通俗的制冷原理

通俗的制冷原理制冷由四大要件﹕壓縮機(jī)；冷凝器；節(jié)流閥；蒸發(fā)器。

我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾姳?，正好由這四要件加上箱體組成，箱體就好象冷庫。不過電

冰箱上的節(jié)流閥在技術(shù)上由相同作用的毛細(xì)管替代。首先講講什麼叫制冷？

到底什幺是冷，先舉例說明﹕在寒冬臘月，氣溫降到－5℃，我們說今天天氣真冷，可東北人說不冷；在大伏天，氣溫在＋32℃時(shí)，我們會(huì)說不算熱，但氣溫突然降到＋25℃，我們會(huì)說太冷了；這冷是隨著人的常識(shí)來定的，在物理學(xué)中沒有冷的定義。在工程中冷是跟著生產(chǎn)需要而定的。但是，我們還是把這種利用機(jī)械設(shè)備把降溫對(duì)象降到所需溫度的方法叫制冷，這就是術(shù)語。比如我們將裝有一公斤20℃冷水的水壺放到一塊燒到500℃的鐵板上，沒有多久水就開了，如果不拿開水壺，不多久水就干了。大家和說鋼板在對(duì)水加熱，反過來也可以說水在對(duì)鋼板降溫。而且，降了多少度，都可計(jì)算出來，因?yàn)橐还锼畯?0℃升到100℃，它需要外界提供它80大卡熱量，水從100℃到燒干，它需要外界提供539大卡熱量，也就是說一公斤20℃冷水燒到干，要外界提供619大卡熱量。如果按制冷的角度它從外界或鋼板中提取了619大卡熱量而變成了水蒸汽，使鋼板降溫了，這就是制冷，是利用水對(duì)鋼板制冷。如果將水倒在鋼板上，那就更直觀了。

在上述的制冷過程中，如果鋼板的大小一定，并排除外界空氣的降溫因素，那幺鋼板降了多少度，是可以精確計(jì)算出來的。在這里所述及到的‘熱量’、‘溫度’、‘大卡’、‘℃’等物理量，我想學(xué)過物理的人都能理解。初中物理就講到，熱量總是通過傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射，從溫度高的物體轉(zhuǎn)移到溫度低的物體，絕不可能反過來進(jìn)行。一個(gè)物體失去一些熱量后，它的溫度也會(huì)降低一些。我們的目的就是通過制冷系統(tǒng)，將商品中和空氣中的熱量向比商品溫度更低的制冷劑傳遞，達(dá)到降低商品溫度的目的。我們的制冷系統(tǒng)與鍋爐的制熱系統(tǒng)在熱力學(xué)上來講是完全一樣的，它們的熱傳導(dǎo)公式也完全一樣，我們先以鍋爐作比擬，進(jìn)一步講講制冷劑在制冷時(shí)的作用。上面講的燒水壺也可算是一只鍋爐，不過水燒開了，我們就灌熱水瓶了，如果我們?cè)趬刈焐咸赘茏?，通到浴室，那就可以洗桑拿了，水壺就成小鍋爐了。要注意的是這時(shí)水壺中的水永遠(yuǎn)是100℃，水壺出口處的蒸汽溫度也是100℃，為什幺不是110℃，不是90℃？這是因?yàn)樵谝粋€(gè)大氣壓下水的沸騰溫度是100℃，這是水的物理性能所決定了的。在青藏高原，大氣壓力較低，水70℃左右就開了，沒有高壓鍋就只能吃夾生飯，而在高壓鍋里，溫度可達(dá)到110℃，因?yàn)楦邏哄伵艢忾y的重量，剛好使鍋內(nèi)壓力保持在1Kg/CM2表壓力（實(shí)際是2個(gè)大氣壓）。一般小型鍋爐可燒4Kg/CM2表壓力蒸汽，蒸汽溫度也接近140℃，鍋爐中的水溫也與蒸汽溫度一樣也是140℃。煤氣爐的火頭溫度可達(dá)1000℃左右，火頭將熱量傳遞給水，使水的溫度上升直達(dá)沸點(diǎn)，一公斤水從沸點(diǎn)到燒干（全部變成蒸汽），將從煤氣火頭中帶走的熱

