制冷技术提纲.docx

1、制冷技术提纲（一） 绪论1. 制冷的定义：采用的一定的方法，在一定的时间内，使某一物体或空间达到比周围环境介质更低的温度，并维持在给定的温度范围内。2. 制冷技术：一门专门研究人工制取低温的原理，设备和应用的科学技术。3. 制冷的划分：一般以120为界，制冷温度高于-120叫做普冷，制冷温度低于-120叫做深冷（也叫低温）。4. 制冷方法：常见的制冷方法的原理是利用液体汽化时需要吸收大量的汽化潜热来进行制冷的。利用液体汽化方法制冷循环有四个环节组成：制冷工质汽化；蒸气升压；高压蒸气的液化；高压液体降压。 常用的制冷方法有以下七种（要熟练掌握各种方法的原理，特点及其适用范围）：蒸气压缩式制冷：蒸

2、气压缩式制冷系统由压缩机，冷凝器，节流阀，蒸发器组成。工质在蒸发器内吸热汽化成蒸气，压缩机不断将蒸气抽走，将它压缩成高温高压的蒸气后再排出，然后进入冷凝器，蒸气在冷凝器内液化成高压液体，在经过节流阀的降压后进入蒸发气，再次汽化，吸收被冷却对象的热量，如此周而复始。 吸收式制冷：利用某些物质对制冷蒸气具有强吸收能力这一特性来吸收蒸气。制冷工质叫做制冷剂，吸收制冷剂的物质叫做吸收剂。吸收式制冷循环与蒸气压缩式相似，只是将压缩机换成了吸收器+发生器+溶液泵+溶液节流阀的形式。吸收式制冷的加热热源可以是：蒸气，高于75的热水，燃气，废热，化学反应热，太阳能等。蒸气喷射式制冷：其基本过程与蒸气压缩式相同

3、，所不同的是它是利用喷射器完成从蒸发器中抽取并压缩蒸气流的。喷射器由喷嘴，吸入室，扩压器三部分组成。吸入室与蒸发器相连，扩压器与冷凝器器相连。吸附式制冷：制冷剂液体汽化吸收潜热制冷，汽化后的制冷剂蒸气由对蒸气具有很强吸附能力的吸附材料来吸收。常用的吸附材料有沸石，分子筛，活性炭等，常用制冷剂有水，氨，甲醇等。由于吸附剂要不断的进行吸附及脱附过程，故吸附式制冷只能够间歇制冷。吸附式制冷的驱动能源可以是：工业废热，太阳能，化学反应热等低温热源。空气膨胀制冷：利用高压气体绝热膨胀时，对膨胀机做工，同时气体的温度降低的原理来获得低温。热电制冷：又称为温差电制冷，它是基于帕尔贴效应得到的一种制冷方式。涡

4、流管制冷：涡流管可以使压缩气体产生涡流，并分离成冷热两部分，利用其中的冷气流来制冷。（二） 蒸气压缩式制冷循环一：单级蒸气压缩式制冷循环1：系统的组成：一个单极的蒸气压缩式制冷系统由四个部分组成：蒸发器；压缩机；冷凝器；节流阀。各个部件之间用管道连接，形成一个封闭的系统。2：工作过程：压缩机从蒸发器中吸入低温低压的制冷剂蒸气，经过压缩后使其压力和温度升高，然后排入冷凝器，在冷凝器中，蒸气放出热量而被冷凝成高压液体，高压液体经过节流阀降压之后，变成了低温低压的制冷剂液体，进入蒸发器，在蒸发器中制冷剂不断吸热汽化，汽化形成的蒸气又被压缩机所抽走。这样制冷剂不断地经过压缩，冷凝，节流，蒸发这四个过程

5、完成了一个制冷循环。3.过冷：节流阀前的液态制冷剂的温度要低于同压力（冷凝压力）下的饱和温度的现象叫做过冷现象。 这样做可以有效的减少节流后产生的闪发气体，同时可以增加单位质量质量剂的制冷量。4：过热：在实际的工作过程中，制冷压缩机所吸入的气体的温度要高于同压力（蒸发压力）下的饱和温度的现象。因为干饱和蒸气接近于湿蒸气，压缩机条件稍有变化，干饱和蒸气就有可能变成湿蒸气，会产生液击现象，损伤叶片。5：液击现象：过饱和蒸气在压缩升温为过热气体的过程中，其中所含液滴迅速的蒸发，所释放的能量如同在压缩机的气缸中产生了爆炸一样，使气缸的压力迅速的增加，活塞阻力突然增大，如同受到了重击一样。6：积炭现象：

