制冷的基本原理分析

制冷的基本原理分析

制冷原理與設(shè)備是為了適應(yīng)人們希望能人工改變局部環(huán)境溫度的需要而產(chǎn)生和發(fā)展的。日常生活中常說的“冷”或“熱”是人體對溫度高低感覺的反應(yīng)，因此冷和熱是一個相對的概念，制冷中所說的冷和熱，是相對于環(huán)境溫度而言的。概念制冷的基本原理分析概念

所謂制冷，就是把某一物體或空間（包括空間內(nèi)的物體）的溫度，降低到低于環(huán)境介質(zhì)的溫度，并保持這一低溫狀態(tài)的過程。為了達(dá)到這一目的，就應(yīng)采用人工的方法不斷地將該物體或空問的熱量及由外界傳入的熱量，轉(zhuǎn)移到外界環(huán)境中去。這是一個非自發(fā)的過程，需要消耗外界能量進(jìn)行補償。為實現(xiàn)這一過程所需要的設(shè)備稱為制冷機。制冷機中使用的工作介質(zhì)通常稱為制冷劑。制冷的基本原理分析制冷系統(tǒng)的構(gòu)成壓縮機熱交換設(shè)備節(jié)流機構(gòu)管道各種控制閥輔助部件制冷系統(tǒng)的構(gòu)成制冷的基本原理分析工作原理

制冷時，制冷壓縮機將水熱交換器內(nèi)的低壓低溫制冷氣體（R22）吸入氣缸，經(jīng)過壓縮機做功，使之變成壓力和溫度都較高的氣體，進(jìn)入冷凝器內(nèi)，高溫高壓的制冷劑氣體通過冷凝器冷凝變成中溫高壓的液體(把熱量傳給空氣)，中溫高壓的液體再經(jīng)過節(jié)流部件節(jié)流降壓后變?yōu)榈蜏氐蛪旱囊后w進(jìn)入蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器內(nèi)，低壓液體制冷劑汽化，吸收周圍介質(zhì)(水)的熱量，從而使水降溫冷卻，成為所需要的低溫用水。而在熱交換器中汽化后的低溫制冷劑氣體又被壓縮機吸入重新進(jìn)行壓縮，這樣周而復(fù)始不斷循環(huán)，連續(xù)制取冷凍水。制冷的基本原理分析制冷與冷卻是兩個不同的概念冷卻是指熱量從高溫物體傳遞到低溫物體中，由于冷、熱物體間存在溫度差，所以冷卻可以自發(fā)地進(jìn)行，但高溫物體的溫度不可能降到低于環(huán)境介質(zhì)（空氣或水）的溫度。

制冷&冷卻制冷的基本原理分析制冷原理圖解制冷的基本原理分析實際制冷循環(huán)分析制冷的基本原理分析壓縮式制冷系統(tǒng)的心臟主機有用能的輸入制冷劑在系統(tǒng)中的循環(huán)流動整機性能可靠性壽命噪聲1.壓縮機制冷的基本原理分析與冷凝壓力相對應(yīng)的溫度稱為冷凝溫度，冷凝后的高壓液體通過膨脹閥或節(jié)流元件使其壓力從冷凝壓力降低到蒸發(fā)壓力，使部分液體汽化，剩余液體溫度降至相對低溫液體；離開膨脹閥的制冷劑變?yōu)闇囟葹橄鄬Φ蜏氐钠夯旌衔??；旌衔镏械囊后w在蒸發(fā)器中從被冷卻對象中吸收他所需要的蒸發(fā)熱，使被冷卻對象冷卻；混合物中的蒸汽通常稱為閃發(fā)蒸汽，不起吸熱作用。在整個循環(huán)過程中，壓縮機起著壓縮和輸送制冷劑蒸汽和造成蒸發(fā)器中低壓的作用，推動系統(tǒng)循環(huán)，是整個系統(tǒng)的心臟；節(jié)流閥對制冷劑起著節(jié)流降壓的作用，并用作調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量；蒸發(fā)器是輸出冷量的設(shè)備，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻對象的熱量，達(dá)到制冷的目的；冷凝器是輸出熱量的設(shè)備，制冷劑從蒸發(fā)器中吸收的熱量連同壓縮機消耗的功所轉(zhuǎn)化的熱量在冷凝器中一起被冷卻介質(zhì)帶走。制冷的基本原理分析蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)根據(jù)熱力學(xué)第二定律，壓縮機消耗的功起了補償作用，使制冷劑不斷從低溫?zé)嵩次崃?，并不斷向高溫?zé)嵩捶懦鰺崃浚瑥亩瓿烧麄€制冷循環(huán)。