量與上面所講水壺給鋼板降溫是一樣的，接近壺底的火焰是一個(gè)降溫過程。鍋爐中的煤燃燒溫度在1200℃左右，沒有鍋爐中水的降溫，鍋爐中的排管將被燒塌。從我們的角度來講，在這里的水就是制冷劑。反過來水蒸汽進(jìn)了浴室馬上凝結(jié)成小水珠（霧氣），放出熱量使浴室內(nèi)溫度上升，同樣一公斤水燒成的一公斤蒸汽，汽在浴室里放出539大卡熱量后全部變成水，在蒸汽變成水的時(shí)候，小水珠的溫度是100℃，這是一個(gè)冷凝過程。當(dāng)然小水珠會(huì)繼續(xù)放出熱量而降低溫度，等水珠變成水滴落到地上或附在墻壁上時(shí)，只有30℃左右了，這就不是冷凝過程了，而只是普通降溫過程。同樣將鍋爐蒸汽通到室內(nèi)熱水汀（室內(nèi)供熱排管）中，熱水汀對(duì)蒸汽來說就成了冷凝器，如果供應(yīng)的蒸汽壓力是1Kg/CM2表壓力（實(shí)際是2個(gè)大氣壓），熱水汀表面溫度就是110℃，熱水汀向室內(nèi)空氣散發(fā)熱量，使室內(nèi)溫度上升，而蒸汽就在熱水汀內(nèi)冷凝成水，如果向室內(nèi)散發(fā)了539大卡熱量，熱水汀內(nèi)就冷凝下來1公斤水。按制冷角度來講，這整個(gè)過程就是煤燃燒的熱量被水吸收而沸騰，成為蒸汽，蒸汽帶著吸收來的熱量來到熱水汀，熱水汀的表面向空氣散發(fā)了熱量，蒸汽失去熱量后又從新冷凝成蒸餾水，這水可通過設(shè)備回到鍋爐繼續(xù)使用?，F(xiàn)在回到制冷的四大要件﹕

壓縮機(jī)，與空氣壓縮機(jī)原理一樣；

冷凝器，可以理解為熱水汀或做酒業(yè)的蒸餾器（錫鍋）；

蒸發(fā)器，可以理解為上面所講的水壺或鍋爐；

總結(jié)一下﹕首先液態(tài)氨在蒸發(fā)器中吸收了制冷對(duì)象的熱量，蒸發(fā)成氨蒸汽；氨蒸汽包含著吸收來的熱量被壓縮機(jī)抽送到冷凝器，并壓縮成高壓、高溫的氨蒸汽，這時(shí)候氨蒸汽中又加進(jìn)了電動(dòng)機(jī)的熱功當(dāng)量所附加的熱量；冷凝器中的氨蒸汽，將熱量傳送給溫度較低的冷卻水，失去熱量的氨蒸汽被冷凝成為液態(tài)氨；節(jié)流閥將冷凝下來的液氨再有節(jié)制的補(bǔ)充給蒸發(fā)器，使蒸發(fā)器能夠連續(xù)地工作；整個(gè)工作過程就是將低于－18℃的制冷對(duì)象中的熱量，強(qiáng)制送到＋30多℃的冷卻水中去，使制冷對(duì)象失去熱量，溫度降到我們所需要的－18℃；而冷卻水吸收了熱量后，又通過水蒸汽的蒸發(fā)，將熱量傳送給了大氣，或者說是風(fēng)將熱量吹走了。這就是制冷全過程?，F(xiàn)將幾個(gè)重要概念說明一下﹕

