Joe_制冷技术基础知识2

1、GEA Refrigeration China 制冷专题培训 制冷技术基础知识 卓存真 博士 基伊埃工业冷冻技术学院 GEA Refrigeration China 制冷专题培训 制冷技术基础知识 卓存真 博士 基伊埃工业冷冻技术学院 主题主题 GEA Institute of Refrigeration Technologies 制冷基本术语制冷基本术语 制冷系统压焓图制冷系统压焓图 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂 制冷系统主要设备制冷系统主要设备 与供液方式与供液方式 GEA Institute of Refrigeration Technologies 一一.制冷基本术语制冷基本术语 了解

2、以下基本术语了解以下基本术语 制冷制冷 温度温度 压力压力 蒸发蒸发 冷凝冷凝 饱和温度，饱和压力饱和温度，饱和压力 过热蒸汽，过冷液体过热蒸汽，过冷液体 GEA Institute of Refrigeration Technologies 制冷制冷 制冷：制冷：利用人工的方法，把某物体或某空利用人工的方法，把某物体或某空 间的温度降低到低于周围环境的温度，并间的温度降低到低于周围环境的温度，并 使之维持在这一低温的过程。使之维持在这一低温的过程。 实质：将热量从被冷却对象中转移到环境中实质：将热量从被冷却对象中转移到环境中 制冷制冷冷却冷却 GEA Institute of Refrige

3、ration Technologies 制冷制冷 制冷机：实现制冷所需的机器和设备。制冷机：实现制冷所需的机器和设备。 特点：必须消耗能量特点：必须消耗能量电能、机械能等电能、机械能等 制冷剂：制冷机中把热量从被冷却介质传制冷剂：制冷机中把热量从被冷却介质传 给环境介质的内部循环流动的工作介质。给环境介质的内部循环流动的工作介质。 制冷循环：在制冷机中，制冷剂周而复始制冷循环：在制冷机中，制冷剂周而复始 吸热、放热的流动循环。吸热、放热的流动循环。 GEA Institute of Refrigeration Technologies 制冷制冷 饱和蒸气：气态和液态共存。饱和蒸气：气态和液态共

4、存。 过冷：冷凝后的制冷剂温度低于冷凝温度。液过冷：冷凝后的制冷剂温度低于冷凝温度。液 态制冷剂中无蒸气时才会出现过冷。态制冷剂中无蒸气时才会出现过冷。 过热：蒸气的温度超过沸点。过热时制冷剂完过热：蒸气的温度超过沸点。过热时制冷剂完 全为气态。全为气态。 压力温度对应表：饱和制冷剂的温度和压力之压力温度对应表：饱和制冷剂的温度和压力之 间存在一一对应关系。间存在一一对应关系。 GEA Institute of Refrigeration Technologies 制冷方法制冷方法 1）相变制冷：）相变制冷：利用液体在低温下的蒸发过程或固体 在低温的融化或升华过程从被冷却物体吸取热量以 制取冷

5、量。 2）气体绝热膨胀制冷：）气体绝热膨胀制冷：高压气体经绝热膨胀即可达 到较低温度，令低压气体复热即可制取冷量。 3） 气体涡流制冷气体涡流制冷：高压气体经涡流管膨胀后即可分 离为热、冷两股气流，利用冷气流的复热过程即可 制冷。 4）热电制冷：）热电制冷：令直流电通过半导体热电堆，即可在 一端产生冷效应，在另一端产生热效应。 GEA Institute of Refrigeration Technologies 相变制冷相变制冷 液体气化： 物质从液态变为气态的过程称为气化。 任何液体气化时都要吸收热量。在定压下，单位质 量液体气化时吸收的热量称为气化热r（J/kg）： rh”h 式中h为焓

6、，单位J/kg，上角表示液态;上角”表示气 态。 焓是制冷工质进出热力设备时带入或带出的内能和推 动功之和 GEA Institute of Refrigeration Technologies 蒸汽压缩式制冷循环蒸汽压缩式制冷循环 蒸发器 冷凝器 482.3kPa 1812kPa 低压 高压 压缩机 膨胀阀 蒸气 液体 GEA Institute of Refrigeration Technologies 制冷循环制冷循环 冷凝 （环境温度） 高压/温 低温/压 节流膨胀 蒸发 （设计温度） 制冷循环 压缩机组 GEA Institute of Refrigeration Technolog

