制冷技术基础知识1解读

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1、一.制冷的基本概念 v 冷和热是相比较而存在的， 在制冷技术中所说的冷是相对 于环境温度而言的。制冷就是 使某一空间或某物体达到低于 周围环境介质的温度，并维持 这个低温过程。所谓环境介质 就是指自然界的空气和水。 实现制冷的途径分两种 v1.天然冷源：是自然界存在的冷源（ 冰、雪、地下水等），都可作为冷源 ，用于食品的冷藏和防暑降温。天然 冷源具有价廉、储量大的特点，在使 用中不需要复杂的技术和设备。但是 天然冷源的利用受时间、地点及运输 等条件的限制，而且不易控制和调节 。 2.人工冷源：是利用制冷机进行冷量 的生产，即利用人工的方法实现制冷 ，且可以根据不同的要求获得不同的 低温。按照制

2、冷所达到的低温范围， 制冷可分为：普通制冷（高于 120）深度制冷（120至253 ）低温制冷（253以下）三类。 人工制冷的方法主要有三种：1.液体 汽化制冷2.气体膨胀制冷3.热电制冷 。 二.物质与物态的变化 v具有一定质量及占有空间的任何物体称 为物质，自然界一切物质都是由大量分 子组成，组成物质的分子间有一定的距 离，分子间存在着相互作用力，同时分 子又处在永不停息的无规则运动中，这 种运动称之为热运动。由于分子间的作 用力及其热运动等原因，使物质在常态 下呈现固态、液态和气态三中相态。 同种物质在不同的条件下，由于分子间 作用力和分子热运动的结果也会以不同 的状态存在。当物质在吸热

3、或放热时， 除了温度在变化以外，还有状态的变化 ， 制冷技术 1 制冷基本原理 v制冷的方法有液体汽化制冷、汽体膨胀制冷、涡流管制 冷及电热制冷等，其中液体汽化制冷应用最广。 v一、制冷基本原理 v液体汽化制冷是利用液体汽化时的吸热、冷凝时的放热 效应来实现制冷的。液体汽化形成蒸汽。当液体（制冷 工质）处在密闭的容器中时，此容器中除了液体及液体 本身所产生的蒸汽外，不存在其他任何气体，液体和蒸 汽将在某一压力下达到平衡，此时的汽体称为饱和蒸汽 ，压力称为饱和压力，温度称为饱和温度。平衡时液体 不再汽化，这时如果将一部分蒸汽从容器中抽走，液体 必然要继续汽化产生一部分蒸汽来维持这一平衡。 v液体

4、汽化时要吸收热量，此热量称为汽化潜热。汽化潜 热来自被冷却对象，使被冷却对象变冷。为了使这一过 程连续进行，就必须从容器中不断地抽走蒸汽，并使其 凝结成液体后再回到容器中去。从容器中抽出的蒸汽如 直接冷凝成蒸汽，则所需冷却介质的温度比液体的蒸发 温度还要低，我们希望蒸汽的冷凝是在常温下进行，因 此需要将蒸汽的压力提高到常温下的饱和压力。 v制冷工质将在低温、低压下蒸发，产生冷效应；并在常 温、高压下冷凝，向周围环境或冷却介质放出热量。蒸 汽在常温、高压下冷凝后变为高压液体，还需要将其压 力降低到蒸发压力后才能进入容器。 v液体汽化制冷循环是由工质汽化、蒸汽升压、高压蒸汽 冷凝、高压液体降压四个

5、过程组成。 压焓图为一热力状态图。图中纵坐标表示 绝对压力的对数lgp，横坐标表示焓值h。 压焓图 二、压焓图 v图中临界点k左边的粗实线为饱 和液体线，线上的任何一点代表 一个饱和液体状态，干度x=0； v右边的粗实线为干饱和蒸汽线， 线上任何一点代表一个饱和蒸汽 状态，干度x=1。 这两条曲线将图形分为三个区域：饱和液体线的左边 是过冷液体区，该区域的液体称为过冷液体，过冷液 体的温度低于同一压力下饱和液体的温度；干饱和线 的右边是过热蒸汽区，该区域内的蒸汽称为过热蒸汽 ，过热蒸汽的温度高于同一压力下饱和蒸汽的温度； 两条线之间的区域为两相区，制冷剂在该区域处于汽 、液混合状态（湿蒸汽状态

6、）。 v图中共有六种等参数线簇： v等压线p水平线； v等焓线h铅垂线； v等温线t液态区几乎为铅垂线。 两相区内由于制冷剂的状态变化是 在等压等温下进行，与等压线重合 ，为水平线。过热蒸汽区为向右下 方弯曲的倾斜线； v等熵线s向右上方倾斜的实线； v等容线v向右上方倾斜的虚线， 但比等熵线平坦 v等干度线x只存在于湿蒸汽区域 内，其方向大致与饱和液体线或饱 和蒸汽线相近，视干度大小而定。 v对于理论循环，离开蒸发器、进入压缩机的制冷剂蒸 汽是处于蒸发压力下的饱和蒸汽；离开冷凝器和进入 膨胀阀的液体是冷凝压力下的饱和液体； v等熵过程：制冷剂在压缩机中压缩是等熵过程； v等压过程：制冷剂在冷

