制冷原理簡要介紹

1、制冷原理與設(shè)備簡要介紹陳薩如拉2013年9月8日一、制冷的定義？按制冷所得到的低溫范圍，制冷技術(shù)劃分為以下幾個(gè)領(lǐng)域： 120K以上，普冷范圍；（零下150度以上） 12020K，深冷范圍；（零下253150度） 200.3K，低溫制冷； 0.3K以下，超低溫制冷；習(xí)慣上將120K以下的制冷統(tǒng)稱為低溫制冷， (1) (1)商業(yè)及人民生活商業(yè)及人民生活 比如人工冰廠、空調(diào)、冰箱、冷柜以及食品的冷凍冷藏、保鮮、冷藏運(yùn)輸?shù)?。比如人工冰廠、空調(diào)、冰箱、冷柜以及食品的冷凍冷藏、保鮮、冷藏運(yùn)輸?shù)取?(2) (2)工業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)牧業(yè)工業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)牧業(yè) 比如制藥、啤酒、精密儀器車間等；比如制藥、啤酒、精密儀器車間等

2、； 農(nóng)作物的種子進(jìn)行低溫處理，人工氣候育秧室、蔬菜水果的保鮮等。農(nóng)作物的種子進(jìn)行低溫處理，人工氣候育秧室、蔬菜水果的保鮮等。 (3) (3)建筑工程建筑工程 比如挖掘隧道、建筑河堤時(shí)采用的比如挖掘隧道、建筑河堤時(shí)采用的“凍土法凍土法”。 (4) (4)科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究 如各種環(huán)境模擬裝置中創(chuàng)造的人工環(huán)境。如各種環(huán)境模擬裝置中創(chuàng)造的人工環(huán)境。 (5) (5)醫(yī)療衛(wèi)生醫(yī)療衛(wèi)生 如藥品、疫苗及人體器官的冷藏保存，手術(shù)中采用低溫麻醉等。如藥品、疫苗及人體器官的冷藏保存，手術(shù)中采用低溫麻醉等。 (6) (6)尖端科學(xué)領(lǐng)域等尖端科學(xué)領(lǐng)域等 如微電子技術(shù)、能源、新型材料、宇宙開發(fā)等。如微電子技術(shù)、能

3、源、新型材料、宇宙開發(fā)等。水蒸氣的定壓加熱過程（介紹工質(zhì)狀態(tài)的劃分）TTS過熱氣體預(yù)熱階段汽化階段過熱階段飽和溫度飽和溫度：在氣液兩相共存時(shí)，其壓力對應(yīng)的冷媒溫度。過熱度過熱度：是指在某一定壓力下所測量的溫度與該氣體飽和溫度之間的差。由于液體不可以被壓縮，而壓縮機(jī)工作時(shí)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)，如果壓縮機(jī)吸入含有液體的制冷劑，會(huì)沖擊壓縮機(jī)造成壓縮機(jī)損壞（這種情況我們稱之為：液擊），所以壓縮機(jī)吸氣需要帶有一定的過熱度。吸氣過熱度吸氣過熱度：指吸氣管溫度與蒸發(fā)器飽和蒸發(fā)溫度之差。過冷度：過冷度：液體在工作壓力下實(shí)際溫度和在這個(gè)壓力下飽和溫度之間的差值。過冷度是指冷凝溫度和冷凝器冷凝飽和溫度之間的差值。 當(dāng)液體在

4、有限的密閉空間蒸發(fā)時(shí)，液體分子通過液面進(jìn)入上面空間，成為蒸汽分子。由于蒸汽分子處于紊亂的熱運(yùn)動(dòng)之中，它們相互碰撞，并和容器壁以及液面發(fā)生碰撞，在和液面碰撞時(shí)，有的分子則被液體分子所吸引，而重新返回液體中成為液體分子。開始蒸發(fā)時(shí)，進(jìn)入空間的分子數(shù)目多于返回液體中分子的數(shù)目，隨著蒸發(fā)的繼續(xù)進(jìn)行，空間蒸汽分子的密度不斷增大，因而返回液體中的分子數(shù)目也增多。當(dāng)單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入空間的分子數(shù)目與返回液體中的分子數(shù)目相等時(shí)，則蒸發(fā)與凝結(jié)處于動(dòng)平衡狀態(tài)，這時(shí)雖然蒸發(fā)和凝結(jié)仍在進(jìn)行，但空間中蒸汽分子的密度不再增大，此時(shí)的狀態(tài)稱為飽和狀態(tài)。在飽和狀態(tài)下的液體稱為飽和液體，其對應(yīng)的蒸汽是飽和蒸汽，但最初只是濕飽和蒸汽

