第三篇 船舶制冷装置和空气调节装置 Chapter11 船舶制冷装置®§11—1 概述®一 船舶制冷装置作用®1、伙食冷藏®鱼、肉、奶等食品：因微生物活动与繁殖，使有机物质分解而腐烂应设法消灭或抑制其活动与繁殖®果蔬类：呼吸作用，因熟烂而变质应设法延缓其生长成熟 ®2、船舶空调®提供适宜的生活条件和工作环境 ®3、冷藏运输®冷藏船、冷藏集装箱®此外..渔船、海上作业船、军舰等为满足生活、生产和特殊需要均设有制冷装置 二、食品的冷藏条件® 1 、温度®低温一般不能杀灭微生物，但可 抑制微生物的活动，抑制果蔬的呼吸，延迟果蔬成熟®低温库（肉、鱼库）：－18 OC ～－20 OC ，微生物繁殖基本停止®高温库（菜库、乳品库）：0 OC ～5 OC®缓慢冻结和快速冻结 ®2、湿度®湿度小，食品干缩；湿度大，冷藏食品微生物繁殖快但对冷冻食品影响不大®高温库85～90%，低温库90～95%® 3、CO2和O2浓度®适当增加CO2的含量，减小O2的含量（气调储存）增加ＣＯ２ ２～８% 减少Ｏ２ ２～５%®菜、果库每天换气2～4次，（换气一个舱容为一次），通风机使空气浓度均匀®冷冻货应少换或不换气 4、臭氧浓度®作用®杀菌、消毒（O3→O2+[O]）、除臭（鱼类）、抑制呼吸。
®由臭氧发生器制造，风机使空气经发生器循环®不宜用于奶制品和油脂品以及绿叶菜，® 超过2mg/m3刺激人呼吸道粘膜并使人头疼，进库前1～2小时，停止其工作，开库通风 三 制冷方法®自然制冷®机械制冷® 气体膨胀制冷：用于飞机空调和气体的低温液化® 半导体制冷：多用于潜艇、医疗器械和小型空调® 蒸发制冷：最普遍，利用液体蒸发汽化时吸收气化潜热的原理®蒸气压缩式制冷®吸收式制冷® 蒸汽喷射式制冷 压缩式制冷基本原理图 1、蒸气压缩式制冷®制冷“四大件” 压缩机——冷凝器——膨胀阀——蒸发器®①压缩机：抽吸蒸发器产生的冷剂气体并将其压送到冷凝器中®②冷凝器：使送来的冷剂气体降温并冷凝®③膨胀阀：控制冷剂的流量，并使流过的冷剂节流降压®④蒸发器：使流经其中的冷剂吸热气化 2、吸收式制冷®①与压缩式制冷区别：®吸收剂吸收低压冷剂→泵送至高压发送器→加热：→高压冷剂析出→冷凝器→…；吸收剂节流降压→吸收冷剂®②工质对：®a、氨—水溶液：氨为冷剂，水为吸收剂用于低温系统®b、溴化锂—水溶液：水为冷剂，溴化锂为吸收剂用于空调系统 ③特点：®a、废热利用®b、不需压缩机，无噪音和振动®c、水作冷剂时无污染、爆炸危险®d、冷却水消耗量大®e、使用寿命短 蒸汽喷射式制冷®原理：水在高真空下汽化吸热，即可获得00C以上低温®特点：®①设备简单，占地少，制造管理容易®②水作冷剂，对人无害，气化潜热大®③高真空下工作，只能取得00C以上低温®④蒸汽消耗量大，经济性差®适用场合：空调，有废热可利用的场合 §11—2 蒸汽压缩式制冷装置的工作原理®一、单级蒸汽压缩式制冷循环®冷剂分类：®标准沸点t0＞00C，高温冷剂。
H2O®－700C＜t0＜00C中温冷剂NH3、R22、R12®t0＜－700C低温冷剂 1、理论循环®假设：®等熵压缩（压缩过程）®等压冷凝，冷凝压力=排气压力；等压蒸发，蒸发压力=吸气压力®等焓膨胀 ®1—2：等熵压缩压力由P0↑→PK®2—3：冷剂在冷凝器内等压冷却、冷凝、过冷过程®3—4：冷剂等焓通过膨胀阀节流®4—1：冷剂在蒸发器内等压气化和过热过程 ®点1：冷剂离开蒸发器及进入压缩机时的状态，为过热蒸气®点2：冷剂出压缩机和进冷凝器时的状态，过热蒸气®点3：冷剂离开冷凝器时的状态，过冷液体®点4：冷剂出膨胀阀时的状态，气液混合 2、实际循环及热力计算®1）实际循环：®压缩过程为熵值增加的过程®节流过程有吸热，焓值略有增加®冷剂在管道、热交换器和压缩机中流动时有阻力损失和热交换 2）热力计算®焓：表明单位质量工质本身含能量多少的状态参数，包括压力能和内能单位：kJ/kg®a、制冷量：®⑴冷剂通过压缩机的质量流量 