7、ies 思考思考 “四大件四大件”的的作用各是什么？作用各是什么？ 压缩机压缩机 冷凝器冷凝器 节流阀节流阀 蒸发器蒸发器 GEA Institute of Refrigeration Technologies 流程流程 图为一台单级压缩蒸气制冷机的 流程图。它由下列四个基本设备 组成： 1）压缩机：“心脏”，压缩和 输送制冷剂蒸汽。 2）冷凝器：将压缩机送来的高 压高温气体冷却并冷凝成液体。 3）节流机构：节流降压，并调 节进入蒸发器的制冷剂流量。 4）蒸发器：吸收被冷却物体的 热量，从而制冷。 GEA Institute of Refrigeration Technologies 制冷系数

8、制冷系数 从压缩机出来的高压高温制冷剂气 体进入冷凝器被冷却并进一步冷凝 成液体后，进入节流装置膨胀阀减 压，部分液体闪发成蒸气，这些气 液两相的混合物进入蒸发器，在里 面吸热蒸发成蒸气后回到压缩机重 新压缩，从面完成一个循环。 在这个循环中，压缩机耗功W， 蒸发器吸热Q0，Q0称为制冷量。 压缩蒸气制冷循环的制冷系数： COPQ0/W GEA Institute of Refrigeration Technologies 二二. . 制冷系统压焓图制冷系统压焓图 等压线等压线 水平线水平线 等焓线等焓线 垂直线垂直线 等干度线等干度线 湿蒸汽区域内湿蒸汽区域内 等熵线等熵线 向右上方倾斜向右

9、上方倾斜 等容线等容线 向右上方倾斜向右上方倾斜 等温线等温线 垂直线垂直线水平线水平线 向右下方弯曲向右下方弯曲 GEA Institute of Refrigeration Technologies 压焓图压焓图 压力 P 焓 H 液体 气液混合 蒸气 蒸发 冷凝 加热 温度上升 定温定压 定温定压 冷却 温度下降 温度线 T1T2T3T4 GEA Institute of Refrigeration Technologies 思考思考 如何将制冷循环用压焓图来表示？如何将制冷循环用压焓图来表示？ 如何用压焓图来了解制冷系统的运行状态参数？如何用压焓图来了解制冷系统的运行状态参数？ 如何用

10、压焓图来进行解制冷系统的计算与分析？如何用压焓图来进行解制冷系统的计算与分析？ GEA Institute of Refrigeration Technologies 制冷循环制冷循环 基本过程基本过程 -压缩压缩 -冷凝放热冷凝放热 -液体过冷液体过冷 -膨胀膨胀 -蒸发制冷量蒸发制冷量 -吸气过热吸气过热 GEA Institute of Refrigeration Technologies 制冷循环制冷循环 压力 P 焓 - H 冷凝热量 冷凝 吸收热量 蒸发 压缩 输入功率 膨胀 绝热 1 2 3 4 h1=h2h3h4 制冷效率 = h3 - h1 输入功率 = h4 - h3 冷凝

11、热量 = h4 - h1 P1 P2 制冷量输入功率 GEA Institute of Refrigeration Technologies 制冷循环制冷循环 制冷量 输入功率 压力 P 冷凝 蒸发 压缩 膨胀 蒸发过热 过冷 焓 - H GEA Institute of Refrigeration Technologies 思考思考 压力P 制冷量输入功率 冷凝 蒸发 压缩 膨胀 蒸发过热 过冷 输入功率 制冷量 制冷系数 (COP) = 焓 - H GEA Institute of Refrigeration Technologies GEA Institute of Refrigerat

12、ion Technologies 热力计算热力计算 h2 p h 0 4 23 1 5 p0 h1 h4=h5 蒸 汽 压 缩 制 冷 理 论 循 环p h图 pk 单位质量制冷量单位质量制冷量q0：1kg制冷剂在蒸发器内制冷剂在蒸发器内 从被冷却物体吸收的热量从被冷却物体吸收的热量 。 q0h1h5h1h4 单位冷凝负荷单位冷凝负荷qk ：1kg制冷剂在冷却制冷剂在冷却 和冷凝过程中放出的热量和冷凝过程中放出的热量 。 qkh2h4 单位理论压缩功单位理论压缩功w0 ：压缩机每压缩压缩机每压缩 输送输送1kg制冷剂所消耗的压缩功制冷剂所消耗的压缩功 。 w0h2h1 制冷系数制冷系数0： 1

13、2 51 0 0 0 hh hh w q GEA Institute of Refrigeration Technologies 作业作业 将制冷循环用压焓图来表示，将制冷循环用压焓图来表示，计算制冷量，压缩计算制冷量，压缩 功及制冷系数（功及制冷系数（COP） ： 制冷剂：氨 蒸发温度： -10， 冷凝温度： 35 压缩机吸气过热度（假设过热发生在蒸发器 内）：5 冷凝器出口过冷度：5 GEA Institute of Refrigeration Technologies 作业作业 压压 力力 35 -10 30 -5 AB D 焓焓 查查R717对应的压焓图得到以下数据：对应的压焓图得到以

