制冷原理知识-简单易懂.doc

目录一、蒸气压缩式制冷原理1二、制冷循环1三、制冷剂在制冷系统中状态2四、制冷量2五、制冷剂2对制冷剂的要求2制冷剂的种类3制冷剂的使用与存放3六、制冷系统的构造及组成3压缩机4冷凝器4蒸发器5节流装置6七、吸收式制冷原理8基本原理8溴化锂吸收式制冷8一、蒸气压缩式制冷原理 蒸气制冷是利用某些低沸点的液态制冷剂在不同压力下汽化时吸热的性质来实现人工制冷的。 在制冷技术中，蒸发是指液态制冷剂达到沸腾时变成气态的过程。液态变成气态必须从外界吸收热能才能实现，因此是吸热过程，液态制冷剂蒸发汽化时的温度叫做蒸发温度，凝结是指蒸汽冷却到等于或低于饱和温度，使蒸汽转化为液态。 在日常生活中，我们能够观察到许多蒸发吸热的现象。比如，我们在手上擦一些酒精，酒精很快蒸发，这时我们感到擦酒精部分反应很凉。又如常用的制冷剂氟 利昂 F12液体喷洒在物体上时，我们会看到物体表面很快结上一层白霜，这是因为F12的液体喷到物体表面立即吸热，使物体表面温度迅速下降(当然这是不实 用的制冷方法，制冷剂F12不能回收和循环使用)。目前一些医疗机构采用的冷冻疗法即是利用了这一原理。 蒸气压缩式制冷是利用液态制冷剂汽化时吸热，蒸汽 凝结时放热的原理进行制冷的。二、制冷循环压缩机是保证制冷的动力，利用压缩机增加系统内制冷剂的压力，使制冷剂在制冷系统内循环，达到制冷目的。开始压缩机吸入蒸发制冷后的低温低压制冷剂气体， 然后压缩成高温高压气体送冷凝器；高压高温气体经冷凝器冷却后使气体冷凝变为常温高压液体；当常温高压液体流入热力膨胀阀，经节流成低温低压的湿蒸气，流 入蒸发器，从周围物体吸热，经过风道系统使空调房间温度冷却下来，蒸发后的制冷剂回到压缩机中，又重复下一个制冷循环，从而实现制冷目的。 三、制冷剂在制冷系统中状态从压缩机出口经冷凝器到膨胀阀前这一段称为制冷系统高压侧；这一段的压力等于冷凝温度下制冷剂的饱和压力。高压侧的特点是：制冷剂向周围环境放热被冷凝为液体，制冷剂流出冷凝器时，温度降低变为过冷液体。 从膨胀阀出口到进入压缩机的回气这一段称为制冷系统的低压侧，其压力等蒸发器内蒸发温度的饱和压力。制冷剂的低压侧段先呈湿蒸气状态，在蒸发器内吸热 后制冷剂由湿蒸气逐渐变为汽态制冷剂。到了蒸发器的出口，制冷剂的温度回升为过热气体状态。过冷液态制冷剂通过膨胀阀时，由于节流作用，由高压降低到低压 (但不消耗功、外界没有热交换）；同时有少部分液态制冷剂汽化，温度随之降低，这种低 压低温制冷剂进入蒸发器后蒸发（汽化）吸热。低温低压的气态制冷剂被吸入压缩机，并通过压缩机进入下一个制冷循环。 四、制冷量在制冷循环中，循环流动的每千克制冷剂从被冷却物体吸收的热量叫做单位重量制冷量，用符号 q表示，单位是kcal/kg，单位重量制冷量是表示制冷循环效果的一个特殊参数，这由制冷剂的性质，循环温度等条件决定，蒸发温度越低，冷凝温度越高， 其值越小，反之越大。 制冷装置的产冷量是单位时间内从被冷却物体吸收并在冷凝器中放掉的热量，用符号Q表示，单位是kcal/kg。Q值的大小等于冷重量流量G与单位重量制冷 量q的乘积，即： QGq 。在实际工作中，有时为了方便的获得制冷量的粗略计算也可通过下式计算 QL(t2 t1 ) 式中L循环风量，(t2 t1 )为进出风温度差。 五、制冷剂制冷剂是进行制冷循环的工作物质。 