制冷基本原理

1、制冷系统的制冷系统的构成构成 制冷时，制冷压缩机将水热交换器内的低压低温制制冷时，制冷压缩机将水热交换器内的低压低温制冷气体（冷气体（R22）吸入气缸，经过压缩机做功，使之变成）吸入气缸，经过压缩机做功，使之变成压力和温度都较高的气体，进入冷凝器内，高温高压的压力和温度都较高的气体，进入冷凝器内，高温高压的制冷剂气体制冷剂气体通过冷凝器冷凝变成中温高压的液体通过冷凝器冷凝变成中温高压的液体(把热量把热量传给空气传给空气)，中温高压的液体再经过节流部件节流降压后中温高压的液体再经过节流部件节流降压后变为低温低压的液体变为低温低压的液体进入蒸发器。在蒸发器内，低压液进入蒸发器。在蒸发器内，低压液体

2、制冷剂汽化，吸收周围介质体制冷剂汽化，吸收周围介质(水水)的热量，从而使水降的热量，从而使水降温冷却，成为所需要的低温用水。而在热交换器中汽化温冷却，成为所需要的低温用水。而在热交换器中汽化后的低温制冷剂气体又被压缩机吸入重新进行压缩，这后的低温制冷剂气体又被压缩机吸入重新进行压缩，这样周而复始不断循环，连续制取冷冻水。样周而复始不断循环，连续制取冷冻水。制冷与冷却是两个不同的概念制冷与冷却是两个不同的概念 冷却是指热量从高温物体传递到低温物体冷却是指热量从高温物体传递到低温物体中，由于冷、热物体间存在温度差，所以冷却中，由于冷、热物体间存在温度差，所以冷却可以自发地进行，但高温物体的温度不可

3、能降可以自发地进行，但高温物体的温度不可能降到低于环境介质（空气或水）的温度。到低于环境介质（空气或水）的温度。 L n phtSPk= 0= 1hL n ph12342 压焓图压焓图LnphtSPk= 0= 1hLnphtSPk= 0= 1h这两条曲线将图形分为三个区域：饱和液体线的左边是过冷液体区，该区域的液体称为过冷液体，过冷液体的温度低于同一压力下饱和液体的温度；干饱和线的右边是过热蒸汽区，该区域内的蒸汽称为过热蒸汽，过热蒸汽的温度高于同一压力下饱和蒸汽的温度；两条线之间的区域为两相区，制冷剂在该区域处于汽、液混合状态（湿蒸汽状态）。右边的粗实线为干饱和蒸汽线，线上任何一点代表一个饱和

4、蒸汽状态，干度x=1。L n phtSPk= 0= 1h等温线t液态区几乎为铅垂线。两相区内由于制冷剂的状态变化是在等压等温下进行，与等压线重合，为水平线。过热蒸汽区为向右下方弯曲的倾斜线；等熵线s向右上方倾斜的实线；等容线v向右上方倾斜的虚线，但比等熵线平坦等干度线x只存在于湿蒸汽区域内，其方向大致与饱和液体线或饱和蒸汽线相近，视干度大小而定。LnphtSPk=0=1hLnph12342点1表示制冷剂出蒸发器、进入压缩机时的状态。对应于蒸发温度t0的饱和蒸汽。根据压力和饱和温度的关系，该点应处于与蒸发压力p0相对应的等压线与饱和蒸汽线（x=0）的交点上。L n phtSPk= 0= 1hL

5、n ph12342 L n phtSPk= 0= 1hL n ph12342 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动整机性能整机性能可靠性可靠性寿命寿命噪声噪声1.压缩机压缩机冷 媒 进冷 媒 出蒸 发 器放 空 气冷 凝 器放 油水3总 调 节 站贮 氨 器膨 胀 阀氨液分离器4均压管分油器压 缩 机21水机体（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作往复运动，转速不宜太高作往复运动，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

6、气阀，使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复式压缩机不允许吸气带液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自然对流空气冷却式冷凝器自然对流空气冷却式冷凝器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

7、集管 8-下封板下封板 9-前封板前封板10-通风机通风机 11-装配螺钉装配螺钉空气强制对流冷凝器空气强制对流冷凝器氨卧式壳管式冷凝器氨卧式壳管式冷凝器氟利昂套管式冷凝器氟利昂套管式冷凝器空气自然对流时空气自然对流时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板式板式沉没式沉没式 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）的蒸发器卧式满液式蒸发器结构卧式满液式蒸发器结构干式壳管蒸发器干式壳管蒸发器 板式换热器由一组波纹板片，橡胶密封垫和一副金属框架组成。板片之间构成流道并由密封垫密封。冷热流体在密封垫的引导下分