一、熱量只能從溫度高的物體向溫度低的物體傳送，絕對(duì)不會(huì)從低溫傳向高溫；二、氨的熱力性能表是以絕對(duì)壓力為標(biāo)準(zhǔn)，壓力表上所指示的壓力（表壓力）與絕對(duì)壓力，永遠(yuǎn)相差一個(gè)大氣壓，即絕對(duì)壓力減去1Kg/CM2才是表壓力。現(xiàn)在表上所使用的標(biāo)準(zhǔn)是Mpa，0.1Mpa近似等于1Kg/CM2，因?yàn)橐粋€(gè)大氣壓力等于0.10133Mpa，或者等于1.0133Kg/CM2，那0.133g/CM2就忽略不計(jì)了，因?yàn)?.5級(jí)的壓力表，本來就有2.5％的允許誤差。三、在熱量的傳遞過程中，空氣的傳熱效果較慢較差，水的傳熱較快較多，所以冷凝器大都用水來冷卻。四、顯熱和潛熱的問題，液氨在蒸發(fā)器中受熱蒸發(fā)，由液相變?yōu)槠?，在整個(gè)蒸發(fā)過程中，它的溫度不變，這種使液相變?yōu)槠嗟臒崃拷袧摕?；在冷凝器中氨蒸汽向冷卻水放出熱量而冷凝為液氨，這種由汽相變?yōu)橐合喽懦龅臒崃客瑯咏袧摕帷Ｏ嘧儠r(shí)的溫度與壓力相對(duì)應(yīng)，在熱量傳遞的相變的過程中溫度是不會(huì)變化的，壓力也不會(huì)變化。而壓縮機(jī)的熱功當(dāng)量參于的熱量，只能使氨蒸汽溫度升高或降低，而不能改變其壓力的熱量叫顯熱，蒸發(fā)器出來的氨蒸汽，在回氣管道中受外界熱量的加入而升溫，到壓縮機(jī)口已經(jīng)升溫5～10℃了（氟利昂系統(tǒng)升溫較多），這也是顯熱。五、關(guān)于閃發(fā)氣體，上面講到，液氨從鋼瓶中一放到大氣中，立即會(huì)降到－33.3℃，

