制冷剂技术与原理213

1、 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 2.1.32.1.3蒸气压缩式制冷系统的构成蒸气压缩式制冷系统的构成 压缩机压缩机 热交换设备热交换设备 节流机构节流机构 管道管道 各种控制阀各种控制阀 辅助部件辅助部件 蒸气压缩式制蒸气压缩式制 冷系统的构成冷系统的构成 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 ( (一一) )压缩机压缩机 图图2-25 制冷和空调用压缩机的分类及结构示意图制冷和空调用压缩机的分类及结构示意图 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 压缩式制冷系统的心脏压缩式制冷系统的心脏主机主机 有用能的输入有用能的输入 制冷剂在系统中的循环流动制冷剂在系统中的循环流

2、动 整机性能整机性能 可靠性可靠性 寿命寿命 噪声噪声 压缩机压缩机 称为称为 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 压缩机按压缩原理有两大类：压缩机按压缩原理有两大类： 容积型容积型 速度型速度型 容积型压缩机容积型压缩机 速度型压缩机速度型压缩机 通过对运动机构作功，以减通过对运动机构作功，以减 少压缩式容积，提高蒸气压力来少压缩式容积，提高蒸气压力来 完成压缩功能。完成压缩功能。 由旋转部件连续将角动量转由旋转部件连续将角动量转 换给蒸气，再将该动量转为压力。换给蒸气，再将该动量转为压力。 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 图图2-26 各类压缩机在制冷和空调工程中的应用

3、范围各类压缩机在制冷和空调工程中的应用范围 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 活塞式压缩机活塞式压缩机 机体（曲轴箱）机体（曲轴箱） 气缸气缸 活塞活塞 吸、排气阀吸、排气阀 曲轴连杆机构曲轴连杆机构 组成组成 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 活塞式压缩机有以下特点：活塞式压缩机有以下特点： 因为是往复运动，转速不宜太高因为是往复运动，转速不宜太高 气缸工作腔有余隙容积气缸工作腔有余隙容积 气缸工作腔必须设置吸、排气阀，气缸工作腔必须设置吸、排气阀， 使吸、排气过程产生阻力损失使吸、排气过程产生阻力损失 结构复杂，零部件多结构复杂，零部件多。 往复式压缩机不允许吸气带液往

4、复式压缩机不允许吸气带液 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 回转式压缩机回转式压缩机 回转机最普通的为固定叶片式结构，回转机最普通的为固定叶片式结构， 常常又称作常常又称作“滚动活塞式压缩机滚动活塞式压缩机”。 比往复机更可靠比往复机更可靠 是同等能力下尺寸小是同等能力下尺寸小 制造成本低制造成本低 优点优点 “固定叶片固定叶片”叶片只滑动不转动叶片只滑动不转动 没有吸气阀没有吸气阀特点：特点： 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 回转机当前研究与开发的重点回转机当前研究与开发的重点 回转机的局限性回转机的局限性 压缩机中任何基本磨损（轴承、轴、压缩机中任何基本磨损（轴承、轴

5、、 转子或叶片等磨损）都使间隙变大，并明转子或叶片等磨损）都使间隙变大，并明 显影响压缩机性能。显影响压缩机性能。 降低振动与噪声，改善油处理和减降低振动与噪声，改善油处理和减 小摩擦。小摩擦。 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 涡旋式压缩机涡旋式压缩机 结构简单结构简单 复杂的形线复杂的形线 极高的精度要求极高的精度要求 数控机床技术的发展数控机床技术的发展 制造困难制造困难 涡旋机涡旋机 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 涡旋机在技术上的特长涡旋机在技术上的特长 没有气阀在制冷装置中没有气阀在制冷装置中 可靠性大大提高可靠性大大提高 轴的扭矩更均匀，运转平稳轴的扭矩更均

