制冷循环原理

1、1制冷循环原理制冷循环原理黄永明黄永明需要掌握q各种制冷工作原理各种制冷工作原理q各种制冷工作过程及状态变化各种制冷工作过程及状态变化q看懂压看懂压-焓图焓图q简单热力计算简单热力计算q制冷剂制冷剂31 1、液体气化制冷原理及实现、液体气化制冷原理及实现 1、气化及气化潜热q 气化：液体转变为气体的物态变化称为气化 ，有蒸发和沸腾两种形式。液体气化时需吸收气化潜热。 q 气化潜热：1kg液体气化时所吸收的热量。液体的压力不同，其饱和温度（即沸点）也不同（压力越低，沸点越低，如氨在1标准大气压下，其沸点为33.4）。 因此，只要创造一定的低压条件，利用液体的气化即可获取所需要的低温。 42、液体

2、气化制冷的制冷原理（工作过程）、液体气化制冷的制冷原理（工作过程） 制冷剂流程q在蒸发器管间的制冷剂吸收由装置返回盐水的热量后，沸腾蒸发（过程中温度恒定），氟蒸汽被压缩机吸入，经四级压缩变成高温高压气体，然后进入冷凝器，其热量传给管内的冷却水，自身冷凝成为高压中温的液体（气液两相），液体制冷剂再经四级节流膨胀后，变成为低温低压的气液两相混合体进入蒸发器，又开始下一个制冷循环。载冷剂流程q从化工生产装置返回（0.080.2MPa,2左右的盐水，进入各制冷机的蒸发器内，其热量传给蒸发器中的制冷剂，自身温度降至-6以下之后排至盐水槽汇总，再经盐水泵加压至（0.450.55MPa），通过管网送往各化工

3、生产装置（盐水循环损失的部分，由盐水池经搅拌泵将补充盐水打入盐水槽）。q压缩方式：q螺杆压缩机q活塞式压缩机q离心式压缩机（轴流式）q驱动方式：q蒸汽q电783、制冷系统的构成、制冷系统的构成 四大基本部件及对应的热力过程 压缩机：蒸气压缩 （制冷剂）冷凝器：放热冷凝 节流阀：节流降压蒸发器：吸热蒸发 93、制冷系统的构成、制冷系统的构成压缩机压缩机：从蒸发器中抽吸制冷剂蒸气并进行压缩的设备。 其功能为：从蒸发器中抽取气化的蒸气，从而维持蒸发器内一定的蒸发温度和压力；对吸入的蒸气进行压缩，以维持冷凝器内的高压；输送制冷剂，是系统中的循环动力。 冷凝器冷凝器： 制冷剂与冷却介质进行热交换的设备，

4、对外输出热量。制冷剂蒸气在其中冷却、冷凝，释放的热量由空气或水等介质带走。 冷却介质冷却介质：用于冷却制冷剂蒸气的介质称为冷却介质（冷却剂）；冷凝压力冷凝压力：冷凝器中制冷剂蒸气的压力称为冷凝压力；冷凝温度冷凝温度：冷凝压力对应的蒸气饱和温度称为冷凝温度。3、制冷系统的构成、制冷系统的构成膨胀阀膨胀阀：一种节流机构。其功能为： 经冷凝器冷凝后的高压液态（高温高压气液两相）制冷剂转变为低压的液体，为制冷剂在低温低压下气化创造条件； 调节蒸发器的供液量（用于控制压缩机入口处制冷剂蒸气的过热度）。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 3、蒸气压缩式制冷系统的构成、蒸气压缩式制冷系统

5、的构成 蒸发器蒸发器：制冷剂与冷冻水进行热交换的设备，对外输出冷量。制冷剂从冷冻水（盐水）中吸热，在蒸发器中产生气化，从而实现蒸发制冷。蒸发压力蒸发压力：蒸发器内的制冷剂蒸气压力称为蒸发压力。蒸发温度蒸发温度：蒸发压力对应的制冷剂饱和温度为蒸发温度。 制冷原理2021-7-61314一、逆卡诺循环（Reverse Carnot Cycle） 逆卡诺循环：在两个恒温热源之间进行的理想循环。理想制冷循环理想制冷循环 膨胀机压缩机蒸发器冷凝器WcWeq0qk2341逆卡诺循环制冷系统 熵、焓q熵：表征物质的混乱度q焓：是状态函数，它等于U（定容热）+P（压力）*V（体积） ,是广度单位15逆卡诺循环