5、，待蒸汽中的水分完全蒸發(fā)后才是干飽和蒸汽。蒸汽從不飽和到濕飽和再到干飽和的過程溫度是不增加的，干飽和之后繼續(xù)加熱則溫度會(huì)上升，成為過熱蒸汽。 水的定壓預(yù)熱階段水的定壓預(yù)熱階段 液體熱液體熱：Q Qliquidliquid=h-h=h-h0 0 其中：其中：hh為飽和水的焓值；為飽和水的焓值；h h0 0為過冷水的焓值為過冷水的焓值 飽和水的定壓汽化過程飽和水的定壓汽化過程 氣化潛熱氣化潛熱：Q Qr r=h-h=h-h 其中：其中：hh為飽和水的焓值；為飽和水的焓值；hh為過冷水的焓值為過冷水的焓值 水蒸汽的定壓過熱過程水蒸汽的定壓過熱過程 過熱熱過熱熱：Q Qsuperheatingsupe

6、rheating=h=h2 2-h-h 其中：其中：hh為飽和水的焓值；為飽和水的焓值；hh為過冷水的焓值為過冷水的焓值0qhhl0liquidqhh我去0liquid hhQQC2010p2122x1x1xcTTC1020Ts11x122x2xcTcpv一點(diǎn)、兩線、三區(qū)、五態(tài)二、制冷方法（蒸汽壓縮式制冷 ）制冷的方法很多，常見的主要是以下四種： 液體汽化制冷、氣體膨脹制冷、渦流管制冷及熱電制冷。 應(yīng)用最廣泛的就是液體汽化制冷，它常見的應(yīng)用形式有以下四種： 蒸汽壓縮式制冷、吸收式制冷、蒸汽噴射式制冷和吸附式制冷。蒸汽壓縮式制冷和吸收式制冷是目前應(yīng)用最為廣泛的兩種制冷方式，蒸汽壓縮制冷過冷的制冷

7、劑在節(jié)流機(jī)構(gòu)中經(jīng)過節(jié)流進(jìn)入兩相區(qū)（氣液混合物）進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，吸收被冷卻對象的熱量并汽化，產(chǎn)生的低壓蒸汽被壓縮機(jī)吸入，經(jīng)壓縮后成為高溫高壓蒸汽排出。壓縮過程需要消耗能量。壓縮機(jī)排出的高溫高壓氣體工質(zhì)在冷凝器被（水或空氣）冷卻，凝結(jié)成高壓液體。高壓液體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)節(jié)流，變成低溫低壓濕蒸汽（汽液兩相狀態(tài)），進(jìn)入蒸發(fā)器，其中的低壓液體在蒸發(fā)器中再次汽化制冷。如此周而復(fù)始。制冷四大件蒸汽壓縮制冷2314節(jié)流機(jī)構(gòu)活塞式壓縮機(jī)LgP-h圖單位質(zhì)量制冷量q0 kJ/kg q0=h1-h4 單位容積制冷量qv kJ/m3 qv= q0/v1=(h1-h4)/v1制冷劑質(zhì)量流量MR=Q0/q0 kg/s制冷

8、劑體積流量VR= MRv1=Q0/qv m3/s 單位質(zhì)量冷凝熱qk kJ/kg qk= h2-h3冷凝器負(fù)荷Qk=MRqk= MR(h2-h3) kW 單位質(zhì)量耗功率WC kJ/kg WC=h2-h1壓縮機(jī)的理論耗功率Pth=MRwc=MR(h2-h1) kW 理論制冷系數(shù)th th=Q0/Pth=q0/wc=(h1-h4)/ (h2-h1)冷凝壓力蒸發(fā)壓力壓焓圖蒸發(fā)壓縮冷凝節(jié)流液體氣化制冷液體氣化制冷原理蒸汽噴射制冷原理：和蒸汽壓縮式及吸收式制冷相似，均是利用液體汽化時(shí)吸收熱量來制冷的。系統(tǒng)組成：噴射器、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥及泵五部分。系統(tǒng)流程圖： 熱電制冷（半導(dǎo)體制冷）熱電制冷的原理：