6、匀，运转平稳 压力脉动小压力脉动小 振动和噪声低振动和噪声低 在给定吸气条件下在给定吸气条件下 涡旋机的容积效率几乎与压力比无关涡旋机的容积效率几乎与压力比无关 不存在余隙容积的影响不存在余隙容积的影响 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 能够用同一个电动机在很宽能够用同一个电动机在很宽 的工作范围内高效运转的工作范围内高效运转 长处长处 热泵的季节供热系数热泵的季节供热系数HSPF 提高提高 整个系统的效率提高，即季整个系统的效率提高，即季 节能效比节能效比SEER提高提高 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 螺杆式压缩机螺杆式压缩机 近年来，随着螺杆机可靠性方面近年来，随着

7、螺杆机可靠性方面 的改进，它在中等容量的制冷与空调的改进，它在中等容量的制冷与空调 装置上的应用更为广泛了。装置上的应用更为广泛了。 螺杆机在部分负荷时的效率比离螺杆机在部分负荷时的效率比离 心机高心机高8%10% 而且不存在离心机的喘振问题。而且不存在离心机的喘振问题。 特点特点 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 离心式压缩机离心式压缩机 离心式压缩机依靠气流速度变化的动力学离心式压缩机依靠气流速度变化的动力学 效应，起到压缩作用：吸入气体由叶轮旋转达效应，起到压缩作用：吸入气体由叶轮旋转达 到很高速度，然后导入涡壳使速度能转变成压到很高速度，然后导入涡壳使速度能转变成压 力能。，

8、级压力比受叶轮圆周速度与制冷剂性力能。，级压力比受叶轮圆周速度与制冷剂性 质的影响。轮周速度受制于材料强度和气体动质的影响。轮周速度受制于材料强度和气体动 力条件。力条件。 一级叶轮可以达到的压力比（级压一级叶轮可以达到的压力比（级压 力比）一般为力比）一般为34 一般限制轮周速度不超过制冷剂进一般限制轮周速度不超过制冷剂进 口处音速的口处音速的1.4 1.5倍倍 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 离心机的特点是：离心机的特点是： 结构简单、转速高、输气结构简单、转速高、输气 量大，故体积、重量小量大，故体积、重量小 制冷剂不与润滑油接触，制冷剂不与润滑油接触， 避免了油对制冷剂的影

9、响避免了油对制冷剂的影响 与前述各种容积式压缩机与前述各种容积式压缩机 特性一个重要的不同之处是特性一个重要的不同之处是 它的吸、排气压力差（或压力比）与吸它的吸、排气压力差（或压力比）与吸 气量有密切关系，吸气量变化还影响机器效气量有密切关系，吸气量变化还影响机器效 率，在部分负荷运行时，有可能出现喘振。率，在部分负荷运行时，有可能出现喘振。 喘振现象就是气流在流道内来回撞击而喘振现象就是气流在流道内来回撞击而 不能正常输出。不能正常输出。 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 （二）热交换设备（二）热交换设备 制冷系统的热交换设备主要是制冷系统的热交换设备主要是 冷凝器和蒸发器，它们

10、是制冷剂与冷凝器和蒸发器，它们是制冷剂与 外部热源介质之间发生热交换的设外部热源介质之间发生热交换的设 备。备。 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 冷凝器冷凝器 用冷凝器将制冷剂从低温热源吸收的热量及用冷凝器将制冷剂从低温热源吸收的热量及 压缩后增加的热焓排放到高温热源。压缩后增加的热焓排放到高温热源。 冷凝器按冷却方式冷凝器按冷却方式 空气冷却式冷凝器中空气冷却式冷凝器中 根据管外空气流动方式根据管外空气流动方式 空气冷却式空气冷却式 水冷式水冷式 蒸发冷却式蒸发冷却式 自然对流空气冷自然对流空气冷 却式冷凝器却式冷凝器 强制对流空气冷强制对流空气冷 却式冷凝器却式冷凝器 制 制

11、冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 图图2-27 自然对流空气冷却式冷凝器自然对流空气冷却式冷凝器 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 图图2-28 空气强制对流冷凝器空气强制对流冷凝器 1-肋片肋片 2-传热管传热管 3-上封板上封板 4-左端板左端板 5-进气集管进气集管 6-弯头弯头 7-出液集管出液集管 8-下封板下封板 9-前封板前封板 10-通风机通风机 11-装配螺钉装配螺钉 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 图图2-29 氨卧式壳管式冷凝器氨卧式壳管式冷凝器 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 图图2-30 氟利昂套管式冷凝器氟利昂套管式冷凝器 制 制

