制冷技術(shù)及設(shè)備培訓(xùn)講義

PAGEPAGE120第一章緒論§1-1制冷慨述何謂制冷制冷作為一門科學(xué)是指用人工的方法在一定的時間和一定的空間內(nèi)將物體或流體冷卻，使其溫度降到環(huán)境溫度以下，并保持這個低溫。冷和熱是同一范疇的兩個物理概念，都是物質(zhì)分子運動平均動能的標(biāo)志。日常生活中常說的“熱”或“冷”是指溫度高低的相對概念，是人體對溫度高低感覺的反應(yīng)。在制冷技術(shù)中所說的冷，是指某空間內(nèi)物體的溫度低于周圍環(huán)境介質(zhì)（如水或空氣）溫度而言。因此“制冷”就是使某一空間內(nèi)物體的溫度低于周圍環(huán)境介質(zhì)的溫度，并連續(xù)維持這樣一個溫度的過程。二、何謂人工制冷我們都知道，熱量傳遞終是從高溫物體傳向低溫物體，直至二者溫度相等。熱量決不可能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體，這是自然界的客觀規(guī)律。然而，現(xiàn)代人類的生活與生產(chǎn)經(jīng)常需要某個物體或空間的溫度低于環(huán)境溫度，甚至低得很多。例如，儲藏食品需要把食品冷卻到０℃左右或-15℃左右，甚至更低；合金鋼在-70℃～-90℃低溫下處理后可以提高硬度和強度。而這種低溫要求天然冷卻是達(dá)不到的，要實現(xiàn)這一要求必須有另外的補償過程（如消耗一定的功作為補償過程）進(jìn)行制冷。這種借助于一種專門裝置，消耗一定的外界能量，迫使熱量從溫度較低的被冷卻物體或空間轉(zhuǎn)移到溫度較高的周圍環(huán)境中去，得到人們所需要的各種低溫，稱謂人工制冷。而這種裝置就稱謂制冷裝置或制冷機。三、實現(xiàn)制冷的途徑制冷的方法很多，可分為物理方法和化學(xué)方法。但絕大多數(shù)為物理方法。目前人工制冷的方法主要有相變制冷、氣體絕熱膨脹制冷和半導(dǎo)體制冷三種。１、相變制冷即利用物質(zhì)相變的吸熱效應(yīng)實現(xiàn)制冷。如冰融化時要吸取80kcal/kg的熔解熱；氨在１標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下氣化時要吸取327kcal/kg的氣化潛熱；干冰在１標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下升華要吸取137kcal/kg的熱量，其升華溫度為-78.9℃。目前干冰制冷常被用在人工降雨和醫(yī)療上。２、氣體絕熱膨脹制冷利用氣體通過節(jié)流閥或膨脹機絕熱膨脹時，對外輸出膨脹功，同時溫度降低，達(dá)到制冷的目的。３、半導(dǎo)體制冷珀爾帖效應(yīng)告訴我們：兩種不同金屬組成的閉合電路中接上一個直流電源時，則一個接合點變冷，另一個接合點變熱。但是純金屬的珀爾帖效應(yīng)很弱，且熱量通過導(dǎo)線對冷熱端有相互干擾，而用兩種半導(dǎo)體（Ｎ型和Ｐ型）組成的直流閉合電路，則有明顯的珀爾帖效應(yīng)且冷熱端無相互干擾。因此，半導(dǎo)體制冷就是利用半導(dǎo)體的溫差電效應(yīng)實現(xiàn)制冷地。目前溫差電制冷只用在小型制冷器中，如電子計算機恒溫冷卻、精密測量儀器的冷源及精密機床的油箱冷卻器等等，都是溫差電制冷。利用物理現(xiàn)象制冷的方法還有很多，我們不一一介紹。目前生產(chǎn)實際中廣泛應(yīng)用的制冷方法是：利用液體的氣化實現(xiàn)制冷，這種制冷常稱為蒸氣制冷。它的類型有：蒸汽壓縮式制冷（消耗機械能）、吸收式制冷（消耗熱能）和蒸汽噴射式制冷（消耗熱能）三種。四、制冷體系的劃分制冷服務(wù)對象不同，要求的制冷溫度也不同。在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究上，人們通常根據(jù)制冷溫度的不同把人工制冷分為“普冷”和“深冷”兩個體系。一般把制取溫度高于-120℃的稱為“普冷”、低于-120℃的稱為“深冷”。其中深冷又可分為深度制冷（120－20K）、低溫制冷(20-0.3K)與超低溫制冷(0.3K以下)。由于低溫范圍的不同，制冷系統(tǒng)的組成也不同，因此，根據(jù)食品制冷要求，本課程我們只介紹普通制冷溫度范圍內(nèi)的蒸氣壓縮制冷?！?-2制冷的發(fā)展簡史及應(yīng)用一、我國制冷的發(fā)展簡史人類最早的制冷方法是利用自然界存在的冷物質(zhì)-冰、深井水等。我國早在周朝就有了用冰的歷史。到了秦漢，冰的使用就更進(jìn)了一步，據(jù)《藝文志》記載：大秦國有五宮殿，以水晶為柱拱，稱水晶宮，內(nèi)實以冰，遇夏開發(fā)。”這實質(zhì)是我國最早的空調(diào)房間。到了唐朝已生產(chǎn)冰鎮(zhèn)飲料并已有了冰商。冰酪、奶冰也發(fā)源于中國，是冰淇淋的雛形，在元朝時由意大利著名旅行家馬可·波羅帶到了歐洲。人工制冷至今在世界上才有100多年的歷史。舊中國制冷工業(yè)基本上是空白，解放前上海只有幾家很小的“冰箱廠”且只搞維修業(yè)務(wù)，全國冷庫也僅有幾座。解放后，制冷工業(yè)得到飛速發(fā)展，特別是八十年代通過引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，使我國的制冷、空調(diào)產(chǎn)品打入了國際市場。二、制冷技術(shù)的應(yīng)用隨著制冷工業(yè)的發(fā)展，制冷技術(shù)的應(yīng)用也日益廣泛，現(xiàn)已滲透到人們生活和生產(chǎn)活動的各個領(lǐng)域，從日常的衣、食、住、行，到尖端科學(xué)技術(shù)都離不開制冷技術(shù)。１、空調(diào)工程空調(diào)工程是制冷技術(shù)應(yīng)用的一個廣闊領(lǐng)域。光學(xué)儀器儀表、精密計量量具、紡織、藥品等生產(chǎn)車間及計算機房等，都要求對環(huán)境的溫度、濕度、潔凈度進(jìn)行不同程度的控制；大型建筑、公共場所、車站、機場、體育館、大會堂、賓館、商廈、影劇院、游樂廳、辦公樓等公共建筑使用的中央空調(diào)系統(tǒng)；小汽車、飛機、大型客車、火車、輪船等交通工具使用的空調(diào)設(shè)施；家庭、辦公室等使用的局部空調(diào)裝置或房間空調(diào)器。２、食品工程易腐食品從采購或捕撈、加工、貯藏、運輸?shù)戒N售的全部流通過程中，都必須保持穩(wěn)定的低溫環(huán)境，才能延長和提高食品的質(zhì)量、經(jīng)濟壽命與價值。這就需有各種制冷設(shè)施，如冷加工設(shè)備、冷凍冷藏庫、冷藏運輸車或船、冷藏列車、分配性冷庫、供食品零售商店、食堂、餐廳使用的小型裝配式冷庫、冷藏柜、各類冷飲設(shè)備、冷藏售貨柜及家庭用的電冰箱等。食品工程另外的應(yīng)用制冰，目前有大塊冰、管冰、片冰等，應(yīng)用于冷庫、漁船、冷藏運輸、食用等領(lǐng)域。３、工業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)牧業(yè)在化學(xué)工業(yè)中，借助制冷使氣體液化、混合氣分離帶走化學(xué)反應(yīng)中的反應(yīng)熱；鹽類結(jié)晶、潤滑油脫脂需要制冷；石油裂解，合成橡膠、合成樹脂、燃料生產(chǎn)、化肥生產(chǎn)需要制冷；天然氣液化、脫水、貯運也需要制冷。精密機床油壓系統(tǒng)利用制冷來控制油溫，可穩(wěn)定油膜剛度，使機床能正常工作。在機械制造中，對鋼進(jìn)行低溫處理（-70℃―-90℃）可改善鋼的性能，提高鋼的硬度和強度，延長工件的使用壽命。在機器的裝配過程當(dāng)中，利用低溫方便地進(jìn)行零件間的過盈配合。在鋼鐵工業(yè)中，高爐鼓風(fēng)需要用制冷的方法先將其除濕，然后再送入高爐，以降低鐵水的焦化比，保證鐵水的質(zhì)量。多路通訊、雷達(dá)、衛(wèi)星地面站等電子設(shè)備也都需要在低溫下工作。在農(nóng)牧業(yè)中，制冷用于對農(nóng)業(yè)種子進(jìn)行低溫處理；建造人工氣候育種室；保存良種畜的精液，以便進(jìn)行人工配種。４、建筑工程利用制冷實現(xiàn)凍土法開采土方。在挖掘礦井、隧道、建筑江河堤壩時或者在泥沼、沙水中掘進(jìn)時，采用凍土法保持工作面，避免坍塌和保證施工安全。在水利大壩的施工和大型混凝土構(gòu)件施工中，拌合混凝土?xí)r，用冰代替水，借冰的熔化熱補償水泥的固化反應(yīng)熱。在中國的大型水利工程三峽工程施工工程當(dāng)中，就采用了很多制冷工藝來保證拌合好的混凝土為7℃（一次風(fēng)冷、二次風(fēng)冷冷卻石頭、加冰冷卻等），同時在澆注完后一段時間內(nèi)，再用低溫的冷卻水冷卻。5、醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)制冷在醫(yī)療衛(wèi)生方面發(fā)揮日益重要的作用。冷凍醫(yī)療是可靠、安全、有效易行和經(jīng)濟的治療方法，特別是用于治療惡性腫瘤。血漿、疫苗及某些特殊藥品需要低溫保存。低溫麻醉、低溫手術(shù)及高燒患者的冷敷降溫等也需制冷技術(shù)。6、國防工業(yè)和現(xiàn)代科學(xué)實驗在高寒地區(qū)使用的發(fā)動機、汽車、坦克、大炮等常規(guī)武器的性能需要作環(huán)境模擬試驗，航空、航天儀表、火箭、導(dǎo)彈、航天器中的控制儀也需要在模擬高空條件下進(jìn)行試驗，這些都需要人工制冷技術(shù)。在氣象科學(xué)中，綜合云霧室的制冷系統(tǒng)提供＋30－-45℃的溫度條件，主要用于研究雨滴、冰雹的增長過程、冷暖催化劑，各種催化方法，及擾動對云霧的宏觀、微觀影響、模擬云的物理現(xiàn)象，人工降雨也需要制冷。