对制冷剂的要求理想的制冷剂要求化学性质是无毒、无刺激性气味、对金属腐蚀作用小、与润滑油不起化学反应，不易燃烧、不易爆炸、并且要求制冷剂有良好的热力学性质， 即在大气压力下它在蒸发器内的蒸发温度要低、蒸发压力最好与大气压相近；制冷剂在冷凝器中、冷凝温度对应的压力要适中，单位制冷量要大，汽化热要大，而液 体的比热要小，气体的比热要大。要求制冷剂的物理性质：凝固温度要低、临界温度要高 (最好高于环境温度)，导热系数和放热系数要大，比重和粘度要小，泄漏性要小。 制冷剂的种类制冷剂种类很多，实际应用时可根据制冷剂类型，蒸发温度、冷凝温度和压力等热力学条件以及制冷设备的使用地点来考虑。制冷剂可分为四类：即无机化合物、碳氢化合物、氟里昂和共沸溶液。 1、无机化合物制冷剂有氨、水和二氧化碳等； 2、碳氢化合物制冷剂有乙烷、丙烯等； 3、氟里昂(FREON)是十九世纪三十年代开始使用的一种制冷剂，比氨晚60年左右，它是饱和碳氢化合物的卤族(氟、氯、溴)衍生物的总称，或者说 是由氟、氯和碳氢化合物组成的。目前作为制冷剂用的主要是甲烷(CH4)和乙烷(C2H6 )中的氢原子、全部或部分被氟氯溴的原子取代而形成的化合物，除名称而外，化学分子式规定了氟里昂各种类别的缩写代号。4、共沸溶液是由两种以上制冷剂组成的混合物。蒸发和冷凝过程也不分离。就像一种制冷剂一样。目前实用的有R500、R502等。与R22相比其压力 稍多，制冷能力在较低温度下提高13左右。此外在相同蒸发温度和冷凝温度下。压缩机的排气温度较低。可以扩大单组压缩机的使用温度范围，所以发展前景看 好。制冷剂的使用与存放各种制冷剂，物理化学性质各不相同，在不同温度下，具有不同的饱和压力，在常温下，有的压力高，有的压力低，但无论压力如何，各种制冷剂钢瓶均为压力 容器，使用时要多加小心。由于各种制冷剂性质不同，大多数属于易爆物。在钢瓶腐蚀未作检验，或遇到外界的突然暴晒或火源时，有发生爆炸的可能，有的制冷剂 还是有毒物。因此，对制冷剂的存放、搬运、使用都必须小心。无论何种制冷剂用完后，应立即关闭钢瓶阀门，在检修系统时，如果从系统中将制冷剂抽出压入钢瓶时，应得到充分的冷却，并严格控制注入钢瓶的重量，决不 能装满，一般不超过钢瓶容积的 60，让其在常温下膨胀有一定余地。另外，在用卤素灯给制冷系统检漏时，遇颜色改变，确定漏点后，应立即移开吸口，以免光气中毒。六、制冷系统的构造及组成构成基本的制冷系统主要有四大部件：压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀。为了改善制冷系统的性能，达到更好的使用性能，通常还有不少辅助器件：液体管路电磁阀、视液镜、液体管道干燥过滤器、高低压力控制器等。 各部件的作用 压缩机: 压缩和输送制冷蒸汽，并造成蒸发器中低压、冷凝器中高压，是整个系统的心脏。冷凝器: 是输出热量的设备，将制冷剂在蒸发器中吸收的热量和压缩机消耗功所转化的热量排放给冷却介质。节流阀: 对制冷剂起节流降压作用，并调节进入蒸发器的制冷剂流量。蒸发器: 是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象的热量，从而达到制冷的目的。 压缩机压缩机为制冷系统中的核心设备，只有通过它将电能转换为机械功，把低温低压气态 制冷剂 压缩为高温高压气体，才能保证制冷的循环进行。 