8、别交替地流过各自的流道并通过板片传递热量 板式换热器的结构特点板式换热器的结构特点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-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 对制冷剂的流动起调节作用，使来自冷凝对制冷剂的流动起调节作用，使来自冷凝器的高压液态制冷剂压力降低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特点特点

9、1.1.制冷剂热力学性质制冷剂热力学性质 (1) (1) 工作温度范围内有合适的压力和压力比。工作温度范围内有合适的压力和压力比。 (2) (2) 单位制冷量单位制冷量q q0 0和单位容积制冷量和单位容积制冷量q qv v较大。较大。(3) (3) 比功比功w w和单位容积压缩功和单位容积压缩功w wv v小，循环效率高。小，循环效率高。 蒸发压力蒸发压力大气压力大气压力冷凝压力不要过高冷凝压力不要过高冷凝压力与蒸发压力之比不宜过大冷凝压力与蒸发压力之比不宜过大 (4) (4) 等熵压缩终了温度等熵压缩终了温度t t2 2不能太高，以免润滑条件恶化不能太高，以免润滑条件恶化或制冷剂自身在高温

10、下分解。或制冷剂自身在高温下分解。2.2.物理化学性质方面物理化学性质方面 (3) (3) 无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全无毒、不燃烧、不爆炸、使用安全。 (4) (4) 化学稳定性和热稳定性好。化学稳定性和热稳定性好。 (5) (5) 对大气环境无破坏作用。对大气环境无破坏作用。 原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。原料来源充足，制造工艺简单，价格便宜。 (1) (1) 粘度、密度尽量小。粘度、密度尽量小。 (2) (2) 导热系数大，可提高传热系数，减少传热面积。导热系数大，可提高传热系数，减少传热面积。 二、制冷剂二、制冷剂制冷剂按其化学组成主要有三类制冷剂按其化学组成主要有三类 无机

11、物无机物 氟里昂氟里昂 碳氢化合物碳氢化合物 字母字母“R”R”和它后面的一组数字或字和它后面的一组数字或字母母 表示制冷剂表示制冷剂 根据制冷剂分子组成按一定规则编写根据制冷剂分子组成按一定规则编写 1.1.无机化合物无机化合物 2.2.氟里昂和烷烃类氟里昂和烷烃类 简写符号规定为简写符号规定为R7( )( )R7( )( )括号中填入的数字是该无机物分子量的整数部分括号中填入的数字是该无机物分子量的整数部分. .简写符号规定为简写符号规定为R(m-1)(n+1)(x)B(z)R(m-1)(n+1)(x)B(z) 数值为零时省略不写，同分异构体则在其最后加小数值为零时省略不写，同分异构体则在

12、其最后加小写英文字母以示区别。写英文字母以示区别。编写规则编写规则制冷剂的简写符号制冷剂的简写符号三、制冷剂的物理化学性质及其应用三、制冷剂的物理化学性质及其应用1.1.安全性安全性(1) (1) 毒性毒性 虽然一些氟里昂制冷剂其毒性都较低，但在高温或虽然一些氟里昂制冷剂其毒性都较低，但在高温或火焰作用下会分解出极毒的光气。火焰作用下会分解出极毒的光气。 (2) (2) 燃烧性和爆炸性燃烧性和爆炸性在空气中发生燃烧或爆炸的体积百分比范围。在空气中发生燃烧或爆炸的体积百分比范围。这一范围的下限值越小，表示越易燃；下限这一范围的下限值越小，表示越易燃；下限值相同，则范围越宽越易燃。值相同，则范围越

13、宽越易燃。2.2.热稳定性热稳定性 制冷剂在正常运转条件下不发生裂解。在温度较高又制冷剂在正常运转条件下不发生裂解。在温度较高又有油、钢铁、铜存在长时间使用会发生变质甚至热解。有油、钢铁、铜存在长时间使用会发生变质甚至热解。 爆炸极限爆炸极限“冰堵现象冰堵现象” 当温度降到当温度降到00以下时，水结成冰而堵塞节流阀或毛以下时，水结成冰而堵塞节流阀或毛细管的通道形成细管的通道形成“冰堵冰堵”，致使制冷机不能正常工作。，致使制冷机不能正常工作。 泄漏性泄漏性氨有强烈臭气，靠嗅觉易判是否泄漏。易溶于水，氨有强烈臭气，靠嗅觉易判是否泄漏。易溶于水，故不用肥皂水检漏，用酚酞试剂和试纸检漏故不用肥皂水检漏

