制冷原理与技术

注意：1.将白色底图调整成20%的透明程度2.加动画以及换页。重点地方换页方式不同3.加小图标以及适当部分英文小字符目录1.理论循环过程2.制冷剂与载冷剂3.压缩机4.换热设备5.蒸汽压缩制冷循环原理6.溴化锂吸收式制冷7.典型流程8.空调水系统第一页，共85页。理论循环过程RefrigerantandrefrigerantPartOne第二页，共85页。制冷原理说明

蒸汽压缩制冷理论循环循环原理图循环实物图第三页，共85页。理论循环详细说明制冷剂液体吸热、蒸发、制冷制冷剂蒸汽放热，冷却、冷凝压缩制冷剂蒸气提高压力和温度经过节流得到低温低压制冷剂第四页，共85页。理论循环

小视频第五页，共85页。蒸发过程Mainlyliquidrefrigerant,flowingintotheevaporatorevaporation,fullvaporizationchange,backflowbacktothecompressorsuctionmouth,againbycompressorsuction,compression,exhaust,intothenextcycle.以液体为主的的制冷剂，流入蒸发器不断汽化，全部汽化变时，又重新流回到压缩机的吸气口，再次被压缩机吸入、压缩、排出，进入下一次循环。1.制冷剂在蒸发器中的变化1第六页，共85页。压缩过程Whentherefrigerantenterstheairintakeofthecompressor,thehigherthepressure,thehigherthetemperature,thelowerthepressure.Itiscompressedintosuperheatedsteaminthecompressor,andthepressureisincreasedbytheevaporationpressurep0tothecondensationpressurepk.Foradiabaticcompression.制冷剂进入压缩机吸气口时，压力越高温度越高，压力越低温度越低。其在压缩机中被压缩成过热蒸气，压力由蒸发压力p0升高到冷凝压力pk。为绝热压缩过程。2.制冷剂在制冷压缩机中的变化2第七页，共85页。冷凝过程Afterthesuperheatedsteamentersthecondenser,undertheconditionofconstantpressure,firstitgivesoffsomeheat,andtherefrigerantsuperheatedsteamcoolsintosaturatedvapor.Thesaturatedvaporinisothermalconditioncontinuestoreleaseheatandcondensestoproducesaturatedliquid.过热蒸气进入冷凝器后，在压力不变的条件下，先是散发出一部分热量，使制冷剂过热蒸气冷却成饱和蒸气。饱和蒸气在等温条件下，继续放出热量而冷凝产生了饱和液体。3.制冷剂在冷凝器中的变化3第八页，共85页。节流过程Thesaturatedliquidrefrigerantwasreducedbythethrottlecomponent,fromthecondensationpressurepktotheevaporationpressurep0,andthetemperaturewasreducedtot0bytk.It'sanadiabaticexpansion.饱和液体制冷剂经过节流元件，由冷凝压力pk降至蒸发压力p0，温度由tk降至t0。为绝热膨胀过程。4.制冷剂在节流元件中的变化4第九页，共85页。理论循环

分类小结蒸发过程：低温低压的制冷剂液体在蒸发器的流动过程中进行吸热气化，称为沸腾，这一步才是我们要获得的制冷效应的热力过程，是制冷系统的最终目的。压缩过程：此过程由压缩机来完成。它将系统内的制冷剂蒸气吸入气缸，并进行压缩，提高其压力后再排出气缸，促使制冷剂在系统内循环流动。因此（电机）冷凝过程：蒸发状态的制冷剂在冷凝器中把所吸收的热量排放出系统，凝结为液体，节流过程：降压过程。制冷剂液体再气化，必须降低压力。其方法是用节流元件来减少其流量，降低压力，使液态制冷剂有膨胀的条件。