G=λVT/υ1®VT：压缩机理论排气量（活塞行程容积），m3/s®λ ：压缩机输气系数®υ1 ：压缩机吸入口冷剂气体的比容，m3/kg ®⑵单位制冷量q0：每千克冷剂吸热量®q0 =h1－h5 kJ/kg ®⑶单位容积制冷量qv ：压缩机每吸入1m3冷剂的制冷量®qv = q0 / υ1 kJ/ m3®b、制冷压缩机的功率®⑸等熵压缩单位理论功w0：每压缩1kg冷剂所需理论功®w0 =h2’－h1 kJ/kg ®⑺压缩机理论功率PT：®PT =G w0= w0 λVT/υ1= λVT wv kw®⑼压缩机指示功率Pi：®Pi =G wi = G w0 /ηi= PT / ηi®ηi ：指示效率（考虑压缩机非等熵压缩的能量损失），一般0、8左右®⑽压缩机轴功率P：®P= PT / η = Pi /ηm= PT /（ ηiηm ） c、制冷系数®⑾理论制冷系数ε®ε = q0 / w0 = h1－h5 / h2’－h1 ®⑿单位轴功率制冷量Ke：相当于实际制冷系数®Ke= Q0 /P= q0η/ w0=εη®对于开启式压缩机：®R12： Ke =3.1～4®R22： Ke =3.4～4.3®蒸发温度高时Ke较大 d、冷凝器热负荷®⒀单位排热量qk：1kg冷剂在制冷循环中放出的热量®qk =h2－h5=（ h1－h5 ）+（ h2－h1 ）= q0 + wi kJ/kg®⒁冷凝器热负荷Qk ：冷凝器单位时间内必须排走的热量®Qk =G qk = Q0 + Pi kw®一般约为制冷量的1.2～1.3倍 单级制冷压缩机的工况与特性®工况主要指冷凝温度、蒸发温度、过冷度、吸气过热度。
1、工况参数对制冷工作的影响®1）冷凝 温度变化：®tk↑→®①q0↓，λ↓（因pk/p0↑），v1不变→Q0↓（ =q0λVT/υ1）®②w0↑＞G↓→P↑（= G w0 /η ）®③ε↓（ =q0↓/w0↑ ）®故冷凝 压力Ｐ ｋ低一些好，但过低使膨胀阀前后压差低，会使系统中的冷剂流量减小 ．2）蒸发温度t0变化®t0 ↓→®①q0 ↓， v1 ↑→Q0↓®②pk/p0 ＞3左右时，G↓ ＞w0↑→ P↓®③ε↓（ =q0↓/w0↑ ） ®反之、蒸发温度增加，可增加制冷系数为了加快冷库降温速度可采用增加蒸发温度方法 ®故蒸发压力Ｐ ０高一些好，但过高使蒸发器换热温差小，换热差 3）过冷循环®过冷度：冷凝温度与过冷温度之差®目的：减小阀后蒸汽量，增加制冷系数®结果：过冷度↑→®①ｑ０↑→ Q0 ↑®②P不变 ®③ε↑（ =q0↓/w0不变 ）® 结论；过冷对制冷有利 过热循环®1、过热度：过热温度与蒸发温度之差®2、目的：防止液击，增加制冷量．®3、过热对制冷量影响®有害过热：冷库外吸热．制冷量不变®有效过热：冷库内吸热．制冷量增加 ®过热度↑→®R12：®①ｑ０↑＞G↓ → Q0 ↑®②G↓＞ w0↑→P↓®③ｑ０↑＞ w0↑→ ε↑®R22：®①ｑ０↑=G↓ → Q0 不变®② G↓＞ w0↑→P↓®③ ε稍 ↓®NH3®① ０↑＜G↓ → Q0 ↓®② G↓＞ w0↑→P↓®③ｑ０↑＜ w0↑→ ε↓ 2、回热循环®1）在回热器中，低温冷剂气体冷却常温液体。
使液体过冷度增加，气体过热度增加®2）Ｒ１２装置采用回热器，使Q0 ↑， ε↑；Ｒ２２装置采用回热器对Q0、 ε影响不大，为防止液击及闪气，也设回热器；ＮＨ ３装置不宜采用®3）回热循环一可增加制冷量，二适当的过热防止液击 制冷压缩机的性能曲线 3、制冷压缩机的工况®标准工况（低温工况）：t0=—150C，tk=300C®空调工况（高温工况）：t0=50C，tk=400C®最大压差工况®最大轴功率工况 §11—3 制冷剂、载冷剂和冷冻机油®一、制冷剂®1、制冷剂的种类和编号®①无机化合物 R7×× 如NH3编号为R717®②Freon®CFC 不含H的氟氯烃 如R12 〔二氟二氯甲烷 CCl2F2〕ODP、GMP大 1996年禁用，发展中国家延迟10年®HCFC 含H的氟氯烃 如R22 〔二氟一氯甲烷 CHClF2〕 2040年全面禁用，工业国家2020年禁用®HFC 含H无CI的氟化烃 如R134a 〔四氟乙烷 CH2FCF3〕 ODP为0，GMP小，目前R12的主要替代品 ®③碳氢化合物（烃类）®烷烃类：与Freon相同CH4（R50）®烯烃类：R后加1，其余同烷烃。
