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制冷原理与设备 目录1 制冷概念2 常用制冷原理与设备 制冷概念 制冷的概念 制冷 即致冷 又称冷冻 将物体温度降低到或维持在自然环境温度温度以下 实现制冷的途径有两种 一是天然冷却 一是人工制冷 天然冷却利用天然冰或深井水冷却物体 但其制冷量 即从被冷却物体取走的热量 和可能达到的制冷温度往往不能满足生产需要 天然冷却是一传热过程 人工制冷是利用制冷设备加入能量 使热量从低温物体向高温物体转移的一种属于热力学过程的单元操作 人工制冷 人工制冷概述 是通过制冷工质 也称制冷剂 雪种 将热量从低温物体 如冷库等 移向高温物体 如大气环境 的循环过程 从而将物体冷却到低于环境温度 并维持此低温 这一过程是利用制冷装置来实现的 由热力学第二定律可知 热量从低温物体移向高温物体不可能自动 无补偿地进行 因此必须提供机械能 或热能等 以确保包括低温冷源 高温热源 功源 或向循环供能的源 在内的孤立系统的熵不减小 制冷系数 制冷循环的重要参数是制冷系数 工程上也称之为制冷装置的工作性能系数 用符号COP表示 在一定的环境温度下 冷库温度越低 制冷系数就越小 因此为取得良好的经济效益 没有必要把冷库的温度定得超乎寻常的低 这也是一切实际制冷循环遵循的原则 人工制冷的分类 制冷循环包括压缩式制冷循环 吸收式制冷循环 吸附式制冷循环 蒸气喷射制冷循环及半导体制冷等 压缩式制冷循环又可分为压缩气体制冷循环和压缩蒸气制冷循环 目前世界上运行的制冷装置绝大部分是压缩气体制冷循环 以往 制冷循环应用的制冷剂多半为商品名为氟利昂的氯氟烃物质CFC 含氢氯氟烃HCFC和氨等 但由于日益严重的环境问题 CFC HCFC正逐渐被对环境友善的新型制冷剂替代 R 134a 1 1 1 2 四氟乙烷 是一种不含氯原子 对臭氧层不起破坏作用 具有良好的安全性能 不易燃 不爆炸 无毒 无刺激性 无腐蚀性 的制冷剂 其制冷量与效率与R 12 二氯二氟甲烷 氟利昂 非常接近 所以被视为优秀的长期替代制冷剂 R 134a是目前国际公认的R 12最佳的环保替代品 完全不破坏臭氧层 是当前世界绝大多数国家认可并推荐使用的环保制冷剂 也是目前主流的环保制冷剂 广泛用于新制冷空调设备上的初装和维修过程中的再添加 R134a的毒性非常低 在空气中不可燃 安全类别为A1 是很安全的制冷剂 常用制冷原理与设备 目录1 蒸汽压缩式制冷原理与设备2 吸收式制冷原理与设备 1 蒸汽压缩式制冷原理与设备 制冷工质 制冷剂 冷媒 雪种 常用有 氨 R717 氟里昂等 氟里昂 R11 一氟三氯甲烷R22 二氟一氯甲烷R23 三氟甲烷R134a 四氟乙烷 R123 三氟二氯乙烷 载冷剂传递冷量的物质 空调一般是用水做载冷剂 制冷量单位 千瓦 Kw 大卡 Kcal 冷吨 Rt 1千瓦 Kw 860大卡 Kcal 1冷吨 Rt 3 517Kw 3024Kcal 100Rt 351 7Kw 30万Kcal 冷凝温度气体液化时的温度 在一定压力下 同一物质冷凝温度是随压力变化而变化 蒸汽压缩式制冷原理与设备 蒸汽压缩式制冷原理与设备 系统组成 压缩机 节流阀 蒸发器和冷凝器等主要设备及辅助设备 过滤器 油分离器 储液器 蒸汽压缩式制冷原理与设备 各主要部件作用 压缩机 压缩制冷剂 向制冷剂压缩做功 为整个制冷循环提供动力 冷凝器 冷凝器是一个热交换设备 作用是利用环境冷却介质 空气或水 