12、 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 图图2-31 蒸发式冷凝器结构原理蒸发式冷凝器结构原理 1-通风机通风机 2-挡水栅挡水栅 3-传热管组传热管组 4-水泵水泵 5-滤网滤网 6-补水阀补水阀 7-喷水嘴喷水嘴 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 蒸发器蒸发器 蒸发器是制冷机中的冷量输出蒸发器是制冷机中的冷量输出 设备。制冷剂在蒸发器中蒸发，设备。制冷剂在蒸发器中蒸发， 吸收低温热源介质（水或空气）吸收低温热源介质（水或空气） 的热量，达到制冷的目的。的热量，达到制冷的目的。 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 冷却空气的蒸发器冷却空气的蒸发器 空气自然对流时空气自然对流时

13、 多采用光盘管结构多采用光盘管结构 空气强制对流时空气强制对流时 采用翅片管结构采用翅片管结构 壳管式壳管式 沉没式沉没式 冷却液体（水或其它液冷却液体（水或其它液 体载冷剂）的蒸发器体载冷剂）的蒸发器 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 图图2-32 卧式满液式蒸发器结构卧式满液式蒸发器结构 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 图图2-33 干式壳管蒸发器干式壳管蒸发器 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 图图2-34 空气强制对流的蒸发器及其肋片管型式空气强制对流的蒸发器及其肋片管型式 a) 蒸发器蒸发器 b) 绕片管绕片管 c) 套片管套片管 1-传热管传热管 2

14、-肋片肋片 3-挡板挡板 4-通风机通风机 5-集气管集气管 6-分液器分液器 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 （三）节流机构（三）节流机构 节流机构是实现制冷循环所必节流机构是实现制冷循环所必 须的四个基本的系统组成部件之一须的四个基本的系统组成部件之一 位于冷凝器与蒸发器之间。位于冷凝器与蒸发器之间。 对制冷剂的流动起扼制作用对制冷剂的流动起扼制作用 使来自冷凝器的高压液态制冷剂压力降低使来自冷凝器的高压液态制冷剂压力降低 控制进入蒸发器的制冷剂质流率控制进入蒸发器的制冷剂质流率 作用作用 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 毛细管毛细管 毛细管用在小型而且不需要精确调

15、毛细管用在小型而且不需要精确调 节流量的制冷装置。节流量的制冷装置。 家用冰箱家用冰箱 冷柜冷柜 房间空调器房间空调器 简单简单 便宜便宜 便于大批量生产便于大批量生产 应用应用 长处长处 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 图图2-36 R22、R12毛细管初步选择曲线图毛细管初步选择曲线图 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 手动膨胀阀手动膨胀阀 通常与其它控制元件配合使用，通常与其它控制元件配合使用， 一般只在短时期内使用，例如在冷冻一般只在短时期内使用，例如在冷冻 初期辅助送液，或者在自动膨胀阀出初期辅助送液，或者在自动膨胀阀

16、出 故障时作为旁路备用阀。故障时作为旁路备用阀。 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 定压膨胀阀定压膨胀阀 从保持蒸发压力恒定为目的，自动从保持蒸发压力恒定为目的，自动 调节蒸发器供液量。其结构原理是：由调节蒸发器供液量。其结构原理是：由 设定弹簧力和蒸发压力产生的流体压力设定弹簧力和蒸发压力产生的流体压力 之差提供阀打开方向的驱动力。当蒸发之差提供阀打开方向的驱动力。当蒸发 压力降低时，阀开大，供液量增多，以压力降低时，阀开大，供液量增多，以 补偿蒸发压力的下降；当蒸发压力升高补偿蒸发压力的下降；当蒸发压力升高 时，阀关小，供液量减少，抑制蒸发压时，阀关小，供液量减少，抑制蒸发压 力

