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制冷原理

教学方针：《制冷原理》的教学，是为了提高维修人员故障分析的能力，以维修故障分析所需知识为教学中心，不作理论上过于深入的探讨。教学规划要点：一、了解制冷原理中的基本概念，和基本的制冷原理。二、结合制冷循环初步了解压——焓图的结构以及一般工况在图上的反映三、列举一些典型故障，结合压——焓图进行讲解，初步了解压——焓图的应用。四、了解压缩机的制冷量与工况变化的关系。

（一）制冷原理的基本概念物态的变化及其热量的转移。（三角图）显热、潜热、蒸发、冷凝的概念和沸点与压力的关系物体的内能饱和的概念1.物态的变化及其热量的转移物态：固态液态汽态。物态变化时通常有热量的转移，（见三角图）普通的制冷主要应用液态、汽态的状态变化一．制冷原理中的基本概念和最基本的制冷原理物态的变化及其概念

2.显热、潜热、蒸发、冷凝的概念和沸点与压力的关系

(以烧开水为例讲解)

当物体吸收（放出）热量时，物态没有改变，只是物体温度改变，这些热量称为显热。当物体吸收显热时，物体处于加热状态，当物体放出显热时，物体处于冷却状态。当物体吸收（放出）热量时，物体温度没有改变，只是物态改变，这些热量称为潜热。当液体大量吸收潜热，物体温度不变，而液态不断改变为汽态，这物理现象称为沸腾（制冷行业习惯称为蒸发）当汽体大量放出潜热，物体温度不变，而汽态不断改变为液态，这物理现象称为凝结。（冷凝器中的制冷剂包括冷却和凝结两过程）3.制冷原理简述

物体的内能动能：分子在不停运动而具有动能，物体加热时分子运动加剧，动能增加，温度升高。所以温度：是分子平均动能的标志。压力：（1）是单位容器壁面受到的垂直作用力。（2）是分子对容器壁面撞击的平均结果。

所以：温度与压力是一一对应的。位能：液体加热到沸腾时，继续大量吸热（潜热），能量在增加，但温度不改变，而是容积增大，即分子之间的距离加大，可见，能量都供给分子之间的距离的改变，可见分子之间的距离具有能量，称为位能。物体的内能＝动能＋位能液体的分子距离小吸热吸收了热量，温度并没有升高，是位能增大了制冷剂绝热压缩的自热现象:

当压缩制冷剂蒸气，机械的因素使分子距离缩小，分子多出来的位能随之要以热能的形式减少，因压缩时绝热，热量不能传导出去，只能在制冷剂内部转化，减少的位能转化为动能，动能增加，温度随动能增加上升，压力随分子撞击器壁效果增强而增大。这是制冷剂自热现象。另外，压缩输入的机械功转化的热量也会使制冷剂升温。

制冷剂绝热膨胀的自冷现象:

毛细管内流动阻力大－－压力逐段下降――制冷剂膨胀，分子距离扩大――分子位能要增大（要吸热）――因绝热，无外热传入――只能靠制冷剂内部能量转化，使部分动能转化为位能――动能减少，温度下降，撞击器壁效果减弱，压力下降。这是制冷剂自冷现象。制冷剂膨胀自冷示意图静态饱和

在静置的密封容器内，液体温度总会达到与环境温度相同，－―分子具有该温度下的动能－－分子逸出液体填充密封容器内的空间――随着逸出分子数量增加，分子碰撞机会也增加――因碰撞减速，动能减少而掉回液体的分子数量逐渐增加――气态的分子数量达到饱和――称为饱和状态――所对应的温度为饱和温度；所对应的压力为饱和压力。

