制冷原理.docx

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制冷原理

流量减小，蒸发温度会发生升高，单位制冷量变大，单位耗功较少，COP增大

流量增大，蒸发温度降低，单位制冷量变小，单位耗功增大，COP减少！

螺杆式冷水机组

螺杆冷水机组主要由螺杆压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀及电控系统组成。

水冷单螺杆冷水机组制冷原图如下：

　　螺杆式冷水机原理：

螺杆式冷水机因其关键部件-压缩机采用螺杆式故名螺杆式冷水机，机组由由蒸发器出来的状态为的气体冷媒；经压缩机绝热压缩以后，变成高温高压状态。

被压缩后的气体冷媒，在冷凝器中，等压冷却冷凝，经冷凝后变化成液态冷媒，再经节流阀膨胀到低压，变成气液混合物。

其中低温低压下的液态冷媒，在蒸发器中吸收被冷物质的热量，重新变成气态冷媒。

气态冷媒经管道重新进入压缩机，开始新的循环。

这就是冷冻循环的四个过程。

也是螺杆式冷水机的主要工作原理。

冷水机制冷剂循环系统：

蒸发器中的液态制冷剂吸收水中的热量并开始蒸发，最终制冷剂与水之间形成一定的温度差，液态制冷剂亦完全蒸发变为气态后被压缩机吸入并压缩（压力和温度增加）,气态制冷剂通过冷凝器（风冷/水冷）吸收热量，凝结成液体，通过热力膨胀阀（或毛细管）节流后变成低温低压制冷剂进入蒸发器，完成制冷剂循环过程。

冷水机制冷系统基本组成：

压缩机：

压缩机是整个制冷系统中的核心部件，也是制冷剂压缩的动力之源。

它的作用是将输入的电能转化为机械能，将制冷剂压缩。

冷凝器：

在制冷过程中冷凝器起着输出热能并使制冷剂得以冷凝的作用。

从制冷压缩机排出的高压过热蒸气进入冷凝器后，将其在工作过程吸收的全部热量，其中包括从蒸发器和制冷压缩机中以及在管道内所吸收的热量都传递给周围介质（水或空气）带走；制冷剂高压过热蒸气重新凝结成液体。

（根据冷却介质和冷却方式的不同，冷凝器可分为三类：

水冷式冷凝器、风冷式冷凝器、蒸发式冷凝器。

）

贮液器：

贮液器安装在冷凝器之后，与冷凝器的排液管是直接连通的。

冷凝器的制冷剂液体应畅通无阻地流入贮液器内，这样就可以充分利用冷凝器的冷却面积。

另一方面，当蒸发器的热负荷变化时，制冷剂液体的需要量也随之变化，那时，贮液器便起到调剂和贮存制冷剂的作用。

对于小型冷水机制冷装置系统，往往不装贮液器，而是利用冷凝器来调剂和贮存制冷剂。

干燥过滤器：

在冷水机制冷循环中必须预防水分和污物（油污、铁屑、铜屑）等进入，水分的来源主要是新添加的制冷剂和润滑油所含的微量水份，或由于检修系统时空气进入而带来的水分。

如果系统中的水分未排除干净，当制冷剂通过节流阀（热力膨胀阀或毛细管）时，因压力及温度的下降有时水分会凝固成冰，使通道阻塞，影响制冷装置的正常运作。

因此，在冷水机制冷系统中必须安装干燥过滤器。

热力膨胀阀：

热力膨胀阀在冷水机制冷系统中既是流量的调节阀，又是制冷设备中的节流阀，它在制冷设备中安装在干燥过滤器和蒸发器之间，它的感温包是包扎在蒸发器的出口处。

其主要作用是使高压常温的制冷剂液体在流经热力膨胀阀时节流降压，变为低温低压制冷剂湿蒸气（大部分是液体，小部分是蒸汽）进入蒸发器，在蒸发器内汽化吸热，而达到制冷降温的目的。

