制冷原理及设备

1、1理论部分理论部分2一、基本热力学定律一、基本热力学定律二、熟悉基本热力学术语二、熟悉基本热力学术语: 温度、压力、热量、饱和温度、压力、热量、饱和 温温 度、度、 饱和压力。饱和压力。三、了解压焓图三、了解压焓图四、利用压焓图分析制冷循环四、利用压焓图分析制冷循环五、了解影响制冷效果的因素五、了解影响制冷效果的因素六、了解制冷系统工作原理，常见系统组件及功能六、了解制冷系统工作原理，常见系统组件及功能培训目标：培训目标：3热力学第一定律：热力学第一定律： 能量既不能创生，也能量既不能创生，也不能消亡，它只能从物体不能消亡，它只能从物体的一部分传至另一部分，的一部分传至另一部分，或从一种形式转

2、变成另一或从一种形式转变成另一种形式。种形式。 各种能量是可以相互转换各种能量是可以相互转换的。的。 制冷过程中电能转化为机制冷过程中电能转化为机械能，机械能转化为热能。械能，机械能转化为热能。一一 基本热力学定律4热力学第二定律热力学第二定律 热量只能热量只能自发自发地从高地从高温物体流向低温物体。温物体流向低温物体。一一 基本热力学定律5 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6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FTemperature or FF-28.9-20-4.0-28.3-19-

3、2.2-27.8-18-0.4 =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 Hg=29.92”Hg压压 力力8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潜热传热潜热传热热热 量量10显显 热热加加热热水水显热：物质不发生相变，仅显热：物质不发生相变，仅由于温度改由于温度改变而吸收变

4、而吸收/放出的热量。放出的热量。比热：单位质量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潜热潜热潜热：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：气化潜热量：单位质量液体蒸发成气体时所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：冷凝潜热量：单位质量气体冷凝成液体时所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

5、水，所吸收的热量为的水，所吸收的热量为1冷吨（冷吨（3.516 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

6、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

7、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 psig(0.2barg)110C(230 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”(0.0086bara) 4.4C(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

8、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、饱和压力 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）20三、压三、压 - 焓图焓图 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 压压 - 焓图焓图 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压压 - 焓图焓图 23 压压 力力焓焓100

9、% 液体液体压压 - 焓图焓图 24 压压 力力焓焓100% 气体气体压压 - 焓图焓图 25压压 - 焓图焓图等温线等温线 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压压 - 焓图焓图等熵线等熵线 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压压 - 焓图焓图等比容线等比容线 压压 力力焓焓 等比容线等比容线等比容线：向右等比容线：向右上方倾斜的曲线，上

10、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蒸发器冷凝器截流元件压缩机冷却塔制冷剂的制冷循环工艺设备冷却水载冷剂四、利用压焓图分析制冷循环四、利用压焓图分析制冷循环30制冷循环分析制冷循环分析1.制冷剂在蒸发器中的蒸发过程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 焓焓制冷剂从冷冻水吸收热量制冷剂从冷冻水吸收热量制冷循环分析制冷循环分析1.制冷剂在蒸发器中的等压蒸发过程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

11、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制冷循环分析1.制冷剂在蒸发器中的等压蒸发过程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 压头压头制冷循环

12、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思考：思考：1. 制冷剂经过压缩制冷剂经过压缩机后（从机后（从B点进入点进入，从，从C点离开），点离开），热力参数（温度热力参数（温度、压力、焓）及、压力、焓）及热工状态如何发热工状态如何发生变化？生变化？2. B、C之间的焓差之间的焓差和压缩机压缩功和压缩机压缩功,电机耗电量之间电机耗电量之间存在什么关系？存在什么关系？ 焓焓 压压 力力ABC35 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。思考：思考：该图中该图中D点处于什么状态

13、：点处于什么状态：过冷？饱和？过热？过冷？饱和？过热？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.制冷循环分析制冷循环分析3.制冷剂在冷凝器中的等压冷凝过程制冷剂在冷凝器中的等压冷凝过程ADCBhDhC36 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制冷循环分析4. 制冷剂在节流装置中的等焓过程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

14、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37 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剂从冷冻水吸收热量制冷剂从冷冻水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38 压压 力力焓焓(h)节流装置制冷循环分析制冷循环分析能量分析能量分析冷凝器压缩机蒸发器ABCD单位制冷剂从冷冻水吸收的热量单位制冷剂从冷冻水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