除此以外，在尖端科學(xué)領(lǐng)域，如：微電子技術(shù)、能源、新型材料、宇宙開發(fā)、生物技術(shù)等，低溫制冷技術(shù)也有十分重要的作用?？傊?，制冷技術(shù)的應(yīng)用是很廣泛的，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人民生活水平的不斷提高，制冷技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用將會走向新的領(lǐng)域。第二章制冷技術(shù)的熱力學(xué)基礎(chǔ)§2-1基本定義及概念一、制冷工質(zhì)的熱力狀態(tài)參數(shù)在制冷循環(huán)中，工質(zhì)不斷地進(jìn)行著熱力狀態(tài)變化。描述工質(zhì)所處熱力狀態(tài)的物理量稱為工質(zhì)的熱力狀態(tài)參數(shù)，簡稱狀態(tài)參數(shù)。一定的狀態(tài)，其狀態(tài)參數(shù)有確定的數(shù)值。工質(zhì)狀態(tài)變化時，初、終狀態(tài)參數(shù)之間的差值，僅與初、終狀態(tài)有關(guān)，而與狀態(tài)變化的過程無關(guān)。制冷技術(shù)中常見的狀態(tài)參數(shù)有：溫度、壓力、比容、內(nèi)能、焓與熵等。這些參數(shù)對于進(jìn)行制冷循環(huán)的分析和熱力計算，都是非常重要的。1、溫度溫度是描述熱力系統(tǒng)冷熱狀態(tài)的物理量，它的高低反映物體內(nèi)部分子無規(guī)則運動的劇烈程度，是標(biāo)志物體冷熱程度的參數(shù)，是物體狀態(tài)基本參數(shù)之一。物體的溫度可采用測溫儀表來測定。為了使溫度的測量準(zhǔn)確一致，就要有一個衡量溫度的標(biāo)尺，簡稱溫標(biāo)，工程上常用的溫標(biāo)有：1、攝氏溫標(biāo)又叫國際百度溫標(biāo)，常用符號t表示，單位為℃。2、絕對溫標(biāo)常用符號T表示，單位為開爾文（代號為K）。3、華氏溫度常用℉表示，它是歐美習(xí)慣用的一種溫標(biāo)，它規(guī)定純水冰點為32℉，沸點為212℉，兩定點之間為180等分，每一等分為華氏1℉。絕對溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)僅是起點不同而已（t=0℃時，T=273.16K），它們每度的溫度間隔確是一致的。在工程上其關(guān)系可表示為：T=273+t（K）華氏溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)關(guān)系表示為：F=t℃＋32（℉）例：攝氏20℃，相當(dāng)于多少絕對溫度及華氏溫度？解：T=t+273=20+273=293KF=t℃＋32=*20+32=68℉2、壓力壓力是單位面積上所承受的垂直作用力，常用符號P表示。壓力的大小取決于分子熱運動情況，在一定的容積內(nèi)，分子運動劇烈，壓力就高，反之就低。壓力也是物體重要的狀態(tài)參數(shù)。壓力可用壓力表來測定。在國際單位制中，壓力單位為帕斯卡（Pa），實際應(yīng)用時也可用兆帕斯卡（MPa）或巴（bar）表示,1MPa=106Pa而1bar=105Pa。在工程上，壓力的單位也用kgf/cm2或mmHg表示。壓力的標(biāo)記有絕對壓力、表壓力和真空度三種情況。絕對壓力是指容器中氣體的實際壓力，用符號P表示；表壓力（PB）是指壓力表（或真空表）所指示的壓力；而當(dāng)氣體的絕對壓力比大氣壓力（B）還低時，容器內(nèi)的絕對壓力比大氣壓力低的數(shù)值，稱為真空度（PK）。三者之間的關(guān)系是：P=PB+B或P=B-PK作為工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)應(yīng)該是絕對壓力，而不是表壓力或真空度。制冷系統(tǒng)的計算需用絕對壓力，在查閱制冷技術(shù)有關(guān)的圖表時，其圖表所注明的壓力一般為絕對壓力。制冷系統(tǒng)中壓力表所測得的讀數(shù)必須經(jīng)過換算。3、比容比容是指單位質(zhì)量工質(zhì)所占有的容積，用符號υ表示，常用單位為m3/kg。比容是說明工質(zhì)分子之間密集程度的一個物理量。比容這個參數(shù)，在選取蒸發(fā)器和貯液器的大小以及計算壓縮機的排汽量時，都要用到它，也是基本參數(shù)。比容的大小與壓力、溫度有關(guān)。壓力一定時，溫度不同比容不同。溫度一定時，壓力不同比容也不同。比容的倒數(shù)為工質(zhì)的密度，即單位容積工質(zhì)所具有的質(zhì)量，用符號ρ表示，單位為kg/m3。比容和密度之間互為倒數(shù)關(guān)系。4、內(nèi)能內(nèi)能是工質(zhì)內(nèi)部所具有的分子動能和分子位能的總和，用符號ｕ表示。分子動能包括分子的直線運動動能、旋轉(zhuǎn)運動動能和分子內(nèi)部振動能三項，其大小與氣體的溫度有關(guān)。而分子位能的大小與分子間的距離有關(guān)，亦即與工質(zhì)的比容有關(guān)。既然氣體的內(nèi)動能決定于氣體的溫度、內(nèi)位能決定于氣體的比容，所以氣體的內(nèi)能是其溫度和比容的函數(shù)。也就是說內(nèi)能是一個狀態(tài)參數(shù)。5、焓焓是一個復(fù)合的熱力狀態(tài)參數(shù)，表征系統(tǒng)中所有的總能量，它是內(nèi)能與壓力之和。對１kg工質(zhì)而言，可表示為：ｈ＝ｕ＋Pυ（kJ/kg）或（kcal/kg）式中ｈ—焓或稱比焓（kJ/kg或kcal/kg）υ—比容（m3/kg）ｕ—內(nèi)能（kJ/kg或kcal/kg）P—絕對壓力（N/m2或Pa）在工程單位制中，壓力單位常用工程氣壓、物理大氣壓和毫米水柱等單位。由于內(nèi)能和壓力位能都是溫度的參數(shù)，所以焓也是狀態(tài)參數(shù)。確切地說，焓是一定質(zhì)量的流體，從某一初始狀態(tài)變?yōu)槿我粺崃顟B(tài)所加入的總熱量。6、熵熵是一個導(dǎo)出的熱力狀態(tài)參數(shù)，熵的中文意義是熱量被溫度除所得的商，熵的外文原名意義是“轉(zhuǎn)變”，指熱量可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ某潭龋碚鞴べ|(zhì)狀態(tài)變化時，與外界熱交換的程度。熵是通過其他可以直接測量的數(shù)量間接計算出來的。熱力學(xué)第二定律說明：熱量不能自發(fā)地，不付代價地從低溫物體傳向高溫物體。要使熱量全部而且連續(xù)地轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械功是不可能的。制冷是使熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，必需消耗一定的外界功，這個功就是壓縮機所耗的動力。關(guān)于熵的含義：熱力學(xué)第二定律說明熱量的傳遞有方向性，對于具有一定溫度T的一系統(tǒng)，有熱量q可以交換，但這個熱量是從系統(tǒng)放出還是向系統(tǒng)中加入，希望有一個數(shù)學(xué)方式表示傳遞的方向，由此引出熵的概念，用符號S表示，其表達(dá)式為S=△q/T。因為絕對溫度T值總是大于零的，故熵值的增加，表示對系統(tǒng)加熱，熵值減少，表示系統(tǒng)放熱，熵值為零，側(cè)說明系統(tǒng)沒有與外界進(jìn)行熱交換，并稱這個過程為絕熱過程。絕熱壓縮就是等熵過程。在理想制冷循環(huán)中，我們一般把壓縮機的壓縮作為絕熱壓縮。二、制冷的一些基本定義1、比熱任何物質(zhì)當(dāng)加進(jìn)熱量，它的溫度會升高。但相同質(zhì)量的不同物質(zhì)，升高同樣溫度時，其所加進(jìn)的熱量是不一樣的。為相互比較，把1kg水溫度升高1℃所需的熱量定為4.19KJ。如把1kg水溫度升高1℃需4.19KJ熱量，我們把水的比熱值定為4.19KJ/kg℃作為標(biāo)準(zhǔn)，其它物質(zhì)所需的熱量與其質(zhì)量和溫度的比值稱為比熱。例如：1kg銅溫度升高1℃所需的熱量為0.39KJ，即銅的比熱為0.39KJ/kg℃。比熱一般用C表示，單位為KJ/kg℃。2、導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)是表示一種材料傳導(dǎo)熱量能力的一個物理量，如二塊同樣厚的材料，一塊是銅塊，一塊是軟木塊，把它們放在比本身溫度高的環(huán)境中，銅塊立刻感覺到溫度升高，而軟木塊在短時間內(nèi)感覺不到。這說明二種材料對熱量傳導(dǎo)的能力不同，把這種材料對熱量的不同傳導(dǎo)的能力以一個數(shù)值表示稱為導(dǎo)熱系數(shù)，其數(shù)值等于：當(dāng)材料厚度為1m，二邊溫差為1℃，在1h內(nèi)通過1m2表面積所傳導(dǎo)的熱量，以符號λ表示，單位為w/m.k。不同材料有不同的導(dǎo)熱系數(shù)，它與材料的成分、密度。分子結(jié)構(gòu)等因數(shù)有關(guān)。同一種材料影響導(dǎo)熱系數(shù)的主要因數(shù)是密度和濕度，密度大則導(dǎo)熱系數(shù)大，濕度大則導(dǎo)熱系數(shù)亦大。3、放熱系數(shù)當(dāng)凍結(jié)一塊實物時，如在表面吹風(fēng)則它的凍結(jié)速度比不吹風(fēng)時快，表示這種不同物質(zhì)（如實物是固體、空氣是流體）之間在不同狀態(tài)下?lián)Q熱能力的物理量稱為放熱系數(shù)。其數(shù)值等于1h、每1m2面積上，當(dāng)流體和固體壁之間的溫度差為1℃是傳遞的熱量。用符號α表示，單位為w/m2.k。