当环境温度升高，分子动能加大，逸出分子数量有所增加，同时动能加大，所以对容器壁形成的压力也有所加大。密封容器内的饱和是静态饱和，静态饱和压力是由温度决定的。动态饱和在非密封的蒸发器内，产生的蒸汽不断地被抽走，又有不断流进来的制冷剂吸热蒸发，总是不能达到蒸发器外部温度所对应的静态饱和压力，蒸发器内压力是由产气量和抽气量达到平衡时形成的，这是就是蒸发压力。由这个压力产生对应的蒸发温度。（当液体受到的压力变化时，分子逸出液体要具有的动能（温度）也要随之变化，所以蒸发温度主要是由蒸发压力形成的。这与静态饱和相反。改变产气量或抽气量会形成新的平衡压力，这动态的平衡称为动态饱和。蒸发器内部的初始压力是由毛细管（膨胀阀）与压缩机匹配形成的。饱和状态是温度、压力达到物态变化条件的阶段，是汽、液共处的状态。对吸热的液体，饱和状态是沸腾状态；对放热的汽体，饱和状态是凝结状态。过热：当已经汽化了的汽体继续吸热，进入了加热状态,吸收的是显热,其温度会上升，使温度高于饱和温度，称为过热。过冷：当已经液化了的液体继续放热，进入了冷却状态,其温度会在饱和温度点下降，使温度低于饱和温度，称为过冷对热平衡公式的认识对热平衡公式的认识：Q=K×F×△tQ――热交换器每小时换热量，单位：KJ/hK――传热系数，铜管内外温差1度时，每平方米铜管面积每小时所传递的热量。单位：KJ/m2.K.hF――热交换器散热面积（铜管表面积）单位：m2△t――铜管内外实际温差，单位：K只要系统未出现保护停机，热交换器的热交换时，方程两边总是平衡的（如：从压缩机送入冷凝器的冷凝热负荷Qk,与冷凝器总散热量K×F×△t总是相等的。）。制冷系统高压侧的热平衡公式左边的冷凝热负荷Qk主要取决于低压侧的工况，而右边的散热量主要取决于高压侧的工况冷凝器热交换时的热平衡

冷凝器的热交换时，从压缩机送入冷凝器的冷凝热负荷Qk,与冷凝器总散热量（K×F×△t）总是相等的。可用热平衡公式来表示

Q=K×F×△tQ――热交换器每小时换热量，单位：KJ/hK――传热系数，铜管内外温差1度时，每平方米铜管面积每小时所传递的热量。单位：KJ/m2.K.hF――热交换器散热面积（铜管表面积）单位：m2（翅片面积不计入铜管散热面积，翅片可提高传热系数）

△t――铜管内外实际温差，单位：K（绝对温度）热平衡公式左边的冷凝热负荷Qk主要取决于制冷系统低压侧的工况，例如：蒸发器制冷量减少，会使冷凝热负荷Qk减少，而右边的散热三因素主要取决于高压侧的工况，例如：翅片脏堵使传热系数K值下降，散热量不能适应冷凝热负荷时，制冷剂会自热，使△t提高，散热量增加，达到新的热量相等，方程两边是自动平衡的的。冷凝温度的形式（以空冷冷凝器为例）

蒸气经过压缩，先是出现制冷剂自热现象，能量转化，动能增加，温度、压力不断增大，当制冷剂的温度高于环境温度时，热量可通过冷凝器向外放出，进入非绝热状态。

在冷凝器向外放出热量尚小于冷凝热负荷Qk时，制冷剂会继续自热。

不断提高温度、压力随之升高，当放热量刚好等于冷凝热负荷Qk时，自热现象停止，温度和压力就不会上升，而是稳定下来，形成冷凝温度tk。t

k与冷凝铜管外环境温度的温差就是△t。

蒸发器制冷量的变化，会引起冷凝热负荷Qk的变化，而由于制冷剂有自热和自冷的特性，Qk的变化又使温差△t变化，使热负荷与散热量总是相等，方程两边会自动平衡。蒸发温度的形成

蒸发器内的温度是由压力决定的，而蒸发器内的蒸发压力是由产气量与输气量决定的，当蒸发器的产气量＝压缩机的输气量时，会形成一

个蒸发压力P0和对应的蒸发温度和t0。若产气量增加，会使P0和t0上升，若输气量减少，会使P0和t0下降。另外若输气量增加，会使P0和t0下降，若输气量减少，会使P0和t0上升，毛细管通过影响供液量来影响产气量，库房温度变化，蒸发器风扇的风量变化等因素都会通过对蒸发器的供热量；来影响产气量，另外，蒸发器的蒸发空间也会影响产气量。供液、供热、蒸发空间同时影响P0和t0压缩机直接影响输气量，压缩机的大小、磨损程度，压缩比变化，即时工况，