制冷剂在制冷循环中的变化状态部件作用表现备注蒸发器蒸发气化吸热制冷效果压缩机压缩动力增压动力源冷凝器冷凝液化放热散热器膨胀阀节流降压循环完整第十页，共85页。ThinkamomentWhatisthehardestjobintheworld?Thought.Whatisworththinkingisnotthoughtbyothers;Allwehavetodoistrytothinkagain.--Goethe否。即汽化。因为制冷剂常态下是气态,受到压缩机压缩变为液态或半液半汽态，经膨胀机构进入蒸发器由于压力降低，迅速汽化吸收热量产生制冷效果。蒸发器内制冷剂的汽化过程是蒸发吗？否。两种不同概念。冷却是指热量从高温物体传递到低温物体中，由于温度差，所以冷却可以自发的进行。但高温物体的温度不可能降到低于环境介质的温度（制冷）制冷=冷却？第十一页，共85页。制冷剂与载冷剂RefrigerantandrefrigerantPartTwo第十二页，共85页。制冷剂与载冷剂1.制冷剂：冷媒，俗称雪种是在冷冻空调系统中用本身的状态变化以传递热能，产生冷冻效果的工作流体。属于中间介质2.载冷剂：载冷剂是一种以间接冷却方式工作的制冷装置中，将被冷却物体的热量传给正在蒸发的制冷剂的物质。载冷剂通常为液体，在传送热量过程中一般不发生相变。常用载冷剂有空气、水和盐水溶液区别：最明显区别就是一个是间接冷却方式，另一个是通过本身的状态改变进而直接冷却方式。第十三页，共85页。2023/4/131.制冷效率高2.压力适中3.单位容积制冷能力大4.临界温度高1.与润滑油的互溶性2.导热系数、放热系数高3.密度、黏度小4.相容性好环境友好性能物理化学性质热力学性能Requirementsforrefrigerants破坏臭氧潜能值ODP；全球变暖系数值GWP第十四页，共85页。2023/4/13成分HCFC-22HFC134a23%R32/25%R125/52%R134a50%R32/50%R125沸点℃-40.82-26.1-43.7751.6临界压力Mpa4.74.064.6194.95ODP0.034000GWP1900130015261730传热系数/高于R1235%~40%低于R22约5%高于R22约40%~50%物理性质无色无味气体、不燃烧、不爆炸、无腐蚀。毒性略大化学稳定性好，吸水性强。对金属腐蚀。（用干燥剂）无色透明，轻微醚味，稳定但应避开明火高温。新型环保制冷剂，不破坏臭氧，稳定，无毒。经济性266420540900+R22R134aR407CR410A常见制冷剂的性能第十五页，共85页。2023/4/13成分CO2氨（NH3）丙烷沸点℃-56.55-33.5-42.2临界压力Mpa73.7511.24.24ODP000GWP103.3传热系数0.01370.1440.0405物理性质五毒无臭无污染，不爆不燃无腐蚀，无色气体，有强烈刺激性气味易燃、易爆，无腐蚀无毒经济性88030900+常见天然制冷剂的性能R744R717R290第十六页，共85页。常见天然制冷剂第十七页，共85页。压缩机condenserPartThree第十八页，共85页。压缩机制冷压缩机——制冷循环的动力-制冷系统的心脏电机拖动而工作将低温低压制冷剂蒸气压缩至高温高压状态第十九页，共85页。压缩机种类划分2023/4/131.容积型压缩机：在容积型压缩机中，低压气体直接受到压缩，体积被强制缩小，从而达到提高压力的目的。可分为活塞式（往复式）和回转式两种。回转式有螺杆式，滚动转子式、涡旋式等2.速度型压缩机：常见有离心式压缩机；靠离心力的作用，连续将吸入的气体压缩，压力桶的提高由气体的速度转化而来。活塞式压缩机回转式压缩机离心式压缩机第二十页，共85页。2023/4/13区分气密特征容量范围/KW主要用途特点容积式往复式活塞连杆式开启0.4~120冷冻、空调、热泵机型多，易生产，链家、容量中等半封闭0.75~45冷冻、空调全封闭0.1~15冷藏库、车辆活塞斜盘式开启0.75~2.2轿车空调专用高速、小容量旋转式转子式开启0.75~2.2车辆空调