C2H4（R1150）®④共沸制冷剂 R5××®由两种或以上特定的冷剂按一定比例混合而成 R502（R22/R115）®⑤非共沸制冷剂 R4××®由两种或以上特定的冷剂按一定比例混合而成，但不存在共沸点 制冷剂的要求；安全最重要®1 临界温度高®2 正常蒸发温度低(标准大气压沸点)®3 气化潜热大、耗功少®4 常用蒸发压力大于1个大气压®5 排气温度低®6 冷凝压力低®7 粘度小®8 放热系数大®9 化学稳定性、热稳定性好®10 不易燃爆，对人体、食品无害®11 价格低廉 2、常用冷剂及其性质®1）R22®①无毒，不燃，不爆，热稳定性好，比空气重单独存放达5000C仍稳定，遇明火（8000C以上）产生有毒光气®②微溶于水，且气态溶水性小于液态®③条件性溶油高于80C与油互溶，低于80C溶油能力下降®④对天然橡胶有侵蚀作用（采用丁基橡胶或氯丁橡胶）®⑤含水时腐蚀镁及含镁超过2%的合金，含水较多时缓慢腐蚀铁®⑥渗漏性强，且无色无味卤素灯检漏®⑦电绝缘性较差 2）R12®与R22相似之处：无色、无味、不燃、不爆、化学稳定性好但遇明火或温度达4000C以上时产生有毒光气腐蚀镁及含镁超过2%的合金，对天然橡胶有侵蚀作用（采用丁晴橡胶或氯丁橡胶）®与R22差别：®①溶水性更差。
气态溶水性大于液态（多数Freon）限制含水量的首要目的防“冰塞”®②在使用温度范围内与滑油互溶®③电绝缘性比R22好®④液态时密度和粘度比R22大，比NH3更大，在管路中流阻较大®⑤放热系数比R22小，比NH3更小，换热器尺寸较大 3）R134a®①同样t0和tk下，排气压力＞R12，吸气压力＜R12，但排温不高，不需水冷®②与目前常用的滑油不相容适用的有POE等脂类油或PAG（聚稀烃已二醇）POE易吸湿，应注意防潮®③分子直径小，应采用合成泡沸石作干燥剂®④对天然橡胶和某些合成橡胶（如丁晴橡胶）浸润膨胀性强，宜采用氢化丁晴橡胶和氯化橡胶®⑤不含CI元素，电子检漏仪检漏，灵敏度低®⑥与脂类油的混合物仅对锌有轻微的化学反应 4）R717®①有毒、刺激性臭味，与空气混合可燃、可爆，与食品接触品味变差®②与水大量互溶，不会冰塞®③微溶于油®④纯NH3不腐蚀铁，但含水时腐蚀锌、铜及铜合金（磷青铜除外）®⑤氨水呈碱性，可使酚酞试纸变红色®⑥放热系数比Freon大，密度、粘度比Freon小®⑦单位容积制冷量比R12大60%左右，价格便宜®⑧不破坏臭氧层，无温室效应 二、载冷剂®在间接制冷系统中用以传递冷量的中间介质®要求：①比热大®②导热系数大®③粘度低®④凝固点与使用温度相适应®⑤腐蚀性小®⑥无毒、不燃、不爆®⑦化学稳定性好®⑧价格低廉 ®1 水®理想载冷剂。
但凝固点高，使用受限®2 盐水（NaCI、CaCI2、MgCI2水溶液）®凝固点取决于盐水浓度®注意问题：®①合理选择盐水浓度®②盐水对设备的腐蚀（加缓蚀剂）®③保持浓度®3 乙二醇（CH2OH·CH2OH）水溶液®无色、无味、不燃、无电解性可替代对金属腐蚀性很强的盐水注意因其蒸发导致浓度降低 三、冷冻滑油®作用：润滑、密封、冷却多缸机控制卸载机构®1、凝固点比最低蒸发温度低2.5℃®2、闪点比最高排气温度高15～30℃®3、适当的粘度（主要考虑密封）®4、含水量少（冰塞、腐蚀、镀铜）®5、电绝缘性好，化学和热稳定性好®6、酸值低，抗腐蚀性好，灰分及机械杂质少 。