9、熱電制冷的原理：熱電制冷利用的是熱電效應(yīng)（帕爾帖效應(yīng)Peltire）的原理達(dá)到制冷目的的。 熱電效應(yīng)：是指在兩種不同導(dǎo)體組成的閉合回路中通以直流電，當(dāng)電流流過不同導(dǎo)體的界面時(shí)，就會(huì)使一個(gè)節(jié)點(diǎn)變冷，從外界吸收熱量；一個(gè)節(jié)點(diǎn)變熱，向外界放出熱量，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，即帕爾帖效應(yīng) 帕爾帖效應(yīng)的反效應(yīng)是西伯克效應(yīng)（Secbeck），就是在兩種導(dǎo)體組成的回路中，如果保持兩接觸點(diǎn)的溫度不同，就會(huì)在兩個(gè)接觸點(diǎn)之間產(chǎn)生一個(gè)電勢差即接觸電動(dòng)勢。渦流管制冷原理：是使壓縮氣體產(chǎn)生渦流運(yùn)動(dòng)并分離成冷、熱兩部分，其中冷氣體用來制冷。原理：是使壓縮氣體產(chǎn)生渦流運(yùn)動(dòng)并分離成冷、熱兩部分，其中冷氣體用來制冷。組成：噴嘴、渦

10、流室、孔板、管子和控制閥。組成：噴嘴、渦流室、孔板、管子和控制閥。原理圖：原理圖：返回返回蒸發(fā)器與冷凝器蒸發(fā)器和冷凝器制冷劑液體在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱氣化，為了使蒸發(fā)器效率高、體積小，蒸發(fā)器因具有較高的傳熱系數(shù)。制冷劑離開蒸發(fā)器時(shí)不允許有液滴，以保證壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在實(shí)際系統(tǒng)中，有時(shí)在蒸發(fā)器出口裝設(shè)氣液分離器，使壓縮機(jī)得到進(jìn)一步保護(hù)。1.蒸發(fā)器的作用 低溫低壓制冷劑液體在其內(nèi)蒸發(fā)(沸騰)變?yōu)檎羝?，吸收被冷卻物質(zhì)的熱量，使物質(zhì)溫度下降，達(dá)到冷凍、冷藏食品的目的。2.冷凝器的作用 把壓縮機(jī)排出的高溫高壓制冷劑蒸汽，通過散熱冷凝為液體制冷劑。制冷劑從蒸發(fā)器中吸收熱量和壓縮機(jī)產(chǎn)生的熱量，被冷凝器周圍的冷卻介

11、質(zhì)所吸收而排出系統(tǒng)。冷凝器在單位時(shí)間內(nèi)排出的熱量稱為冷凝負(fù)荷。常用蒸發(fā)器的種類蒸發(fā)器蒸發(fā)器冷卻液體的蒸發(fā)器冷卻空氣的蒸發(fā)器立管式蒸發(fā)器滿液式殼管蒸發(fā)器干式殼管蒸發(fā)器冷卻盤管冷卻機(jī)氟利昂直接蒸發(fā)式空氣冷卻器滿液式非滿液式非滿液式滿液式非滿液式4.1 4.1 冷凝器冷凝器1.1 1.1 冷凝器的種類冷凝器的種類立式殼管式冷凝器臥式殼管式套管式殼管式水冷冷凝器風(fēng)冷冷凝器蒸發(fā)式冷凝器淋激式冷凝器傳熱系數(shù)高，占地面積小，清洗方便；耗水量大，體型笨重傳熱系數(shù)高，耗水量小，占空間小；水質(zhì)要求高，清洗不易，留出拔管空間傳熱系數(shù)高，機(jī)組占地面積小，結(jié)構(gòu)簡單；金屬耗量大，清洗困難，水阻力大不需水，安裝簡單，可置于

12、屋面；傳熱系數(shù)小，受環(huán)境溫度影響大，惡化環(huán)境，除塵困難省水，造價(jià)低，結(jié)構(gòu)簡單，水垢易清除，體積小省水，造價(jià)低，結(jié)構(gòu)簡單，可現(xiàn)場制作，水垢易清除；金屬耗量大，占地面積大常用冷凝器的種類 臥式冷凝器立式殼管式水冷冷凝器立式殼管式水冷冷凝器返回返回壓 縮 機(jī)活塞式壓縮機(jī)連桿活塞壓縮機(jī)開啟式壓縮機(jī)全封閉式壓縮機(jī)半封閉式壓縮機(jī)渦旋式壓縮機(jī)斜盤式壓縮機(jī)螺桿式壓縮機(jī)滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)返回返回節(jié)流機(jī)構(gòu)毛細(xì)管與膨脹閥統(tǒng)稱節(jié)流元件，它把從冷凝器流出的高壓制冷劑液體減壓、節(jié)流后供給蒸發(fā)器。統(tǒng)稱節(jié)流元件，它把從冷凝器流出的高壓制冷劑液體減壓、節(jié)流后供給蒸發(fā)器。當(dāng)電冰箱和空調(diào)器的熱負(fù)荷變化時(shí)，要求制冷能力也應(yīng)隨其變化，這