7、却及冷凝过程为等压过程 v等焓过程：制冷剂通过膨胀阀节流时，节流前后焓值 相等： v等温过程：制冷剂在蒸发器和冷凝器中没压力损失。 v点2表示表示制冷剂出压缩机、进 入冷凝器时的状态。过程线1-2表 示制冷剂蒸汽在压缩机中的等熵压 缩过程（s1=s2），压力由蒸发压 力p0压缩到冷凝压力pk。等熵线与 于压力为冷凝压力pk等压线的交点 为2点。压缩过程中外界对制冷剂 作功，使制冷剂温度增加，2点处 于过热蒸汽状态。 v点1表示制冷剂出蒸发器、进入压缩机时的状态。对 应于蒸发温度t0的饱和蒸汽。根据压力和饱和温度的关 系，该点应处于与蒸发压力p0相对应的等压线与饱和 蒸汽线（x=1）的交点上。

8、点3表示制冷剂出冷凝器、进膨胀阀的状态，位于与 冷凝温度tk相对应的饱和液体线上。 v过程2-2-3表示制冷剂蒸汽在冷凝器 中冷却（2-2）和冷凝（2-3）的过程 。由于这个过程是在冷凝压力pk不变 的情况下进行的，为等压过程。进入 冷凝器的过热蒸汽首先将一部分热量 放给外界冷却介质，在等压下变成饱 和蒸汽（点2），然后再在等压、等 温下继续放出热量，直至最后冷凝成 饱和液体（点3）。压力为pk的等压 线与干度x=0的饱和液体线的交点即 为点3的状态。 点4表示制冷剂出节流阀、进蒸发器的状态。过程线3-4 表示制冷剂通过节流阀的节流过程。在这一过程中，制 冷剂的压力由冷凝压力pk降低到蒸发压力

9、p0，温度由冷 凝温度tk降低到蒸发温度t0，并进入两相区。由于节流 前后制冷剂的焓值不变，过程3-4为等焓过程。 v由点3作等焓线与等压线p0的交 点即为点4的状态，由于节流过 程是不可逆的，所以用一虚线表 示。 v过程4-1表示制冷剂在蒸发器中的 汽化过程。这一过程是在等温、 等压（温度为t0、压力为p0）下 进行的，液体制冷剂吸收被冷却 对象的热量而不断汽化，其状态 沿等压线p0向干度增大的方向变 化，直到全部变为饱和蒸汽为止 。制冷剂的状态又变回到进入压 缩机前的状态点1，完成了一个完 整的循环。 2 蒸气压缩式制冷系统的构成 压缩机 热交换设备 节流机构 管道 各种控制阀 辅助部件

10、蒸气压缩式制 冷系统的构成 v单级蒸汽压缩式制冷系统由压缩机 、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成， 用管道连接成一封闭系统， 制冷剂在系统中循环流动。 v制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象 的热量并沸腾汽化成蒸汽，与之相 对应的压力P0称为蒸发压力，温度 t0称为蒸发温度；压缩机不断地抽 吸蒸发器中产生的蒸汽并将其压缩 到冷凝压力Pk，然后送往冷凝器， 蒸汽压缩式制冷系统图在冷凝压力 下冷凝成液体，并将放出的热量传 给了冷却介质（水或空气）。 一、蒸气压缩式制冷系统的组成 压缩式制冷系统的心脏主机 有用能的输入 制冷剂在系统中的循环流动 1.压缩机 压缩机的功率和效率 v压缩机的指示功率和指示效率 ：由

11、于压缩机的实际 过程和理论过程之间有偏差，实际压缩过程中气缸 内所消耗的功率Pi（称为指示功率）比绝热压缩所 需之功率Pa要大，两者之间的关系可用指示效率i （又称绝热效率）来表示，即： 轴功率、摩擦功率与机械效率 由原动机传到压缩机曲轴上的功率称为轴功率 轴功率一部分用于克服曲柄连杆等运动机构摩擦阻力， 这部分功率称为摩擦功率 轴功率的一部分直接用于压缩气体，称为指示功率 机械效率：（32） 压缩机的摩擦功率可分为两部分，即往复运动摩擦功率(活塞、活塞环与气 缸间)和回转运动摩擦功率，前者约占7080，后者约占2030。 摩擦功率与压缩机的结构有关，也与润滑油温度及转速有关。 制冷压缩机的指

