制冷原理简要介绍

1、制冷原理与设备简要介绍陈萨如拉2013年9月8日一、制冷的定义？按制冷所得到的低温范围，制冷技术划分为以下几个领域： 120K以上，普冷范围；（零下150度以上） 12020K，深冷范围；（零下253150度） 200.3K，低温制冷； 0.3K以下，超低温制冷；习惯上将120K以下的制冷统称为低温制冷， (1) (1)商业及人民生活商业及人民生活 比如人工冰厂、空调、冰箱、冷柜以及食品的冷冻冷藏、保鲜、冷藏运输等。比如人工冰厂、空调、冰箱、冷柜以及食品的冷冻冷藏、保鲜、冷藏运输等。 (2) (2)工业生产及农牧业工业生产及农牧业 比如制药、啤酒、精密仪器车间等；比如制药、啤酒、精密仪器车间等

2、； 农作物的种子进行低温处理，人工气候育秧室、蔬菜水果的保鲜等。农作物的种子进行低温处理，人工气候育秧室、蔬菜水果的保鲜等。 (3) (3)建筑工程建筑工程 比如挖掘隧道、建筑河堤时采用的比如挖掘隧道、建筑河堤时采用的“冻土法冻土法”。 (4) (4)科学实验研究科学实验研究 如各种环境模拟装置中创造的人工环境。如各种环境模拟装置中创造的人工环境。 (5) (5)医疗卫生医疗卫生 如药品、疫苗及人体器官的冷藏保存，手术中采用低温麻醉等。如药品、疫苗及人体器官的冷藏保存，手术中采用低温麻醉等。 (6) (6)尖端科学领域等尖端科学领域等 如微电子技术、能源、新型材料、宇宙开发等。如微电子技术、能

3、源、新型材料、宇宙开发等。水蒸气的定压加热过程（介绍工质状态的划分）TTS过热气体预热阶段汽化阶段过热阶段饱和温度饱和温度：在气液两相共存时，其压力对应的冷媒温度。过热度过热度：是指在某一定压力下所测量的温度与该气体饱和温度之间的差。由于液体不可以被压缩，而压缩机工作时在高速运转，如果压缩机吸入含有液体的制冷剂，会冲击压缩机造成压缩机损坏（这种情况我们称之为：液击），所以压缩机吸气需要带有一定的过热度。吸气过热度吸气过热度：指吸气管温度与蒸发器饱和蒸发温度之差。过冷度：过冷度：液体在工作压力下实际温度和在这个压力下饱和温度之间的差值。过冷度是指冷凝温度和冷凝器冷凝饱和温度之间的差值。 当液体在

4、有限的密闭空间蒸发时，液体分子通过液面进入上面空间，成为蒸汽分子。由于蒸汽分子处于紊乱的热运动之中，它们相互碰撞，并和容器壁以及液面发生碰撞，在和液面碰撞时，有的分子则被液体分子所吸引，而重新返回液体中成为液体分子。开始蒸发时，进入空间的分子数目多于返回液体中分子的数目，随着蒸发的继续进行，空间蒸汽分子的密度不断增大，因而返回液体中的分子数目也增多。当单位时间内进入空间的分子数目与返回液体中的分子数目相等时，则蒸发与凝结处于动平衡状态，这时虽然蒸发和凝结仍在进行，但空间中蒸汽分子的密度不再增大，此时的状态称为饱和状态。在饱和状态下的液体称为饱和液体，其对应的蒸汽是饱和蒸汽，但最初只是湿饱和蒸汽

5、，待蒸汽中的水分完全蒸发后才是干饱和蒸汽。蒸汽从不饱和到湿饱和再到干饱和的过程温度是不增加的，干饱和之后继续加热则温度会上升，成为过热蒸汽。 水的定压预热阶段水的定压预热阶段 液体热液体热：Q Qliquidliquid=h-h=h-h0 0 其中：其中：hh为饱和水的焓值；为饱和水的焓值；h h0 0为过冷水的焓值为过冷水的焓值 饱和水的定压汽化过程饱和水的定压汽化过程 气化潜热气化潜热：Q Qr r=h-h=h-h 其中：其中：hh为饱和水的焓值；为饱和水的焓值；hh为过冷水的焓值为过冷水的焓值 水蒸汽的定压过热过程水蒸汽的定压过热过程 过热热过热热：Q Qsuperheatingsupe