压缩机为制冷系统中的核心设备，只有通过它将电能转换为机械功，把低温低压气态 制冷剂 压缩为高温高压气体，才能保证制冷的循环进行。 一、容积式制冷压缩机：靠改变工作腔的容积，将周期性吸入的定量气体压缩。 1、往复活塞式制冷压缩机：靠活塞的往复运动来改变汽缸的工作容积。 依外部构造分为： 全封闭：制冷量小于60KW，多用于空调机和小型制冷设备中。 驱动电机和运动部件封闭在同一空间里，结构紧凑，密封性好，噪声低。但功率较小，不易维修。 半封闭：制冷量60600KW，可用于各种空调制冷设备中。 由曲轴箱机体与电机外壳共同构成密闭的空间，工作稳定寿命长，制冷能力较大，可用于多种工况，可维修，但噪声稍高。分为单级压缩型（常规型，碟阀型，卸载型，连通型）和双级压缩型。 开启式 压缩机和电机分别为两个设备于外部连接，结构复杂笨重，工作不稳定，已近于淘汰。功率较小，不易维修。2. 回转式制冷压缩机：靠回转体的旋转运动来改变汽缸的工作容积。 依内部构造分类： 滚动转子式：制冷量812KW，多用于小型空调机和制冷设备中。 为全封闭式，结构紧凑，密封性好，噪声低。但功率较小，不易维修。 涡旋式：制冷量8150KW，可用于各种空调制冷设备中。 为全封闭式，结构简单紧凑，工作性能高，密封性好，噪声低，为今后主导机型。 螺杆式：制冷量1001200KW，可用于大中型空调制冷设备中。 为半封闭式，结构紧凑，工作性能高，制冷能力大并可进行无级调节，但 润滑油 系统较复杂，噪声较高。分为单，双螺杆型。 二. 离心式制冷压缩机：靠离心力的作用，连续将吸入的气体压缩。 制冷量最大可达30000KW，用于大型空调制冷设备中。 工作稳定，性能高寿命长，制冷能力大，可进行无级调节。 冷凝器冷凝器按其冷却形式可分为三大类型：水冷式、风冷式、蒸发式及淋水式。一、水冷式冷凝器： 在水冷式冷凝器中，制冷剂放出热量被冷却水带走。冷却水可以一次流过，也可以循环使用。当使用循环水时，需要有冷却水塔 或冷水池。水冷冷凝器有壳管式、套管式、沉浸式等结构形式。1，立式壳管式冷凝器立式冷凝器的主要特点是：A、由于冷却量大，流速高，故传热系数高。B、垂直安装，所以占地面积小C、冷却水直通流动且流速大，所以对冷却水的要求不高D、管内水垢易清除E、冷却水温升值有2-4，对数平均温差在5-6度左右，故耗水量大。且设备置于空气中，管子等易被腐蚀。2、卧式壳管式冷凝器它与立式冷凝器有相类似的壳体结构，主要区别在于壳体的水平放置和水的多路流动。3、套管式冷凝器这种冷凝器的优点是结构简单，易于制造，且因系单管冷凝，反向换热，故传热效果好。其缺点是耗金属量大，纵向管数较多时，下部管路充满液体，传热面积不能充分利用。另外，因结构紧凑，造成维修困难。只用于小型氟利昂空调机组。二、风冷式冷凝器 在风冷式冷凝器中，制冷剂放出的热量被空气带走。它的结构形式主要为若干组铜管所组成，由于空气传热性能很差，故通常都在铜管外增加肋片，以增加空气侧的传热面积，同时采用通风机来加速空气流动，使空气强制对流以增加散热效果。 三、蒸发式冷凝器喷淋水由水泵将集水槽中的水输送到蒸发式冷凝器顶部的喷淋管，经喷嘴喷淋到冷凝排管的外表面形成很薄的水膜，水膜中部分水吸热后蒸发为水蒸气，其余落入集水槽，供水泵 循环使用。