13、個(gè)變化取決于供給蒸發(fā)器當(dāng)電冰箱和空調(diào)器的熱負(fù)荷變化時(shí)，要求制冷能力也應(yīng)隨其變化，這個(gè)變化取決于供給蒸發(fā)器的制冷劑流量的大小，流量的大小則由節(jié)流元件采控制。的制冷劑流量的大小，流量的大小則由節(jié)流元件采控制。節(jié)流元件的作用是：節(jié)流元件的作用是：(1)(1)將高溫高壓液體制冷劑變?yōu)榈蜏氐蛪阂后w，為制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)沸騰提供條件。將高溫高壓液體制冷劑變?yōu)榈蜏氐蛪阂后w，為制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)沸騰提供條件。(2)(2)根據(jù)熱負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)制冷劑流量。根據(jù)熱負(fù)荷的變化調(diào)節(jié)制冷劑流量。(3)(3)控制蒸發(fā)器出口處制冷劑蒸汽的過熱度，發(fā)揮蒸發(fā)器的換熱效率，并防止產(chǎn)生控制蒸發(fā)器出口處制冷劑蒸汽的過熱度，發(fā)揮蒸發(fā)器的換熱

14、效率，并防止產(chǎn)生“液擊液擊”。節(jié)流機(jī)構(gòu)作用降壓降溫，保證壓差：PK P0，TK T0 調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的供液量 。 分類氨系統(tǒng)氟系統(tǒng)手動(dòng)膨脹閥浮球式膨脹閥熱力膨脹閥毛細(xì)管電子膨脹閥直通式浮球膨脹閥非直通式浮球膨脹閥內(nèi)平衡式熱力膨脹閥外平衡式熱力膨脹閥手動(dòng)膨脹閥手動(dòng)膨脹閥 由工作人員根據(jù)負(fù)荷大由工作人員根據(jù)負(fù)荷大小，手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開度，管小，手動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開度，管理不方便；結(jié)構(gòu)同普通截止理不方便；結(jié)構(gòu)同普通截止閥。閥。直通式浮球膨脹閥直通式浮球膨脹閥 依靠浮球室中的浮依靠浮球室中的浮球受液面的影響，控制球受液面的影響，控制閥門的啟閉。直通式：閥門的啟閉。直通式：構(gòu)造簡單，浮球受液面構(gòu)造簡單，浮球受液面波動(dòng)

15、大，易損壞，下部波動(dòng)大，易損壞，下部供液。供液。非直通式浮球膨脹閥非直通式浮球膨脹閥依靠浮球室中的浮球依靠浮球室中的浮球受液面的影響，控制受液面的影響，控制閥門的啟閉。非直通閥門的啟閉。非直通式：液面平穩(wěn)，不易式：液面平穩(wěn)，不易損壞，構(gòu)造、安裝較損壞，構(gòu)造、安裝較復(fù)雜復(fù)雜內(nèi)平衡式熱力膨脹閥內(nèi)平衡式熱力膨脹閥 根據(jù)感溫包內(nèi)制冷劑的飽和壓力控制閥的開啟，自動(dòng)調(diào)節(jié)供液量，以保證蒸發(fā)器的出根據(jù)感溫包內(nèi)制冷劑的飽和壓力控制閥的開啟，自動(dòng)調(diào)節(jié)供液量，以保證蒸發(fā)器的出口過熱度為口過熱度為3535o oC C。 內(nèi)平衡式：閥內(nèi)膜片下方承受的壓力為：內(nèi)平衡式：閥內(nèi)膜片下方承受的壓力為： E E進(jìn)口壓力進(jìn)口壓力P