蒸发器：

蒸发器是依靠制冷剂液体的蒸发（实际上是沸腾）来吸收被冷却介质热量的换热设备。

它在制冷系统中的功能是吸收热量（或称输出冷量）。

为了保证蒸发过程能稳定持久的进行，必须不断的用制冷压缩机将蒸发的气体抽走，以保持一定的蒸发压力。

制冷剂：

在现代工业中使用的大多数工业冷水机均使用R22或R12作为制冷剂。

制冷剂是制冷系统里的流动工质，它的主要作用是携带热量，并在状态变化时实现吸热和放热。

第一节制冷原理

一、压缩式制冷循环工作原理

制冷概念：

是将被冷却物体中的热量移向周围介质（水或空气），使物体温度降低，且低于周围介质的温度，并能保持一定的温度。

热量常从高温物体传向低温物体。

但制冷过程可使热从低温物体传向高温物体，这个过程消耗能量。

制冷剂在制冷机中循环，周期地从被冷却物体中取得热量，并传递给周围介质，同时制冷剂也完成了状态变化的循环，实现这个循环必须消耗能量。

压缩式冷冻机的制冷过程分为压缩、冷凝、膨胀、蒸发四个阶段，如图所示。

制冷工作过程：

（1）系统中的制冷剂饱和蒸汽被压缩机吸入压缩。

使饱和蒸汽被压缩成高温高压的过热蒸汽。

（2）在冷凝器内被冷凝为液体而放出热量。

冷凝成高压液体。

（3）液体制冷剂经过膨胀阀后，压力降低，变成低温低压液体。

（4）低温低压液体制冷剂进入蒸发器后吸收周围介质的热量而汽化为气体。

气体又被压缩，压力升高，气体的剂热量传递给冷却水而冷凝为液体，形成一个反复循环过程，而使周围介质的温度降低，这就是制冷过程。

二、吸收式制冷循环工作原理

吸收式制冷循环是由消耗热能（蒸汽、热水等等）来工作的。

在吸收式制冷机中，使用两种工质：

制冷剂与吸收剂，这是该机的主要特点。

工作原理如图所示。

5－吸收器6－溶液泵7－节流阀

工作过程：

（1）浓度高的制冷剂送入发生器1内，在发生器中用蒸汽加热，吸收热量后使浓度高的制冷剂蒸发。

（2）发生器中出来的蒸汽进入冷凝器2，由冷却水带走热量，使蒸汽冷凝。

（3）冷凝后的制冷剂经过节流阀3进入蒸发器，并向被冷却物质吸取热量。

（4）制冷剂的蒸汽从蒸发器出来后，进入吸收器5，被经过节流阀7而来的稀制冷剂吸收，吸收时放出的热量传给冷却水。

稀的制冷剂又变为浓的制冷剂，

（5）经过溶液泵6送入发生器，形成了制冷循环

常用热量换算单位：

3、           1w=0.8598kcal/h

4、           1kgf/cm2=98067pa

5、           1w=3.412BTU/h

6、           1mmH2O=9.8067pa

7、           1kcal/h=3.968BTU/h

8、           1USRT=3024kcal/h

9、           1kcal/h=1.163W

10、       1USRT=3517W

11、       1BTU/h=0.2931W

12、       1BTU/h=0.252kcal/h

♣一千瓦（KW）=860大卡（Kcal/h）

♣一大卡（Kcal/h）=1.163瓦（w）

♣1冷吨（USRT）=3024大卡（Kcal/h）

♣1冷吨（USRT）=3517瓦（W）

二：

制冷原理及制冷系统

为了理解空调器的工作原理，首先要懂得一些基本的物理概念。

2.1温度

温度是物体冷热程度的度量。

根据气体分子运动论，从微观来看温度是物体大量分子热运动的宏观表现，气体分子热运动的平均动能越大，气体的温度越高。

⑴摄氏温标，记作℃,把标准大气压下纯水结冰时的温度定为0℃时，水沸腾的温度为100℃。

⑵华氏温标，记作ºF，32ºF相当于0℃，212ºF相当于100℃。

华氏温标与摄氏温标之间的换算关系为：

t（ºF）=9/5*（θ℃）+32

θ（℃）=9/5*[t（ºF）-32]