14、下数据： A：温度-10，比焓=？ B: 温度-5，比焓=？ C: 温度？，比焓=？（等熵过程） 计算得到：计算得到： 单位质量制冷量hB- hA=？ 单位质量压缩功hC- hB=？ 制冷系数？ C GEA Institute of Refrigeration Technologies 实际制冷循环实际制冷循环 实际制冷循环压焓图： 5-1s：实际蒸发到压缩机吸入过 程，与被冷却物质间存在温差， 同时存在压力降。 1s-2s：不可逆压缩过程 2s-b： 排气过程的冷却 b-c：表示排气管道中的压降 c-3-4: 冷凝器中冷却及冷凝过 程，存在压力降及传热温差 4-5: 节流过程，同环境有热 交

15、换，过程前后焓值稍有变化。 GEA Institute of Refrigeration Technologies 制冷循环性能影响因素制冷循环性能影响因素 1. 蒸发温度的影响蒸发温度的影响 降低蒸发温度：降低蒸发温度： 单位制冷量减少；单位制冷量减少； 压缩机吸气温度变大；压缩机吸气温度变大； 单位压缩功增大；单位压缩功增大； 制冷系数减小。制冷系数减小。 1 5 蒸 发 温 度 变 化p h图 51 3 2 4 0 h p GEA Institute of Refrigeration Technologies 制冷循环性能影响因素制冷循环性能影响因素 2. 冷凝温度的影响冷凝温度的影响

16、提高冷凝温度：提高冷凝温度： 单位制冷量减少；单位制冷量减少； 单位压缩功增大；单位压缩功增大； 制冷系数减小。制冷系数减小。 p h 0 1 冷 凝 温 度 变 化p h图 5 5 4 4 3 2 23 GEA Institute of Refrigeration Technologies 三三. 制冷剂与载冷剂制冷剂与载冷剂 制冷剂：制冷剂：在被冷却对象和环境介质之间传递热量，在被冷却对象和环境介质之间传递热量， 并最终把热量从被冷却对象传给环境介质的制冷并最终把热量从被冷却对象传给环境介质的制冷 机中进行制冷循环的工作物质。机中进行制冷循环的工作物质。 常用的制冷剂有哪些？常用的制冷剂有

17、哪些？ 各有哪些优缺点？各有哪些优缺点？ GEA Institute of Refrigeration Technologies 制冷剂使用现状制冷剂使用现状 lR11,R12,R502 已禁止使用已禁止使用 l R22 从从2000年年1月月1日日起在欧洲禁止在新建起在欧洲禁止在新建 项目中使用，项目中使用，2010年年起在日本禁用起在日本禁用 l R134a, 混合工质制冷剂，混合工质制冷剂，2011年年起在欧起在欧 洲禁止在汽车空调中使用洲禁止在汽车空调中使用. l R404A, R507,R407c R410A, GWP 值较高，值较高， HFCs面临转折面临转折 GEA Refrig

18、eration ChinaLow Carbon Cool Technology 臭氧层破坏潜能臭氧层破坏潜能值值 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 R407 C R134a R404A NH 3 R290 R22 R11 臭氧层破坏潜能：臭氧层破坏潜能： 以以 R11= 1 GEA Refrigeration ChinaLow Carbon Cool Technology 全球变暖潜能全球变暖潜能值值 GEA Refrigeration ChinaLow Carbon Cool Technology 制冷剂发展方向制冷剂发展方向 氨 Ozone Depletion Potential =

19、 0, Global Warming Potential = 0 HC类：丙烷 乙烯 丙烯 异丁烷 CO2 H2O 空气 GEA Institute of Refrigeration Technologies 载冷剂载冷剂 在间接冷却的装置中，被冷却物体或空间中在间接冷却的装置中，被冷却物体或空间中 的热的热 量是通过一种中间介质传给制冷剂。这种中量是通过一种中间介质传给制冷剂。这种中 间介间介 质在制冷工程中称为载冷剂或第二制冷剂。质在制冷工程中称为载冷剂或第二制冷剂。 常用的载冷剂有哪些？常用的载冷剂有哪些？ GEA Institute of Refrigeration Technolog