轴流风机强迫空气从底部和侧壁下部被吸入流经盘管，填料、饱和热湿空气则被排到周围大气中，热湿空气中夹带的部分水滴通过收水器截留，有效地控制水滴飘散损失，散失致大气中的水蒸气在系统中由浮球阀控制补充。四、淋水式冷凝器这种冷凝器主要优点是结构简单，制造方便，泄漏时易于发现，维修清洗都较方便；缺点是传热系数低，占地面积大，金属消耗高。蒸发器蒸发器按其被冷却的介质种类可分为冷却液体的蒸发器 (干式蒸发器)和冷却空气用的蒸发器(表冷式蒸发器)这两大类。表冷式蒸发器多用于空调装置，冷媒水用干式蒸发器。一、卧式蒸发器 1、其与卧式壳管式冷凝器的结构基本相似。按供液方式可分为壳管式蒸发器和干式蒸发器两种。卧式壳管式蒸发器广泛使用于闭式盐水循环系统。其主要特点是：结构紧凑，液体与传热表面接触好，传热系数高。但是它需要充入大量制冷剂，液柱对蒸发温度将会有一定的影响。且当盐水浓度降低或盐水泵因故停机时，盐水在管内有被冻结的可能。若制冷剂为氟利昂，则氟利昂内溶解的润滑油很难返回压缩机。此外清洗时需停止工作。 2、干式氟利昂蒸发器。 主要区别在于：制冷剂在管内流动，而载冷剂在管外流动。节流后的氟利昂液体从一侧端盖的下部进入蒸发器，经过几个流程后从端盖的上部引出，制冷剂在管内随着流动而不断蒸发，所以壁面有一部分为蒸气所占有，因此，它的传热效果不如满液式。但是它无液柱对蒸发温度的影响，且由于氟利昂流速较高(4m/s)，则回油较好。此外，由于管外充入的是大量的载冷剂，从而减缓了冻结的危险。这种蒸发器内制冷剂的充注量只需满液式的1/2l/3或更少，故称之为“干式蒸发器”。二 、立管式蒸发器 立管式和螺旋管式蒸发器的共同点是制冷剂在管内蒸发，整个蒸发器管组沉浸在盛满载冷剂的箱体内(或池、槽内)，为了保证载冷剂在箱内以一定速度循环，箱内焊有纵向隔板和装有螺旋搅拌器。载冷剂流速一般为0.30.7m/s，以增强传热。这两种蒸发器只能用于开式循环系统，故载冷剂必须是非挥发性物质，常用的是盐水和水等。如用盐水，蒸发器管子易被氧化，且盐水易吸潮而使浓度降低。这两种蒸发器可以直接观察载冷剂的流动情况，广泛用于以氨为制冷剂的盐水制冷系统。节流装置节流机构的工作原理是制冷工质流过阀门时流动截面突然收缩，流体流速加快，压力下降，压力下降的大小取决于流动截面收缩的比例。节流机构的作用：1、节流降压。当常温高压的制冷剂饱和液体流过节流阀，变成低温低压的制冷剂液体并产生少许闪发气体。进而实现向外界吸热的目的。2、调节流量：节流阀通过感温包感受蒸发器出口处制冷剂过热度的变化来控制阀的开度，调节进入蒸发器的制冷剂流量，使其流量与蒸发器的热负荷相匹配。当蒸发器热负荷增加时阀开度也增大，制冷剂流量随之增加，反之，制冷剂流量减少。3、控制过热度：节流机构具有控制蒸发器出口制冷剂过热度的功能，既保持蒸发器传热面积的充分利用，又防止吸气带液损坏压缩机的事故发生。4、控制蒸发液位：带液位控制的节流机构具有控制蒸发器液位的功能，既保持蒸发器传热面积的充分利用，又防止吸气带液降低吸气过热度。若节流机构向蒸发器的供液量与蒸发负荷相比过大，部分液态制冷剂一起进入压缩机，引起湿压缩或冲缸事故。相反若供液量与蒸发器负荷相比太少，则蒸发器部分传热面积未能充分发挥其效能，甚至会造成蒸发压力降低，而且使制冷系统的制冷量降低，制冷系数减小，制冷装置能耗增大。节流机构流量的调节对制冷装置节能降耗起着非常重要作用。