6、逆卡诺循环wT0TkTs0q0qk1243ab逆卡诺循环（Carnot Cycle）TS图 1-2 ：等熵压缩 （压缩机） T0Tk， 耗功wc2-3： 等温压缩 （冷凝） 放热 qk=Tk(sa-sb)3-4： 等熵膨胀 （节流膨胀） TkT0， 做功we4-1 ：等温膨胀 （蒸发） 吸热 q0=T0(sa-sb)逆卡诺循环结果 每一制冷循环，1kg制冷剂：q 从被冷却介质吸收的热量为：q0 =T0(sa-sb)； q 向冷却介质放出的热量为：qk Tk(sa-sb) ； q 循环净耗功量为：wwcweqkq0 =Tk(sa-sb)T0(sa-sb) =(Tk-T0 )(sa-sb)一、逆卡

7、诺循环一、逆卡诺循环逆卡诺循环逆卡诺循环00000TTTqqqWqkkc制冷循环的性能指标制冷循环的性能指标：制冷系数制冷系数的定义：单位耗功量所获取的冷量，即 Wq0对于逆卡诺循环，制冷系数c :大小只取决于两个热源的温度；大小只取决于两个热源的温度； T0 或或T k ， c 逆卡诺循环逆卡诺循环制冷循环亦可用于供热制冷循环亦可用于供热，此时系统的性能指标为供热系数。供热系数的定义：单位耗功量所获取的热量量，即1)(00WqqqWqkk可见，用于供热，供热量永远大于所消耗的功量。可见，用于供热，供热量永远大于所消耗的功量。 第一节 制冷剂 制冷剂：在制冷循环中工作的物质。一、作为制冷剂应符

8、合的基本要求 1.热力学性质方面 (1) 工作温度范围内有合适的压力。 蒸发压力大气压力冷凝压力不要过高 为什么？A：因为当蒸发器中制冷剂的压力低于大气压力时，外部的空气就有可能从密封不严处进入制冷系统，降低制冷效率。B：因为这样可以降低制冷设备承受的压力，减少制冷剂向外泄漏的可能性。 (2) 单位容积制冷量qv较大。 为什么？因为在Q0一定时，单位容积制冷量越大，所需的压缩机尺寸越小。(3)绝热指数要小为什么？等熵压缩终了温度t2不能太高，以免润滑条件恶化或制冷剂自身在高温下分解。(4)临界温度要高，凝固温度要低。 为什么？临界温度高，便于用常温水或空气进行冷凝液化，凝固温度低，可以工作在较

9、低的蒸发温度下。2.物理与化学性质方面 (1) 粘度、密度尽量小。以减少流动阻力。 (2) 导热系数大，可提高蒸发器与冷凝器的传热系数，减少两者的传热面积。 (3)化学稳定性。制冷剂应不燃烧、不爆炸、高温下不分解，对金属和其他材料不产生腐蚀作用。3.其它 (1)原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。(2)对大气环境无破坏作用。(3)无毒。二、 制冷剂分类与命名制冷剂按其化学组成主要有五类 无机化合物 氟里昂 饱和碳氢化合物 非饱和碳氢化合物及其卤素衍生物共沸溶液字母“R”和它后面的一组数字或字母 表示制冷剂 根据制冷剂分子组成按一定规则编写 1.无机化合物 简写符号规定为R7( )( )括号中