20、ies 制冷主要设备与供液方式制冷主要设备与供液方式 制冷主要设备：制冷主要设备： 压缩机压缩机 （活塞式，螺杆式，离心式）（活塞式，螺杆式，离心式） 冷凝器（水冷，风冷，蒸发式冷凝器）冷凝器（水冷，风冷，蒸发式冷凝器） 节流装置节流装置 蒸发器蒸发器 GEA Institute of Refrigeration Technologies 制冷主要设备与供液方式制冷主要设备与供液方式 制冷设备制冷设备 GrassoGrasso 活塞压缩机活塞压缩机 GrassoGrasso盐水机组盐水机组 空气分离器空气分离器 AWP AWP 阀门阀门 GrassoGrasso 复叠机组复叠机组 Genegl

21、aceGeneglace片冰机片冰机 KuebaKueba冷风机，冷凝器冷风机，冷凝器 GrassoGrasso 螺杆压缩机螺杆压缩机 GEA Institute of Refrigeration Technologies 水冷式冷凝器与水冷式冷凝器与蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器 壳管式冷凝器利用水的显热带走热量， 蒸发式冷凝器是利用水的汽化潜热带走热量。 壳管式冷凝器系统示意图 蒸发式冷凝器系统示意图 GEA Institute of Refrigeration Technologies 水冷式冷凝器水冷式冷凝器 GEA Institute of Refrigeration Technologi

22、es 蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器 GEA Institute of Refrigeration Technologies 风冷风冷式冷凝器式冷凝器 翅片式冷凝器 汽车空调冷凝器 风冷式冷凝器 GEA Institute of Refrigeration Technologies 蒸发蒸发器器 壳管式蒸发器 螺旋管蒸发器 翅片式蒸发器 板式蒸发器 冷风机 GEA Institute of Refrigeration Technologies 节流机构节流机构 节流机构的作用 节流降压，调节供液量。 节流原理： GEA Institute of Refrigeration Technologies

23、节流机构的类型节流机构的类型 1. 手动膨胀阀（节流阀、调节阀） 2. 浮球膨胀阀 3. 热力膨胀阀 4. 毛细管 GEA Institute of Refrigeration Technologies 直接膨胀供液直接膨胀供液 GEA Institute of Refrigeration Technologies 直接膨胀供液直接膨胀供液 方式：通过膨胀阀直接向蒸发器供液。方式：通过膨胀阀直接向蒸发器供液。 特点：特点： 供液的动力来自于系统内部的压力差；供液的动力来自于系统内部的压力差； 供液可能会不均，宜在单一节流控制单一蒸供液可能会不均，宜在单一节流控制单一蒸 发回路中采用；发回路中采

24、用； 蒸发器为单一通道，管的长度受限；蒸发器为单一通道，管的长度受限； 适用范围：适用范围： 主要用于氟利昂系统和成套制备空调冷冻水或主要用于氟利昂系统和成套制备空调冷冻水或 低温盐水的氨系统；生活服务性小冷库。低温盐水的氨系统；生活服务性小冷库。 GEA Institute of Refrigeration Technologies 直接膨胀供液，直接膨胀供液，DXDX蒸发器的特点蒸发器的特点 适用于冷量较小的应用适用于冷量较小的应用 适用于冷却粘度较大的流体（载冷剂）适用于冷却粘度较大的流体（载冷剂） 采用热力膨胀阀，依靠蒸气出口过热度调节供采用热力膨胀阀，依靠蒸气出口过热度调节供 液量液

25、量 冷媒充注量较小冷媒充注量较小 依靠管内流速实现回油依靠管内流速实现回油 GEA Institute of Refrigeration Technologies 重力供液重力供液 方式：利用制冷剂液柱的重力来向蒸发器供液。方式：利用制冷剂液柱的重力来向蒸发器供液。 特点：特点： 供给蒸发器的为制冷剂液体，且便于均匀供液；供给蒸发器的为制冷剂液体，且便于均匀供液； 回气带液滴，压缩机吸入前仍要经过气液分离回气带液滴，压缩机吸入前仍要经过气液分离 器；器； 气液分离器液面相对稳定，便于实现液面自控；气液分离器液面相对稳定，便于实现液面自控； 蒸发压力受液柱影响，液位越高，影响越大；蒸发压力受液柱影响，液位越高，影响越大； 气液分离器的流速不高于允许流速；气液分离器的流速不高于允许流速； 适用范围适用范围: :大型制冷系统大型制冷系统 GEA Institute of Refrigeration Technologies 重力供液，满液式蒸发器重力供液，满液式蒸发器 GEA Institute of Refrigeration Technologies 重力供液，板式蒸发器重力供液，板式蒸发器 GEA GrassoGEA Grasso 氨冷水氨冷水/ /盐