制冷的基本原理分析活塞式壓縮機

機體（曲軸箱）氣缸活塞吸、排氣閥曲軸連桿機構(gòu)組成制冷的基本原理分析活塞式壓縮機有以下特點：①作往復(fù)運動，轉(zhuǎn)速不宜太高②氣缸工作腔有余隙容積③氣缸工作腔必須設(shè)置吸、排氣閥，使吸、排氣過程產(chǎn)生阻力損失④結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件多。⑤往復(fù)式壓縮機不允許吸氣帶液制冷的基本原理分析2.熱交換設(shè)備

制冷系統(tǒng)的熱交換設(shè)備主要是冷凝器和蒸發(fā)器，它們是制冷劑與外部熱源介質(zhì)之間發(fā)生熱交換的設(shè)備

制冷的基本原理分析1）冷凝器

用冷凝器將制冷劑從低溫?zé)嵩次盏臒崃考皦嚎s后增加的熱焓排放到高溫?zé)嵩?。冷凝器按冷卻方式空氣冷卻式冷凝器中根據(jù)管外空氣流動方式空氣冷卻式水冷式蒸發(fā)冷卻式自然對流空氣冷卻式冷凝器強制對流空氣冷卻式冷凝器制冷的基本原理分析自然對流空氣冷卻式冷凝器1-肋片2-傳熱管3-上封板4-左端板5-進(jìn)氣集管6-彎頭7-出液集管8-下封板9-前封板10-通風(fēng)機11-裝配螺釘空氣強制對流冷凝器制冷的基本原理分析氨臥式殼管式冷凝器氟利昂套管式冷凝器制冷的基本原理分析2）蒸發(fā)器

蒸發(fā)器是制冷機中的冷量輸出設(shè)備。制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，吸收低溫?zé)嵩唇橘|(zhì)（水或空氣）的熱量，達(dá)到制冷的目的。

制冷的基本原理分析冷卻空氣的蒸發(fā)器空氣自然對流時多采用光盤管結(jié)構(gòu)空氣強制對流時采用翅片管結(jié)構(gòu)殼管式板式沉沒式

冷卻液體（水或其它液體載冷劑）的蒸發(fā)器制冷的基本原理分析臥式滿液式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)干式殼管蒸發(fā)器制冷的基本原理分析

板式換熱器由一組波紋板片，橡膠密封墊和一副金屬框架組成。板片之間構(gòu)成流道并由密封墊密封。冷熱流體在密封墊的引導(dǎo)下分別交替地流過各自的流道并通過板片傳遞熱量

板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點制冷的基本原理分析空氣強制對流的蒸發(fā)器及其肋片管型式a)蒸發(fā)器b)繞片管c)套片管1-傳熱管2-肋片3-擋板4-通風(fēng)機5-集氣管6-分液器

制冷的基本原理分析3.節(jié)流機構(gòu)

節(jié)流機構(gòu)是實現(xiàn)制冷循環(huán)系統(tǒng)必須的四個基本組成部件之一，安裝在冷凝器與蒸發(fā)器之間。作用為：對制冷劑的流動起調(diào)節(jié)作用，使來自冷凝器的高壓液態(tài)制冷劑壓力降低控制進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑質(zhì)流率制冷的基本原理分析1）毛細(xì)管

毛細(xì)管用在小型而且不需要精確調(diào)節(jié)流量的制冷裝置。家用冰箱冷柜房間空調(diào)器

簡單便宜便于大批量生產(chǎn)應(yīng)用特點制冷的基本原理分析2）手動膨脹閥

通常與其它控制元件配合使用，一般只在短時期內(nèi)使用，例如在冷凍初期輔助送液，或者在自動膨脹閥出故障時作為旁路備用閥。

3）定壓膨脹閥

從保持蒸發(fā)壓力恒定為目的，自動調(diào)節(jié)蒸發(fā)器供液量。其結(jié)構(gòu)原理是：由設(shè)定彈簧力和蒸發(fā)壓力產(chǎn)生的流體壓力之差提供閥打開方向的驅(qū)動力。當(dāng)蒸發(fā)壓力降低時，閥開大，供液量增多，以補償蒸發(fā)壓力的下降；當(dāng)蒸發(fā)壓力升高時，閥關(guān)小，供液量減少，抑制蒸發(fā)壓力上升。制冷的基本原理分析制冷劑和載冷劑一、制冷劑的選用原則