将来自压缩机的高温高压制冷蒸气的热量带走 降低制冷剂温度至环境温度 膨胀阀 节流原件 将高压常温的制冷剂液体通过膨胀阀降压 得到低温低压制冷剂 蒸发器 蒸发器也是一个热交换设备 节流后的低温低压制冷剂液体在其内蒸发变为蒸气 吸收被冷却物质的热量 使物质温度下降 达到冷冻 冷藏食品的目的 蒸汽压缩式制冷原理与设备 什么是焓 焓的表达式 H U PV物理意义 工质所处状态具有的总能量 根据它的表达式 可以知道是焓是一个状态参数 在热力设备中 工质总是不断地从一个地方流到另一个地方 随着工质不断地流动 所转移的能量就是焓 这就是为什么引入焓这个概念的原因 因为每次计算的时候总是要写U PV 所以后来干脆就把U PV定义为焓 简而言之 引入焓就是为了方便分析 简化计算 蒸汽压缩式制冷原理与设备 什么是熵 熵 热力学中表征物质状态的参量之一 用符号S表示 其物理意义是体系混乱程度的度量 熵越大说明物质内部越混乱 蒸汽压缩式制冷原理与设备 压 焓图温 熵图 制冷剂的状态图 压 焓图 1点 2线 3区 5态 6等参数线簇 临界点 criticalpoint 下临界线 不同压力下饱和液体状态上临界线 不同压力下干饱和蒸汽状态 液相区 liquidregion 汽液两相区 liquid vaporregion 汽相区 vaporregion 未饱和液体 饱和液体 湿饱和蒸汽 干饱和蒸汽 过热蒸汽 蒸汽压缩式制冷原理与设备 6等参数线簇 压 焓图 蒸汽压缩式制冷原理与设备 压焓图的结构如下图所示 以绝对压力为纵坐标 为了缩小图的尺寸 提高低压区域的精度 通常纵坐标取对数坐标 以焓值为横坐标 临界点K左边的粗实线为饱和液体线 线上的任何一点代表一个饱和液体状态 干度x 0 临界点K右边的粗实线为饱和蒸气线 线上任何一点代表一个饱和蒸气状态 干度x 1 这两条粗实线将图分为三个区域 饱和液体线的左边为过冷液体区 过冷液体的温度低于相同压力下饱和液体的温度 饱和蒸气线的右边是过热蒸气区 该区域内的蒸气称为过热蒸气 它的温度高于同一压力下饱和蒸气的温度 两条线之间的区域为两相区 制冷剂在该区域内处于气 液混合状态 湿蒸气区 蒸汽压缩式制冷原理与设备 过程线1 2表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵压缩过程 压力由蒸发压力升高到冷凝压力 因此该点可通过1点的等熵线和压力为冷凝压力的等压线的交点来确定 由于压缩过程中外界对制冷剂作功 制冷剂温度升高 因此点2表示过热蒸气状态 点2表示制冷剂出压缩机时的状态 也就是进冷凝器时的状态 点1表示制冷剂进入压缩机的状态 蒸汽压缩式制冷原理与设备 蒸汽压缩式制冷原理与设备 过程线4 1表示制冷剂在蒸发器中的气化过程 由于这一过程是在等温 等压下进行的 液体制冷剂吸取被冷却介质的热量 即制冷 而不断气化 制冷剂的状态沿蒸发压力的等压线向干度增大的方向变化 直到全部变为饱和蒸气为止 这样 制冷剂的状态又重新回到进入压缩机前的状态点1 从而完成一个完整的理论制冷循环 蒸汽压缩式制冷原理与设备 2 理论循环在坐标图上的描述 工作过程 1 1 2压缩机中干饱和蒸汽等熵压缩过程 2 2 3冷凝器中过热蒸汽等压冷却及冷凝过程 3 3 4节流阀中饱和液体绝热节流过程 4 4 1蒸发器中湿蒸汽等温等压汽化过程 蒸汽压缩式制冷原理与设备 2 2点 压缩机压缩后的排气状态 对应于冷凝压力下的过热蒸汽 各点对应状态 1 1点 制冷剂进入压缩机的状态 