我們首先可觀察到，液氨出瓶后立即沸騰，即使外界沒有提供熱量它也沸騰，為什幺？查氨的物理性能表，一公斤液氨，在一個(gè)大氣壓下的溫度是－33.3℃，它的焓值是83.57大卡；假設(shè)鋼瓶中的液氨溫度是＋25℃，對(duì)應(yīng)的絕對(duì)壓力是10g/CM2，它的焓是147大卡，這里相差了63.4大卡，這63.4大卡自身熱量就使液氨沸騰，蒸發(fā)掉63.4大卡熱量后，它的物理性能就平衡了，這蒸發(fā)后產(chǎn)生的氣體，就叫閃發(fā)氣體，因?yàn)榉序v在液氨全體積內(nèi)產(chǎn)生，而且速度象閃電一樣快，所以叫閃發(fā)氣體。上面的講述中冷庫溫度與蒸發(fā)溫度總是相差10℃，冷凝溫度與冷卻水溫總是相差5℃，這是我們國家制冷規(guī)范所定，它是由經(jīng)濟(jì)合理的熱交換面積所決定的。講了這幺多，是想說明一點(diǎn)，我們是用機(jī)械能，將熱量從溫度低的物體中取出，向溫度高的物體中輸送，使我們的工作對(duì)象溫度下降到所需的要求。制冷原理簡(jiǎn)述談起制冷大家就會(huì)聯(lián)想起冷和熱的關(guān)系，但冷和熱僅僅說明物體溫度高或低，在本質(zhì)上無什么區(qū)別，均是分子熱運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，也就是說大量分子無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，冷表示物體內(nèi)部熱量減少，分子熱運(yùn)動(dòng)的減弱，熱表示物體內(nèi)部熱量的增加，表示分子熱運(yùn)動(dòng)的激烈。所以制冷實(shí)質(zhì)上就是使物質(zhì)內(nèi)部熱量的減少，分子熱運(yùn)動(dòng)的減弱，但如何達(dá)到此目的而獲得冷呢?這就是我們所要說的制冷原理。首先回想一下日常生活中例子：如酒精擦手或游泳上岸時(shí)有冷的感覺，出汗時(shí)用風(fēng)扇吹也感到很冷，這些例子均說明一個(gè)問題，即液體汽化時(shí)吸收了皮膚(即被冷卻物體)上的熱量而造成的。也就是皮膚上失去了熱量，而液體得到了熱量而蒸發(fā)(汽化)。但為什么液體汽化的時(shí)候，被冷卻物體的溫度就下降?從分子角度來解釋：當(dāng)液體汽化時(shí)，分子之間的距離越來越大，而液體的液分子在脫離液體時(shí)，必須克服分子間的吸引力而做功，那么做功就需要一定的能量，但這些做功的能量靠什么來供給，毫無疑問靠外界熱量即被冷卻物體，或靠本身熱量來使液體變成汽體所需的內(nèi)能。由于被冷卻物體提供了熱量，使液體在物體中汽化，而吸收了大量的汽化潛熱，導(dǎo)致被冷卻物體的溫度下降。通過上述得知，利用低沸點(diǎn)的液體物質(zhì)，吸熱汽化是基本的制冷原理，但很不全面。因?yàn)樗鼰o法保持溫度的穩(wěn)定性，而且浪費(fèi)液體。為了克服此點(diǎn)，就必須把低沸點(diǎn)的液體(如制冷劑)回收循環(huán)利用，就必須循環(huán)熱力學(xué)的第二定律的規(guī)律。熱力學(xué)第二定律指出“熱量能自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，而絕不可能從低溫物體傳向另一個(gè)高溫物體”說明了熱量交換的方向性。例如水，它們不能自發(fā)的從低處向高處運(yùn)動(dòng)(必須注意自發(fā)兩字)，如果外界給于一個(gè)力(如水泵)，水就能改變運(yùn)動(dòng)方向，但必須消耗外功(即補(bǔ)償)。從上例說明，熱量并非絕對(duì)不能由低溫物體傳向高溫物體，需要給它一個(gè)補(bǔ)償過程，即消耗功，就能實(shí)現(xiàn)制冷。圖l為制冷中低溫物體傳向高溫物體示意圖。從上面示意圖說明：被冷卻物體(即食物、空氣、水)，被蒸發(fā)器內(nèi)的低沸點(diǎn)制冷劑液體吸熱蒸發(fā)，再經(jīng)壓縮機(jī)外功補(bǔ)償，而傳給冷凝器放出熱量。它整個(gè)傳遞過程由低溫?zé)嵩磦飨蚋邷責(zé)嵩?，但必須消耗外功。即：QK=Qo+AIQl廣冷凝器放出的熱量Q蒸發(fā)器吸收被冷卻物體的熱量Al——壓縮機(jī)耗功的熱量從理論上講，蒸發(fā)器吸收的熱量應(yīng)等于冷凝器放出的熱量，也就是說，1公斤蒸汽液化放出的熱量等于同一溫度下，1公斤液體汽化時(shí)所吸收的熱量。