冰机制冷原理

1、1学习与发展部学习与发展部客客户培训户培训吉林吉林2006.09.122制制 冷冷 原原 理理3基本热力学术语基本热力学术语压焓图压焓图利用压焓图分析制冷循环利用压焓图分析制冷循环影响制冷效果的因素影响制冷效果的因素了解制冷系统常见组件及其工作原理了解制冷系统常见组件及其工作原理培训目标：4 温度温度 压力压力 热量热量 饱和温度饱和温度 饱和压力饱和压力基本热力学术语基本热力学术语5华氏温度和摄氏温度的转换华氏温度和摄氏温度的转换: F转化为转化为: 转化为转化为FT em perature or FF-28.9-20-4.0-28.3-19-2.2-27.8-18-0.46华氏温度和摄氏温

2、度的转换华氏温度和摄氏温度的转换 =1.8+32=( -32)/1.8 / 1.87绝对压力绝对压力海平面上海平面上1大气压：大气压：l101325 Pal14.7 psial1 Barl760 mm Hg8表压表压= 绝对压力绝对压力 大气压力大气压力真空度真空度= 大气压力大气压力 绝对压力绝对压力9热量：物质含有热能的量度。热量：物质含有热能的量度。 单位：焦耳。单位：焦耳。热量传递的两种形式：热量传递的两种形式：l显然传热显然传热l潜热传热潜热传热10加加热热水水显热：物质不发生相变，仅由于温度改显热：物质不发生相变，仅由于温度改变而吸收变而吸收/放出的热量。放出的热量。比热：单位质量

3、物质升高单位温度所需比热：单位质量物质升高单位温度所需的热量（的热量（kj / kg）。）。水的比热：水的比热：1卡卡/ 克克 4.2 kj / kg1Btu/lb. F11潜热：由于物质发生相变，而传递的热量。潜热：由于物质发生相变，而传递的热量。气化潜热量：单位质量液体蒸发成气体时所气化潜热量：单位质量液体蒸发成气体时所吸收的热量。吸收的热量。 冷凝潜热量：单位质量气体冷凝成液体时所冷凝潜热量：单位质量气体冷凝成液体时所 释放的热量。释放的热量。 举例：举例：在在24小时内，将小时内，将1吨吨(2000磅磅)0的冰融化成的冰融化成0的水，所吸收的热量为的水，所吸收的热量为1冷吨（冷吨（3.

4、516 kw）。）。12液态气态相变过程中，物质的三种状态：液态气态相变过程中，物质的三种状态：u 过冷态（纯液态）过冷态（纯液态） 显热传热显热传热u 饱和态（气液混合态）饱和态（气液混合态） 潜热传热潜热传热u 过热态（纯气态）过热态（纯气态） 显热传热显热传热13加热加热水水大气大气过冷过冷液体液体过冷态（纯液态）过冷态（纯液态）14饱和态（气液混合态）：某种物饱和态（气液混合态）：某种物质当其处于气液状态共存时，称质当其处于气液状态共存时，称这种物质处于饱和态。这种物质处于饱和态。当物质处于饱和态时，若压力维当物质处于饱和态时，若压力维持不变，则温度也恒定不变，温持不变，则温度也恒定不

5、变，温度和压力之间存在一一对应的关度和压力之间存在一一对应的关系，我们称该温度（压力）为该系，我们称该温度（压力）为该压力（温度）对应的饱和温度压力（温度）对应的饱和温度（压力）。（压力）。100标准大气压标准大气压15标准大气压标准大气压饱和态（气液混合态）饱和态（气液混合态）举例举例: 在一个标准大气压下，水在一个标准大气压下，水的饱和温度（沸点）为的饱和温度（沸点）为100 。10016升高饱和温度的方法升高饱和温度的方法升高系统压力升高系统压力水沸腾水沸腾举例：高压锅通过加热密封锅举例：高压锅通过加热密封锅体使锅内压力升高。此时与该体使锅内压力升高。此时与该压力对应的饱和温度也升高。压