全封闭0.1~5.5冷藏库、冰箱、车辆高速、小容量旋转叶片式开启0.75~2.2车辆空调

全封闭0.6~5.5冷库、冰箱、空调高速、小容量涡旋式开启0.75~2.2车辆空调、热泵

封闭式2.2~7.5空调高速、小容量螺杆式双螺杆开启~6汽车空调

半封闭30~1600车辆空调压比大，可代替小容量往复式压缩机，价昂55~300热泵单螺杆开启100~1100热泵半封闭22~90热泵、车辆离心式开启90~1000冷冻、空调用于大容量半封闭制冷压缩机的分类及应用第二十一页，共85页。2023/4/13往复式压缩机利用气缸中活塞的往复运动来压缩气体，通常是利用曲轴连杆机构将原动机的旋转活动运动变为活塞的往复直线运动，称往复式压缩机

容积式压缩机第二十二页，共85页。2023/4/13

往复式压缩机气密性开式压缩机：曲轴一端外露在压缩机外，通过联轴器与电机

相连接。在曲轴外露处需设轴封装置，防止制冷剂泄漏。闭式压缩机：具有结构紧凑、体积小，重量轻的特点。电动机壳体和压缩机机体是铸在一起的，内腔相通不需要轴封。全封闭式：压缩机及其驱动电机共用一个主轴，两者组装在一个焊接成型的密闭罩壳中。这种形式的压缩机结构紧凑，密封性极好，而且使用方便。振动和噪声都比较小。密封型电动机转子压差密封容积式压缩机第二十三页，共85页。2023/4/13容积式压缩机涡旋式压缩机由一个固定的涡旋盘和一个偏心回旋平动运动涡旋盘组成可压缩容积的压缩机。利用动盘和定盘间空间的变化将制冷剂蒸汽从低压侧挤压至高压侧。效率高、噪声更低、体积更小、重量更轻、行平稳高效。气流脉动小，扭矩变化小，压缩机寿命长。第二十四页，共85页。2023/4/13容积式压缩机回转式压缩机采用旋转的盘状活塞将制冷剂蒸汽挤压出排气口，压缩机效率高，与往复式相比体积更小第二十五页，共85页。2023/4/13活塞式压缩机工作过程压缩比：高压侧绝对压力/低压侧绝对压力。是压力差的一种技术表达方式。余隙容积：为了防止活塞顶部与阀板、阀片等零件的撞击，并考虑热胀冷缩和装配允许误差等因素，活塞顶部与阀板之间必须留有一定的间隙，当活塞运动到上止点位置时，活塞顶部与阀板之间的容积称为余隙容积。容积效率：有效吸气体积与气缸工作体积之比nv=（V1-V4)/VS第二十六页，共85页。2023/4/13

活塞式压缩机工作过程理想压缩机工作过程：压缩机没有余隙容积。吸、排气过程中没有阻力损失。吸、排气过程中与外界没有热量交换。没有制冷剂泄露。实际压缩机工作过程：压缩机中有压力降。制冷剂受热。气阀运动不规律带来的效率下降。制冷剂泄露。再膨胀影响以及压缩过程偏离等熵压缩。第二十七页，共85页。活塞式压缩机工作过程2023/4/13P-V图T-S图第二十八页，共85页。2023/4/13速度型压缩机——三种不同形式离心压缩机演示单级压缩机二级压缩机第二十九页，共85页。2023/4/13速度型压缩机——三种不同形式离心压缩机演示三级压缩机压缩机剖面图第三十页，共85页。换热设备Heat-exchangeequipmentPartFour第三十一页，共85页。蒸发器按其供液方式不同分类满液式蒸发器与干式蒸发器运行正好相反。冷水在换热管内，制冷剂完全将换热管浸没，吸热后在换热管外蒸发。满液式蒸发器的传热管表面上有许多针形小孔，管内表面上还有螺旋形凸起强化冷水侧的换热。这种同时强化管外沸腾和管内传热的高效传热管，使其传热系数较光管提高了约5倍。满液式蒸发器干式蒸发器制冷剂在换热管内通过，冷水在高效换热管外运行，这样的换热器换热效率相对较低，其换热系数仅为光管换热系数的2倍左右，但是其优点是便于回油，控制较为简便，充注量小（约为满液式的1/2~1/3）干式蒸发器降膜式蒸发器也称之为喷淋式蒸发器。制冷剂从上部喷淋到换热管上，在换热管上形成一层薄薄的冷剂液膜，这样冷剂在沸腾蒸发时减少了静液位压力，从而提高了换热效率，较满液式机组提高5倍左右。喷淋式蒸发器第三十二页，共85页。干式蒸发器蒸发器的特点满液式蒸发器制冷剂汽化100%降膜式蒸发器传热效率较高气泡集聚，换热效率下降，回油困难流动沸腾传热系数高沿程阻力小充注量大小温差，易结垢传热系数低充注量小，结构紧凑第三十三页，共85页。蒸发器按结构分类卧式壳管（盘管、蛇管）蒸发器水箱式直管（立管）蒸发器水箱式螺旋管蒸发器……第三十四页，共85页。汇总表格第三十五页，共85页。蒸发器传热影响因素蒸发器的传热：1.原理：液态或汽态混合态沸腾汽化干饱和蒸汽2.影响蒸发器传热的因素：