即QK=Q。通過上述得出結(jié)論：制冷基本原理——在熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)上，利用某些低沸點(diǎn)的物質(zhì)(制冷劑)在低溫下吸熱汽化(循環(huán)相變)。如果要實(shí)現(xiàn)低溫物體的熱量轉(zhuǎn)移到另一個(gè)高溫物體中去，就必須消耗外功，熱量才能反自然的倒流，從而使被冷卻物體的溫度下降到比環(huán)境介質(zhì)溫度更低。三、制冷過程制冷過程和制冷原理是兩種不同的概念。制冷過程主要敘述制冷循環(huán)中的工作過程。實(shí)質(zhì)上制冷循環(huán)就是一個(gè)相變過程。所相變過程，就是從一相(固相、液相、汽相)，通過加熱或冷卻來改變分子結(jié)構(gòu)，而轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪幌嗟倪^程。制冷循環(huán)中的物質(zhì)，就是我們平時(shí)所說的工作物質(zhì)(簡(jiǎn)稱工質(zhì)、制冷劑)，它是利用本身制冷劑汽化、凝結(jié)的相變，并在相變過程中與外界進(jìn)行交換，時(shí)而吸熱(液體變成了汽體)，時(shí)而放熱(氣體變成了液體)。主要原因是加熱、冷卻后分子結(jié)構(gòu)改變的結(jié)果。(詳細(xì)解釋，請(qǐng)關(guān)注以后期刊)制冷設(shè)備四大件中的冷凝器，主要作用是釋放出被冷卻物體的熱量(食品或介質(zhì))和壓縮機(jī)壓縮時(shí)的熱量，熱量釋放過程是以冷卻介質(zhì)(水或空氣)冷卻來改變分子結(jié)構(gòu)，使氣體轉(zhuǎn)變成液體，在轉(zhuǎn)變過程中放出二種熱；即潛熱和顯熱，但以潛熱為主。所謂潛熱是指：物質(zhì)在吸、放熱過程中，溫度不變，而集態(tài)發(fā)生相變，在相變過程中有熱量交換。例如燒開水時(shí)，燒到100℃時(shí)水才沸騰，如果繼續(xù)燒還是100~C，此時(shí)溫度不變。但水從液態(tài)相變成汽態(tài)。而冷凝器在冷凝過程中，如同燒開水，制冷劑的冷凝溫度不變，而汽變成液，所以放出的是潛熱。所謂顯熱是指，物質(zhì)在吸、放熱過程中，集態(tài)不變，溫度發(fā)生了變化，這種吸收或放出的熱量稱為顯熱。例如燒水時(shí)，從冷水燒到100~C的過程中，水溫度變化了，但水還是水。即溫度變了，而相不變。冷凝器在冷卻過程中由過熱蒸汽變成飽和干蒸汽而溫度下降。所以冷卻過程是放出的顯熱。而冷凝器在過熱過程中，同樣放出的是顯熱。即飽和液體變成了過冷液體相不變，而溫度在下降變化。通過上述得知：冷凝器在放熱過程中由：冷卻過程冷凝過程過冷過程。冷凝器放出的熱由顯熱潛熱顯熱。冷凝放熱過程中的變化由：過熱蒸汽轉(zhuǎn)變成飽和干蒸汽飽和干蒸汽轉(zhuǎn)變成飽和液體飽和液體轉(zhuǎn)變成過冷液體。制冷過程：(見圖2)從冷凝器出1：3①已經(jīng)放出潛熱、變成常溫高壓的飽和液體(有點(diǎn)過冷液)，經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流降壓3后進(jìn)入蒸發(fā)器④吸熱汽化，又變成了低溫低壓制冷劑蒸汽⑤(有微量液和閃發(fā)汽)，再由壓縮機(jī)低壓端吸入⑥，并壓縮成高溫高壓制冷劑過熱蒸汽⑦～⑧，進(jìn)入冷凝器)_—)，又重新形成制冷循環(huán).制冷原理制冷是指用人工的方法將被冷卻對(duì)象的溫度降低到環(huán)境溫度以下，并保持這個(gè)溫度。制冷機(jī)是一種耗能機(jī)械，多利用物質(zhì)的狀態(tài)變化來實(shí)現(xiàn)制冷的目的。工作在制冷機(jī)中的這類介質(zhì)就稱為制冷劑或制冷工質(zhì)。這里設(shè)計(jì)到熱力學(xué)三大定律：熱力學(xué)第一定律，也就是能量守恒定律——一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)能增量等于外界向它傳遞的熱量與對(duì)它做功的和。熱力學(xué)第二定律：熱量可以自發(fā)地從