《制冷技术69616》由会员分享，可在线阅读，更多相关《制冷技术69616（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4章 制冷技术,1 制冷基本原理,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。 一、制冷基本原理 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。,液体汽化时要吸收热量，此热量称为汽化潜热。汽化潜热来自被冷却对象，使被冷
2、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。 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。 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lnp，横坐标表示焓值h。,压
3、焓图,二、压焓图,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； 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）。,图中共有六种等参数线簇： 等压线p水平线； 等焓线h铅垂线； 等温线t液态区几乎为铅垂线。两相区内由于制冷剂的状
4、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； 等熵线s向右上方倾斜的实线； 等容线v向右上方倾斜的虚线，但比等熵线平坦 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。,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； 等熵过程：制冷剂在压缩机中压缩是等熵过程； 等压过程：制冷剂在冷却及冷凝过程为等压过程 等焓过程：制冷剂通过膨胀阀节流时，节流前后焓值相等： 等温过程：制冷剂在蒸发器和冷凝器中没压力损失。,点2表示表示制冷剂出压缩机、进
5、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。,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=0）的交点上。,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。,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
6、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。,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。,过程4-1表
7、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,蒸气压缩式制 冷系统的构成,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。 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
8、；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,整机性能 可靠性 寿命 噪声,1.压缩机,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
9、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。,活塞式压缩机,机体（曲轴
10、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、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
11、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
12、-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：,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
13、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。当液位升高时，阀开大，增大蒸发器供液量；当液位降低时，阀关小，减少供液量。,4.管道,用管道将制冷机各组成部件连接成一个完整的制冷系统，使制冷剂在封闭的系统中循环。制冷剂管道应考虑的问题：,管道的材质应与制冷剂相容 管道与管道、管道与设备
14、连接处必须可靠密封，采用焊接或可拆连接（法兰或螺丝连接） 连接处采用密封材料时，密封材料也必须与制冷剂相容管道与外界环境接触，将与管内制冷剂发生热交换 制冷剂在管道中流动会产生管道压降,5.其它部件,四个主要部件,压缩机 冷凝器 节流件 蒸发器,不可缺少,管道,附加,净化 贮集 分离设备,过滤器 干燥器 贮液器 集油器 油分离器 空气分离器,3 制冷剂和载冷剂,一、制冷剂的选用原则只有在工作温度范围内能够汽化和凝结的物质才有可能作为制冷剂使用。,1.制冷剂热力学性质,2.物理化学性质方面,原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。,二、制冷剂,制冷剂按其化学组成主要有三类,字母“R”和它后面的一组
15、数字或字母,表示制冷剂,根据制冷剂分子组成按一定规则编写,1.无机化合物,2.氟里昂和烷烃类,编写规则,制冷剂的简写符号,三、制冷剂的物理化学性质及其应用,1.安全性,(1) 毒性,虽然一些氟里昂制冷剂其毒性都较低，但在高温或火焰作用下会分解出极毒的光气。,(2) 燃烧性和爆炸性,2.热稳定性,制冷剂在正常运转条件下不发生裂解。在温度较高又有油、钢铁、铜存在长时间使用会发生变质甚至热解。,爆炸极限,“冰堵现象”,当温度降到0以下时，水结成冰而堵塞节流阀或毛细管的通道形成“冰堵”，致使制冷机不能正常工作。,泄漏性,沸点-33.3，凝固点-77.9单位容积制冷量大粘性小，传热性好，流动阻力小毒性较
16、大，有一定的可燃性氨蒸气无色，具有强烈的刺激性臭味氨液飞溅到皮肤上会引起肿胀甚至冻伤氨系统中有水分会加剧对金属腐蚀，同时减小制冷量 。 以任意比与水互溶但在矿物润滑油中的溶解度很小 ，系统中氨分离的游离氢积累至一定程度遇空气可能爆炸 氨液比重比矿物润滑油小，油沉积下部需定期放出在氨制冷机中不用铜和铜合金材料(磷青铜除外),四、常用制冷剂,1.无机物,2.氟利昂,(1) R12（二氟二氯甲烷 CF2Cl2）,(2) R134a（四氟乙烷 CH2FCF3）,五、载冷剂,当蒸发器距离被冷却对象较远，或在氨制冷系统中为了避免制冷剂对被冷却对象造成污染，可利用载冷剂来传递冷量。载冷剂先在蒸发器中与制冷剂发生热量交换获得冷量，将获得的冷量贮存于冷媒罐中，用泵输送到需要冷量的地方，对被冷却对象进行冷却，这种冷却方式称为间接蒸发式冷却。 在葡萄酒生产中，大多采用这种供冷方式。采用载冷剂供冷的优点在于可将制冷剂的使用限制在一个较小的系统范围内，减少制冷机房中管道和接头，减少泄漏的可能性。采用载冷剂供冷易于解决冷量的控制和分配问题，对于容量大、集中供冷的制冷装置，都采用载冷剂供冷。,