4、傳熱系數(shù)熱量從高溫側(cè)流體透過平壁轉(zhuǎn)移到低溫側(cè)流體，這種熱量傳遞的能力除與二側(cè)溫差、傳熱面積的大小有關(guān)外，還與平壁的導(dǎo)熱系數(shù)、平壁的厚度及壁面兩側(cè)的放熱系數(shù)有關(guān)。通過平壁的傳遞的熱量可以用公式表示為：Q＝KF△t(KJ/h)式中：Q--傳遞的熱量F—平壁的表面積△t--溫差（平壁兩側(cè)溫差）、△t＝t1-t2K—傳熱系數(shù)K＝式中：α1、α2—平壁兩側(cè)放熱系數(shù)δ—平壁的厚度λ—平壁的導(dǎo)熱系數(shù)5、濕度空氣的潮濕程度以濕度表示。潮濕度的大小隨空氣中水汽含量而定。按用途不同，濕度有三種表示方法：⑴絕對濕度每立方米濕空氣中含有水汽的質(zhì)量稱為空氣的絕對濕度。設(shè)濕空氣的體積為Vm3，其中水汽的質(zhì)量為GCkg，則絕對濕度Z=GC/V（kg/m3）含濕量濕空氣在狀態(tài)變化過程當(dāng)中，由于水份的蒸發(fā)和凝結(jié)，其體積和質(zhì)量是變化的，即使?jié)窨諝庵兴坎蛔?，由于溫度變化其體積亦隨著改變。絕對濕度是以體積V作為參數(shù)的，這樣絕對濕度也隨著變化，所以用它不能反映濕空氣中水汽含量的多少。干空氣在狀態(tài)變化過程當(dāng)中其質(zhì)量是不變的。以1kg干空氣中帶有的水汽量（一般用g）表示濕空氣的濕度，稱為含濕量，用符號d表示：d＝1000GC/Gg(g/kg)公式中表示1kg干空氣中帶有dg的水汽。在空調(diào)中含濕量是重要的參數(shù)，它反映了空氣中水汽含量的多少。任何的空氣狀態(tài)變化過程都可用含濕量的增減來判斷空氣是加濕還是干燥處理，在計算中要經(jīng)常用到它。由含濕量d和焓h制成的濕焓圖是空調(diào)計算的基本線圖。相對濕度（φ）空氣在容納水汽方面具有這樣一種物理性質(zhì)：即在一定溫度下，一定量的空氣中只能容納一定限度的水汽量，如果超過這一限度，多余的水汽就在空氣中凝結(jié)成霧。這種一定限量的水汽量稱為飽和濕度。在飽和濕度下相應(yīng)的有飽和水汽分壓PCB、飽和絕對濕度ZB與飽和含濕量dB，它們隨空氣濕度的高低而不同。一定溫度下的空氣所帶有的水汽量，達(dá)到該溫度下的最大值時稱為飽和空氣。能接受一定量水汽的空氣稱為未飽和空氣。未飽和空氣的絕對濕度Z小于同溫度下的飽和絕對濕度ZB。相對濕度即Z和ZB的比值，用它反映空氣的潮濕程度。φ＝Z/ZB*100％空調(diào)中相對濕度是衡量空氣潮濕程度對人和生產(chǎn)是否適宜的一個指標(biāo)。6、濕球溫度當(dāng)溫度計的感溫球與空氣直接接觸，測出的空氣溫度稱為空氣的干球溫度。如果用帶有水份的濕紗布包在溫度計的感溫球上，所測的溫度稱為濕球溫度。濕球溫度是紗布中的水在與周圍空氣進(jìn)行熱、濕交換達(dá)到最終穩(wěn)定狀態(tài)時的溫度。在一定空氣溫度下，空氣的相對濕度越小，空氣的吸濕能力越大，此時紗布中的水份蒸發(fā)越快，水份蒸發(fā)所需的汽化熱越多，濕球溫度降得越低，此時干球溫度和濕球溫度之差越大。反之，溫差越小。因此干濕溫度差可以確定空氣相對濕度的大小。7、露點溫度某物體被降溫時，在其表面會出現(xiàn)凝結(jié)水，這是由于臨近這些表面的空氣含濕量超過了飽和含濕量，空氣中的水汽就凝結(jié)出來。對應(yīng)于水汽凝結(jié)出來時飽和含濕量的溫度稱為露點溫度。這樣只要知道空氣的含濕量d，根據(jù)空氣性質(zhì)表查出飽和含濕量dB等于這個d值時所對應(yīng)的溫度，就是這時空氣的露點溫度。8、飽和溫度及飽和壓力在密閉容器中的液體，其表面不斷產(chǎn)生汽化現(xiàn)象，由于蒸氣相互作用以及容器壁面、液體表面碰撞，在氣體開始時，其中的一部分蒸氣又變?yōu)橐后w。汽化時產(chǎn)生的蒸氣大于由蒸氣變?yōu)橐后w的數(shù)量。經(jīng)過一段時間后，從液體變?yōu)闅怏w的量等于氣體變?yōu)橐后w的量，這時的狀態(tài)稱為飽和狀態(tài)。處于飽和狀態(tài)下的蒸氣（液體）稱為飽和蒸氣（液體），所表現(xiàn)的溫度、壓力稱為飽和溫度和飽和壓力。在制冷系統(tǒng)中，同一制冷劑，一個飽和溫度對應(yīng)一個飽和壓力，在制冷劑熱力性質(zhì)表中可以查到。例如：當(dāng)氨的冷凝溫度為30℃時，對應(yīng)的冷凝壓力為1.67MPa，當(dāng)氨的蒸發(fā)壓力為0.1MPa時，其蒸發(fā)溫度為-33.4℃。9、過熱蒸氣在一定壓力下，溫度高于飽和飽和溫度的蒸氣，稱為過熱蒸氣。制冷壓縮機排氣管處的蒸氣溫度，一般高于飽和溫度，是過熱蒸氣，過熱蒸氣的溫度與壓力沒有對應(yīng)關(guān)系。如氨壓縮機的排氣壓力為1.167MPa，測得其溫度為78℃。從氨的熱力性質(zhì)表上查得，當(dāng)壓力為1.167MPa時對應(yīng)的飽和溫度為30℃。因此排氣管的蒸氣為過熱蒸氣。過熱蒸氣的溫度超過飽和溫度的數(shù)值稱為過熱度。制冷壓縮機吸入的蒸氣一般都是過熱蒸氣，即蒸氣的溫度高于相應(yīng)壓力下的飽和溫度。在制冷壓縮機的操作中，一般要求壓縮機的吸入過熱度為5～10℃。10、蒸發(fā)蒸發(fā)是指液體表面分子汽化變成蒸氣分子的過程。在自然界，所有液體都具有蒸發(fā)能力。蒸發(fā)過程的快慢與蒸發(fā)的條件有很大關(guān)系。實踐證明同一蒸發(fā)液體蒸發(fā)面積愈大，蒸發(fā)就快；當(dāng)液體溫度升高時，蒸發(fā)過程也快；液體表面上方的氣體排走得愈快，蒸發(fā)也快；當(dāng)液體蒸發(fā)壓力與周圍空間壓力形成壓差，其壓差愈大，蒸發(fā)也快。由于物質(zhì)不同，液體分子克服的引力也不同，所以蒸發(fā)的快慢還與物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)。如氨液比水蒸發(fā)的快，水又比油蒸發(fā)的快。液體被加熱到某一溫度時，其內(nèi)部氣泡上升到表面破裂而放出蒸汽，這種液體表面的強烈汽化現(xiàn)象叫做沸騰。沸騰的液體溫度叫沸點。沸騰與蒸發(fā)是有區(qū)別的。沸騰是在一定壓力下，只有達(dá)到與此壓力相對應(yīng)的一定溫度時才能進(jìn)行。而蒸發(fā)是在任何溫度、任何壓力下都可能發(fā)生。在制冷工程當(dāng)中，往往把蒸發(fā)與沸騰理解為一回事，統(tǒng)稱為蒸發(fā)。三、傳熱學(xué)基本概念制冷過程實質(zhì)上是一個熱量傳遞的過程，因此了解傳熱學(xué)的知識極為重要。制冷系統(tǒng)中的傳熱可分為兩種類型：一種是力求增加傳熱的過程，如蒸發(fā)器、冷凝器等熱交換器。在這些設(shè)備中增強傳熱過程可以縮小設(shè)備尺寸或提高它的效率；另一種是力求減弱傳熱過程，如冷庫和管道的隔熱層，減弱傳熱過程可減少冷量損耗，節(jié)約能源。1、熱量傳遞的基本方式不同物體或物體不同部位之間產(chǎn)生熱量傳遞，其原因是它們之間存在溫差，所以溫差是產(chǎn)生熱流的動力。所有熱傳遞的現(xiàn)象可以歸納為三種基本方式，即熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射。實際工程中的傳熱往往是綜合作用，但其中某項是主要的。(1)熱傳導(dǎo)由于物體內(nèi)部分子和原子的微觀運動，使熱量從高溫部分轉(zhuǎn)向低溫部分，這種能量傳遞過程稱為熱傳導(dǎo)。其特點是傳熱過程中物體各部分之間不發(fā)生宏觀的位移。固體、液體和汽體都會發(fā)生導(dǎo)熱現(xiàn)象，但單純的導(dǎo)熱只有在固體中才能發(fā)生。導(dǎo)熱又分為平壁導(dǎo)熱和圓管壁導(dǎo)熱。通過一個平壁的導(dǎo)熱，導(dǎo)熱面積F越大，傳遞的熱量越多，平壁兩側(cè)溫度差△t越大，傳遞的熱量越多。但平壁厚度越厚，則越不易傳遞熱量。它們的之間的關(guān)系可表示為Q＝F△t(kJ／h)式中：F——垂直于導(dǎo)熱方向面積，m2；δ——壁厚度，m；△t—平壁兩側(cè)的溫差，℃；入——材料的導(dǎo)熱系數(shù)，kJ／(m．h．℃)在熱交換器中，如蒸發(fā)器、冷凝器的計算中，常常遇到圓管壁導(dǎo)熱，其熱量傳導(dǎo)可表示為Q＝．△t(kJ／h)式中：δ——為(d2-d1)／2，是圓壁的厚度，m；d——為(d2+d1)／2，是圓筒壁的平均直徑，m；——形狀系數(shù)，可查有關(guān)資料。(2)對流換熱由于流體(液體和汽體)不同部分之間的相對位移，而把熱量從一處傳到另一處的現(xiàn)象稱為熱對流。由于熱對流過程中，熱量傳遞是依靠流體的遷移流動而進(jìn)行的，所以只有液體和汽體才能產(chǎn)生熱對流。熱對流的流體與固體壁面之間的熱量交換稱為對流換熱。對流換熱可分為二種情況。即自然對流和強制對流換熱。自然對流換熱是由于流體溫度不同，其重度亦不同，流體中熱的部分因密度小而上升，冷的部分則因密度大而下降，由此自然地產(chǎn)生流體相對運動。冷庫內(nèi)空氣和排管之間的熱交換就屬于這一種換熱。強制對流換熱是用機械方法使流體強迫流動，并與壁面之間產(chǎn)生換熱。如凍結(jié)間中，風(fēng)機使空氣強迫流動，它們彼此之間的換熱就屬于強制對流換熱。對流換熱是由對流作用引起的熱量轉(zhuǎn)移和流體的移動結(jié)合在一起，因此，它是個復(fù)雜過程，與很多因素有關(guān)，如流體種類及狀態(tài)、運動狀況，與流體接觸的表面形狀及表面光潔度等。用放熱系數(shù)來表明這種流體和物體表面之間的熱交換強度，對流換熱可表示為Q=αF(tw2－t2)(kJ／h)式中：α——放熱系數(shù)，KJ／m2．h．℃；F——放熱面的面積，m2；Tw2—t2——物體壁面與周圍流體溫度差，℃；(3)輻射換熱物體因備種原因會發(fā)出輻射能，并在空間以電碰波的方式傳播。