只有在工作溫度范圍內(nèi)能夠汽化和凝結(jié)的物質(zhì)才有可能作為制冷劑使用。制冷的基本原理分析1.制冷劑熱力學(xué)性質(zhì)

(1)工作溫度范圍內(nèi)有合適的壓力和壓力比。(2)單位制冷量q0和單位容積制冷量qv較大。(3)比功w和單位容積壓縮功wv小，循環(huán)效率高。蒸發(fā)壓力≧大氣壓力冷凝壓力不要過高冷凝壓力與蒸發(fā)壓力之比不宜過大(4)等熵壓縮終了溫度t2不能太高，以免潤滑條件惡化或制冷劑自身在高溫下分解。制冷的基本原理分析2.物理化學(xué)性質(zhì)方面

(3)無毒、不燃燒、不爆炸、使用安全。(4)化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好。(5)對大氣環(huán)境無破壞作用。

原料來源充足，制造工藝簡單，價格便宜。(1)粘度、密度盡量小。

(2)

導(dǎo)熱系數(shù)大，可提高傳熱系數(shù)，減少傳熱面積。制冷的基本原理分析二、制冷劑制冷劑按其化學(xué)組成主要有三類

無機物氟里昂碳?xì)浠衔镏评涞幕驹矸治鲎帜浮癛”和它后面的一組數(shù)字或字母表示制冷劑根據(jù)制冷劑分子組成按一定規(guī)則編寫1.無機化合物

2.氟里昂和烷烴(wántīng)類簡寫符號規(guī)定為R7()()括號中填入的數(shù)字是該無機物分子量的整數(shù)部分.簡寫符號規(guī)定為R(m-1)(n+1)(x)B(z)

數(shù)值為零時省略不寫，同分異構(gòu)體則在其最后加小寫英文字母以示區(qū)別。編寫規(guī)則制冷劑的簡寫符號制冷的基本原理分析三、制冷劑的物理化學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用1.安全性(1)毒性

雖然一些氟里昂制冷劑其毒性都較低，但在高溫或火焰作用下會分解出極毒的光氣。制冷的基本原理分析(2)燃燒性和爆炸性在空氣中發(fā)生燃燒或爆炸的體積百分比范圍。這一范圍的下限值越小，表示越易燃；下限值相同，則范圍越寬越易燃。2.熱穩(wěn)定性制冷劑在正常運轉(zhuǎn)條件下不發(fā)生裂解。在溫度較高又有油、鋼鐵、銅存在長時間使用會發(fā)生變質(zhì)甚至熱解。爆炸極限制冷的基本原理分析“冰堵現(xiàn)象”

當(dāng)溫度降到0℃以下時，水結(jié)成冰而堵塞節(jié)流閥或毛細(xì)管的通道形成“冰堵”，致使制冷機不能正常工作。泄漏性氨有強烈臭氣，靠嗅覺易判是否泄漏。易溶于水，故不用肥皂水檢漏，用酚酞試劑和試紙檢漏氟利昂無色無臭，鹵素噴燈和電子檢漏儀檢漏制冷的基本原理分析四、載冷劑當(dāng)蒸發(fā)器距離被冷卻對象較遠(yuǎn)，或在氨制冷系統(tǒng)中為了避免制冷劑對被冷卻對象造成污染，可利用載冷劑來傳遞冷量。載冷劑先在蒸發(fā)器中與制冷劑發(fā)生熱量交換獲得冷量，將獲得的冷量貯存于冷媒罐中，用泵輸送到需要冷量的地方，對被冷卻對象進(jìn)行冷卻，這種冷卻方式稱為間接蒸發(fā)式冷卻。在葡萄酒生產(chǎn)中，大多采用這種供冷方式。采用載冷劑供冷的優(yōu)點在于可將制冷劑的使用限制在一個較小的系統(tǒng)范圍內(nèi)，減少制冷機房中管道和接頭，減少泄漏的可能性。采用載冷劑供冷易于解決冷量的控制和分配問題，對于容量大、集中供冷的制冷裝置，都采用載冷劑供冷。制冷的基本原理分析用作載冷劑的液體要求在使用溫度下保持液態(tài)，凝固溫度應(yīng)低于制冷劑的蒸發(fā)溫度，沸點越高越好；載冷劑的化學(xué)穩(wěn)定性要好，不分解、不揮發(fā)、不腐蝕設(shè)備；無毒，對人體無害；比熱大，載冷量大；黏度小，流動性好，傳熱性好。常用的載冷劑有水、無機鹽水溶液及有機物水溶液。葡萄酒生產(chǎn)中主要是水及有機溶液。制冷的基本原理分析（1）水水是一種很好的載冷劑。水的冰點高，只能用于載冷溫度在0℃以上的場合，如空氣調(diào)節(jié)等。在葡萄酒生產(chǎn)中，可用作發(fā)酵冷卻系統(tǒng)的載冷劑。制冷的基本原理分析（2）無機鹽水溶液