6、温度过高的情况下，碳氢化合物会发生分解，会积累在气缸的某些部分，变成硬炭积类起来，阻塞或妨碍工作。7：回热：如果在制冷循环中，节流前的过冷和压缩机吸气的过热，不是通过与外界介质的热交换，而是利用流出蒸发器的制冷剂蒸气和流出冷凝器的制冷剂液体进行热交换，这种制冷循环就称为回热循环。利用回热循环，既可以减轻吸气管道中的有害过热，还可以使节流前的液体制冷剂达到过冷。二：两级蒸气压缩式制冷循环1：原因：对于单级蒸气压缩式制冷循环，其最低制冷温度为-40，如果想获得更低的温度，就要加大压缩机的压缩比，但压缩机的压缩比不宜过大，若压缩比过大会引起：压缩机的输气量减少，制冷量大大降低；压缩机的排气温度升高，

7、这样会使得吸入蒸气的温度升高，比体积增大，吸气量减少；同时由于温度过高，压缩机中的润滑油的工作条件恶化，影响压缩机的正常工作；使得压缩机的压缩过程与理想等熵压缩过程偏离增大，压缩机的效率下降。2：两级制冷循环：原理：将来自蒸发器的低压蒸气先在压缩机的低压级压缩到适当的中间压力，经中间冷却器冷却后再进入高压级，在此压缩到冷凝压力。分类：根据节流级数和中间冷却方式的不同可以分为四种类型：一级节流中间完全冷却，一级节流中间不完全冷却，二级节流中间完全冷却，二级节流中间不完全冷却。二级节流是指制冷剂由冷凝压力到蒸发压力经过了两个节流阀，一级节流是指只经过一个节流阀，采用一级节流可以实现远距离供液，采用

8、二级节流可以减少节流过程中的不可逆损失。 采用中间冷却是为了降低高压级的排气温度，降低压缩机的功耗。如果低压级排气被冷却成了中间压力下的干饱和蒸气，就叫做中间完全冷却；如果只是降低了温度，而未达到干饱和状态，则叫做中间不完全冷却。（注：对照书上的内容掌握这四种循环的原理图和ph图。）（三） 复叠式制冷循环1：原因：对于低温制冷剂，如果要获得很低的温度会受到蒸发压力过低带来的限制，若蒸发压力过低会带来下列影响：蒸发器与外界的压差变大，空气渗入的可能性增加，影响系统的正常工作；吸气比体积大，实际吸入的气体减少，增加了气缸的尺寸；对于活塞式压缩机，吸排气是靠阀门的自动启闭来完成的，若压力过低，难以克

9、服吸气阀的弹簧力，影响压缩机的正常工作。采用低温制冷剂可以解决上述问题，但低温制冷剂的冷凝温度较低，用一般的水冷和空冷已经无法满足要求，必须用另外一种人工冷源来冷凝低温制冷剂，这种同时采用两种制冷剂的制冷系统，称为复叠式制冷系统。2：组成：复叠式制冷系统由两个或三个独立的制冷循环组成，分别称为高温部分和低温部分，其中每一个循环都是一个完整的压缩制冷系统。高温循环使用中温制冷剂，低温循环使用低温制冷剂，两部分由一个蒸发冷凝器联系起来。 低温部分制冷剂的冷凝是靠高温部分制冷剂的蒸发来实现的。要求低温部分的冷凝温度要高于高温部分的蒸发温度，这个温差就叫做传热温差。（三）制冷剂和载冷剂（一） 制冷剂1