這種由于物質(zhì)分子熱運動的原因而發(fā)出的輻射能稱為熱輻射。物體除不斷發(fā)出熱幅射外，也從周圍環(huán)境吸收來自其它物體的輻射能。這種以輻射方式進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)移輻射換熱。顯然，熱輻射是不同于傳導(dǎo)和對流的一種熱量傳遞方式。熱輻射可在真空中傳播，而傳導(dǎo)和對流僅在固體、流體、氣體等物質(zhì)內(nèi)進(jìn)行，若物體內(nèi)部不存在溫差則傳導(dǎo)和對流換熱就能進(jìn)行。在溫度較低的情況下，由于熱輻射很小，一般可忽略不計。但對于100℃或幾百度的高溫，則熱幅射則不能忽視。制冷系統(tǒng)中出現(xiàn)的溫度都比較低，因此與輻射有關(guān)的換熱較小，只有在壓縮機汽缸蓋和高壓汽體排出管上才有明顯輻射熱產(chǎn)生。2、傳熱溫差傳熱溫差是指傳熱壁兩側(cè)的二種流體之間的溫度差。它是傳熱過程的推動力。在制冷設(shè)備的換熱過程中，間壁二側(cè)的溫度不是固定不變的，而是隨流體的位置及換熱的時間而變。如蒸發(fā)器中，冷流體(制冷劑)的溫度保持不變，但熱流體(空氣)的溫度在傳熱過程中逐步降低。又如冷凝器中，熱流體(制冷劑)的溫度保持不變，但冷流體(水或空氣)的溫度在傳熱的過程中逐步升高，冷熱流體之間的相對流動方向不同，傳熱溫差也不同。冷、熱流體間的相對流動方向，大致有以下幾種：1、順流――冷熱流體在兩側(cè)以相同方向流動；2、逆流――冷熱流體在兩側(cè)以相對方向流動；3、錯流――冷熱流體在兩側(cè)彼此呈直角交叉方向流動；4、折流――冷熱流體在兩側(cè)以順流或逆流交替方向流動；順流和逆流，冷熱流體沿傳熱壁面的溫度變化是不一樣的。順流時，最高溫度的熱流體和最低溫度的冷流體，在換熱器入口端的傳熱面兩側(cè)相遇，此時兩者溫差最大，此后，熱流體的溫度逐漸下降，冷流體的溫度逐步上升。在出口端以熱流體的最低溫度和冷流體的最高溫度結(jié)束換熱過程。這種傳熱方式，熱流體的最低溫度不可能降到冷流體的最高溫度之下，傳熱效率較低。逆流時，熱流體的最低溫度和冷流體的最低溫度相遇，這樣流體的最終溫度比順流時低，傳熱效果也好。不管是順流還是逆流，由于在整個傳熱過程中兩種流體和溫度都在變化。因此用對數(shù)平均溫差來較真實地反映兩者之間的溫差。關(guān)于對數(shù)平均溫差計算公式在后面換熱器再講。四、流體力學(xué)基本概念制冷是靠制冷劑在一個閉合系統(tǒng)中循環(huán)流動，不斷改變它的狀態(tài)，從而獲的低溫。流體在管內(nèi)和換熱器中的流速、流量、壓力、阻力等對整個冷系統(tǒng)的制冷效率影響很大。氣體和液體同屬流體，它們的共性是都可以流動；其區(qū)別是氣體具有很大的可壓縮性，在加壓之下，其比容減小，壓力升高，而液體是不可壓縮的流體。1、穩(wěn)定流動在流體通過導(dǎo)管或設(shè)備的任一截面時，該截面上流體的物理量如流速、壓力等不隨時間而變，僅隨流體的位置而變，這種流動情況稱為穩(wěn)定流動。在連續(xù)操作的過程中，如制冷系統(tǒng)中低壓蒸汽不斷地被吸入壓縮機，同時經(jīng)壓縮后被排到冷凝器。在冷凝器內(nèi)被冷凝成液體，液體又經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入蒸發(fā)器。因而流體在這些設(shè)備中進(jìn)行流動屬于穩(wěn)定流過程。2、伯努利方程流體在流動時有四種能量可發(fā)生轉(zhuǎn)化。它們是位能、動能、靜壓能和內(nèi)能。位能、動能和靜壓能屬于機械能，而內(nèi)能是流體內(nèi)部大量分子運動能與分子間相互作用的位能之和。內(nèi)能隨流體的溫度和密度的改變而改變。它們之間的關(guān)系可用一個方程——伯努利方程式來表達(dá)為△Z++=0△Z——截面1和2處位能的增量；――截面1和2處動能的增量——截面1和2處靜壓能的增量；上式公式說明，流體從截面1，流到截面2．三項能量均有變化，但其總能量保持不變，只是靜壓能轉(zhuǎn)化為動能和位能。液體具有粘性，在流動過程中會產(chǎn)生阻力，從而消耗能量。此外，為保證流量，通常加入泵等外加輸送機械，這樣就對流體輸入了外加能量?？紤]該因素后1kg工質(zhì)實際伯努利方程為Z1+＋＋he＝Z2＋＋+式中：he——外加能量；——克服實際阻力而消耗的能量。例：有一個重力供液系統(tǒng)，氨液分離器內(nèi)的液面與蒸發(fā)器內(nèi)的液面相差為1．6m。蒸發(fā)器管內(nèi)流動損失經(jīng)計算為1．5m氨液柱。求蒸發(fā)器內(nèi)(φ38×2．5mm鋼管)氨液的流量。解：取氨液分離器內(nèi)的液面作為1—1截面，蒸發(fā)器內(nèi)的液面作為2—2截面，把2—2截面作為基礎(chǔ)面，則Z2＝0，Z1＝1.6m氨液分離器與蒸發(fā)排管相通，故P2＝P1＝P。，系統(tǒng)中無機械功加入，則he＝0，1—1截面處液面不變，w1＝0，＝1.5m(已知)，將上述數(shù)值代入公式，得＝0.1,w2＝＝1.4m/s每分鐘氨液的流量為V＝60××d2×w2＝60××（）2×1.4＝0.072m/min§2-2熱力學(xué)第二定律與理想制冷循環(huán)一、熱力學(xué)第二定律在熱量傳遞和熱、功轉(zhuǎn)換時，熱力學(xué)第一定律只能說明它們之間的數(shù)量關(guān)系，的確不能揭示熱功轉(zhuǎn)換的條件和方向性。對于能量傳遞和轉(zhuǎn)換過程進(jìn)行的方向、條件和限度則是由熱力學(xué)第二定律來揭示的，它指出：“熱量能自發(fā)的從高溫物體傳向低溫物體，而不能自發(fā)的從低溫物體傳向高溫物體”。這正像石頭或水不可能自發(fā)的從低處向高處運動一樣。但這并不是說石頭和水在任何條件下都不可能由低處移向高處，只要外界給它們足夠大的作用力，在這個力的作用下石頭或水就能由低處移向高處，這個外界作用力稱為補償。同樣，不能把熱力學(xué)第二定律的說法理解為：“不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體”。而是只要有一個補償過程，熱量就能自低溫物體傳到高溫物體。制冷裝置就是以消耗一定的外間功作為補償過程而實現(xiàn)人工制冷的。二、循環(huán)與理想制冷循環(huán)1、正循環(huán)及熱效率膨脹--壓縮循環(huán)按順時針方向進(jìn)行的，稱為正循環(huán)。在P—υ圖上，正循環(huán)的膨脹線1、正循環(huán)及熱效率膨脹--壓縮循環(huán)按順時針方向進(jìn)行的，稱為正循環(huán)。在P—υ圖上，正循環(huán)的膨脹線1—2—3位于壓縮線3—4—1之上。正循環(huán)的單位質(zhì)量凈功w0為正值，若設(shè)高溫?zé)嵩醇咏o工質(zhì)的熱量為q1，工質(zhì)放給低溫?zé)嵩吹臒崃繛閝2，則：

評價正循環(huán)的好壞，通常用循環(huán)熱效率ηt來衡量，循環(huán)熱效率是指工質(zhì)在整個熱力循環(huán)中，對外界所作的凈功w0與循環(huán)中外界所加給工質(zhì)的熱量q1的比值。即：q1q1q2q1=q1w0ηt=q1-q2=1-2.逆循環(huán)及性能系數(shù)膨脹--壓縮循環(huán)按逆時針方向進(jìn)行的，稱為逆循環(huán)。如圖2-1所示。逆循環(huán)的壓縮線3—2—1位于膨脹線1—4—3之上。其循環(huán)的凈功為負(fù)值。若用q1表示工質(zhì)向高溫?zé)嵩捶懦龅臒崃浚胵2表示工質(zhì)從低溫?zé)嵩次盏臒崃?，則有：w0=q1-q2或q1=q2+w0上式說明，外界對工質(zhì)做功，且熱量的傳遞方向也全部改變。也就是說，逆循環(huán)的效果是消耗外界的功，將熱量從低溫物體傳遞給高溫物體。如逆循環(huán)的目的是從低溫物體中吸收熱量，則稱為制冷循環(huán)。如逆循環(huán)的目的是給高溫物體供熱，則稱為熱泵循環(huán)。逆循環(huán)的好壞通常用性能系數(shù)ε來衡量。對于制冷機來說，是指從冷源吸收的熱量q2與消耗的循環(huán)凈功w0的比值ε1稱為制冷系數(shù)。對于熱泵來說，是指供給熱源的熱量q1與消耗的循環(huán)凈功w0的比值ε2稱為供熱系數(shù)。則有：ε1=ε1=q2/w0w0ε2=q1/w0=q2+w0=ε1+1

從上述分析可見，伴隨著低溫?zé)嵩窗岩徊糠譄崃縬2傳送到高溫?zé)嵩粗腥サ耐瑫r,循環(huán)的凈功w0也將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃坎⒘飨蚋邷責(zé)嵩矗@就是使熱量從低溫?zé)嵩磦鹘o高溫?zé)嵩此匦璧难a償條件。沒有這個補償條件，熱量是不可能從低溫?zé)嵩磦鹘o高溫?zé)嵩吹?。（二）理想制冷循環(huán)理想制冷循環(huán)可通過逆卡諾循環(huán)來說明。逆卡諾循環(huán)如圖2-2所示，它由兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成。假設(shè)低溫?zé)嵩矗幢焕鋮s物體）的溫度為T0，高溫?zé)嵩矗喘h(huán)境介質(zhì)）的溫度為Tk,則工質(zhì)的溫度在吸熱過程中為T0，在放熱過程中為Tk,就是說在吸熱和放熱過程中工質(zhì)與冷源及高溫?zé)嵩粗g沒有溫差，即傳熱是在等溫下進(jìn)行的，壓縮和膨脹過程是在沒有任何損失情況下進(jìn)行的。其循環(huán)過程為：首先工質(zhì)在T0下從冷源（即被冷卻物體）吸取熱量q0，并進(jìn)行等溫膨脹4-1，然后通過絕熱壓縮1-2，使其溫度由T0升高至環(huán)境介質(zhì)的溫度Tk,再在Tk下進(jìn)行等溫壓縮2-3，并向環(huán)境介質(zhì)（即高溫?zé)嵩矗┓懦鰺崃縬k,最后再進(jìn)行絕熱膨脹3-4，使其溫度由Tk降至T0即使工質(zhì)回到初始狀態(tài)4，從而完成一個循環(huán)。對于逆卡諾循環(huán)來說，由圖2-2可知：q0=T0(S1-S4）qk=Tk(S2-S3)=Tk(S1-S4）w0=qk-q0=Tk(S1-S4)-T0(S1-S4)=(Tk-T0)(S1-S4）則逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)εk為：T0T0(S1—S4）(Tk—T0)(S1—S4）εk=q0w0==Tk—T0T0