無機鹽水溶液具有較大的比重和比熱，載冷量大，凝固點較低，是一種應(yīng)用較廣的載冷劑，多用于中低溫制冷系統(tǒng)。常用的有氯化鈣、氯化鈉、氯化鎂的水溶液。無機鹽水溶液中含有氯離子，對金屬具有較強的腐蝕性。奧氏不銹鋼對氯離子非常敏感，當(dāng)氯離子含量高時會引起應(yīng)力腐蝕。在葡萄酒生產(chǎn)中，各種釀造容器、工藝管道及換熱裝置用奧氏體不銹鋼制造，供冷系統(tǒng)中不宜用無機鹽水溶液作載冷劑。制冷的基本原理分析（3）有機物水溶液常用的有機物水溶液有甲醇水溶液、乙醇水溶液、乙二醇水溶液等，它們都可用作葡萄酒生產(chǎn)中的載冷劑。甲醇和乙醇具有燃燒性，使用時應(yīng)采取防火措施。由于乙二醇的比重和比熱大，載冷量大，無燃燒性及腐蝕性，使用安全，應(yīng)用普遍。制冷的基本原理分析

沸點-33.3℃，凝固點-77.9℃

單位容積制冷量大粘性小，傳熱性好，流動阻力小毒性較大，有一定的可燃性氨蒸氣無色，具有強烈的刺激性臭味氨液飛濺到皮膚上會引起腫脹甚至凍傷氨系統(tǒng)中有水分會加劇對金屬腐蝕，同時減小制冷量。以任意比與水互溶但在礦物潤滑油中的溶解度很小，系統(tǒng)中氨分離的游離氫積累至一定程度遇空氣可能爆炸氨液比重比礦物潤滑油小，油沉積下部需定期放出在氨制冷機中不用銅和銅合金材料(磷青銅除外)

五、常用制冷劑1.無機物氨制冷的基本原理分析R22(CHF2Cl1)性能與氨接近，蒸發(fā)溫度－40.8℃，與油有限溶解，排氣溫度低于氨，常用于空氣調(diào)節(jié)、冷藏系統(tǒng)R134a（CH2FCF3）四氟乙烷。是R12的替代物。（東京會議提出由于其GWP較高，也不是十分理想的替代物）其物性與R12相近，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度－26.2℃但是單位容積制冷量下降，并且容易產(chǎn)生鍍銅現(xiàn)象，R134a與礦物油不相溶，多使用多元烷基醇類PAG和多元醇酯類POE的合成潤滑油。2.氟利昂制冷的基本原理分析氟利昂FreonR22屬HCFC類制冷劑，用于家用、商用空調(diào)系統(tǒng)，以及中、低溫商用冷藏設(shè)備，包括：食品加工設(shè)備、超市展示柜、食品生產(chǎn)和貯藏設(shè)備，以及冷藏運輸系統(tǒng)。它還可以作為擠出型聚苯乙烯和聚氨酯發(fā)泡劑。在常溫常壓下為無色氣體，在高壓下為無色透明液體，無毒不燃，具有良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，不腐蝕金屬。R134a作為R12的替代工質(zhì)，主要用在汽車空調(diào)、家用電器、小型固定制冷設(shè)備、超級市場的中溫制冷、工商業(yè)的制冷機。它是HFC型制冷劑，不但有很好的制冷性能和環(huán)保性能，并且無毒性，不易然。R134a可用在許多領(lǐng)域,制冷、聚合物發(fā)泡和氣霧劑產(chǎn)品。但為使R134a在這些領(lǐng)域達(dá)到最佳性能，有時需要設(shè)備設(shè)計改變。R123的ODP=0.02，GWP=93，是一種替代R11的HCFC型制冷劑；它的熱物性和不可燃性，使之在大型商用空調(diào)（離心式壓縮機）中成為替代R11的有效的和安全的制冷劑。制冷的基本原理分析組成：HFC-32/HFC-125=50/50HFC型制冷劑R410A主要應(yīng)用于家用空調(diào)和小型單元式空調(diào)中，替代R22。因為與R22相比，R410