制冷设备的认知与操作-制冷设备的概述

基本概念

（1）单位制冷量单位制冷量既可用单位质量制冷量表示，也可用单位容积制冷量表示。制冷剂在蒸发器内所吸收的热量称为单位质量制冷量，用符号表示，单位为。制冷剂在蒸发器内所吸收的热量称为单位容积制冷量，用符号来表示，其单位为。（2）制冷机的制冷能力制冷机的制冷能力（又称制冷量）是指在一定的操作条件下，单位时间内制冷剂从被冷却物体中所能吸收的热量。以符号表示，其单位为或。（3）制冷系数制冷系数（又称制冷效率）表示制冷循环中的制冷量与该循环所消耗的功之比，即消耗单位外功所能获得的制冷量，用符号表示。（4）制冷剂在制冷系统中，借以吸取被冷却介质或载冷剂的热量，并将热量传递给周围介质的循环工质称为制冷剂。常用的制冷剂有：①氨（R-717）；②氟利昂：二氟二氯甲烷（R-12）、三氟一氯甲烷（R-13）、一氟三氯甲烷（R-11）。（5）载冷剂以间接冷却方式工作的制冷装置中，将被冷却物体的热量传给正在蒸发的制冷剂的工质成为载冷剂。常用的载冷剂有：①水；②无机盐的水溶液；③有机载冷剂，乙二醇、丙二醇、乙醇。压缩式制冷机的分类