由上式可見，逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)與工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，只取決于冷源（即被冷卻物體）的溫度T0和熱源（即環(huán)境介質(zhì)）的溫度Tk；降低Tk，提高T0，均可提高制冷系數(shù)。此外，由熱力學(xué)第二定律還可以證明：“在給定的冷源和熱源溫度范圍內(nèi)工作的逆循環(huán)，以逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)為最高”。任何實際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)都小于逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)?？偵纤?，理想制冷循環(huán)應(yīng)為逆卡諾循環(huán)。而實際上逆卡諾循環(huán)是無法實現(xiàn)的，但它可以用作評價實際制冷循環(huán)完善程度的指標(biāo)。通常將工作于相同溫度間的實際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)ε與逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)εk之比，稱為該制冷機循環(huán)的熱力完善度，用符號η表示。即：η=ε/εk熱力完善度是用來表示制冷機循環(huán)接近逆卡諾循環(huán)循環(huán)的程度。它也是制冷循環(huán)的一個技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，但它與制冷系數(shù)的意義不同，對于工作溫度不同的制冷機循環(huán)無法按其制冷系數(shù)的大小來比較循環(huán)的經(jīng)濟性好壞，而只能根據(jù)循環(huán)的熱力完善度的大小來判斷?！?-3制冷劑的相態(tài)變化及其狀態(tài)圖一、制冷劑的相態(tài)變化眾所周知，物質(zhì)有三種狀態(tài)，就是固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。通常我們把固態(tài)的物體叫固體，固體物質(zhì)內(nèi)部的分子成有規(guī)則的布置，并在一定的晶格節(jié)點上振動。液態(tài)的物體叫液體，液態(tài)物質(zhì)的分子彼此密集，相對地說是不可壓縮，并具有相互移動位置的趨勢。氣態(tài)的物體叫氣體，氣態(tài)物質(zhì)的分子處于不規(guī)則的運動中，其密度甚小，分子之間有一定的空隙，可以壓縮，又能均勻地充滿任何形狀的空間。物質(zhì)的三種狀態(tài)，在一定的壓力和溫度條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。其轉(zhuǎn)化過程分別稱為：1.汽化物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程稱為汽化。汽化有蒸發(fā)和沸騰兩種形式。其中，在液體表面進(jìn)行的汽化過程叫蒸發(fā)，在液體內(nèi)部產(chǎn)生氣泡的劇烈汽化過程叫沸騰。在一定壓力下，蒸發(fā)在任何溫度下都可進(jìn)行，而沸騰只有液體被加熱到一定溫度才開始進(jìn)行。當(dāng)汽液兩相共存并且保持平衡狀態(tài)時稱為飽和狀態(tài)。此時的蒸汽和液體分別叫做飽和蒸汽和飽和液體，處于飽和狀態(tài)的壓力與溫度稱為飽和壓力與飽和溫度。飽和壓力與飽和溫度總是相互對應(yīng)的，即一定的飽和壓力對應(yīng)著一定的飽和溫度，反之亦然。二者之間的對應(yīng)關(guān)系是：飽和溫度愈高，飽和壓力也愈高。反之，飽和壓力愈高，飽和溫度也愈高。這是飽和狀態(tài)的一個重要特點。2.冷凝物質(zhì)從汽態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程稱為冷凝或叫做液化。汽體的液化溫度與壓力有關(guān)，增大壓力，可使汽體在較高的溫度下液化。液化的基本方法是降低溫度和增加壓力。3.升華物質(zhì)由固態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程稱為升華。4.凝華物質(zhì)由氣態(tài)直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程稱為凝華。例如空氣中的水蒸汽在膨脹閥上結(jié)霜時發(fā)生的過程。二、制冷劑的壓—焓圖及熱力性質(zhì)表制冷劑的熱力狀態(tài)可以用其熱力性質(zhì)表來說明(常用制冷劑的飽和熱力性質(zhì)表見附表)，也可以用壓—焓圖來表示。壓—焓圖(lgP—h圖)是一種以絕對壓力的對數(shù)值lgP為縱坐標(biāo)，焓值為橫坐標(biāo)的熱工圖表。采用對數(shù)值lgP（而不采用P）為縱坐標(biāo)的目的是為了縮小圖的尺寸，提高低壓區(qū)域的精確度，但在使用時仍然直接從圖上讀出P的數(shù)值即可。壓—焓圖(lgP—h圖)的結(jié)構(gòu)壓—焓圖中有兩條比較粗的曲線，左邊一條為飽和液體線(干度χ=0)，右邊一條為干飽和蒸汽線(干度χ=1)，兩線交于一點K，且將圖分成了三個區(qū)域。其中K稱為臨界點，飽和液體線左側(cè)為過冷液體區(qū)，干飽和蒸汽線右側(cè)為過熱蒸汽區(qū)，兩線之間為濕蒸汽區(qū)。壓—焓圖中有六種等狀態(tài)參數(shù)線，如圖2—3所示：①等壓線P：水平細(xì)直線。②壓—焓圖中有六種等狀態(tài)參數(shù)線，如圖2—3所示：①等壓線P：水平細(xì)直線。②等焓線h：豎直細(xì)直線。③等溫線t：點劃線，其在過冷液體區(qū)為豎直線，在濕蒸汽區(qū)為水平線，在過熱蒸汽區(qū)為稍微向右下方彎曲的曲線。④等熵線S：為從左到右稍向上彎曲的實線。區(qū)中，為從左到右稍向上彎曲的虛線，但比等熵線平坦，液體區(qū)無等比容線，因為不同壓力下的液體容積變化不大。⑥等干度線χ：只存在于濕蒸汽區(qū)和過熱蒸汽區(qū)域內(nèi)，走向與飽含液體線或干飽和蒸汽線基本一致。壓—焓圖上每一點都代表制冷劑的某一狀態(tài)，在溫度、壓力、比容、焓、熵、干度六個狀態(tài)參數(shù)中，只要知道其中任意兩個獨立的狀態(tài)參數(shù)，就可以在圖中確定其狀態(tài)點，從而查出其它幾個狀態(tài)參數(shù)。制冷工程中，高壓區(qū)和濕蒸汽區(qū)的中間部分很少用到，所以有些壓一焓圖中往往將這兩部分刪去不畫。不同的制冷劑，其壓—焓圖(lgP—h圖)的形狀也有所不同，常用制冷劑R717、R12及R22的飽和熱力性質(zhì)表見附表。在工程計算中，根據(jù)需要可以查取制冷劑的飽和熱力性質(zhì)表，根據(jù)一個狀態(tài)參數(shù)，再查取制冷劑的飽和液體或干飽和蒸汽的其它狀態(tài)參數(shù)。2.壓—焓圖(lgP—h圖)的應(yīng)用壓—焓圖(lgP—h圖)是進(jìn)行制冷循環(huán)分析和計算的重要工具，在進(jìn)行制冷循環(huán)的熱力分析和計算之前，必須首先確定循環(huán)的工作參數(shù)，以便利用壓—焓圖再來確定循環(huán)的各有關(guān)狀態(tài)點的參數(shù)值，如圖2—4所示。點1：為制冷劑蒸汽進(jìn)入壓縮機的狀態(tài)。如不考慮管路的冷量損失，則壓縮機的吸汽溫度t1點1：為制冷劑蒸汽進(jìn)入壓縮機的狀態(tài)。如不考慮管路的冷量損失，則壓縮機的吸汽溫度t1即為制冷劑出蒸發(fā)器時的溫度t0，即t1＝t0，在理想情況下，進(jìn)壓縮機的制冷劑蒸汽為飽和狀態(tài)。如已知蒸發(fā)溫度t0，便能知道制冷劑蒸發(fā)壓力P0，這樣便能根據(jù)P0＝C的等壓線和干飽和蒸汽線的交點得出點1。點2：為制冷劑出壓縮機的狀態(tài)，也是進(jìn)冷凝器的狀態(tài)。過程l—2為制冷劑在壓縮機中絕熱壓縮過程。絕熱過程中熵不變，即S1＝S2，該過程沿點1的等墑線進(jìn)行，它與Pk=C的等壓線的交點即為點2。