16、 P0 0和彈簧作用力；和彈簧作用力；外平衡式熱力膨脹閥外平衡式熱力膨脹閥 根據(jù)感溫包內(nèi)制冷劑的飽和壓力控制閥的開啟，自動(dòng)調(diào)節(jié)供液量，以保證根據(jù)感溫包內(nèi)制冷劑的飽和壓力控制閥的開啟，自動(dòng)調(diào)節(jié)供液量，以保證E E的出口過熱度為的出口過熱度為3535o oC C。 外平衡式：閥內(nèi)膜片下方承受的壓力為：外平衡式：閥內(nèi)膜片下方承受的壓力為：E E出口處壓力和彈簧作用力；出口處壓力和彈簧作用力；電子膨脹閥電子膨脹閥 由檢測、控制、執(zhí)行三部分組成。由檢測部分完成調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸入值（過熱由檢測、控制、執(zhí)行三部分組成。由檢測部分完成調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸入值（過熱度），控制系統(tǒng)由程序控制，根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)與規(guī)定數(shù)據(jù)的比較

17、，調(diào)節(jié)閥門。度），控制系統(tǒng)由程序控制，根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)與規(guī)定數(shù)據(jù)的比較，調(diào)節(jié)閥門。 電子膨脹閥對供液量調(diào)節(jié)范圍寬，調(diào)節(jié)反應(yīng)快，能保證蒸發(fā)器的出口過熱度電子膨脹閥對供液量調(diào)節(jié)范圍寬，調(diào)節(jié)反應(yīng)快，能保證蒸發(fā)器的出口過熱度穩(wěn)定在穩(wěn)定在1 12 2 C C內(nèi)，并能配合變頻調(diào)節(jié)。內(nèi)，并能配合變頻調(diào)節(jié)。返回返回輔助機(jī)構(gòu) 氣液分離器：放置在壓縮機(jī)吸氣口前，由于分離未蒸發(fā)完全的制冷劑液體，防止壓縮機(jī)吸氣帶液，出現(xiàn)液擊。有的空調(diào)系統(tǒng)氣液分離器有儲(chǔ)液的作用。氣液分離器v 導(dǎo)氣件U管的進(jìn)口置于進(jìn)口導(dǎo)氣件的后面，以防止液體進(jìn)入；設(shè)計(jì)是鈴鐺的形狀，以減少高速氣體突然壓縮造成的損耗。合適的U管直徑能夠最小化高流量時(shí)的壓力

18、降，同時(shí)在低流量時(shí)可以提供足夠的回油。v 過濾部件安裝一個(gè)合適目數(shù)的的篩網(wǎng)可以保護(hù)小直徑的回油孔。v 平衡孔U管出口附近的平衡孔可以防止液體被吸入出口管和壓縮機(jī) 。v 易熔塞通常是UL要求。它是防止起火造成過大壓力的一種安全裝置 (熔化溫度：430F)平衡孔6.氣態(tài)的冷媒和冷凍機(jī)油接壓縮機(jī)吸氣口1.未充分氣化的冷媒從蒸發(fā)器端流入2.導(dǎo)氣件分隔了進(jìn)口管和出口U形管的管口，冷媒流到導(dǎo)氣件口，被分散，不能直接進(jìn)入U(xiǎn)型管。3.冷媒在分離器器體內(nèi)部氣液分離，液態(tài)的冷媒和部分冷凍機(jī)油沉到器體底，分離后液態(tài)的冷媒在壓縮機(jī)吸氣作用下汽化。5.冷凍機(jī)油經(jīng)過過濾部件的過濾，通過回油孔后，混合氣態(tài)的冷媒從分離器的出口管流出回到壓縮機(jī)氣態(tài)的冷媒從U型管口流入油分離器：放置在壓縮機(jī)排氣口之后，用于回收隨排氣一起離開壓縮機(jī)的潤滑油，收集的潤滑油通過底部回油孔回到壓縮機(jī)。油分離器集油器 收集油分離器中分離出來的潤滑油，以及殘留在冷凝器、蒸發(fā)器、貯液器等容器中的潤滑油。 在壓縮機(jī)吸氣作用下，能分離油中混合的制冷劑，使操作安全、方便。 集油器一般應(yīng)安裝在整個(gè)制冷系統(tǒng)的最低處。儲(chǔ)液器 儲(chǔ)液器又稱儲(chǔ)液筒，用于儲(chǔ)儲(chǔ)液器又稱儲(chǔ)液筒，用于儲(chǔ)存制冷劑液體，按儲(chǔ)液器的功能存制冷劑液體，按儲(chǔ)液器的功能和用途又分為高壓儲(chǔ)液筒和低壓和用途又分為