6、力对应的饱和温度也升高。水的饱和温度（沸点）升高意水的饱和温度（沸点）升高意味着水在味着水在100仍为过冷液体仍为过冷液体态。态。3 psig230 F 17水沸腾水沸腾举例：真空泵将举例：真空泵将空气抽出容器。空气抽出容器。使容器内压力下使容器内压力下降。此时与该压降。此时与该压力对应的饱和温力对应的饱和温度低于度低于100，这，这意味水不到意味水不到100就能烧开。就能烧开。真空度真空度 29.67” 40 F 真空泵真空泵 降低饱和温度的方法降低饱和温度的方法降低系统压力降低系统压力18不同制冷剂饱和温度不同制冷剂饱和温度-饱和压力对应表饱和压力对应表19饱和温度、饱和压力饱和温度、饱和

7、压力试查表得出试查表得出R22在在4和和40时的饱和压力（时的饱和压力（pa）饱和温度饱和温度/压力表的使用压力表的使用红色：真空度（红色：真空度（in.Hg）黑色：表压力（黑色：表压力（psig）20二. 压 - 焓图 21 压压 力力 焓焓单位质量制冷剂单位质量制冷剂所具有的能量所具有的能量(kJ/kg)此图针对单位质量制冷剂此图针对单位质量制冷剂二. 压 - 焓图 22 压压 力力焓焓气液混合气液混合饱和液体线饱和液体线饱和气体线饱和气体线临界点临界点:无气液共存现象无气液共存现象二. 压 - 焓图 23 压压 力力焓焓100% 液体液体二. 压 - 焓图 24 压压 力力焓焓100%

8、气体气体二. 压 - 焓图 25压 - 焓图等温线 压压 力力焓焓等温线：过冷液等温线：过冷液体区为垂直线，体区为垂直线，两相区为水平线，两相区为水平线，过热区几乎为垂过热区几乎为垂线。线。思考：思考：A,B,C,D四点温度谁高，四点温度谁高，谁低？谁低？ABCD40609026压 - 焓图等熵线 压压 力力焓焓 等熵线等熵线等熵线：向右上等熵线：向右上方倾斜的曲线方倾斜的曲线0.280.2927压 - 焓图等容线 压压 力力焓焓 等容线等容线等容线：向右上等容线：向右上方倾斜的曲线，方倾斜的曲线，斜率比等熵线平斜率比等熵线平坦。坦。2.03.028压压 - 焓图（焓图（R22）29蒸发器冷凝

9、器截流元件压缩机冷却塔制冷剂的制冷循环末端设备冷却水冷冻（盐）水或工艺介质30制冷循环分析1.制冷剂在蒸发器中的蒸发过程 压压 力力焓焓蒸发器中的蒸发过程蒸发器中的蒸发过程 等压蒸发等压蒸发制冷剂进入蒸发器：制冷剂进入蒸发器：A点点A31 压压 力力 焓焓制冷剂从工艺介质吸收热量制冷剂从工艺介质吸收热量制冷循环分析1.制冷剂在蒸发器中的等压蒸发过程蒸发器中的蒸发过程蒸发器中的蒸发过程 等压蒸发等压蒸发A32 压压 力力 焓焓制冷效果制冷效果制冷循环分析1.制冷剂在蒸发器中的等压蒸发过程制冷量制冷量?蒸发器中的蒸发过程蒸发器中的蒸发过程 等压蒸发等压蒸发AB制冷剂离开蒸发器：制冷剂离开蒸发器：B