15、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） 代价代价制冷效果制冷效果单位制冷剂压缩功单位制冷剂压缩功 h3h239 排液过冷（过冷度）排液过冷（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及冷凝压力对制冷效果的影响401. 排液过冷对制冷效果的影响排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41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

16、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（过冷度（）：）：T1T21. 排液过冷对制冷效果的影响排液过冷对制冷效果的影响422. 吸气过热对制冷效果的影响吸气过热对制冷效果的影响需要一定过热度的原因需要一定过热度的原因: 避免液态制冷剂进入压缩机避免液态制冷剂进入压缩机会造成压缩机会造成压缩机“液击液击” 压力压力 焓焓 压力压力 焓焓过热度过

17、热度饱和气体过热气体43 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. 吸气过热对制冷效果的影响吸气过热对制冷效果的影响44 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

18、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1-2-3-445 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

19、：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1-2-3-446制冷系统常见组件制冷系统常见组件47l压缩机压缩机l冷凝器冷凝器l节流装置节流装置l蒸发器蒸发器六、制冷系统常见组件六、制冷系统常见组件48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（活塞式）往复式（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49两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

20、离心等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50螺杆式压缩机常见的容积式压缩机常见的容积式压缩机MALE滚动转子式压缩机涡旋式压缩机往复式压缩机51常见的速度式压缩机常见的速度式压缩机单级离心式压缩机单级离心式压缩机多级离心式压缩机多级离心式压缩机52冷凝器的分类冷凝器的分类根据冷却介质的不同，冷凝器可以分为以下几类：水冷冷凝器蒸发式冷凝器风冷冷凝器管壳式冷凝器板式冷凝器53水冷冷凝器水冷冷凝器 管壳式管壳式54水冷水冷-冷凝器冷凝器壳管式壳管式冷却水冷却水85冷

21、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55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56冷凝器风机冷凝器风机风冷冷凝器风冷冷凝器YEAJ制冷剂蒸气在管内冷凝，空气在管制冷剂蒸气在管内冷凝，空气在管外流过，冷凝温度取决于空气的干外流过，冷凝温度取决于空气的干球温度，一般高于干球温度约球温度，一般高于干球温度约1010。57 实现制冷剂液体的膨胀过程，变为低压低温的液体；实现制冷剂液体的膨胀过程，变为低压低温的液体； 将制冷剂的高压部分和低压部分分开，防止高压蒸气将制冷剂的高压部分和低压部分分开

22、，防止高压蒸气串流到蒸发器中；串流到蒸发器中； 对蒸发器的供液量进行调节对蒸发器的供液量进行调节 - 保持适量液体，使蒸发器全部换热面积都能发挥保持适量液体，使蒸发器全部换热面积都能发挥作用，避免缺液；作用，避免缺液； - 防止制冷剂液体进入压缩机中引起液击，避免供防止制冷剂液体进入压缩机中引起液击，避免供液过量；液过量；节流设备的主要功能节流设备的主要功能58热力膨胀阀的功能及工作原理热力膨胀阀的功能及工作原理截流降压：高压常温的制冷剂液体流过膨胀阀后，就变为低压、低温截流降压：高压常温的制冷剂液体流过膨胀阀后，就变为低压、低温的制冷剂液体。的制冷剂液体。控制制冷剂流量：膨胀阀通过感温包感受蒸发器出口处制冷剂过热度控制制冷剂流量：膨胀阀通过感温包感受蒸发器出口处制冷剂过热度的变化来控制阀的开度，调节进入蒸发器的制冷剂流量，使其流量与的变化来控制阀的开度，调节进入蒸发器的制冷剂流量，使其流量与蒸发器的热负荷相匹配。蒸发器的热负荷相匹配。控制过热度：膨胀阀具有控制蒸发器出口制冷剂过热度的功能，即保控制过热度：膨胀阀具有控制蒸发器出口制冷剂过热度的功能，即保持蒸发器的传热面积的充分利用，又防止压缩机冲缸事故的发生。持蒸发器的传热面积的充分利用，又防止压缩机冲缸事故的发生。59热力膨胀阀的功能及工作原理热力膨胀阀的功能及工作原理外平衡式热力膨胀阀外平衡式热力膨胀