12、示效率与机械效率的乘积称为压缩机的总效率，即 制冷压缩机的总效率 约等于0.650.72。 v与冷凝压力相对应的温度tk称为冷凝温度，tk一定要 高于冷却介质的温度；冷凝后的高压液体通过膨胀阀 或节流元件使其压力从冷凝压力pk降低到蒸发压力p0 ，使部分液体汽化，剩余液体温度降至t0；离开膨胀 阀的制冷剂变为温度为t0的汽液混合物。混合物中的 液体在蒸发器中从被冷却对象中吸收他所需要的蒸发 热，使被冷却对象冷却；混合物中的蒸汽通常称为闪 发蒸汽，不起吸热作用。在整个循环过程中，压缩机 起着压缩和输送制冷剂蒸汽和造成蒸发器中低压的作 用，推动系统循环，是整个系统的心脏；节流阀对制 冷剂起着节流降

13、压的作用，并用作调节进入蒸发器的 制冷剂流量；蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸 发器中吸收被冷却对象的热量，达到制冷的目的；冷 凝器是输出热量的设备，制冷剂从蒸发器中吸收的热 量连同压缩机消耗的功所转化的热量在冷凝器中一起 被冷却介质带走。 蒸汽压缩式制冷系统根据热力学第二定律，压 缩机消耗的功起了补偿作用，使制冷剂不断从 低温热源吸取热量，并不断向高温热源放出热 量，从而完成整个制冷循环。 活塞压缩机的构成 活塞式压缩机 机体（曲轴箱） 气缸 活塞 吸、排气阀 曲轴连杆机构 组成 活塞式压缩机有以下特点： 作往复运动，转速不宜太高 气缸工作腔有余隙容积 气缸工作腔必须设置吸、排气阀 ，使吸

14、、排气过程产生阻力损失 结构复杂，零部件多。 往复式压缩机不允许吸气带液 2.热交换设备 制冷系统的热交换设备主要是冷凝器和蒸发器 ，它们是制冷剂与外部热源介质之间发生热交换的 设备 1） 冷凝器 用冷凝器将制冷剂从低温热源吸收的热量 及压缩后增加的热焓排放到高温热源。 冷凝器按冷却方式 空气冷却式冷凝器中 根据管外空气流动方式 空气冷却式 水冷式 蒸发冷却式 自然对流空气冷 却式冷凝器 强制对流空气冷 却式冷凝器 自然对流空气冷却式冷凝器 1-肋片 2-传热管 3-上封板 4-左端板 5-进气集管 6-弯头 7-出液集管 8-下封板 9-前封板 10-通风机 11-装配螺钉 空气强制对流冷凝

15、器 氨卧式壳管式冷凝器 氟利昂套管式冷凝器 2）蒸发器 蒸发器是制冷机中的冷量输出设备。 制冷剂在蒸发器中蒸发，吸收低温热源介 质（水或空气）的热量，达到制冷的目的 。 冷却空气的蒸发器 空气自然对流时 多采用光盘管结构 空气强制对流时 采用翅片管结构 壳管式 沉没式 冷却液体（水或其它液 体载冷剂）的蒸发器 卧式满液式蒸发器结构 干式壳管蒸发器 空气强制对流的蒸发器及其肋片管型式 a) 蒸发器 b) 绕片管 c) 套片管 1-传热管 2-肋片 3-挡板 4-通风机 5-集气管 6-分液器 3.节流机构 节流机构是实现制冷循环系统必须 的四个基本组成部件之一，安装在冷凝 器与蒸发器之间。作用为

16、： 对制冷剂的流动起调节作用，使来自冷凝 器的高压液态制冷剂压力降低 控制进入蒸发器的制冷剂质流率 1） 毛细管 毛细管用在小型而且不需要精确调节 流量的制冷装置。 家用冰箱 冷柜 房间空调器 简单 便宜 便于大批量生产 应用 特点 2） 手动膨胀阀 通常与其它控制元件配合使用，一般只在 短时期内使用，例如在冷冻初期辅助送液，或 者在自动膨胀阀出故障时作为旁路备用阀。 3） 定压膨胀阀 从保持蒸发压力恒定为目的，自动调节蒸发器 供液量。其结构原理是：由设定弹簧力和蒸发压力 产生的流体压力之差提供阀打开方向的驱动力。当 蒸发压力降低时，阀开大，供液量增多，以补偿蒸 发压力的下降；当蒸发压力升高时，阀关小，供液 量减少，抑制蒸发压力上升。 4） 浮球阀 用液位控制供液量。以浮球杠杆机构产 生阀动作的驱动力。根据制冷机的情况，又分 两种。对于制冷剂液体主要在高压侧（冷凝器 或高压贮液器）的制冷机，采用高压浮球阀。 它的浮球感受冷凝器或高压贮液器的液位。 当液位升