10、点点33制冷循环分析制冷循环分析2. 制冷剂在压缩机内的等熵压缩过程制冷剂在压缩机内的等熵压缩过程制冷剂在压缩机制冷剂在压缩机内沿等熵线压缩内沿等熵线压缩焓焓 压压 力力ABC等熵压缩：等熵压缩：理想的可逆压缩过程，没有能量损失，压缩机的压缩功完全转换为制冷剂的能量（体现为制冷剂的焓值从hB增加到hC）。hBhC34 压压 力力焓焓制冷剂进入冷凝器的状态制冷剂进入冷凝器的状态点为点为C点，离开冷凝器的状点，离开冷凝器的状态点为态点为D点。点。制冷剂把热量传给冷却制冷剂把热量传给冷却水，自身能量降低，体水，自身能量降低，体现为焓值由现为焓值由hC降到降到Hd.制冷循环分析3.制冷剂在冷凝器中的等

11、压冷凝过程ADCBhDhC35 压压 力力焓焓节流装置热力膨胀阀固定孔板可变孔板制冷循环分析4. 制冷剂在节流装置中的等焓过程 压压 力力ADBC节流过程等焓过程：节流过程等焓过程： 液态制冷剂经过节流设备时压力降低，压力降低会导致很小一部分液态制冷剂蒸发，蒸发的制冷剂吸收气化潜热由液态变为气态，焓值增加，未蒸发的制冷剂为蒸发部分的制冷剂提供了能量，温度降低，焓值降低。 就整个制冷剂而言，在节流过程中蒸发的能量来自制冷剂本身，制冷剂焓值（单位质量制冷剂所具有的能量）不变。 经过节流，制冷剂压力降低，含气量增加，温度降低36 压压 力力焓焓冷凝器冷凝器压缩机压缩机节流装置节流装置蒸发器蒸发器制冷

12、剂从工艺介质吸收热量制冷剂从工艺介质吸收热量制冷剂向冷却水释放热量制冷剂向冷却水释放热量制冷循环制冷循环37 压压 力力焓焓(h)节流装置制冷循环分析能量分析冷凝器压缩机蒸发器ABCD单位制冷剂从工艺介质吸收的热量单位制冷剂从工艺介质吸收的热量单位制冷剂吸收的压缩功单位制冷剂吸收的压缩功单位制冷剂向冷却水释放的热量单位制冷剂向冷却水释放的热量目的目的 h1 h2 h3 h2h1制冷系数（制冷系数（COP） 代价代价制冷能力制冷能力单位制冷剂压缩功单位制冷剂压缩功 h3h238 供液过冷（过冷度）供液过冷（过冷度） 吸气过热（过热度）吸气过热（过热度） 蒸发压力及冷凝压力对制冷效果的影响蒸发压力

13、及冷凝压力对制冷效果的影响391. 1. 供液过冷对制冷效果的影响供液过冷对制冷效果的影响压力压力焓焓蒸发蒸发冷凝冷凝 压缩压缩节流装置节流装置没有过冷没有过冷过冷度对应的饱过冷度对应的饱和温度离开冷凝和温度离开冷凝器的制冷剂温度器的制冷剂温度40压力压力焓焓过冷度过冷度冷凝冷凝过冷对制冷效果的影响：过冷对制冷效果的影响：1. 提高制冷量：提高制冷量：BA BA2. 减少制冷剂在节流元件处产生的减少制冷剂在节流元件处产生的闪发气体（由于压力降低而导致闪发气体（由于压力降低而导致的小部分制冷剂蒸发），避免的小部分制冷剂蒸发），避免“气蚀气蚀”对节流装置的影响。对节流装置的影响。ABA12过冷度（

14、过冷度（）：）：T1T21. 1. 供液过冷对制冷效果的影响供液过冷对制冷效果的影响41 压力压力 焓焓过热过热 在蒸发器中发生（干式蒸发器），称在蒸发器中发生（干式蒸发器），称为有效过热。为有效过热。 在吸气管道中产生，称为无效过热。在吸气管道中产生，称为无效过热。无效过热时：无效过热时： 单位质量功耗增大 单位制冷量(制冷效果)不变 冷凝器单位热负荷增大 吸气比容增大，制冷剂质量流量下降 制冷效果下降2. 2. 吸气过热对制冷效果的影响吸气过热对制冷效果的影响42 压压 力力焓焓 吸气比容不变吸气比容不变(2点点)，制冷制冷剂质量流量不变。剂质量流量不变。 单位质量制冷剂制冷效果单位质量制