调节的方法有自动调节和手动调节。自动调节主要有浮球阀、蒸发压力调节阀及热力膨胀阀、浮球阀+主节流阀等。一、 手动节流调节阀是最老式的节流阀，其外形与普通截止阀相似。它由阀体、阀芯、阀杆、填料压盖、上盖、手轮和螺栓等零件组成。与截止阀不同之处在于它的阀芯为针型或具有V形缺口的锥体，而且阀杆采用细牙螺纹。当旋转手轮时，可使阀门的开启度缓慢地增大或减小，以保证良好的调节性能。手动节流阀开启的大小，需要操作人员频繁地调节，以适应负荷的变化。通常开启度为1/81/4圈，一般不超过一圈，开启度过大就起不到节流（膨胀）的作用。它的显著特点是不易坏。管理人员可根据蒸发器的热负荷的变化和其它因素的影响，要手动调整膨胀阀的开度，因此，管理麻烦，且需要较高的经验，在最近多采用自动膨胀阀，而手动膨胀阀只用在旁通管上，作为辅助作用。二、浮球式膨胀阀浮球阀主要用于由自由液面的立式、卧式、壳管式蒸发器以及液气分离器、中间冷却器的供液量制动调节上。它通过浮球室内浮球的浮起与下降，自动打开或关闭阀门，来维持容器内的液面大致恒定。它一般安装在容器外，是一种有独立浮球室的浮球阀。若浮球室带有观察孔，还可随时了解液面浮球状态。浮球室的上端用气体连接管与蒸发器上部相连，下端用液体连接管与蒸发器液体部分相连。浮球室室的液面高度与蒸发器的液面高度相同。液面升高后，浮球升起，关闭阀口或减小开度；反之，浮球下降，阀口开度加大，增大供液量。三、热力式膨胀阀与浮球式膨胀阀不同，它不是通过控制液位，而是控制蒸发器出口气态制冷剂的过热度来控制供入蒸发器的制冷剂流量。热力式膨胀阀因平衡方式不同，或是说蒸发压力引向模片下内腔内的方式不同，可有内平衡式和外平衡式两种。内平衡式热力膨胀阀是由感温包、毛细管、阀座、调节杆、阀体等组成。感温包、毛细管和感应薄膜互相连通，构成一个封闭系统。感温包内充注制冷剂液体或其他介质，用它来感受蒸发器出口温度变化。毛细管把感温包内的压力传至薄膜上部。薄膜是由一块很薄的（0.1-0.2毫米）合金片冲压而成，断面呈波浪形，在受力后弹性变形性能良好。当蒸发器的供液量相对于蒸发器负荷来说显得较少时，蒸发器出口的气体过热度正大，因而使感温包中蒸汽或气体的温度升高，压力增大，使膜片向下弯曲，经过传动杆弹簧压缩，因而阀座孔开大，供液量增加；反之，当供液量 过多时，出口气体的过热度减小，感温系统中压力降低，一旦弹簧力大于感应机构的压力，就将阀针上推，阀孔关小，供液量便随之减小。外平衡式热力膨胀阀，它的膜片下方不与供入的制冷剂液体接触，而是作为一个空腔、利用一个专用的外平衡接管，使引入的平衡压力直接作用于感应薄膜下部。这种膨胀阀的特点是，调节不受蛇形管中流动阻力所引起的压差的影响，且结构稍复杂些。容量是热力膨胀阀的重要特性参数，所以我们必须了解影响容量的主要囚素：1。膨胀阀前后的压力差 2。蒸发温度 3。制冷剂过冷度。热力膨胀阀的安装位必须在靠近蒸发器的地方，阀体应垂直放置，不能倾斜，更不能颠倒安装。四、浮球+主节流阀：浮球+主节流阀是用于具有自由液面的蒸发器，如卧式满液式蒸发器的供液量的自动调节。由于这种满液式蒸发器，制冷剂在管外蒸发，循环水在管内流动。所以对制冷剂的控制方式与干式的截然不同。它必须将制冷剂液面控制在一定程度上。如果液面太低，吸气过热度要加大，而且润滑油也不容易返回制冷机；如果液面太高，则容易引起回液。