6、rheating=h=h2 2-h-h 其中：其中：hh为饱和水的焓值；为饱和水的焓值；hh为过冷水的焓值为过冷水的焓值0qhhl0liquidqhh我去0liquid hhQQC2010p2122x1x1xcTTC1020Ts11x122x2xcTcpv一点、两线、三区、五态二、制冷方法（蒸汽压缩式制冷 ）制冷的方法很多，常见的主要是以下四种： 液体汽化制冷、气体膨胀制冷、涡流管制冷及热电制冷。 应用最广泛的就是液体汽化制冷，它常见的应用形式有以下四种： 蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷和吸附式制冷。蒸汽压缩式制冷和吸收式制冷是目前应用最为广泛的两种制冷方式，蒸汽压缩制冷过冷的制冷

7、剂在节流机构中经过节流进入两相区（气液混合物）进入蒸发器内蒸发，吸收被冷却对象的热量并汽化，产生的低压蒸汽被压缩机吸入，经压缩后成为高温高压蒸汽排出。压缩过程需要消耗能量。压缩机排出的高温高压气体工质在冷凝器被（水或空气）冷却，凝结成高压液体。高压液体流经节流装置时节流，变成低温低压湿蒸汽（汽液两相状态），进入蒸发器，其中的低压液体在蒸发器中再次汽化制冷。如此周而复始。制冷四大件蒸汽压缩制冷2314节流机构活塞式压缩机LgP-h图单位质量制冷量q0 kJ/kg q0=h1-h4 单位容积制冷量qv kJ/m3 qv= q0/v1=(h1-h4)/v1制冷剂质量流量MR=Q0/q0 kg/s制冷

8、剂体积流量VR= MRv1=Q0/qv m3/s 单位质量冷凝热qk kJ/kg qk= h2-h3冷凝器负荷Qk=MRqk= MR(h2-h3) kW 单位质量耗功率WC kJ/kg WC=h2-h1压缩机的理论耗功率Pth=MRwc=MR(h2-h1) kW 理论制冷系数th th=Q0/Pth=q0/wc=(h1-h4)/ (h2-h1)冷凝压力蒸发压力压焓图蒸发压缩冷凝节流液体气化制冷液体气化制冷原理蒸汽喷射制冷原理：和蒸汽压缩式及吸收式制冷相似，均是利用液体汽化时吸收热量来制冷的。系统组成：喷射器、冷凝器、蒸发器、节流阀及泵五部分。系统流程图： 热电制冷（半导体制冷）热电制冷的原理：

9、热电制冷的原理：热电制冷利用的是热电效应（帕尔帖效应Peltire）的原理达到制冷目的的。 热电效应：是指在两种不同导体组成的闭合回路中通以直流电，当电流流过不同导体的界面时，就会使一个节点变冷，从外界吸收热量；一个节点变热，向外界放出热量，这种现象称为热电效应，即帕尔帖效应 帕尔帖效应的反效应是西伯克效应（Secbeck），就是在两种导体组成的回路中，如果保持两接触点的温度不同，就会在两个接触点之间产生一个电势差即接触电动势。涡流管制冷原理：是使压缩气体产生涡流运动并分离成冷、热两部分，其中冷气体用来制冷。原理：是使压缩气体产生涡流运动并分离成冷、热两部分，其中冷气体用来制冷。组成：喷嘴、涡

10、流室、孔板、管子和控制阀。组成：喷嘴、涡流室、孔板、管子和控制阀。原理图：原理图：返回返回蒸发器与冷凝器蒸发器和冷凝器制冷剂液体在蒸发器内吸热气化，为了使蒸发器效率高、体积小，蒸发器因具有较高的传热系数。制冷剂离开蒸发器时不允许有液滴，以保证压缩机的正常运转。在实际系统中，有时在蒸发器出口装设气液分离器，使压缩机得到进一步保护。1.蒸发器的作用 低温低压制冷剂液体在其内蒸发(沸腾)变为蒸汽，吸收被冷却物质的热量，使物质温度下降，达到冷冻、冷藏食品的目的。2.冷凝器的作用 把压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽，通过散热冷凝为液体制冷剂。制冷剂从蒸发器中吸收热量和压缩机产生的热量，被冷凝器周围的冷却介