对应于蒸发温度To下的饱和蒸汽 3 3点 制冷剂在冷凝器出口处的状态 是与冷凝温度TK对应的饱和液体 4 4点 节流后流出节流阀 进入蒸发器的状态 为湿饱和蒸汽状态 蒸汽压缩式制冷原理与设备 1 蒸发过程和单位制冷量 制冷量 制冷剂通过蒸发器时从低温热源吸收的热量 单位质量制冷量 1kg制冷剂在蒸发器中从低温热源吸收的热量 式中 qm 制冷剂的质量流量 与压缩机的尺寸和转速有关 与制冷剂的种类和工作条件有关 单位容积制冷量 压缩机每吸入1m3制冷剂蒸气 按压缩机吸气状态 所制取的冷量 制冷剂的质量流量 式中 v1 压缩机入口处状态点1的比体积 式中 qvh 压缩机的理论输气量 m3 s 2 压缩过程和比功 理论比功 压缩机每压缩和输送1kg制冷剂所消耗的压缩功 压缩机功率 容积比功 压缩机每压缩和输送1m3制冷剂 按压缩机吸气状态 所消耗的压缩功 与制冷剂的种类和工作条件有关 压缩机的压力比 循环中压缩机的排气压力与吸气压力之比 压缩机的排气温度T2 制冷剂气体压缩终了的温度 3 冷凝过程和冷凝器的热负荷 冷凝器单位热负荷 1kg制冷剂蒸汽在冷凝器中放出的热量 4 节流过程 节流过程特点 5 制冷系数 总结 运用某种制冷剂时 蒸发压力po 冷凝压力pk反映系统的压力水平 压力比 压力差和排气温度反映压缩机的工作条件 单位制冷量 单位容积制冷量反映制冷能力 COP反映制冷循环的经济性 影响理论循环特性的因素 1 热源的温度 2 制冷剂的性质 理论循环的意义 1 是实际循环的基准和参照 用于分析研究实际循环的各种不完善因素和作出相应改进 2 用于评价制冷剂 相同Tk To条件下 通过不同制冷剂的理论循环特性比较 可以评价它们在热力性质方面的适宜程度 理论循环是不可逆循环 理论循环的意义 影响实际循环的因素 各种实际因素对循环的影响 1 过冷 制冷剂液体的温度低于同一压力下饱和状态的温度 过冷度 两者温度之差 2 液体过冷循环 在一定的冷凝温度和蒸发温度下 采用使制冷剂离开冷凝器 进入节流阀之前具有一定过冷度的循环 各种实际因素对循环的影响 1 高压液体过冷的影响 3 过冷循环的坐标图表示 各种实际因素对循环的影响 制冷系数增加 4 过冷对制冷循环的影响 各种实际因素对循环的影响 5 结论 采用液体过冷循环 理论上总是有利的 可以提高循环的经济性 且过冷度越大 对循环越有利 蒸发温度越低 过冷使性能的相对提高越大 各种实际因素对循环的影响 利用再冷却器或过冷器获得过冷 6 实现过冷的措施 利用冷凝器直接过冷 过冷度提高不多 一般可获得1 5 过冷度 采用逆流管套式换热器最易获得过冷 在冷凝器和膨胀阀之间增设一台过冷器 在过冷器中通入温度更低的冷却介质 如深井水 或将冷却介质先通过再冷却器 然后再进入冷凝器 采用气 液热交换器 回热器 各种实际因素对循环的影响 2 蒸气过热循环 制冷剂蒸气在蒸发器中完全蒸发后仍然要继续吸收一部分热量 这样 当它到达压缩机之前已处于过热状态 1 过热 制冷剂蒸气的温度高于同一压力下饱和蒸气的温度 过热度 两者温度之差 2 压缩机吸气过热的影响 各种实际因素对循环的影响 3 过热循环的坐标图表示 4 过热对制冷循环的影响 各种实际因素对循环的影响 由于过热循环在1 1 过程中吸收了一部分热量 再加上比功又略有增加 则冷凝器的热负荷增加 各种实际因素对循环的影响 单位制冷量和制冷系数的变化 取决于过热是有效过热 还是无效过热 各种实际因素对循环的影响 单位容积制冷量如何变化 