⑶开氏温标，记作K，又称热力学温标，热力学温标不能低于0K。

0K约相当于-273℃,373K约相当于100℃。

根据热力学理论，0K时物质内分子热运动的速度为零。

开氏温标与摄氏温标之间的换算关系为

T（K）=θ（℃）+273.15

2.2湿度

空气大约由3/4的氮气和1/4的氧气组成，此外还含有少量的其他气体，其中水蒸气的含量是经常变化的，其变动对人们生活的影响也比较大。

空气中水蒸气的含量用湿度来表示，表示方式有三种：

⑴绝对湿度。

以单位体积空气中所含水蒸气的质量来计算，其单位是kg/m3

⑵相对湿度。

在一定温度下空气中所含水蒸气的最大量有一定的限度。

所谓相对湿度，即为由下式所规定的百分数：

相对湿度（记作%H）=空气中水蒸气的含量/该温度下水的饱和蒸汽量

⑶含湿量。

在空调器运用中，需要对空气加湿或除湿，因此引起了这个参量。

把1千克干燥空气所伴有的水蒸气质量称为含湿量。

2.3露点

当空气中的水蒸气超过饱和量时，就会析出水。

也即，只要空气的相对湿度达到100%H，如果再降温，就会有水蒸气凝结成水。

我们把冷却到使空气中的相对湿度达到100%时的温度，称为该空气的露点温度。

在空调器的使用中，伴随着降温过程有水析出即是这个道理。

2.4热量和传热

当两个温度不同的物体相接触时，能量将会从高温物体传向低温物体，最终两物体的温度达到平衡一致。

这个能量的转移过程称为传热，转移的能量习惯上称为热量。

热量的单位有：

焦耳（J），千焦耳（KJ），卡（cal），千卡（kcal）。

焦尔与卡之间的换算关系是：

1卡=4.1868焦耳

物体传热的方式有三种：

对流、热传导、热辐射。

⑴液体或气体的对流运动而进行的热传递，称为热对流。

热对流如果是由于液体或气体自重的比重变化所引起，称为自然对流；如果是由于外加力所引起的，则为强制对流。

空调器内安装离心风机和轴流风机，强制空气流动，都是为了强迫换热。

⑵热传导。

当两个温度不同的物体相接触或同一物体个部分的温度不相等时，在温度梯度的驱动下形成的传热称为热传导。

⑶热辐射。

物体的热量不用借助中间的传热介质，而是转化为辐射能，穿过空间向四周传播，称为热辐射。

2.5比热、显热与潜热

⑴比热。

使1克的某种物质温度升高1℃所需的热量定义为该物质的比热。

⑵显热。

当物体吸热（或放热）仅使物体分子的热动能增加（或减少），即仅是使物体温度升高（或降低），并没有改变物质的形态，那么它所吸收（或放出）的热称为显热。

⑶潜热。

当物体吸热（或放热）仅使物体分子的热位能增加（或减少），即仅是使物体状态发生改变，而其温度不变，那它所吸收的（或放出）的热称为潜热。

如制冷剂在吸热沸腾是吸收的热就是潜热。

2.6焓和熵

物质分子无论在何种状态下，都在不停地运动着，所以物质总是含有一定的内能（分子的动能和分子位能之和）的。

1kg物质在某一状态时所含的内能及推动功所转换的热量总和，称为此物质在该状态下的热焓，简称为焓，用H表示，单位为千焦耳/千克。

熵也是物质状态的参数，用S表示，其意义表示为：

物质在状态变化过程中所吸收的极微小热量与加入热量前的绝对温度之比。

其单位为kl/kg·K。

其数学表达式：

△s=△q/T

2.7制冷剂和制冷循环

2.7.1制冷剂的选用条件：

①不燃、不爆、无毒、无刺激。

②蒸发潜热大，以便有较高的制冷效率。

③临界温度高于室温

④在室温下冷凝所需压力不要太大，以便密闭蒸发器容易制造

⑤冷凝温度不宜太低，以便液化容易。

⑥蒸发压力稍高于大气压，这样容易避免空气渗入系统内

⑦传热系数大，便于热交换。

⑧粘度小，以减少流动阻力。

⑨单位质量的体积小，以节省系统的空间。

⑩没有腐蚀性，有一定溶解水的能力，以免降温时结出冰渣，堵塞管路。

国际上规定可作制冷剂的物质都以R为缩写字头后缀以数码表示，如氨用R717表示,水用R718表示,氟里昂12用R12表示。

目前能满足上述条件的制冷剂首推氟里昂系列，例如目前电冰箱用制冷剂主要为氟里昂12（代号R12）,学名二氟二氯甲烷，化名分子式CHF2CL2。

目前空调器用制冷剂主要为氟里昂22（代号R22）,学名二氟一氯甲烷，化名分子式CHF2CL。

2.7.2制冷循环

在蒸汽压缩式制冷系统中，制冷剂从某一状态开始，经过各种状态变化，又回到初始状态，在这个周而复始的热力过程中，每一次都消耗一定机械能（电能）而从低温物体中吸出热量，并将此热量转移到高温物体。

这个一面改变制冷剂状态，一面完成制冷剂作用的全过程被称为制冷循环。

⑴蒸发过程：

节流降压后的制冷剂液体（混有饱和蒸汽）进入蒸发器，从周围介质吸热蒸发成气体，实现制冷。

在蒸发过程中，制冷剂的温度和压力保持不变。

从蒸发器出来的制冷剂已成为干饱和蒸汽或稍有过热度的过热蒸汽了。

物质由液态变成气态时要吸热，这就是制冷系统中使用蒸发器吸热制冷的原因。

⑵压缩过程：

压缩机是制冷系统的心脏，在压缩机完成对蒸汽的吸入和压缩过程，把从蒸发器出来的低温低压制冷剂蒸汽压缩成高温高压的过热蒸汽。

压缩蒸汽时，压缩机要消耗一定的外能即压缩功。

⑶冷凝过程：

从压缩机排出来的高温高压蒸汽进入冷凝器后同冷却剂进行热交换，使过热蒸汽逐渐变成饱和蒸汽，进而变成饱和液体或过冷液体。

冷凝过程中制冷剂的压力保持不变。

物质由气态变为液态时要放出热量，这就是制冷系统要使用冷凝器散热的道理。

冷凝器的散热常采用风冷或水冷的形式。

⑷节流过程：

从冷凝器出来的高压制冷剂液体通过减压元件（膨胀阀或毛细管）被节流降压，变为低压液体，然后再进入蒸发器重复上述的蒸发过程。

上述四个过程依次不断循环，从而达到制冷的目的。