10、：制冷剂的概念：制冷机中的工作介质就称为制冷剂或者制冷工质。2：制冷剂的作用：制冷剂在制冷系统内部循环流动，通过自身的热力状态的变化与外界发生能量的交换，从而实现了制取冷量的目的。对制冷剂的要求：临界温度高，在常温或制冷温度下可以液化；在蒸发器或冷凝器中的压力要适中；单位容积的制冷量要大；凝固温度要低，以免制冷剂在蒸发温度下凝固；黏度和密度要小；导热系数要高；等熵指数要小；液体的比热容小；不燃烧，不爆炸，无毒；价格便宜，易于获得。3：制冷剂的分类：按照在标准大气压的沸腾温度的高低，可以分为：高温制冷剂，中温制冷剂，低温制冷剂。4：常用的制冷剂：常用的制冷剂有水，氨，氟利昂，丙烷丙烯等有机化合物

11、。其中水和氨要重点掌握，请对照书上的内容，熟练掌握。（二） 载冷剂1：概念：载冷剂在制冷系统中被冷却后，用来冷却被冷却物质，然后再返回蒸发器，将热量传递给制冷剂，载冷剂起到了运载冷量的作用，故又称为冷媒。2：要求：在使用温度范围内呈液态；无毒；黏度小，相对密度小，传热性能好；不易燃烧，无爆炸的危险；对金属的腐蚀小；比热容大；化学稳定好；价格低廉，易于获得。3：常用的载冷剂：空气，水，盐水溶液。（对照书上的内容，熟练掌握。）（四）吸收式制冷一：吸收式制冷的原理1:吸收式制冷与蒸气压缩式制冷都是利用高压液体制冷剂经节流阀节流降压，在低压低温下液体蒸发来制取冷量。所不同的是二者将低压蒸气变为高压蒸气

12、的方法不同。 压缩式制冷通过压缩机消耗机械功来实现，而吸收式制冷则是通过吸收器，溶液泵，发生器和溶液节流阀消耗热能来实现的。2:吸收式制冷所利用的是低温热源，如低压蒸气，热水，燃气，废烟气，化学反应热，太阳能等。3：吸收式制冷机的工作介质包括：制冷剂和吸收剂。其中低沸点的工质是制冷剂，高沸点的工质是吸收剂。对于工质对的要求是：两个组分的沸点相差要大；吸收剂要具有较强的吸收能力；制冷剂的蒸发潜热要大，吸收剂的比热容要小；成本低，易于得到，对金属的腐蚀要小。 常用的工质对包括：氨水；水溴化锂。二：氨水吸收式制冷机 氨水吸收式制冷机以氨为制冷剂，水为吸收剂。发生器的热源可以是低压蒸气或是其他热源。吸

13、收扩散式制冷机：有三种工作介质。氨液的减压过程不是通过节流阀来实现，而是通过在蒸发器利用氨扩散原理使氨蒸气的分压降低来完成降压的过程，从而达到制冷的目的。三：溴化锂吸收式制冷机1：优点：利用热能为动力，范围广；无运动部件，运转安静；以溴化锂水溶液为工质，无毒，无臭；制冷机在真空环境下工作；制冷量调节范围广等。2：缺点：腐蚀性强；气密性要求高。3：溴化锂水溶液：溴化锂水溶液中溴化锂为吸收剂，水为制冷剂，一次只可以制取0以上的冷量。4：溴化锂制冷机的驱动力是热能，常用的热源主要有：蒸汽热源；燃气的热量；废热热源；温度高于75的热水；太阳能。（五）制冷压缩机1：制冷压缩机的种类：根据完成气体增压方式

14、的不同，可以分为容积型和速度型两大类。 容积型压缩机中气体压力的提高是靠吸入气体的容积被强行缩小来实现的，包括：活塞式，螺杆式，滚动转子式，涡旋式； 速度型压缩机中气体压力的增加是由气体的速度转化而来的，即先使气体获得一定的高速度，然后再让它缓慢下来，使气体的动能变成气体位能，气体的压力就得到了相应的提高。主要有两种型式：离心式和轴流式。2：活塞式制冷压缩机：又称为往复式，他在制冷装置中使用最广，技术也较为成熟。 主要零部件包括：机体，传动机构，配气机构，润滑油机构，卸载机构和轴封机构。 活塞式压缩机的工作过程：理想的工作过程是：吸气压缩排气；实际的工作过程是：膨胀吸气压缩排气（由于余隙容积的