點5：為制冷劑在冷凝器中凝結(jié)成飽和液體的狀態(tài)。它可由Pk=C的等壓線與飽和液體線相交得到。點3：為制冷劑液體過冷后的狀態(tài)。因為制冷劑液體在過冷過程中的等于冷凝壓力Pk，它的溫度低于冷凝溫度，所以Pk=C的等壓線和tg=C的等溫線交點即為點3。點4：為制冷劑出節(jié)流閥(膨脹閥)的狀態(tài)，也是進(jìn)蒸發(fā)器的初態(tài)。因為節(jié)流前后的焓值不變，而壓力降低至蒸發(fā)壓力P0，溫度為蒸發(fā)溫度t0，所以由點3作垂線（即等焓線）與t0=C的等溫線相交即得點4。4—1：為制冷劑在蒸發(fā)器中的汽化吸熱過程。這樣根據(jù)圖上所得的狀態(tài)點，即可查得各狀態(tài)點的熱力參數(shù)值。例2—1絕對壓力為2bar，比容為0.7m3／kg的氨呈何種狀態(tài)?解:所求的狀態(tài)是1gP一h圖上P＝2bar的水平線和υ＝0.7m3／kg的等比容線的交點A(見圖2—4)。因為A點在過熱區(qū)內(nèi)，所以這時氨的狀態(tài)是過熱蒸汽，該狀態(tài)點的溫度為20℃，焓值約為1470kJ／kg。例2—2絕對壓力為10bar，溫度為20℃的氟利昂—22呈何種狀態(tài)?解:所求狀態(tài)可由10bar的等壓線和20℃等溫線的交點B來表示(見圖2—5)。因為B點在過冷區(qū)內(nèi)，所以這時氟利昂—22的狀態(tài)為過冷液體，其焓值為224.08kJ／kg。例2—3氟利昂—22壓縮機吸入的汽體為-5℃的干飽和蒸汽，如將其絕熱壓縮到PK為12bar時，其壓縮終態(tài)的溫度是多少?解:壓縮機吸入狀態(tài)可由-5℃等溫線與干飽和蒸汽線的交點C來確定(見圖2—6)。點C的熵值S=1.76kJ／kg·K，因其為絕熱壓縮過程，故壓縮過程熵值不變。因此壓縮終點D是壓力PK=12bar的等壓線與S=1.76kJ／kg·K的等熵線的交點。由圖上查得此點的溫度Td=47℃即為所求壓縮終態(tài)溫度。

綜上所述，壓一焓圖不僅可以簡便地確定制冷劑的狀態(tài)參數(shù)，并且能表示出制冷循環(huán)及過程中參數(shù)的變化和能量變化，它可以用線段的長短來表示能量多少。由于制冷劑在蒸發(fā)器和冷凝器中的吸熱和放熱過程都是在定壓下進(jìn)行，而定壓過程中熱量的變化以及壓縮機在絕熱壓縮過程中所消耗的功都可以用焓差來計算，并且制冷劑在節(jié)流閥前后的焓值又保持不變，所以利用1gP一h圖來分析制冷循環(huán)及進(jìn)行熱力計算最為方便。第三章制冷劑載冷劑與潤滑油§3-1制冷劑制冷劑又稱制冷工質(zhì)，它是在制冷系統(tǒng)中不斷循環(huán)并通過其本身的狀態(tài)變化以實現(xiàn)制冷的工作物質(zhì)。制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)吸收被冷卻介質(zhì)（水或空氣等）的熱量而汽化，在冷凝器中將熱量傳遞給周圍空氣或水而冷凝。它的性質(zhì)直接關(guān)系到制冷裝置的制冷效果、經(jīng)濟性、安全性及運行管理，因而對制冷劑性質(zhì)要求的了解是不容忽視的。一、對制冷劑性質(zhì)的要求１.臨界溫度要高，凝固溫度要低。這是對制冷劑性質(zhì)的基本要求。臨界溫度高，便于用一般的冷卻水或空氣進(jìn)行冷凝；凝固溫度低，以免其在蒸發(fā)溫度下凝固，便于滿足較低溫度的制冷要求。２.在大氣壓力下的蒸發(fā)溫度要低。這是低溫制冷的一個必要條件。３.壓力要適中。蒸發(fā)壓力最好與大氣壓相近并稍高于大氣壓力，以防空氣滲入制冷系統(tǒng)中，從而降低制冷能力。冷凝壓力不宜過高（一般≯12～15絕對大氣壓），以減少制冷設(shè)備承受的壓力，以免壓縮功耗過大并可降低高壓系統(tǒng)滲漏的可能性。４.單位容積制冷量ｑv要大。這樣在制冷量一定時，可以減少制冷劑的循環(huán)量，縮小壓縮機的尺寸。５.導(dǎo)熱系數(shù)要高，粘度和密度要小。以提高各換熱器的傳熱系數(shù)，降低其在系統(tǒng)中的流動阻力損失。６.絕熱指數(shù)ｋ要小。由絕熱過程中參數(shù)間關(guān)系式可知，在初溫和壓縮比相同的情況下，K↑→T2↑?？梢姡胄】山档团艢鉁囟?。７.具有化學(xué)穩(wěn)定性。不燃燒、不爆炸、高溫下不分解、對金屬不腐蝕、與潤滑油不起化學(xué)反應(yīng)、對人身健康無損無害。８.價格便宜，易于購得。且應(yīng)具有一定的吸水性，以免當(dāng)制冷系統(tǒng)中滲進(jìn)極少量的水分時，產(chǎn)生“冰塞”而影響正常運行。二、制冷劑的一般分類根據(jù)制冷劑常溫下在冷凝器中冷凝時飽和壓力Pk和正常蒸發(fā)溫度T0的高低，一般分為三大類：１.低壓高溫制冷劑冷凝壓力Pk≤２～３Kg/cm2（絕對），T0>０℃如Ｒ11（CFCl3），其T0＝23.7℃。這類制冷劑適用于空調(diào)系統(tǒng)的離心式制冷壓縮機中。通常３０℃時，Pk≤3.06Kg/cm2。２.中壓中溫制冷劑冷凝壓力Pk<20Kg/cm2（絕對），０℃<T0>-60℃。如Ｒ717、Ｒ12、Ｒ22等，這類制冷劑一般用于普通單級壓縮和雙級壓縮的活塞式制冷壓縮機中。３.高壓低溫制冷劑冷凝壓力Pk≥20Kg/cm2（絕對），T0≤-70℃。如Ｒ13（CF3Cl）、Ｒ14（CF4）、二氧化碳、乙烷、乙烯等，這類制冷劑適用于復(fù)迭式制冷裝置的低溫部分或-７０℃以下的低溫裝置中。三、常用制冷劑的特性目前使用的制冷劑已達(dá)70～80種，并正在不斷發(fā)展增多。但用于食品工業(yè)和空調(diào)制冷的僅十多種。其中被廣泛采用的只有以下幾種：１.氨（代號：Ｒ717）氨是目前使用最為廣泛的一種中壓中溫制冷劑。氨蒸汽無色、具有強烈的刺激性臭味。氨的凝固溫度為-77.7℃，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-33.3℃，在常溫下冷凝壓力一般為1.1～1.3MPa，即使當(dāng)夏季冷卻水溫高達(dá)３０℃時也決不可能超過1.5MPa。氨的單位標(biāo)準(zhǔn)容積制冷量大約為520kcal/ｍ3。氨有很好的吸水性，即使在低溫下水也不會從氨液中析出而凍結(jié)，故系統(tǒng)內(nèi)不會發(fā)生“冰塞”現(xiàn)象。氨對鋼鐵不起腐蝕作用，但氨液中含有水分后，對銅及銅合金有腐蝕作用，且使蒸發(fā)溫度稍許提高。因此，氨制冷裝置中不能使用銅及銅合金材料，并規(guī)定氨中含水量不應(yīng)超過0.2％。氨的比重和粘度小，放熱系數(shù)高，價格便宜，易于獲得。但是，氨有較強的毒性和可燃性。若以容積計，當(dāng)空氣中氨的含量達(dá)到0.5％～0.6％時，人在其中停留半個小時即可中毒，達(dá)到11％～13％時即可點燃，達(dá)到16％時遇明火就會爆炸。因此，氨制冷機房必須注意通風(fēng)排氣，并需經(jīng)常排除系統(tǒng)中的空氣及其它不凝性氣體。氨在260℃以上可以分解成氫和氮。氨在潤滑油中的溶解度是很小的，因此氨制冷機的管道及熱交換器的傳熱表面上會積有油膜，影響傳熱效果。在運行中潤滑油也會積存在貯液器及蒸發(fā)器的下部（因潤滑油的比重比氨液的比重大），應(yīng)定期放出。氨和濕酚酞試紙相遇時會使試紙變成深紅的顏色，由此可以用來檢查氨泄漏的部位?？偵纤觯弊鳛橹评鋭┑膬?yōu)點是：易于獲得、價格低廉、壓力適中、單位制冷量大、放熱系數(shù)高、幾乎不溶解于油、流動阻力小，泄漏時易發(fā)現(xiàn)。其缺點是：有刺激性臭味、有毒、可以燃燒和爆炸，對銅及銅合金有腐蝕作用。２.氟利昂-12（代號：Ｒ12）R12臭氧衰減指數(shù)ODP為1.0，溫室指數(shù)GWP為2.8～3.4Ｒ12為烷烴的鹵代物，學(xué)名二氟二氯甲烷。它是我國中小型制冷裝置中使用較為廣泛的中壓中溫制冷劑。Ｒ12的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為-29.8℃，冷凝壓力一般為0.78～0.98MPa，凝固溫度為-155℃，單位容積標(biāo)準(zhǔn)制冷量約為288kcal/ｍ3。Ｒ12是一種無色、透明、沒有氣味，幾乎無毒性、不燃燒、不爆炸，很安全的制冷劑。只有在空氣中容積濃度超過80％時才會使人窒息。但與明火接觸或溫度達(dá)400℃以上時，則分解出對人體有害的氣體。Ｒ12能與任意比例的潤滑油互溶且能溶解各種有機物，但其吸水性極弱。因此，在小型氟利昂制冷裝置中不設(shè)分油器，而裝設(shè)干燥器。同時規(guī)定Ｒ12中含水量不得大于0.0025％，系統(tǒng)中不能用一般天然橡膠作密封墊片，而應(yīng)采用丁晴橡膠或氯乙醇等人造橡膠。否則，會造成密封墊片的膨脹引起制冷劑的泄漏。R12可以用肥皂水、鹵素噴燈或電子鹵素檢漏儀進(jìn)行系統(tǒng)檢漏。R12由于破壞大氣層中的臭氧層，目前在中國已被禁止生產(chǎn)和使用。目前認(rèn)為可替代產(chǎn)品為：R134a、R152a。３.氟利昂-22（代號：Ｒ２２）R22臭氧衰減指數(shù)ODP為0.05，溫室指數(shù)GWP為0.35Ｒ22也是烷烴的鹵代物，學(xué)名二氟一氯甲烷，標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度約為-41℃，凝固溫度約為-160℃，冷凝壓力同氨相似，單位容積標(biāo)準(zhǔn)制冷量約為454kcal/ｍ3。Ｒ22的許多性質(zhì)與Ｒ12相似，Ｒ22也是一種無色、透明、沒有氣味，幾乎無毒性、不燃燒、不爆炸，對金屬無腐蝕、很安全的制冷劑。但化學(xué)穩(wěn)定性不如Ｒ12，毒性也比Ｒ12稍大。但是，Ｒ22的單位容積制冷量卻比Ｒ12大的多，接近于氨。當(dāng)要求-40～-70℃的低溫時，利用Ｒ22比Ｒ12適宜，故目前Ｒ22被廣泛應(yīng)用于-40～-60℃的雙級壓縮或空調(diào)制冷系統(tǒng)中。R22與水的互溶性很差，在0℃時水在R22中的溶解度僅為0.06%(Wt)。系統(tǒng)中水的含量超標(biāo)可能發(fā)生冰堵和鍍銅腐蝕。故規(guī)定Ｒ22中含水量不得大于0.0025％（JB453-64）。R22與潤滑油有限溶解。在系統(tǒng)高溫側(cè)部分（冷凝器、貯液器）R22與油完全溶解；在低溫側(cè)，R22與油混合物處于溶解臨界溫度以下時，蒸發(fā)器和低壓貯液器中液體將出現(xiàn)分層。油在上層，R22在下層。在中國R22將在2035年禁止生產(chǎn)和使用?，F(xiàn)在混合制冷劑R23/R152a可以替代R22。