.8.4所示的空调热泵实验装置(即模拟空调部分)，右半部分为模拟冰箱（见图3.8.5）．
空调热泵实验装置又分为上下两个部分．上部是模拟空调器的室内部分，里面有翅片式蒸发器（冷凝器）、阀门、风机、温度控制器、遥控接收器等部件．下部为模拟空调器的室外部分，包括压缩机、四通换向阀、截止阀门、视液镜、干燥过滤器、毛细管及强制换热的翅片式冷凝器（蒸发器）等部件．
操作面板上有高压和低压压力表、电流表、电压表、温度巡检仪、手动／遥控切换开关、制冷／制热切换开关和总电源开关等部件．
模拟冰箱部分如图3.8.5所示，上部为冷冻室，内有蛇管式蒸发器．下部有压缩机、截止阀门，视液镜，干燥过滤器，毛细管，温度控制器等部件．而冷凝器则位于设备后部．操作面板与左半部分的操作面板相同．
四．实验步骤
<一> 空调制冷操作
请仔细阅读“注意事项”．
1．开机前应检查电缆联接是否正常，高压和低压示值是否正常（即高低压力应相等，一般示值在0.8MPa）；
2．将切换开关①②（图3.8.4）分别开至：遥控、制冷，用遥控器打开室内换热器的风机（具体方法为将遥控器设置为制冷、30度、摇控开机，此时只有室内换热器的风机被启动，而制冷系统不会开启）；
3．打开总电源开关，将手动／遥控切换开关②开至“手动”状态以启动设备；
4．机器开始运转后，请注意电流表的示值，一般不超过3.5A．这时在压缩机的作用下高压压力开始升高，低压压力下降；
5．将温度巡检仪切换到“室内温度”，注意其示值的变化．同时对照原理图分析设备管路所处的状态，例如毛细管后为低压段，低压段产生的低温会使铜管表面结霜；
6．当室内温度下降至一个稳定值时开始记录各表的示值．首先按照数据记录栏内的顺序依次读取各项数据并记录在“顺检数据”一行，当记录到最后一项“出口温度”后立即从表格的最后一项开始逆向检测一遍，并记录各数据填入“逆检数据”一栏．需要逆检是因为循环总是处于动态的，而温度巡检仪的测量不是在同一时刻测量所有温度，而是存在时间差，导致测量到的多个温度实际不处于同一个循环状态，用顺检数据和逆检数据求得的均值作为终值实际上就是线性插值法的一个应用．
7．记录数据完毕后即可关机．关机等待至少五分钟后方能开始制热实验．
①手动遥控切换开关②制冷制热切换开关③压缩机出口、排气温度测点④压缩机入温度、吸气温度测点⑤室外换热器温度测点⑥过热温度测点（制冷时）／过冷温度测点（制热时）⑦室外温度测点⑧过冷温度测点（制冷时）⑨过冷温度测点（制热时）
图3.8.4 模拟空调制冷制热实验注解图
○1压缩机出口、排气温度测点②冷凝器温度测点③过冷温测点④蒸发器温度测点
⑤室内温度测点⑥过热温度测点⑦压缩机入口温度测点
图3.8.5 模拟空调制冷实验注解图
<二> 空调制热操作
1．将切换开关①②（图3.8.4）分别开至：遥控、制热；
2．在遥控状态下用遥控器打开室内换热器内的风机；
3．将手动／遥控切换开关②开至“手动”状态即启动设备；
4．机器开始运转后，请注意电流表的示值，一般不超过3A．这时在压缩机的作用下高压压力开始升高，低压压力下降；
5．将温度巡检仪切换到“室内温度”，注意其示值的变化．同时对照原理图分析设备管路所处的状态，此时毛细管可能结霜的部位正好和制冷时相反．
6．当室内温度下降至一个稳定值时开始记录各表的示值（如30０C）．同制冷时一样，用同样的方法记录顺检数据和逆检数据．
7．记录数据完毕后即可关机．
<三> 冰箱制冷操作
1．开机前应检查电缆联接是否正常，高压和低压示值是否平衡.
2．注意观察温度巡检仪上各温度测点对应的测头位置，如过热温度、过冷温度、压缩机出口温度、压缩机入口温度；
3．将空调“手动、遥控”开关开至“手动”状态，打开“总电源”开关.
4．开启“冰箱开关”,此时压缩机随之启动．同时注意压缩机电流示数应该在五秒内回落至1A以内．如有异常应立即关机，等故障排除后再行开机.
5．将温度巡检仪切换到冷冻室温度，注意其示值的变化.
6．在确定冷冻室温度逐步下降的同时,可将温度显示器切换开关切换至其它测点,观察示值及其变化趋势,分析该测点在制冷循环中所处的状态.
7．在冷冻室温度达到稳定时,请分别记录：高压压力P1、低压压力P2、蒸发器温度、冷凝器温度、过热温度、过冷温度、及压缩机吸气、排气温度的顺检数据和逆检数据．8．记录完毕后即可关机.
五．实验数据记录及处理:
1．模拟空调制冷：
实验起始时间：结束时间：
表3.8.1
2．模拟冰箱制冷
实验起始时间：结束时间：
表3.8.2
注：从实验台上直接得出的压力为表压，而在下文的计算中应该使用绝对压力。