10、填入的数字是该无机物分子量的整数部分。编写规则制冷剂的简写符号例：氨-R717 二氧化碳-R744 水-R718 二氧化硫-R7642.氟里昂含义：主要指甲烷和乙烷的卤素衍生物，即甲烷、乙烷中的H原子部分或全部被卤素(F、CL、Br)取代后的产物。符号规定为R(m-1)(n+1)(x)B(z) 数值为零时省去写(注意)，同分异构体则在其最后加小写英文字母以示区别。设氟里昂的通式为CmHnFxCLyBrzn+x+y+z=2m+2化合物名称化合物名称分子式分子式m、n、x、y、z值值符号符号一氟三氯甲烷一氟三氯甲烷CFCl3m=1,n=0,x=1,y=3R11二氟二氯甲烷二氟二氯甲烷CF2Cl2m

11、=1,n=0,x=2,y=2R12二氟一氯甲烷二氟一氯甲烷CHF2Clm=1,n=1,x=2,y=1R22三氟二氯乙烷三氟二氯乙烷C2HF3Cl2m=2,n=1,x=3,y=2R123四氟乙烷四氟乙烷C2H2F4m=2,n=2,x=4,y=0R134a 3.烷烃(饱和碳氢化合物)如甲烷、乙烷符合规定同氟里昂。例：化合物名称化合物名称分子式分子式m、n、x、y、z值值符号符号甲烷甲烷CH4m=1,n=4,x=0,y=0R50乙烷乙烷C2H6m=2,n=6,x=0,y=0R170丙烷丙烷C3H8m=3,n=8,x=0,y=0R290正丁烷和异丁烷例外，用R600和R600a表示.4.非饱和碳氢化合

12、物及其卤素衍生物如：乙烯、丙烯等符号：R1+同氟里昂例：乙烯C2H4-R1150 丙烯C3H6-R12705.共沸溶液 简写符号为R5( )( ) 括号中的数字为该工质命名的先后顺序号，从00开始 含义：由两种或两种以上单一制冷剂组成的混合物，它在某一压力下沸腾时，具有恒定沸点且组分不变。几种共沸制冷剂的组成和沸点 代号代号组分组分质量成分质量成分 分子分子量量沸点沸点()共沸共沸温度温度各组分的各组分的沸点沸点()R500 R12/152a73.8/26.299.3-33.50-29.8/-25R501R22/1284.5/15.593.1-41.5-41-40.8/-29.8R502 R2

13、2/11548.8/51.2111.6 -45.419-40.8/-38R503R23/1340.1/59.987.6-88.088-82.2/-81.5R504 R32/11548.2/51.879.2-59.217-51.2/-38R505R12/3178.0/22.0103.5-30115-29.8/-9.8R506 R31/11455.1/44.993.7-12.518-9.8/3.5R507 R125/143a 50.0/50.098.9-46.7-48.8/-47.7三、制冷剂的物理化学性质1.与水的溶解性“冰堵现象” 当制冷剂与水的溶解性较差时，且温度降到0以下时，水结成冰而堵塞

14、节流阀或毛细管的通道形成“冰堵”，致使制冷机不能正常工作。特点：反复发生。措施：系统内设置干燥器。 2.泄漏性(检漏)氨有强烈臭气，靠嗅觉易判是否泄漏;易溶于水且呈碱性，用酚酞试剂和试纸检漏 氟利昂无色无臭，肥皂水、卤素喷灯和电子检漏仪检漏3.与润滑油的溶解性根据制冷剂在润滑油中的可溶性，可分为有限溶于润滑油和无限溶于润滑油两种。无限溶于润滑油的制冷剂：优点：润滑油随制冷剂一起渗透到压缩机的各个部件，压缩机润滑良好，并不会在冷凝器、蒸发器的表面上形成油膜而影响传热。缺点：蒸发温度升高，制冷量减少，蒸发器液面不稳定。有限溶于润滑油的制冷剂：分层(一层为少油层，一层为多油层)，需设置油分离器，并定