制冷剂的性质：导热系数；密度；汽化潜热（正比）；粘度（反比）

传热特性：泡状沸腾：制冷剂在蒸发器内吸热后，达到该压力下的饱和温度时，在加热表面形成汽泡，汽泡增大上升、破裂而达到沸腾。此状态下制冷剂放热系数和热流密度随温差的增大而增大。

膜状沸腾：随温差的增大，制冷剂在加热表面上的汽核数目急剧增多，众多的汽泡来不及离开加热表面二汇聚形成一层汽膜，此状态成为膜状沸腾。汽膜的存在会增大热阻，传热系数降低。第三十六页，共85页。2023/4/13水冷冷凝器水冷式水冷式冷凝器是用水冷却高压气态制冷剂而使之冷凝的设备。常用的水冷式冷凝有壳管式冷凝器、套管式冷凝器、焊接板式冷凝器。壳管式冷凝器焊接板式冷凝器套管式冷凝器第三十七页，共85页。2023/4/13风冷冷凝器风冷式风冷式冷凝器利用空气使气态制冷剂冷凝。强制对流自然对流第三十八页，共85页。2023/4/13喷淋式冷凝器喷淋式喷淋式蒸发器利用水的气化带走制冷剂蒸汽冷凝过程放出的凝结潜热。比冷水式冷凝器的冷却水用量少的多。第三十九页，共85页。冷却塔第四十页，共85页。双曲线冷却塔第四十一页，共85页。其他换热设备010203再冷却器回热器中间冷却器使冷凝后的液态制冷剂达到一定的再冷度，以提高制冷系统的制冷能力及输送能力。指氟利昂制冷装置中能使节流装置前制冷剂液体与蒸发出口制冷剂蒸汽进行换热的气液热交换的装置。中间冷却器用于双级压缩制冷装置。它的结构随循环的形式有所不同。第四十二页，共85页。节流短管一种定截面节流孔口的节流装置。毛细管根据“液体比气体更易通过”原理工作的。电子膨胀阀无级变容量制冷系统制冷剂供液量调节范围宽。手动、浮球、热力膨胀阀1.凭经验操作。

节流装置3.通过过热度控制膨胀阀开度。广泛应用于非满液式蒸发器。2.满液式蒸发器要求液位保证一定的高度。直通/非直通第四十三页，共85页。蒸汽压缩制冷循环原理SteamcompressionrefrigerationcycleprinciplePartFive第四十四页，共85页。单级蒸气压缩式制冷理论循环压缩过程为等熵过程