11、质所吸收而排出系统。冷凝器在单位时间内排出的热量称为冷凝负荷。常用蒸发器的种类蒸发器蒸发器冷却液体的蒸发器冷却空气的蒸发器立管式蒸发器满液式壳管蒸发器干式壳管蒸发器冷却盘管冷却机氟利昂直接蒸发式空气冷却器满液式非满液式非满液式满液式非满液式4.1 4.1 冷凝器冷凝器1.1 1.1 冷凝器的种类冷凝器的种类立式壳管式冷凝器卧式壳管式套管式壳管式水冷冷凝器风冷冷凝器蒸发式冷凝器淋激式冷凝器传热系数高，占地面积小，清洗方便；耗水量大，体型笨重传热系数高，耗水量小，占空间小；水质要求高，清洗不易，留出拔管空间传热系数高，机组占地面积小，结构简单；金属耗量大，清洗困难，水阻力大不需水，安装简单，可置于

12、屋面；传热系数小，受环境温度影响大，恶化环境，除尘困难省水，造价低，结构简单，水垢易清除，体积小省水，造价低，结构简单，可现场制作，水垢易清除；金属耗量大，占地面积大常用冷凝器的种类 卧式冷凝器立式壳管式水冷冷凝器立式壳管式水冷冷凝器返回返回压 缩 机活塞式压缩机连杆活塞压缩机开启式压缩机全封闭式压缩机半封闭式压缩机涡旋式压缩机斜盘式压缩机螺杆式压缩机滚动转子式压缩机返回返回节流机构毛细管与膨胀阀统称节流元件，它把从冷凝器流出的高压制冷剂液体减压、节流后供给蒸发器。统称节流元件，它把从冷凝器流出的高压制冷剂液体减压、节流后供给蒸发器。当电冰箱和空调器的热负荷变化时，要求制冷能力也应随其变化，这

13、个变化取决于供给蒸发器当电冰箱和空调器的热负荷变化时，要求制冷能力也应随其变化，这个变化取决于供给蒸发器的制冷剂流量的大小，流量的大小则由节流元件采控制。的制冷剂流量的大小，流量的大小则由节流元件采控制。节流元件的作用是：节流元件的作用是：(1)(1)将高温高压液体制冷剂变为低温低压液体，为制冷剂在蒸发器内沸腾提供条件。将高温高压液体制冷剂变为低温低压液体，为制冷剂在蒸发器内沸腾提供条件。(2)(2)根据热负荷的变化调节制冷剂流量。根据热负荷的变化调节制冷剂流量。(3)(3)控制蒸发器出口处制冷剂蒸汽的过热度，发挥蒸发器的换热效率，并防止产生控制蒸发器出口处制冷剂蒸汽的过热度，发挥蒸发器的换热

14、效率，并防止产生“液击液击”。节流机构作用降压降温，保证压差：PK P0，TK T0 调节蒸发器的供液量 。 分类氨系统氟系统手动膨胀阀浮球式膨胀阀热力膨胀阀毛细管电子膨胀阀直通式浮球膨胀阀非直通式浮球膨胀阀内平衡式热力膨胀阀外平衡式热力膨胀阀手动膨胀阀手动膨胀阀 由工作人员根据负荷大由工作人员根据负荷大小，手动调节阀门开度，管小，手动调节阀门开度，管理不方便；结构同普通截止理不方便；结构同普通截止阀。阀。直通式浮球膨胀阀直通式浮球膨胀阀 依靠浮球室中的浮依靠浮球室中的浮球受液面的影响，控制球受液面的影响，控制阀门的启闭。直通式：阀门的启闭。直通式：构造简单，浮球受液面构造简单，浮球受液面波动