按所用制冷剂的种类不同，压缩式制冷机分为气体压缩式制冷机和蒸气压缩式制冷机两类。蒸气压缩式制冷机又有氨制冷机和氟利昂制冷机等。气体压缩式制冷机又分为空气制冷机和氦气制冷机等。按所用压缩机种类不同，压缩式制冷机又分为往复式制冷机、离心式制冷机和回转式制冷机（螺杆式制冷机、滚动转子式制冷机）等。蒸汽压缩式制冷机按其系统组成不同分为单级、多级（两级或三级）和复叠式等。（1）气体压缩式制冷机以气体为制冷剂,由压缩机、冷凝器、回热器、膨胀机和冷箱等组成（图21.1-1)。经压缩机压缩的气体先在冷凝器中被冷却，向冷却水（或空气）放出热量，然后流经回热器被返流气体进一步冷却,并进入膨胀机绝热膨胀,压缩气体的压力和温度同时下降。气体在膨胀机中膨胀时对外作功，成为压缩机输入功的一部分。同时膨胀后的气体进入冷箱，吸取被冷却物体的热量，即达到制冷的目的。此后，气体返流经过回热器，同压缩气体进行热交换后又进入压缩机中被压缩。气体制冷机都应采用回热器，这不但能提高制冷机的经济性而且可以降低膨胀机前压缩气体的温度，因而降低制冷温度。气体制冷机能达到的制冷温度范围较宽，从高于0℃到低于－100℃；制冷温度较高时其经济性较差,但当制冷温度低于－90℃时其经济性反而高于蒸气制冷机。（2）蒸气压缩式制冷机由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构和一些辅助设备组成。这类制冷机的制冷剂在常温和普通低温下能够液化，在制冷机的工作过程中制冷剂周期性地冷凝和蒸发。常用的蒸气压缩式制冷机有单级的、两级的和复叠式3种。①单级蒸气压缩式制冷机。制冷剂从蒸发压力提高到冷凝压力只经过一级压缩的蒸气压缩式制冷机，简称单级制冷机。单级制冷机由压缩机、冷凝器、节流机构和蒸发器等组成（图21.1-2）。由压缩机排出的高压蒸气经冷凝器放出热量而冷凝成液体。接着，液体制冷剂经节流阀（膨胀阀）节流，压力和温度同时降低,进入蒸发器中,吸取载冷剂（用它去再冷却被冷却物体）的热量而蒸发成蒸气。然后，蒸气进入压缩机继续压缩，如此循环不已。为提高经济性，有的单级制冷机还在冷凝器后设置过冷器和回热器。单级制冷机的蒸发温度通常在－30～5℃之间。②两级蒸气压缩式制冷机。制冷剂从蒸发压力提高到冷凝压力需要经过两级压缩的蒸气制冷机（图21.1-3）。它比单级制冷机多一台压缩机、一台中间冷却器和节流阀。经高压压缩机压缩后的制冷剂蒸气，在冷凝器中冷凝成液体，然后分成两路：一路经节流阀A进入中间冷凝器,冷却低压压缩机的排气和盘管中的液体，在中间冷凝器中蒸发的制冷剂蒸气连同低压压缩机的排气一同进入高压压缩机继续压缩；另一路在盘管内被冷却并经过节流阀B节流至蒸发压力，进入蒸发器中蒸发制冷，蒸发后的蒸气进入低压压缩机压缩至中间压力，进入中间冷凝器。与单级制冷机相比，两级制冷机可达到较低的蒸发温度,通常在－30～－70℃之间。图21.1-3两级蒸气压缩式制冷机工作原理③复叠式制冷机。用不同制冷剂作为工作介质的两台（或数台）单级或两级压缩蒸气压缩式制冷机，用冷凝蒸发器联系起来的复合制冷机。冷凝蒸发器是一个利用高温级制冷剂的蒸发来冷凝低温级制冷剂的换热器。复叠式制冷机能达到很低的蒸发温度。图21.1-4为两个单级制冷机组成的复叠式制冷机的工作原理。它的高温级由高温级压缩机、冷凝器、节流阀和冷凝蒸发器组成；低温级由低温级压缩机、冷凝蒸发器、回热器、节流阀和蒸发器组成。高温级和低温级各为一台单级制冷机。冷凝蒸发器将高温级与低温级联系起来:对高温级来说,它是蒸发器;对低温级来说,它是冷凝器。冷凝蒸发器使低温级的放热量转变为高温级的制冷量。在低温级中，通常使用沸点较低的制冷剂（如R13），停机后制冷剂将全部气化,并导致压力过分升高。为了防止这一现象，通常在低温级系统中装设一个平衡容器。用两台单级制冷机复叠时，低温级的蒸发温度一般为－40～－80℃。一台单级制冷机与一台两级制冷机复叠时，蒸发温度可低达－110℃；若用三元（例如R22、R13和R14）复叠，蒸发温度可低达－140℃。图21.1-4复叠式制冷机工作原理压缩式制冷机的特点和应用制冷机类型常用制冷机适用温度（℃）主要特点单级制冷量（kJ/s）应用场合举例蒸汽制冷机往复式R717、R12、R22、R13、R14、R502单级－35℃以上；两级－30℃～－75℃；复叠－70℃～－140℃效率高、温度范围宽、适用多种制冷机、结构复杂、振动较大、易损件多全封闭0.1～50高速多缸5～500对称平衡400～1750小型制冷装置、家用冰箱、小型空气调节设备工、商业用冷却、冷藏设备、空气调节设备工业用制冷装置离心式R11、R12、R290、R1270、R717空气调节－5℃以上低温－80℃以上转速高、轻巧、振动小、运转可靠、排气不含油、冷量无级调节175～35000工业用制冷装置、空气调节设备螺杆式R717、R12、R22－80℃以上结构较简单、油分离系统复杂、机器噪音大、效率较低20～58000.1～700空气调节设备、冷藏、空气调节设备冷藏和空气调节设备滑动式和滚动转子式R717、R12、R22－50℃以上气体制冷机空气制冷式空气－150℃以上用空气为工质、换热器庞大、制冷温度高时经济性差5～1200飞机座仓空气调节、低温实验装置作业挡板的作用是________________;全挡板尺寸条件________________;挡板安装要求是________________;制冷循环过程由制冷压缩机抽吸从蒸发器流过来的低压、低温制冷剂蒸气，经压缩机压缩成高压、高温蒸气而排出，这样就把制冷剂蒸气分成了高压区和低压区。从压缩机的排出口至节流元件的入口端为高压区，该区压力称高压压力或冷凝压力，温度称为冷凝温度。从节流元件的出口至压缩机的吸入口为低压区，该区压力称为低压压力或蒸发压力，温度称为蒸发温度。正是由于压缩机造成的高压和低压之间的压力差，才使制冷剂在系统内不断地流动。一旦高、低压之间的压力差消失，即高低压平衡之一，制冷剂就停止了流动。

（1）蒸发过程液体制冷剂经节流元件流入蒸发器后，由于压力的降低，开始沸腾汽化，其汽化(蒸发)温度与压力有关。液体汽化过程中，吸收周围介质——水、空气或物品的热量，这些介质由于推动热量而温度降低，实现了制冷的目的。液体的汽化是一个逐渐的过程中，最终所有的液体变为干饱和蒸气，继而流入压缩机的吸气口。蒸气压缩式制冷循环可概括为四个过程：（2）压缩过程为维持一定的蒸发温度，制冷剂蒸气必须不断地从蒸发器引出，从蒸发器出来的制冷剂蒸气被压缩机吸入并被压缩成高压气体，且由于压缩过程中，压缩机要消耗一定的机械能，机械能又在此过程中转换为热能，所以制冷剂蒸气的温度有所升高，制冷剂蒸气呈过热状态。（3）冷凝