15、期放油。注意：1.随着温度的不同，无限溶解可以转变为有限溶解。2.随着润滑油的品种不同，制冷剂与润滑油的溶解性也会发生变化。表110 水分在一些制冷剂中的溶解度（25） 制冷剂制冷剂代代 号号溶解度溶解度(质量质量%)制冷剂制冷剂代代 号号溶解度溶解度(质量质量%)制冷剂制冷剂代代 号号溶解度溶解度(质量质量%)R110.0098R1240.07R290naR120.01R1250.07R5000.05R220.13R134a 0.11R5020.06R230.15R142b 0.05R600anaR320.12R143a 0.08R1230.08R152a 0.17注：na表示没有找到可用的

16、数据。氟里昂溶油的临界曲线：1、临界曲线以上，制冷剂可以无限溶于润滑油，曲线下面所包括的区域为有限溶解区。例如，图中A点含油浓度为20，润滑油完全溶解在制冷剂中；含油浓度不变，温度降低，如图中B点，对氟里昂114和12来说，仍处于完全溶解状态，而对于氟里昂22来说，则处于有限溶解状态，制冷剂与润滑油分为两层，少油层为状态B，多油层为状态B；温度下降，如如图中C点，氟里昂12也将转变为有限溶解，一部分为状态C ，另一部分几乎是纯润滑油。由于氟里昂12在低温-40条件下，仍呈完全溶解状态，因此一般认为氟里昂12在低温下也能和润精油很好的溶合在一起。氟里昂溶油的临界曲线R22溶油的临界曲线：从图中可

17、看出，氟里昂22较易溶于环烃族润滑油中，其临界温度低于石蜡族润滑油。1、2一环烃族润滑油；3-环烃-石蜡润滑油；4-石蜡族润滑油 沸点沸点-33.4-33.4，凝固点，凝固点-77.7-77.7； 氨蒸气无色，具有强烈的刺激性臭味；氨蒸气无色，具有强烈的刺激性臭味； 对人体有危害；对人体有危害； 以任意比与水互溶；以任意比与水互溶； 但在矿物润滑油中的溶解度很小，但在矿物润滑油中的溶解度很小， 氨液比重比矿物润滑油小，油沉积下部需定期放出。氨液比重比矿物润滑油小，油沉积下部需定期放出。 4.常用制冷剂性质1)氨2)氟利昂(1) R12（二氟二氯甲烷 CF2Cl2）沸点-29.8，凝固点-158

18、。 无色，有较弱芳香味，毒性小，不燃不爆，安全。系统里应严格限制含水量，一般规定不得超过0.001% 常用温度范围内能与矿物性润滑油以任意比互溶 不腐蚀一般金属但能腐蚀镁及含镁量超过2%铝镁合金。 (2) R134a（四氟乙烷 CH2FCF3）毒性非常低，不可燃，安全。 与矿物润滑油不相溶，化学稳定性很好，溶水性比R12强得多，对系统干燥和清洁性要求更高，用与R12不同的干燥剂。 (3) R11（一氟三氯甲烷 CFCl3）沸点23.8，凝固点-111。 毒性比R12更小，安全。水在R11中的溶解能力与R12相接近。对金属及矿物润滑油的作用关系也与R12大致相似。 (4) R22（二氟一氯甲烷

19、CHF2Cl）沸点-40.8，凝固点-160。 毒性比R12略大，无色无味，不燃不爆，安全。 。 部分与矿物润滑油互溶。溶水性稍大于R12，系统内应装设干燥器。 3)碳氢化合物(1) R600a（异丁烷 C4H10）(2) R290（丙烷 C3H8）沸点和凝固点比R600a低，容积制冷量比R600a大，其他制冷特性及安全特性均与R600a相似。 沸点-11.73，凝固点-160。 毒性非常低，在空气中可燃，应注意防火防爆。 与矿物润滑油能很好互溶，与水的溶解性很差。小结：高温、中温、低温制冷剂根据制冷剂在一个标准大气压力下的沸点来分：高温制冷剂：t0例：R11、R21、R113应用：离心式冷水机组中温制冷剂：-60t 0例：R717、R12、R22、R502应用：一般冷水机组低温制冷剂：tHCFCHFC2.替代物的选择原则：H