压缩过程为等熵过程，即在压缩过程中不存在任何不可逆损失。冷凝和蒸发是与冷、热源换热在冷凝器和蒸发器中，制冷剂冷凝温度等于冷却介质的温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度，定值。出蒸发器为饱和蒸气，出冷凝器的为饱和液体离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气为蒸发压力下的饱和蒸气；离开冷凝器和进入节流元件的液体为冷凝压力下的饱和液体。ABC1.理论循环的假设条件第四十五页，共85页。单级蒸气压缩式制冷理论循环制冷剂流动过程中没有流动阻力损失除节流元件产生节流降压外，制冷剂在设备、管道内的流动没有阻力损失（压力降)，与外界环境没有热交换。节流过程中与外界没有热量交换节流过程为绝热过程，即与外界不发生热交换。DE1.理论循环的假设条件第四十六页，共85页。2.制冷剂的压焓图一点：临界点C三区：液相区

两相区

气相区五态：过冷液状态

饱和液状态

湿蒸气状态

饱和蒸气状态

过热蒸气状态液相区气相区两相区第四十七页，共85页。2.制冷剂的压焓图第四十八页，共85页。

八线：等压线p（水平线）等焓线h（垂直线）饱和液线x=0，饱和蒸气线x=1，无数条等干度线x等熵线s等比体积线v等温线t2.制冷剂的压焓图第四十九页，共85页。2.制冷剂的压焓图第五十页，共85页。3.理论循环过程在压焓图上的表示制冷压缩机压缩过程制冷压缩机冷凝过程

制冷压缩机膨胀过程

制冷压缩机蒸发过程

第五十一页，共85页。理论循环的性能指标及其计算1.单位质量制冷量Vestibulumanteipsumprimisinfaucibusorciluctus制冷压缩机每输送1kg制冷剂经循环从被冷却介质中制取的冷量称为单位质量制冷量，用q0表示。q0=h1-h4=r0（1-x4）q0=h1-h4=r0（1-x4）制冷剂的汽化潜热越大，节流后的干度越小，则单位质量制冷量越大。制冷循环的单位质量制冷量的大小与制冷剂的性质和循环的工作温度有关。

第五十二页，共85页。理论循环的性能指标及其计算2.单位容积制冷量Vestibulumanteipsumprimisinfaucibusorciluctus制冷压缩机每吸入1m3制冷剂蒸气（按吸气状态计）经循环从被冷却介质中制取的冷量，称为单位容积制冷量，用qv表示。

第五十三页，共85页。理论循环的性能指标及其计算3.理论比功Vestibulumanteipsumprimisinfaucibusorciluctus制冷压缩机按等熵压缩时每压缩输送1kg制冷剂蒸气所消耗的功，称为理论比功，用w0表示。理论比功与制冷剂的种类和循环的工作条件有关，与制冷压缩机的形式无关。

w0=h2-h1

第五十四页，共85页。理论循环的性能指标及其计算4.单位冷凝热负荷Vestibulumanteipsumprimisinfaucibusorciluctus制冷压缩机每输送1kg制冷剂在冷凝器中放出的热量，称为单位冷凝热负荷，用qk表示。

qk=(h2-h2)+(h2-h3)=h2-h3第五十五页，共85页。理论循环的性能指标及其计算5.制冷系数Vestibulumanteipsumprimisinfaucibusorciluctus单位质量制冷量与理论比功之比，即理论循环的收益和代价之比，称为理论循环制冷系数，用∑0表示，即