15、冷剂制冷效果减小（由减小（由2-1减小到减小到2-1）。）。 消耗的压缩功率增大（由消耗的压缩功率增大（由3-2增加到增加到3-2） COP 值降低值降低3. 冷凝温度升高对制冷效果的影响：冷凝温度升高对制冷效果的影响：21 14433制冷循环由原来的制冷循环由原来的1-2-3-4, 变为变为1-2-3-443 压压 力力焓焓 吸气比容增大，制冷剂吸气比容增大，制冷剂 质量流量减小。质量流量减小。 单位质量制冷剂制冷效单位质量制冷剂制冷效果降低（由原来的果降低（由原来的2-1降降为为2-1）。）。 压缩功增大（由原来的压缩功增大（由原来的3-2，增大到，增大到3-2 ）。）。 COP值降低。值

16、降低。4. 蒸发温度降低对制冷效果的影响：蒸发温度降低对制冷效果的影响：2134123制冷循环由原来的制冷循环由原来的1-2-3-4, 变为变为1-2-3-444 压缩机压缩机 冷凝器冷凝器 节流装置节流装置 蒸发器蒸发器45制冷压缩机的主要类型制冷压缩机的主要类型滚动转子式滚动转子式压缩机压缩机容积型容积型速度型速度型往复式往复式（活塞式）（活塞式）回转式回转式涡旋式涡旋式螺杆式螺杆式离心式离心式轴流式轴流式46两种类型压缩机的工作方式：两种类型压缩机的工作方式：u 容积型压缩机：通过缩小置于密闭空间中蒸气的体积，提高蒸气压力的压缩机。也称为正压置换式压缩机。u 速度型压缩机：首先通过离心等

17、方式提高制冷蒸气的运动速度（提高动能/动压），其次再将速度（动能/动压）转化为蒸气压力（势能/静压），最终实现提高蒸气压力的功能。制冷压缩机的工作方式制冷压缩机的工作方式47根据冷却介质的不同，冷凝器可以分为以下几类：风冷冷凝器水冷冷凝器蒸发式冷凝器管壳式冷凝器套管式冷凝器冷凝器的分类冷凝器的分类48水冷水冷-冷凝器冷凝器壳管式壳管式冷却水冷却水85冷却塔冷却塔过冷器过冷器中间支撑板中间支撑板管内走水管内走水 空气湿球温度28冷却水进水温度32水冷冷凝器水冷冷凝器 管壳式管壳式49蒸发冷却式冷凝器蒸发冷却式冷凝器风机挡液板冷凝盘管喷水管50通过节流，使液态制冷剂由高压变为低压。常见的节流设备包

18、括：常见的节流设备包括： 热力膨胀阀热力膨胀阀 浮球阀浮球阀 孔板孔板 电子膨胀阀电子膨胀阀节流设备节流设备51满液式蒸发器直膨式蒸发器 热虹吸式蒸发器蒸发器的分类蒸发器的分类配独立气液分离器的双壳式蒸发器气液分离器内置式Kettle 蒸发器半管束式蒸发器52满液式蒸发器满液式蒸发器配独立气液分类器的双桶式蒸发器配独立气液分类器的双桶式蒸发器液态制冷剂入口气态制冷剂出口冷冻水入口冷冻水出口独立的气液分离器53满液式蒸发器满液式蒸发器冷冻水入口冷冻水出口液态制冷剂入口气态制冷剂出口内置的气液分离空间配有内置式气液分离空间的配有内置式气液分离空间的 Kettle 蒸发器蒸发器54满液式蒸发器满液式蒸发器满液式半管束蒸发器满液式半管束蒸