一般通过浮球调节阀的调节作用，在蒸发器中可以保持大致恒定的液面。浮球阀有一个铸铁的外壳，用液体连接管与气体连接管分别与被控制的蒸发器的液体和蒸气两部分相连接，因而浮球阀壳体的液面与蒸发器内的液面一致。当蒸发器内的液面降低时，壳体内的液面也随之降低，浮子落下，阀针便将孔口开大，则浮球阀出液量增大，浮球阀出液量形成的阀芯上部压力减小，主膨胀阀芯上部压力(包括主膨胀阀芯上部弹簧力和浮球阀出液量形成的压力) 减小，当主膨胀阀芯下部高压大于阀芯上部压力时，则推动主阀芯向上移动，增大阀的开启量，主膨胀阀供液量增大；反之主膨胀阀供液量减小。浮球阀出液量与主膨胀阀芯上下的压差形成比例关系，调节供液量的大小，当壳体内的液面上升到浮子上限位时，阀针便将孔口关闭，主膨胀阀芯上部压力大于主膨胀下部压力，主膨胀阀关闭且停止供液，此时蒸发器液位不再上升，这既可以防止蒸发液位过高引起湿压缩，又保证蒸发器的供液量与蒸发负荷相匹配。五、毛细管毛细管是根据“液体比气体更容易通过”这原理工作的。它的供液能力主要取决于毛细管入口处制冷剂的状态以及毛细管的几何尺寸。随着入口压力的提高毛细管的供液能力增加，毛细管的长度增加，内径缩小，相应地使供液能力减小。毛细管有它的优点，结构简单、无运动部件，价格低廉，使用它时系统可不装设储液器；充入的制冷剂也少；而且在压缩机停止运转后，冷凝器与蒸发器内的压力可以较快地自动达到平衡，减轻启动时电动机的荷载。它存在的缺点是它的调节性能很差，它的供液能力不能随工况的波动而调节。七、吸收式制冷原理基本原理蒸汽吸收式制冷系统是由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、制冷节流阀、溶液节流阀、溶液热交换器、各溶液泵组成。整个系统分为两个回路：溶液回路、制冷剂回路。系统使用的工作流体是制冷剂和吸收剂，我们称它为吸收式对制冷的工质对。吸收剂是液体，它对制冷剂有很强的吸收能力。吸收剂吸收了制冷剂蒸汽后，形成溶液。溶液加热又可以放出制冷剂蒸汽。因此我们可以用溶液回路来代替压缩机的作用，构建蒸汽吸收式制冷循环。制冷剂回路由冷凝器、制冷节流阀、蒸发器组成。高压制冷剂气体在冷凝器里冷凝，产生的高压制冷剂液体进节流后到蒸发器中蒸发，产生制冷效果。溶液回路由吸收器、溶液换热器、发生器、溶液节流阀和溶液发生泵组成。在吸收器中，吸收剂吸收来自蒸发器的低压制冷剂蒸汽，形成富含制冷剂的溶液。将该溶液用发生泵送往发生器，中间经过溶液换热器，在发生器中继续加热，是其中的制冷剂蒸发出来，进入冷凝器。另一方面，发生后的溶液重新恢复原来的组份，经溶液节流阀降压，溶液换热器冷却后，成为具备吸收能力的溶液，进入吸收器吸收制冷剂蒸汽。吸收剂吸收会伴随放热，需要用冷却介质来冷却吸收液。溴化锂吸收式制冷溴化锂吸收式制冷是利用“溴化锂-水”组成的二元溶液为工质对，完成制冷循环的。在溴化锂吸收式制冷机内循环的二元工质对中，水是制冷剂。在真空(绝对压力：870Pa)状态下蒸发，具有较低的蒸发温度(5)，从而吸收载冷剂热负荷，使之温度降低，源源不断地输出低温冷水。工质对中溴化锂水溶液则是吸收剂，可在常温和低温下强烈地吸收水蒸气，但在高温下又能将其吸收的水分释放出来。制冷剂在二元溶液工质对中，不断地被吸收或释放出来。吸收与释放周而复始，不断循环，因此，蒸发制冷循环也连续不断。制冷过程所