15、大，易损坏，下部波动大，易损坏，下部供液。供液。非直通式浮球膨胀阀非直通式浮球膨胀阀依靠浮球室中的浮球依靠浮球室中的浮球受液面的影响，控制受液面的影响，控制阀门的启闭。非直通阀门的启闭。非直通式：液面平稳，不易式：液面平稳，不易损坏，构造、安装较损坏，构造、安装较复杂复杂内平衡式热力膨胀阀内平衡式热力膨胀阀 根据感温包内制冷剂的饱和压力控制阀的开启，自动调节供液量，以保证蒸发器的出根据感温包内制冷剂的饱和压力控制阀的开启，自动调节供液量，以保证蒸发器的出口过热度为口过热度为3535o oC C。 内平衡式：阀内膜片下方承受的压力为：内平衡式：阀内膜片下方承受的压力为： E E进口压力进口压力P

16、 P0 0和弹簧作用力；和弹簧作用力；外平衡式热力膨胀阀外平衡式热力膨胀阀 根据感温包内制冷剂的饱和压力控制阀的开启，自动调节供液量，以保证根据感温包内制冷剂的饱和压力控制阀的开启，自动调节供液量，以保证E E的出口过热度为的出口过热度为3535o oC C。 外平衡式：阀内膜片下方承受的压力为：外平衡式：阀内膜片下方承受的压力为：E E出口处压力和弹簧作用力；出口处压力和弹簧作用力；电子膨胀阀电子膨胀阀 由检测、控制、执行三部分组成。由检测部分完成调节系统的输入值（过热由检测、控制、执行三部分组成。由检测部分完成调节系统的输入值（过热度），控制系统由程序控制，根据检测到的数据与规定数据的比较

17、，调节阀门。度），控制系统由程序控制，根据检测到的数据与规定数据的比较，调节阀门。 电子膨胀阀对供液量调节范围宽，调节反应快，能保证蒸发器的出口过热度电子膨胀阀对供液量调节范围宽，调节反应快，能保证蒸发器的出口过热度稳定在稳定在1 12 2 C C内，并能配合变频调节。内，并能配合变频调节。返回返回辅助机构 气液分离器：放置在压缩机吸气口前，由于分离未蒸发完全的制冷剂液体，防止压缩机吸气带液，出现液击。有的空调系统气液分离器有储液的作用。气液分离器v 导气件U管的进口置于进口导气件的后面，以防止液体进入；设计是铃铛的形状，以减少高速气体突然压缩造成的损耗。合适的U管直径能够最小化高流量时的压力

18、降，同时在低流量时可以提供足够的回油。v 过滤部件安装一个合适目数的的筛网可以保护小直径的回油孔。v 平衡孔U管出口附近的平衡孔可以防止液体被吸入出口管和压缩机 。v 易熔塞通常是UL要求。它是防止起火造成过大压力的一种安全装置 (熔化温度：430F)平衡孔6.气态的冷媒和冷冻机油接压缩机吸气口1.未充分气化的冷媒从蒸发器端流入2.导气件分隔了进口管和出口U形管的管口，冷媒流到导气件口，被分散，不能直接进入U型管。3.冷媒在分离器器体内部气液分离，液态的冷媒和部分冷冻机油沉到器体底，分离后液态的冷媒在压缩机吸气作用下汽化。5.冷冻机油经过过滤部件的过滤，通过回油孔后，混合气态的冷媒从分离器的出口管流出回到压缩机气态的冷媒从U型管口流入油分离器：放置在压缩机排气口之后，用于回收随排气一起离开压缩机的润滑油，收集的润滑油通过底部回油孔回到压缩机。油分离器集油器 收集油分离器中分离出来的润滑油，以及残留在冷凝器、蒸发器、贮液器等容器中的润滑油。 在压缩机吸气作用下，能分离油中混合的制冷剂，使操作安全、方便。 集油器一般应安装在整个制冷系统的最低处。储液器 储液器又称储液筒，用于储储液器又称储液筒，用于储存制冷剂液体，按储液器的功能存制冷剂液体，按储液器的功能和用途又分为高压储液筒和低压和用途又分为