4．R134a（HFC-134a，C2H2F4）R134a臭氧衰減指數(shù)ODP為0，溫室指數(shù)GWP為0.24～0.29R134a被認(rèn)為是最有可能替代R12的新制冷劑。標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度-26.2℃，凝固點為-101.0℃。R134a的制冷循環(huán)特性與R12接近，但不如R12（容積制冷量和COP都小于R12）。R134a分子量大，流動阻力損失比R12大，傳熱性能比R12好。R134a的分子極性大，在非極性油中的溶解度極小。R134a的分子直徑比R12小，比R12更容易泄漏。R134a的熱分解溫度遠(yuǎn)高于壓縮機和系統(tǒng)可能出現(xiàn)的溫度。R134a對非金屬材料的膨潤作用比R12略強。可以通用的材料為氫化丁晴橡膠和氯化橡膠。目前R134a的生產(chǎn)必須通過二級合成和完全分離的方法才能得到滿足純度指標(biāo)要求的制冷劑。生產(chǎn)該制冷劑原料貴，產(chǎn)量小，還要消耗太多的催化劑，因此價格昂貴。R134a的溫室效應(yīng)指標(biāo)是個令人耽心的問題。§3-2載冷劑載冷劑是用來先接受制冷劑的冷量而后去冷卻其它物質(zhì)的媒介物質(zhì)，又稱冷媒。它在間接制冷系統(tǒng)中起著傳遞制冷劑冷量的作用。一、對載冷劑的要求選擇載冷劑時應(yīng)考慮因素有：冰點、比熱、對金屬腐蝕性和價格等。１.比熱要大比熱大，載冷量就大，從而可減小載冷劑的循環(huán)量。２.粘度低、導(dǎo)熱系數(shù)高。３.凝固點低且要適宜，因凝固點過低將導(dǎo)致比熱減小、粘度增大。４.無臭、無毒、使用安全，且對金屬的腐蝕性要小。５.價格低廉，易于購得。二、常用載冷劑及性質(zhì)載冷劑的種類較多，可以是氣體、液體或固體。常用載冷劑有空氣、水和鹽水溶液。１.空氣和水空氣或水是最廉價、最易獲得的載冷劑。都具有密度小、安全無害、對設(shè)備幾乎無腐蝕性等優(yōu)點。但空氣的比熱小，所以只有利用空氣直接冷卻時才采用空氣作載冷劑。水雖有比熱大的優(yōu)點，但水的冰點高，所以水僅能用作制出０℃以上的載冷劑。０℃以下應(yīng)采用鹽水作載冷劑。２.鹽水溶液鹽水是最常用的載冷劑，由鹽溶于水制成。常用的鹽水主要有氯化鈉水溶液和氯化鈣水溶液。鹽水的性質(zhì)于溶液中含鹽量的多少有關(guān)。特別需要指出，鹽水的凝固點取決于鹽水的濃度。圖2-1中的曲線表示鹽水溶液的凝固點與濃度的關(guān)系。圖中曲線Ⅰ（實線）為氯化鈉鹽水的凝固曲線，曲線Ⅱ（虛線）為氯0℃化鈣鹽水的凝固曲線。由這兩條曲線-10可知,無論哪一種鹽水，當(dāng)鹽水的濃-20度小于某一定值時，其凝固溫度隨濃-30度的增加而降低，當(dāng)濃度大于這一定-40值以后，凝固溫度隨濃度的增加反而-50升高。此轉(zhuǎn)折點稱為冰鹽共晶點，對-60應(yīng)的濃度稱共晶濃度。該點相當(dāng)于全01020304050％部鹽水溶液凍結(jié)成一塊冰鹽結(jié)晶體，它是最低的凝固點。圖3-1鹽水的凝固點與濃度的關(guān)系在共晶點的左側(cè)，如果鹽水的濃度不變，而溫度降低，當(dāng)?shù)陀谠摑舛人鶎?yīng)的凝固點時，則有冰從鹽水中析出，所以共晶點左面的曲線稱為析冰線。當(dāng)鹽水的濃度超過共晶濃度時（即在共晶點的右面），如果鹽水的濃度不變，而當(dāng)溫度降低到該濃度所對應(yīng)的凝固點以下時，從溶液中析出的不再是冰而是結(jié)晶鹽，因此共晶點右面的曲線稱為析鹽線。不同的鹽水溶液其共晶點是不同的，如氯化鈉鹽水的共晶溫度為-21.2℃，共晶濃度為22.4％；而氯化鈣鹽水的共晶溫度為-55℃，共晶濃度為29.9％。鹽水雖具有原料充沛、成本低、凝固點可調(diào)等優(yōu)點，但由于鹽水的濃度對鹽水溶液的性質(zhì)具有很大影響，故鹽水作為載冷劑時應(yīng)注意以下問題：（１）要合理地選擇鹽水的濃度。鹽水的濃度增高，雖可降低凝固點，但使鹽水密度加大、比熱減小。而鹽水密度加大與比熱減小，都會使輸液泵的功率消耗增大。因此，不應(yīng)選擇過高的鹽水濃度，而應(yīng)根據(jù)使鹽水的凝固點低于載冷劑系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的最低溫度為原則來選擇鹽水的濃度。目前一般在選擇鹽水濃度時，使其凝固溫度比制冷劑的蒸發(fā)溫度低５～８℃為宜。（２）注意鹽水對設(shè)備及管道的腐蝕問題。鹽水對金屬的腐蝕隨溶液中含氧量的減少而變慢。為此，最好采用閉式鹽水系統(tǒng)，以減少鹽水與空氣接觸機會，從而降低對設(shè)備及管道的腐蝕。此外，鹽水的含氧量隨鹽水濃度的降低而增高。因而，從含氧量與腐蝕性來要求，鹽水濃度不可太低。另外，為了減輕鹽水的腐蝕性，還應(yīng)在鹽水中加入一定量的防腐劑并使其具有合適的酸堿性。一般１ｍ3氯化鈉水溶液中應(yīng)加3.2kg重鉻酸鈉和0.88kg氫氧化鈉；１ｍ3氯化鈣水溶液中應(yīng)加1.6kg重鉻酸鈉和0.44kg氫氧化鈉。加入防腐劑后，必須使鹽水呈弱堿性（pＨ=7.5～8.5），這可通過氫氧化鈉的加入量進(jìn)行調(diào)整。添加防腐劑時應(yīng)特別小心并注意毒性。（３）鹽水載冷劑在使用過程中，會因吸收空氣中的水分而使其濃度降低。為了防止鹽水的濃度降低，引起凝固點溫度升高，必須定期檢測鹽水的比重。若濃度降低，應(yīng)適當(dāng)補充鹽量，以保持在適當(dāng)?shù)臐舛?。一般情況是當(dāng)蒸發(fā)溫度高于－16℃時，采用氯化鈉鹽水溶液。當(dāng)蒸發(fā)溫度低于－16℃時而高于－55℃時，采用氯化鈣鹽水溶液作為載冷劑。例：作冰棍時，通常使用-16℃的鹽水，鹽水與蒸發(fā)器的傳熱溫差取5℃，則蒸發(fā)溫度為-21℃，為了不至于出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，取鹽水的凝固溫度比蒸發(fā)溫度低7℃，即所配制鹽水的凝固溫度應(yīng)不高于-28℃。因為蒸發(fā)溫度低于-16℃，所以選用氯化鈣溶液，由特性表可知，當(dāng)凝固溫度為-28℃（取-28.3℃）時，溶液的比重為1.23kg/L，百分比濃度24.7%。3．有機載冷劑⑴甲醇（CH3OH）、乙醇（C2H6OH）和它們的水溶液甲醇的冰點為-97℃，乙醇的冰點為-117℃。它們的純液體比重和比熱容都比鹽水低，故可以在更低的溫度下載冷。甲醇比乙醇的水溶液粘性稍大一些。它們的流動性都比較好。甲醇和乙醇都有揮發(fā)性和可燃性，所以使用中要注意防火，特別是當(dāng)機器停止運行，系統(tǒng)處于室溫時，更需格外當(dāng)心。乙二醇、丙二醇和丙三醇水溶液丙三醇（甘油）是極穩(wěn)定的化合物，其水溶液對金屬無腐蝕。無毒，可以和食品直接接觸，是良好的載冷劑。乙二醇和丙二醇水溶液的特性相似，它們的共晶溫度可達(dá)-60℃左右（對應(yīng)的共晶濃度為0.6左右）。它們的比重和比熱容較大。溶液粘度高。略有毒性，但無危害。在-20℃以下工藝制冷使用中，為了降低溶液的粘度，往往在乙二醇的溶液中加入乙醇，變成三元混合溶液，一般配方為乙二醇：乙醇：水＝40：20：40，溶液的凝固點為-64℃，比重1，比熱為3.14Kj/(kgK)，在-35℃時運動粘度為45×10－6m2/s。純有機液體純有機液體如二氯甲烷R30（CH2CL2）、三氯乙烯R1120（C2HCL3）和其它氟利昂液體。它們的凝固點很低(在-100℃左右或更低)。特點是比重大、粘性小、比熱容小。可以用來得到更低的載冷溫度?！?-3潤滑油一、潤滑油的作用潤滑油在制冷工程上通常稱為冷凍機油，它在制冷壓縮機的運行中起著重要作用。主要有如下幾方面：1.起潤滑作用減小機器運動部件的摩擦和磨損，延長使用壽命。2.降低溫度冷凍機油在制冷壓縮機內(nèi)不斷循環(huán)，能夠帶走制冷壓縮機工作過程中產(chǎn)生的許多熱量，使機器保持較低的溫度，從而提高制冷壓縮機的效率和使用可靠性。3.起密封作用冷凍機油在軸封及汽缸與活塞間起密封作用，防止制冷劑泄漏。4.提供卸載機構(gòu)的動力帶有卸載裝置的制冷壓縮機中，利用冷凍機油的油壓作為卸載機構(gòu)的動力。二、潤滑油的性能指標(biāo)及選用(一)潤滑油的性能指標(biāo)1.粘度粘度是潤滑油的一個主要性能指標(biāo)，不同制冷劑對粘度有不同要求，如R12與潤滑油能相互溶解，會使?jié)櫥驼扯冉档?，故?yīng)選用粘度較高的潤滑油。壓縮機中潤滑油的粘度過大和過小都不好。粘度過大會使壓縮機摩擦功率和摩擦發(fā)熱量增加，啟動力矩增大，機器效率降低;粘度過小，則因不能建立起所需油膜而加速軸承等處的磨損。因此粘度必須適中。潤滑油的粘度隨溫度變化而有很大變化(例如溫度由50℃升高到100℃時，礦物油的粘度值降低到原來值的1/3—1/6)。故應(yīng)選用溫度對粘度影響小的潤滑油。2.濁點潤滑油的濁點是表示當(dāng)溫度降低到某一數(shù)值時，潤滑油中開始析出石蠟(即潤滑油變得混濁)時的溫度。制冷壓縮機中所使用的潤滑油，其濁點應(yīng)低于制冷劑的蒸發(fā)溫度。特別在氟系統(tǒng)中，一部分潤滑油溶解于制冷劑中而隨制冷劑流到制冷系統(tǒng)各處，若油中有石蠟析出，它會積存在節(jié)流閥處引起堵塞，或積存在蒸發(fā)器的傳熱表面，減弱傳熱效果。3.凝固點潤滑油在試驗條件下，冷卻到停止流動的溫度，稱為凝固點。用于制冷壓縮機的潤滑油，凝固點應(yīng)越低越好。一般凝固點應(yīng)低于-40℃。當(dāng)潤滑油與制冷劑互相溶解時，凝固點將會降低。4.閃點潤滑油(在開口盛油器內(nèi))加熱到它的蒸汽與火焰接觸時，發(fā)生閃火的最低溫度稱為閃點。制冷壓縮機所用的潤滑油其閃點應(yīng)比排汽溫度高25—35℃，以免引起潤滑油的燃燒與結(jié)焦。