都会影响压缩机的输气量。进而影响蒸发压力和蒸发温度P0和t0，所以，制冷系统运行时，蒸发压力和蒸发温度会在初始蒸发压力和蒸发温度上波动，出现工况的变化。不管系统处于什么工况，蒸发器的产气量＝压缩机的输气量是不变的，当出现产气量和输气量的改变时，改变的是产气量与输气量的平衡点，影响

的是蒸发器中的P0和t0

基本制冷系统和制冷循环循环过程1.在蒸发器内：蒸发汽化（等温等压）――吸热（制冷）――距离加大――位能增加2.在压缩机内：绝热压缩――距离缩短――部分位能转为动能――温度升高――压力升高。3.在冷凝器内：高温蒸气进入冷凝器放热――先冷却――后凝结液化4.在毛细管内：绝热膨胀：毛细管内流动阻力大－－压力逐段下降――绝热膨胀――分子距离加大――位能要增加――因绝热，无外热传入――部分动能转为位能――动能减少，温度下降。直至设计预定的P0和t0低温液体又进入蒸发器蒸发汽化――如此循环制冷。压缩机制冷量与工况的关系压缩机输气系数λ=实际输气/理论输气=VS/VP则VS＝VPλλ＝λVλPλTλL

λV－－积容系数λP－－压力系数

λT－－温度系数λL－－泄漏系数积容系数:余隙气体膨胀对输气的影响压力系数：高低压差以及吸排气阀门弹簧对吸排气起始的影响。它对输气影响最大温度系数：气体流进气缸过程中气体受热容积增大对输气的影响冷凝压力越高气缸温度越高，影响越大。泄漏系数：气缸活塞、阀门等间隙泄漏对输气的影响。三、压缩机的制冷量与工况变化的关系。压－－焓图正常制冷循环在压－－焓图上的反映

思考:1.蒸发器内的温度?压力?状态?2.正常工况时,制冷剂出了蒸发器还含有液体吗?温度会上升吗?3.对蒸发气体压缩,时制冷剂的压力?温度?4.物态变化时,液化是吸热还是放热,气体压缩是能液化吗?5.冷凝器与蒸发器不同,是等压不等温,呈三段式温度分布.6.制冷剂在通过毛细管或膨胀阀时有热交换吗?其温度和压力有变化吗?工况分析正常工况在压－－焓图上的表现制冷循环在压－－焓图上的描绘实际的制冷循环对排气温度的认识排气温度对判断制冷工况和故障十分重要压－－焓图查到的排气温度是汽缸压缩终了时的温度，而我们能测到的是排气出来以后的温度经常有压－－焓图查到的与实际测到排气温度很不对应的现象压－－焓图查到的排气温度与实测的排气温度相差的情况，很能反映制冷工况问题正常工况下，整个蒸发器内的制冷剂都处于饱和阶段吗？忽略管道压降，蒸发器的进口处和出口处的温度相等吗？正常工况下，当P0低于零度时，整个蒸发器表面结霜应该均匀吗？回气管内的制冷剂温度与正常工况下，整个冷凝器内的制冷剂都处于饱和阶段吗？冷凝器的进口处和出口处的温度相等吗？为什么要对蒸发汽体进行压缩？汽体压缩以后为什么温度会升高？为什么要对冷凝液体进行膨胀？液体膨胀以后为什么温度会降低？什么是显热、潜热？为什么不用水作制冷剂，如果一定要用用水作制冷剂，要有什么相应措施？

（二）基本的制冷系统和制冷原理1.相关知识制冷剂的自冷和自热现象制冷剂绝热压缩的自热现象:

当压缩制冷剂蒸气，分子距离缩小，分子位能要减少（要放热），因绝热，热量无处传导出去，只能在制冷剂内部转化，使动能增加，温度上升，撞击器壁效果增强，压力增大。这是制冷剂自热现象。另外，压缩输入的机械功转化的热量也会使制冷剂升温。制冷剂绝热膨胀的自冷现象:

毛细管内流动阻力大－－压力逐段下降――制冷剂膨胀，分子距离扩大――分子位能要增大（要吸热）――因绝热，无外热传入――只能靠制冷剂内部能量转化，使部分动能转化为位能――动能减少，温度下降，撞击器壁效果