14、，用酚酞试剂和试纸检漏 氟利昂无色无臭，卤素喷灯和电子检漏仪检漏氟利昂无色无臭，卤素喷灯和电子检漏仪检漏 沸点沸点-33.3-33.3，凝固点，凝固点-77.9-77.9 单位容积制冷量大粘性小，传热性好，流动阻力小单位容积制冷量大粘性小，传热性好，流动阻力小 毒性较大，有一定的可燃性毒性较大，有一定的可燃性 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 氨液飞溅到皮肤上会引起肿胀甚至冻伤氨液飞溅到皮肤上会引起肿胀甚至冻伤 氨系统中有水分会加剧对金属腐蚀，同时减小制冷量氨系统中有水分会加剧对金属腐蚀，同时减小制冷量 。 以任意比与水互溶但在矿物润滑油中的溶解度很小以任意比与

15、水互溶但在矿物润滑油中的溶解度很小 ， 系统中氨分离的游离氢积累至一定程度遇空气可能爆炸系统中氨分离的游离氢积累至一定程度遇空气可能爆炸 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 在氨制冷机中不用铜和铜合金材料在氨制冷机中不用铜和铜合金材料( (磷青铜除外磷青铜除外) ) 五、常用制冷剂五、常用制冷剂1.1.无机物无机物氨氨2.2.氟利昂氟利昂 R22 R22属属HCFCHCFC类制冷剂，用于家用、商用空调系统，以及中、低温商用冷类制冷剂，用于家用、商用空调系统，以及中、低温商用冷藏设备，包括：食品加工设备、超市展示柜、食品生产和贮藏设备，以藏设

16、备，包括：食品加工设备、超市展示柜、食品生产和贮藏设备，以及冷藏运输系统。它还可以作为挤出型聚苯乙烯和聚氨酯发泡剂。及冷藏运输系统。它还可以作为挤出型聚苯乙烯和聚氨酯发泡剂。 在常温常压下为无色气体，在高压下为无色透明液体，无毒不燃，具在常温常压下为无色气体，在高压下为无色透明液体，无毒不燃，具有良好的热稳定性和化学稳定性，不腐蚀金属。有良好的热稳定性和化学稳定性，不腐蚀金属。 R134a作为作为R12的替代工质，的替代工质，主要用在汽车空调、家用电器、小型固定制主要用在汽车空调、家用电器、小型固定制冷设备、超级市场的中温制冷、工商业的制冷机。冷设备、超级市场的中温制冷、工商业的制冷机。它是它

17、是HFCHFC型制冷剂，型制冷剂，不但不但有很好的制冷性能和环保性能，并且无毒性，不易然。有很好的制冷性能和环保性能，并且无毒性，不易然。 R134a可用在许多可用在许多领域领域, ,制冷制冷、聚合物发泡和气雾剂产品。但为使聚合物发泡和气雾剂产品。但为使 R134a在这些领域达到最在这些领域达到最佳性能，有时需要设备设计改变佳性能，有时需要设备设计改变。 R123 的的ODP =0.02 ，GWP =93 ，是一种替代，是一种替代 R11 的的 HCFC 型制冷剂型制冷剂；它的它的热物性和不可燃性，使之在大型商用空调（离心式压缩机）中成为替代热物性和不可燃性，使之在大型商用空调（离心式压缩机）中成为替代 R11 的的有效的和安全的制冷剂。有效的和安全的制冷剂。组成：组成： HFC-32/HFC-125=50/50 HFC 型制冷剂型制冷剂R410A主要应用于家用空调和小型单元式空调中主要应用于家用空调和小型单元式空调中，替代，替代R22 。因为。因为与与 R22相比，相比， R410A 的压力要高得多，所以典型的的压力要高得多，所以典型的 R22压缩机不可压缩机不可使用使用 R410A 制冷剂。制冷剂。 高纯级高纯级R290用作感温工质。用作感温工质。优级和一级优级和一级R290可作制冷剂替代可作制冷剂替