通常對氨、R12和R22用的潤滑油，其閃點應(yīng)在160—170℃以上。5.學(xué)穩(wěn)定性及抗氧化性潤滑油應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化，否則在高溫或金屬的催化作用下，與制冷劑等接觸反應(yīng)，會生成焦炭、酸性物等有害物質(zhì)。6.含水量與機械雜質(zhì)潤滑油中不應(yīng)含有水分，因為水分不但會使蒸發(fā)壓力下降，蒸發(fā)溫度升高，而且會加劇油的化學(xué)變化及腐蝕金屬的作用。水分在氟利昂壓縮機中還會引起“鍍鋼現(xiàn)象”，使銅零件與氟利昂發(fā)生作用而分解出銅，并積聚在軸承、閥門等零件的鋼質(zhì)表面上。結(jié)果使這些表的厚度增加，破壞了軸承的間隙，使機器運轉(zhuǎn)不良。這種現(xiàn)象出現(xiàn)在封閉式和半封閉式壓縮機中較多。一般新油中不含有水分和機械雜質(zhì)，因為用于制冷機的潤滑油，在生產(chǎn)過程中都經(jīng)過了嚴(yán)格的脫水處理。但脫水潤滑油具有很強的吸濕性，所以在儲運、加油時，應(yīng)盡量避免和空氣接觸。用汽油或苯將潤滑油溶解稀釋，并用濾紙過濾后所殘存的物質(zhì)稱為潤滑油的機械雜質(zhì)。潤滑油中的機械雜質(zhì)會加速零件的磨損和油的絕緣性能的降低、堵塞潤滑油通道，所以雜質(zhì)也是越少越好，一般規(guī)定不超過0.01％。7.擊穿電壓擊穿電壓是一個表示潤滑油絕緣性能的指標(biāo)，純潤滑油絕緣性能很好，但當(dāng)其含有水分、纖維、灰塵等雜質(zhì)時，絕緣性能就會降低。半封閉式和全封閉式壓縮機,一般要求潤滑油的擊穿電壓在25kV以上。因為潤滑油直接和電機繞組接觸。（二）國產(chǎn)冷凍機油的規(guī)格及選用我國目前冷凍機油規(guī)格是按照石油化工總公司頒布的《ZBE34003—86》的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的，本標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，按40℃時運動粘度中心值分為N15、N22、N32、N46和N68五個粘度等級，都可用于以氨為制冷劑的冷凍機。其主要性能指標(biāo)如表2—1所示。但是以前頒布的冷凍機油規(guī)格是按50℃時的運動粘度值而分為13、18、25和30四個牌號。選用時可參考冷凍機油新舊粘度等級對照表。實踐中，一般R12壓縮機選用N32(18號)，R22壓縮機選用N46(25號)，氨壓縮機選用N22（13號)或N46(25號)。表2—1國產(chǎn)冷凍機油的規(guī)格及主要性能指標(biāo)項目質(zhì)量指標(biāo)粘度等級N15N22N32N46N68運動粘度(mm2/s)13.5-16.519.8-24.228.8-35.241.4-50.661.2-74.8閃點(℃)≤150160160170180凝點(℃)≤-40-35酸值(mgKOH/g)≤0.020.030.05氧化后酸值≤氧化沉淀物≤0.050.005%0.20.02%0.050.005%0.10.02%水分無機械雜質(zhì)無㈢礦物油和武冷潤滑油介礦物油是從奈及高粘性指數(shù)的石蠟基礎(chǔ)油精煉出的，這些礦物油通過-30℃左右的低溫脫去蠟，以便去除與工質(zhì)不溶的物質(zhì)（或降低凝絮點），同時改進(jìn)與制冷劑的化學(xué)穩(wěn)定性。這些石油基潤滑油屬于環(huán)烷烴類，精制程度較低，組分較復(fù)雜，物理性質(zhì)、化學(xué)結(jié)構(gòu)都不穩(wěn)定，而這些會影響在制冷應(yīng)用時的性能。一般粘溫性不好，粘度指數(shù)低，溫度越低粘度越大，系統(tǒng)能耗增加，同時易在蒸發(fā)器中沉積使用礦物油，用制冷劑通過匹配壓縮機和系統(tǒng)來達(dá)到最優(yōu)性能是十分困難的，有時候是不可能的。礦物油由于價格便宜而大量在制冷系統(tǒng)中采用。盡管如此，我們建議其使用極限溫度為蒸發(fā)溫度-30℃左右，這是因為：1、一旦吸氣溫度達(dá)到-30℃左右，在壓縮機吸氣過濾網(wǎng)上將析出大量蠟，堵塞過濾網(wǎng)，減少吸氣量，大大降低制冷量；2、礦物油在蒸發(fā)器中長期積累，嚴(yán)重影響傳熱，造成更低的蒸發(fā)溫度，降低制冷量；3、在氨系統(tǒng)中，礦物油在蒸發(fā)器中形成油泥，呈牙膏狀，無法通過集油器順利排油；4、機組油溫較高，噴油粘度較低，影響潤滑，縮短軸承壽命；5、含碳量高，容易析出產(chǎn)生油渣，堵塞過濾網(wǎng)；6、揮發(fā)性高，降低油分效果；7、通過測定，以上幾項可減少制冷量10%～60%。武冷潤滑油介紹－WL1冷凍機油（半合成油）揮發(fā)性小，與氨的溶解度低，油分效果好，可減少60%冷凍機油的消耗，使油分分離精度提高到5ppm以上；使用溫度：15～-40℃；對壓縮機有良好的潤滑性：減少磨損，延長軸承壽命；產(chǎn)生更清潔的系統(tǒng)，沒有油渣；允許從老系統(tǒng)中的油慢慢被更換；與所有的常用在氨制冷系統(tǒng)其他的油及橡膠材料兼容；含蠟量極低，低溫下不會析出蠟，不會吸附在過濾網(wǎng)上，充分發(fā)揮壓縮機性能；傾點低，容易從蒸發(fā)器中排油；較好的抗氧化穩(wěn)定性，換油周期較N46冷凍機油延長3～6倍；具有極性，有自清潔作用，可將換熱器中的污垢帶回來，提高換熱效率。－WL2冷凍機油（半合成油）專為R717應(yīng)用而開發(fā)，以半合成油為基礎(chǔ)，價格相對較低廉；采用了特殊的無酸添加劑，可防止脂肪酸銨鹽的生成，與氨制冷系統(tǒng)適應(yīng)性優(yōu)良；優(yōu)異的熱穩(wěn)定性—延長油品使用壽命，延長維護周期和減少換油次數(shù)較好，換油周期較N46冷凍機油延長2～5倍；杜絕漆膜、膠質(zhì)和油泥形成—提高設(shè)備可靠性和效率；與氨的互溶性很小，揮發(fā)性小，提高油分效果50％，油分離精度提高到5ppm以上；高粘度指數(shù)和低溫流動性—提高蒸發(fā)器效率；制冷劑存在下油膜厚度高—提高壓縮機油抗剪切性能，延長壓縮機壽命，密封性能好；使用溫度：15~-40℃。－WL4冷凍機油（PAO合成油）具有WL1油的所有特性；使用溫度更低，范圍更廣：15~-60℃。－WL5冷凍機油（烷基苯冷凍機油）（氟系統(tǒng)用油）揮發(fā)性小，油分效果好，可減少50%冷凍機油的消耗，使油分分離精度提高到5ppm以上；使用溫度：15～-45℃；對壓縮機有良好的潤滑性：減少磨損，延長軸承壽命；產(chǎn)生更清潔的系統(tǒng)，沒有油渣；允許從老系統(tǒng)中的油慢慢被更換；與所有的常用在氨制冷系統(tǒng)其他的油及橡膠材料兼容。－WL8冷凍機油（合成油）（丙烷/丙烯制冷系統(tǒng)專用）揮發(fā)性小，油分效果好；使用溫度：15～-45℃；對壓縮機有良好的潤滑性：減少磨損，延長軸承壽命；產(chǎn)生更清潔的系統(tǒng)，沒有油渣；與所有的常用在氨制冷系統(tǒng)其他的油及橡膠材料兼容。丙烷/丙烯制冷系統(tǒng)專用此油，壽命較礦物油延長5倍。N46VSWL1&WL2性能比較:武冷用1臺LG20IIIA在試驗站上做了數(shù)月的對比試驗，試驗結(jié)果是驚人的，以下僅以常用工況-15/＋35℃為例：也就是采用WL2之后，不僅制冷量提高了9.7%，功耗反而降低了5％！這還不包括對換熱器的強化作用。1臺LG20IIIA，按年運行8000h計算，制冷量提高姑且不算，年節(jié)省耗電7.5萬度，按0.5元/度計算，年節(jié)省電費3.75萬元！第四章蒸氣壓縮式制冷循環(huán)§4-1壓縮式制冷循環(huán)原理前面我們講過，液體氣化的吸熱作用可用來制冷，如氨液氣化、氟利昂氣化都有良好的吸熱制冷能力。但是，如果液體氣化后排放到大氣中，則既浪費又污染環(huán)境，且制冷效應(yīng)只能維持到液體全部氣化為止。為了解決上述問題，必需設(shè)法將氣化后的蒸汽恢復(fù)到液體狀態(tài)重復(fù)利用。這就需要通過壓縮機和冷凝器等來完成。以下我們以氨為例來說明蒸氣壓縮式制冷循環(huán)原理。理論上，最簡單的壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)由：蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器和膨脹閥四大部件組成，如圖所示。

從蒸發(fā)器出來的氨的低溫低壓蒸氣（狀態(tài)１）被吸入壓縮機內(nèi)，壓縮成高壓高溫的過熱蒸氣（狀態(tài)２），然后進(jìn)入冷凝器。由于高壓高溫過熱氨氣的溫度高于其環(huán)境介質(zhì)的溫度，且其壓力使氨氣能在常溫下冷凝成液體狀態(tài)，因而排至冷凝器時，經(jīng)冷卻、冷凝成高壓常溫的氨液（狀態(tài)３）。高壓常溫的氨液通過膨脹崐時，因節(jié)流而降壓，在壓力降低的同時，氨液因沸騰蒸發(fā)吸熱使其本身的溫度也相應(yīng)下降，從而變成了低壓低溫的氨液（狀態(tài)４）。把這種低壓低溫的氨液引入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)，即可使其周圍空氣及物料的溫度下降而達(dá)到制冷的目的。從蒸發(fā)器出來的低壓低溫氨氣重新進(jìn)入壓縮機，從而完成一個制冷循環(huán)。然后重復(fù)上述過程。§4-2單級壓縮制冷循環(huán)一、單級壓縮制冷循環(huán)的基本組成如前所述，蒸氣壓縮式制冷，是由壓縮機、冷凝器、膨脹閥（或毛細(xì)管）和蒸發(fā)器四大部件組成的。實際上，單級壓縮制冷循環(huán)的組成，除上述四大部件外，一般還有分油器、貯液器、汽液分離器及各種控制閥等部件，如下圖所示。