给定压缩机 各种实际因素对循环的影响 单位容积制冷量qv 与制冷剂的性质有关 各种实际因素对循环的影响 各种实际因素对循环的影响 结论 为提高制冷系数 COP 提高制冷剂过冷度 让经过冷凝器的制冷剂更冷 减少无效过热 增大有效过热 让制冷剂在蒸发器中多停留一段时间 减少制冷剂在蒸发器外的吸热 制冷设备举例 螺杆式电制冷机组 螺杆式电制冷简介 压缩机压缩机采用滑阀卸载装置 能在100 10 负荷范围内无级调节 与实际负荷完全匹配 大大降低运行费用 满负荷时 滑阀关闭 制冷剂流量最大 部分负荷 滑阀打开 制冷剂流量自动调节 螺杆式电制冷简介 螺杆式电制冷简介 常见故障和检修 螺杆式电制冷简介 常见故障总结起来 脏 堵 漏 该冷的不冷 该热的不热 该纯洁的不单纯 都不属于的话检查一下机械故障 螺杆式电制冷简介 吸收式制冷原理与设备 吸收式制冷现状 吸收式制冷目前在日本 中国和韩国得到了较普遍的应用 随着我国西气东输工程的实施和天然气的引进或开采 吸收式制冷正在制冷空调中发挥重要作用 充分利用余热的冷热电联产系统将使得吸收式制冷必不可少 广泛的燃气供应 以及夏季燃气低谷和用电高峰 可以使得燃气直燃式吸收式空调得到更广泛的应用 我国在吸收制冷设计和制造方面处于国际先进水平 出现了江苏双良 长沙远大 大连三洋等一系列著名品牌 吸收式制冷的概念 什么是吸收式制冷 吸收式制冷是利用某些具有特殊性质的工质对 通过一种物质对另一种物质的吸收和释放 产生物质的状态变化 从而伴随吸热和放热过程 吸收式制冷的优点和缺点 优点1 夏天需供应冷气 冬天需供应暖气的全年候空气调节地区 最适合使用吸收式系统 目前美国 日本的中央空调系统 吸收式系统的约占80 以上 2 运转安静 可减少磨损至最小 除液体泵运转外 故障较少 维护简单 3 不依赖电力 4 容量控制容易 仅需控制发生器的热源 5 系统安全性高 无爆炸 6 系统满载与轻载效果相同 当负载改变时 只需调节发生器热源和水循环量即可 7 当蒸发温度及压力减低时 吸收式容量仅有限度地减少 运转稳定 缺点1 以水为冷媒时 无法获得低温 水冰点为0 2 操作不当时 溴化锂易生结晶 吸收式制冷主要组成部分及作用 核心部件 发生器 冷凝器 蒸发器和吸收器发生器 通过加热使溶液蒸发 产生制冷剂蒸汽的设备 冷凝器 带走制冷剂和吸收剂热量 使温度降低至环境温度 蒸发器 制冷剂蒸发吸热带走被制冷物质的热量 降低其温度 吸收器 通过浓溶液吸收剂在其中喷雾以吸收来自蒸发器的制冷剂蒸气的设备 附属部件 溶液泵 节流阀等 吸收式制冷原理 利用吸收方式 基本原理 气体制冷剂回复到液体状态 制冷剂蒸发 吸收热量制冷 吸收式制冷利用溶液在一定条件下能析出低沸点组分的蒸气 在另一种条件下又能吸收低沸点组分这一特性完成制冷循环 基本原理 简单的说 制冷剂液态在蒸发器中吸热蒸发 所形成的蒸气被吸收剂所吸收 在此之后 吸收了制冷剂蒸气的吸收剂由溶液泵送至发生器 在发生器中被加热 而分离出制冷剂蒸气 该蒸气在冷凝器中被冷凝成液体 再经节流后进入蒸发器 吸收式制冷原理 吸收式制冷机中多采用二元溶液作为工质 习惯上称低沸点组分为制冷剂 高沸点组分为吸收剂 二者组成工质对 人们经过长期的研究 获得广泛应用的工质对只有氨 水和溴化锂 水溶液 前者用于低温系统 后者用于空调系统 具体有如下 1 以水作为制冷剂的工质对 水 溴化锂 水 氯化锂 水 碘化锂 水 氯化钙 2 以氨作为制冷剂的工质对 氨 水 乙胺 水 甲胺 水以及硫氰酸钠 