第五十六页，共85页。多级压缩机制冷循环理论原理1.一次节流中间完全冷却两级蒸汽压缩制冷循环第五十七页，共85页。多级压缩机制冷循环理论原理1.一次节流中间不完全冷却两级蒸汽压缩制冷循环第五十八页，共85页。溴化锂吸收式制冷Lithium-bromideabsorption-typerefrigerationPartSix第五十九页，共85页。溴化锂吸收式制冷吸收式制冷的基本原理Thebasicprincipleofabsorptionrefrigerant二元溶液的特性Thepropertiesofabinarysolution溴化锂吸收式机组的应用Theapplicationoflithiumbromideabsorptionrefrigeratingunit第六十页，共85页。吸收式制冷的基本原理吸收式制冷机主要由四个热交换设备组成，即发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器。他们组成两个循环环路：制冷机循环和吸收剂循环。左半部分是制冷剂循环，属逆循环，由冷凝器，节流装置和蒸发器组成。与蒸汽压缩制冷一样右边属于吸收式制冷，属正循环，主要由吸收器，发生器和溶液泵组成。相当于蒸汽压缩式制冷的压缩机。第六十一页，共85页。1.溶解度易溶于水。单随温度降低溶解度减小，析出。在20℃时，溴化锂的溶解度为111.2g3.吸收能力溴化锂水溶液浓度越高，温度越低，对水蒸气的吸收能力越强。5.腐蚀性溴化锂水溶液对普通金属有腐蚀作用，有氧存在的情况严重，所以在机组中加入氮气，且在溶液中加入缓蚀剂。2.浓度一般采用质量百分比浓度。4.沸点相差大常温下，水的沸点是100℃，溴化锂为1265℃。因此溶液沸腾时产生的蒸气几乎全是水的成分。无须蒸馏就可得到纯制冷剂蒸气。二元溶液的特性LiBr2第六十二页，共85页。溴化锂溶液相关曲线图溴化锂溶液的结晶曲线图溴化锂溶液的压力温度图第六十三页，共85页。溴化锂机组的特点Goodperformance特点热源自备，环境污染小。热能利用率高。节约电力。运行安全，无爆炸隐患。可制备卫生热水，满足写字楼、宾馆、公寓用水要求。实现自动控制，热源稳定。主机安装方便，操作方便。Characteristicsbelow第六十四页，共85页。Thinkaboutit第六十五页，共85页。制冷剂管道设计一、排气管应有不小于0.01的坡度二、并联的氨压缩机排气管处上或油分离器的出口处，应该装有止回阀。三、对于不设油分离器的氟利昂压缩机，当冷凝器高于压缩机2.5m以上时，在压缩机的排气管路上应该设分油环管，防止压缩机突然停止运转时，较多的润滑油返回压缩机，造成冲缸事故。四、两台氟利昂压缩机并联，为了保证润滑油的均衡，两者曲轴箱之间的上部应装有均压管、下部应装有均油管。五、噪音。1.压缩机排气管第六十六页，共85页。制冷剂管道设计2.压缩机吸气管一、吸气管应有不小于0.01的坡度二、为了减少压缩机的吸气口可能会积存相当多的润滑油，造成油液冲击事故，应安装如下：三、对于有容量调节的氟利昂制冷系统，可采用双吸气立管。第六十七页，共85页。第六十八页，共85页。制冷剂管道设计一、当冷凝器高于蒸发器，为了防止停机后液体进入蒸发器给液管至少应抬高2m在通至蒸发器。二、当蒸发器上下分层布置时，由于向上供液，管内压力降低，伴随有部分液体气化，形成闪发蒸汽，为了防止闪发蒸汽进入上层蒸发器，布置如图：三、对于氨制冷系统，为防止积油而影响供液，在给液管的低点和分配器的低点应设置放油阀。3.从高压贮液器或冷凝器至蒸发器的给液管第六十九页，共85页。典型流程TypicalprocessPartSeven第七十页，共85页。蒸气压缩式制冷系统的典型流程氟利昂制冷系统流程图第七十一页，共85页。蒸气压缩式制冷系统的典型流程氨制冷系统流程图第七十二页，共85页。蒸气压缩式制冷系统的典型流程氨制冷系统实物图第七十三页，共85页。空调水系统Watersystemofair-conditionPartEight第七十四页，共85页。第七十五页，共85页。第七十六页，共85页。开式闭式水系统的水泵扬程：在闭式系统中，水泵的扬程为管道，制冷机组，换热器，阀门等闭式循环水路中各个部件压力损失的综合。在开式系统中，水泵除承担管道等部件的压力损失外，还要克服水从开式水箱提升到管路最高点的相差度，因此，当建筑内空调水系统高度比较高时，开式系统水泵的扬程比较高，系统的能耗也比较大。第七十七页，共8