15、存在）。 压缩机的容积效率：它的实际吸气量要小于活塞的排量，二者之比称为容积效率。与四个因素有关：余隙容积系数；压力系数；温度系数；泄露系数。 压缩机的能耗指标：制冷压缩机的能耗指标有两种表示方法：单位轴功率制冷量，它表示压缩机每消耗1kw轴功率所能制取的冷量（适用于开式压缩机）；能效比，它表示压缩机电机每输入1kw功率所能制取的冷量（适用于闭式压缩机）。注意，由于上述两个指标与工况有关，因此在比较两台压缩机的能耗指标是一定要取相同工况下的相同指标进行比较。3：螺杆式制冷压缩机：有两种形式：单螺杆式和双螺杆式。1 双螺杆式制冷压缩机：在机体内装有一对相互啮合，旋向相反的螺旋形齿的转子，齿面凸出

16、叫做阳转子，齿面凹进叫做阴转子，一般阳转子是4个齿，阴转子为6个齿。2 其工作过程为吸气压缩排气。 注意：排气压力（冷凝压力）与吸气压力（蒸发压力）之比叫做外压缩比，压缩终了的压力与吸气压力之比叫做内压缩比，内压缩比由压缩机的结构和气体的种类决定。故压缩终了的压力与排气压力不一定相等，有三种情况：。其中第中情况都需额外消耗外功，只有第中情况下效率最高。3 螺杆压缩机都带有能量调节机构。4：离心式制冷压缩机1 原理：来自蒸发器的低压蒸气，经离心式制冷压缩机的进气室进入叶轮的吸气口，叶轮高速旋转，在离心力的作用下，将叶片间的气体高速向外甩，使得气体的速度和压力都得到了提高。然后气体进入了扩压器，由

17、于扩压器的截面积逐渐变大，从而使得气体减速而增压，将气体的动能转化为了压力能。2 离心式制冷压缩机的调节：可以根据外界载荷的变化来进行调节，一般有下列几种方式：改变转速；改变进口倒叶的角度；改变冷却水量。3 喘振现象：当气流产生严重的脱流现象时，导致离心式压缩机的排气压力下降。当排气压力低于冷凝压力时，制冷剂将从冷凝器倒流回压缩机，直至压力相等为止。这一倒灌的流量一直停留在叶轮处，使叶轮的混合流量又增加，叶轮又正常工作，这时压缩机向冷凝器排气。当冷凝压力恢复到原来的压力时，气体又开始倒流。这种周而复始的气流脉动，叫做离心式压缩机的喘振现象。 解决方法：采用热气旁通的方法，即从冷凝器顶部引一部分

18、气体到压缩机的进气管，组成一个旁通回路，增加进气量，使其大于进气流量。（对照书上表6-9，熟练的掌握这三种压缩机的优缺点和适用范围。）（六）换热器1：冷凝器：制冷设备向制冷系统外放出热量的换热装置。制冷剂在冷凝器中放热凝结成了液体。 按照冷却方式的不同可以分为：水冷式（以水为介质，多用于大型设备中）；空冷式（以空气作为介质，又叫做风冷式。多用于一些缺水地区）；蒸发式（利用冷却水汽化的潜热来吸收制冷剂的热量，耗水小。适用于气候干燥和缺水的地区，要求水质好，经过处理的软水）。2：蒸发器：制冷剂从外界系统吸取热量的换热器。可分为冷却空气和冷却液体载冷剂两大类。3：回热器：利用从蒸发器出来的制冷剂饱和蒸气需要过热时的冷量来使节流前的制冷剂液体进一步过冷，这样既保证了压缩机工作的安全性，又提高了制冷装置的制冷量。4：中间冷却器：是两级压缩制冷循环中不可或缺的设备。作用是：冷却低压压缩机排除的过热的制冷剂蒸气；过冷从冷凝器排除的制冷剂液体，以提高制冷装置的制冷系数，减少节流过程中产生的闪发蒸气。（七）节流装置作用：节流装置可以使来自冷凝器的制冷剂液体降温降压，低温低压的制冷剂在蒸发器中汽化，吸收汽化潜热，从而达到制冷的目的。种类：一般有五种类型：手动节流阀；浮球调节阀；热力膨胀阀；自动膨胀阀；毛细管。（对于上述五种节流装置，对照书本上的内容，仔细阅读，掌握各自的特点和应用的范围。）。