氨等 3 以醇作制冷剂的工质对 制冷剂通常选用甲醇 主要有甲醇 溴化锂 甲醇 溴化锌 及甲醇 溴化锂 溴化锌三元溶液工质对等 4 以氟利昂作为制冷剂工质对 其中主要是R21 R22与四乙醇二甲基乙醚等有机物组成的工质对 吸收式制冷原理 基本原理 整个系统包括两个回路 制冷剂回路溶液回路 吸收式制冷是利用工质对的质量分数变化 完成制冷剂的循环 因而被称为吸收式制冷 基本原理 发生器和冷凝器 高压侧 与蒸发器和吸收器 低压侧 之间的压差通过安装在相应管道上的膨胀阀或其它节流机构来保持 在溴化锂吸收式制冷机中 这一压差相当小 一般只有6 5 8kPa 因而采用U型管 节流短管或节流小孔即可 基本原理 发生器generator吸收式制冷机中 通过加热析出制冷剂的设备 吸收器absorber吸收式制冷机中 通过浓溶液吸收剂在其中喷雾以吸收来自蒸发器的制冷剂蒸气的设备 基本原理 综上所述 溴化锂吸收式制冷机的工作过程可分为两个部分 1 制冷剂循环发生器中产生的冷剂蒸气在冷凝器中冷凝成冷剂水 经U形管进入蒸发器 在低压下蒸发 产生制冷效应 这些过程与蒸气压缩式制冷循环在冷凝器 节流阀和蒸发器中所产生的过程完全相同 2 溶液循环发生器中流出的浓溶液降压后进入吸收器 吸收由蒸发器产生的冷剂蒸气 形成稀溶液 用泵将稀溶液输送至发生器 重新加热 形成浓溶液 这些过程的作用相当于蒸气压缩式制冷循环中压缩机所起的作用 吸收式制冷与蒸汽压缩式制冷系统比较 吸收式与蒸气压缩式制冷循环的比较 a 蒸气压缩式制冷循环 b 吸收式制冷循环 高压制冷剂蒸气在冷凝器中冷凝后 经节流元件节流 温度和压力降低 低温 低压液体在蒸发器内汽化 实现制冷 共同点 吸收式制冷与蒸汽压缩式制冷系统比较 消耗的能量不同蒸发压缩式制冷机消耗机械功 吸收式制冷机消耗的是热能 吸收制冷剂蒸气的方式不同利用液体蒸发连续不断地制冷时 需不断地在蒸发器内产生蒸气 蒸气压缩式用压缩机A吸收此蒸气 吸收式制冷机用吸收剂在吸收器内吸取制冷剂蒸气 将低压制冷剂蒸气变为高压制冷剂蒸气时采取的方式不同蒸气压缩式制冷机通过原动机驱动压缩机完成 吸收式制冷机则是通过吸收器 溶液泵 发生器和节流阀完成 提供的冷源温度不同蒸气压缩式制冷可以提供0 以下的低温冷源 应用范围广泛 而吸收式制冷一般只能制取0 以上的冷水 多用于空调系统 不同点 吸收式制冷与蒸汽压缩式制冷系统比较 工质不同 压缩式制冷 吸收式制冷 单组分或多组分工质 双组分工质对 溴化锂 水 氨 水 吸收剂制冷剂 高沸点组分 低沸点组分 不同点 吸收式制冷与蒸汽压缩式制冷系统比较 吸收剂 对吸收剂的要求 1 有强烈吸收制冷剂的能力 2 在相同压力下 它的沸腾温度应比制冷剂的沸腾温度高得多 3 不应有爆炸 燃烧的危险 并对人体无毒害 4 对金属材料的腐蚀性小 5 价格低 易获得 可供考虑使用的制冷剂 吸收剂溶液很多 按溶液中含有的制冷剂种类区分 可分为水类 氨类 乙醇类和氟里昂类 吸收式制冷 溴化锂机组 吸收式制冷 溴化锂机组 吸收式制冷 溴化锂机组 溶解和结晶 0 以上 溴化锂极易溶于水 0 时饱和浓度为55 溴化锂在水中的溶解度随温度的降低而降低 溶液的浓度不宜超过66 否则运行中 当溶液温度降低时 将有溴化锂结晶析出的危险性 破坏循环的正常运行 溴化锂的结晶线很陡峭 浓度略有变化 结晶温度相差很大 溴化锂水溶液的特性 吸收式制冷 溴化锂机组 溴化锂结晶线 吸收式制冷 溴化锂机组 吸收能力 溴化锂水溶液的水蒸气分压比同温度下