17、上升。力上升。 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 浮球阀浮球阀 用液位控制供液量。以浮球用液位控制供液量。以浮球杠杆机杠杆机 构产生阀动作的驱动力。根据制冷机的情构产生阀动作的驱动力。根据制冷机的情 况，又分两种。对于制冷剂液体主要在高况，又分两种。对于制冷剂液体主要在高 压侧（冷凝器或高压贮液器）的制冷机，压侧（冷凝器或高压贮液器）的制冷机， 采用高压浮球阀。它的浮球感受冷凝器或采用高压浮球阀。它的浮球感受冷凝器或 高压贮液器的液位。当液位升高时，阀开高压贮液器的液位。当液位升高时，阀开 大，增大蒸发器供液量；当液位降低时，大，增大蒸发器供液量；当液位降低时， 阀关小，减少供液量。

18、阀关小，减少供液量。 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 热力膨胀阀热力膨胀阀 广泛用于干式蒸发器的供液量调节广泛用于干式蒸发器的供液量调节 以蒸发器出口处制冷剂的过热度为控制参数以蒸发器出口处制冷剂的过热度为控制参数 通过弹簧力设定静态过热度通过弹簧力设定静态过热度 设定范围一般为设定范围一般为28 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 蒸发器出口制冷剂的过热度低于静态蒸发器出口制冷剂的过热度低于静态 过热度时过热度时 阀处于关闭状态阀处于关闭状态 过热度高于静态过热度时过热度高于静态过热度时 阀才打开阀才打开 并按二者之偏差成比例地改变阀开并按二者之偏差成比例地改变阀开 度，

19、即成比例地调节送入蒸发器的制冷度，即成比例地调节送入蒸发器的制冷 剂质流率。剂质流率。 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 (a)(b)(c) 图图2-37 热力膨胀阀结构原理图热力膨胀阀结构原理图 阀结构示意图阀结构示意图阀与蒸发器连接图阀与蒸发器连接图过热度控制原理过热度控制原理 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 图图2-38 阀的静态特性曲线及阀的静态特性曲线及MSS线线 QOK额定制冷能力额定制冷能力曲线曲线K静过热度设定最佳时，阀静过热度设定最佳时，阀K的静特性的静特性 阀阀B静特性与蒸发器匹配不好静特性与蒸发器匹配不好 K静过热度设定过小时，阀静过热度设定过小时，

20、阀K的静特性的静特性 阀阀K静特性与蒸发器匹配好静特性与蒸发器匹配好 K静过热度设定过大时，阀静过热度设定过大时，阀K的静特性的静特性 B阀阀B的静特性的静特性 MSS蒸发器的稳定信号线蒸发器的稳定信号线 不不 稳稳 定定 区区 B K K K QOK QO MSS 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 图图2-39 电子膨胀阀电子膨胀阀 流量调节系统原理流量调节系统原理 (a)按真实过热度控制按真实过热度控制 (b)按温差控制按温差控制 (a) (b) 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 目前，国际上流行的电子膨胀阀种类目前，国际上流行的电子膨胀阀种类 很多，按阀的结构型主要有

21、三类：热动式、很多，按阀的结构型主要有三类：热动式、 电磁式和电动式（双金属片式的热电膨胀电磁式和电动式（双金属片式的热电膨胀 阀已很少应用）。阀已很少应用）。 6. 电子膨胀阀电子膨胀阀 热动式膨胀阀热动式膨胀阀 电磁式膨胀阀电磁式膨胀阀 电动式膨胀阀电动式膨胀阀 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 图图2-40 电磁式膨胀阀结构电磁式膨胀阀结构 1 出口出口 2弹簧弹簧 3阀针阀针 4阀杆阀杆 5柱塞弹簧柱塞弹簧 6柱塞柱塞 7线圈线圈 8阀度阀度 9入口入口 制 制 冷冷 原原 理理 与与 技技 术术 图图2-41 电动式膨胀阀（直动型）电动式膨胀阀（直动型） 1入口入口 2针阀针阀 3阀杆阀杆 4技术技术 5