大气压力取0.1MPa 。

1点绝对压力P 1＝P2+0.1MPa ； 1点温度t 1=T7； 2点绝对压力P 2＝P1+0.1MPa ； 2点温度t 2=T1； 3点温度t 3=T4；
用模拟冰箱制冷实验中得出的数据，在R22的压力－比焓图上作出循环的过程曲线：吸气温度等温线和低压等压线的交点即为下图中的1点，而高压等压线和排气温度等温线的交点则为2点，过冷温度等温线和高压等等压线（此处的高压压力为冷凝器出口压力，考虑到冷凝器中存在压降，此处压力可为P 3＝P 2-0.05MPa ）的交点为3点，从3点等焓到低压等压线（同样应该考虑到蒸发器中存在的压降，P 4＝P 1+0.02MPa ）。

（下标以图六为上的四点为依据）。

根据得出的热力循环曲线（如图六所示），分别在图上读出以下参数：h 1，v 1 ，h 3，h 4，p 0，p k ，h 2，t 2，以下式计算各项指标 1）单位质量制冷量
410h h q -==
2）单位容积制冷量
1
υq q v =
=
理论比功
120h h w -==
制冷系数
图六：模拟空调制冷循环曲线
0v q =
ε= 冷凝器单位热负荷
32h h q k -==
表3.8.4 模拟空调制冷
1）单位质量制冷量
410h h q -==
2）单位容积制冷量
1
υq q v =
=
理论比功
120h h w -==
制冷系数
0v q =
ε= 冷凝器单位热负荷
32h h q k -==
六．注意事项:
1．设备上的红色阀门为非常状态下之用,一为拆装机时使用,一为加制冷剂时使用.在实验过程中请勿触动.
2．请注意观察温度巡检仪上各温度选项对应的测头位置，在实验中能迅速将其一一对应．
3．两次关、开机时间间隔原则上应该大于5分钟.否则可能会出现因压缩机开启时冲击负荷较大而导致的设备损坏现象.
4．听从实验指导老师的安排,不要在指导老师不知情的情况下动用其它实验设备.随时注意人身安全.
5．温度显示器读数时注意切换后等待三秒以上再读数，否则会因温度巡检仪未达到平衡状态而使读数产生粗大误差．
七．实验讨论
1．实际的蒸气压缩式制冷循环与理想过程主要差别表现在哪些方面？
2．在一定温度下，随着被冷却液温度的降低，预计制冷机的制冷量和制冷系数是增加还是降低？为什么？。