船舶制冷装置第三篇船舶制冷装置和空气调节装置

第十一章船舶制冷装置第三篇船舶制冷装置和空气调节装置理想气体热机循环

正循环〔热机循环〕特征〔1〕P-V图中循环过程沿顺时针方向进行。〔2〕工质经一循环从高温热源吸热Q1(>0),在低温热源放热Q2(绝对值),对外输出净功A(>0)；〔3〕经一循环工质内能不变，其所吸收的热量不能100%地转化为有用功。,净功或

热机循环效率

A-高温热源B-锅炉C-泵D-气缸E-低温热源热机工作示意图1.卡诺循环在研究提高热机效率的过程中，法国工程师萨迪.卡诺提出一种理想热机循环，称为卡诺循环。该循环过程由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程组成。2.奥托循环

理想化的汽油内燃机循环过程吸气过程(A--B)压缩冲程(B--C绝热压缩)点燃过程(C--D等体过程),做功过程(D--E绝热膨胀过程)排气过程(E--B--A)3.狄塞尔循环

理想的柴油内燃机循环过程（1）吸气过程（A-->B）

（2）压缩过程（B-->C;绝热压缩）（3）柴油燃烧等压加热（C-->D)绝热膨胀（D-->E）对外做功（4）等容放热排气(E-->B-->A).逆循环〔制冷机循环〕制冷系数特征(1)P-V图中过程逆时针方向进行。(2)工质经一循环，外界必须对系统作功，系统从低温热源吸热Q2，向高温热源放热Q1〔绝对值〕，使低温热源温度更低。致冷系数致冷效能的标志之一。C--节流阀

B--冷凝器

D--冷库

E--压缩机特征(1)P-V图中过程逆时针方向进行。(2)工质经一循环，外界必须对系统作功，系统从低温热源吸热Q2，向高温热源放热Q1〔绝对值〕，使低温热源温度更低。致冷系数致冷效能的标志之一。工质从低温热源〔冷库〕

吸热愈多，外界对工质作功愈少，致冷性能愈好。逆循环〔致冷机循环〕三种循环效率的比较设三种循环中进入气缸的气体(γ==1.40)温度同为298K,压强同为1.013×105Pa,由于材料的限制,气缸允许的最高温度为1973K,卡诺循环的等温膨胀比(VE/VB)=2;奥托循环的绝热压缩比(VB/VC)=6;狄塞尔循环的绝热压缩比(VB/VC)=20,请比较三种循环效率哪一种最高?计算上述三种循环所到达的最高压强为(1)卡诺循环最高压强PD=PE(VE/VD)=746PB(VE/VD)=1492PB(2)奥托循环最高压强PD=TD(PC/TC)==39.7PB(3)狄塞尔循环最高压强为PD比较上述三种情况,在进气压强和温度相同,气缸所允许的最高温度也相同的条件下,气缸允许的最高压强:P卡>P狄>P奥热机效率:η卡>η狄>η奥第一节概述第二节蒸汽压缩式制冷装置的工作原理第三节制冷剂、载冷剂和冷冻机第四节制冷压缩机第五节冷凝器和蒸发撂，第六节制冷装置的辅助设备，第七节制冷装置的自动化元件第八节船舶伙食冷库第九节船舶制冷装置实例第十节船舶制冷装置的管理复习思考题制冷装置[汉英船舶大词典]refrigeratingplant制冷装置[汉英机械大词典]refrigeratingunit第十一章船舶制冷装置

marinerefrigeratingplant第一节概述要求掌握："制冷"的定义；蒸气压缩式制冷系统组成，制冷循环及制冷机特性的理论分析。专业术语〔如制冷量、单位质量制冷量、单位体积制冷量等〕；单级蒸气压缩式制冷循环的特点及工作过程，压焓图，理论制冷循环的定义和热力计算，影响实际制冷循环的因素，蒸发温度和冷凝温度的变化对单级蒸气压缩式制冷机性能的影响，制冷剂和载冷剂的定义、性质和使用的温度范围；双级压缩制冷循环中最常见的两种循环方式的流程和热力计算，中间压力确实定；复叠式制冷循环的流程和热力计算。第十一章船舶制冷装置

marinerefrigeratingplant制冷技术是为适应人们对低温条件的需要而产生和开展起来的。制冷作为一门科学是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将某物体或流体冷却,使其温度降到环境温度以下，并保持这个低温。这里所说的“冷〞是相对于环境而言的。灼热的铁放在空气中，通过辐射和对流向环境传热，逐渐冷却到环境温度。它是自发的传热降温，属于自然冷却，不是制冷。制冷就是从物体或流体中取出热量，并将热量排放到环境介质中去，以产生低于环境温度的过程。

制冷技术

制冷技术机械制冷中所需机器和设备的总合称为制冷机。

制冷机中使用的工作介质称为制冷剂。制冷剂在制冷机中循环流动，同时与外界发生能量交换，即不断地从被冷却对象中吸取热量，向环境排放热量。制冷剂一系列状态变化过程的综合为制冷循环。为了实现制冷循环，必须消耗能量。所消耗能量的形式可以是机械能、电能、热能、太阳能或其它可能的形式.制冷技术的研究内容有三方面：

①研究获得低温的方法和有关的机理以及与此相应的制冷循环，并对制冷循环进行热力学的分析和计算。

②研究制冷剂的性质，从而为制冷机提供性能满意的工作介质。

③研究实现制冷循环所必须的各种机械和技术设备，包括它们的工作原理、性能分析、结构设计，以及制冷装置的流程组织、系统配套设计。此外，还有热绝缘问题，制冷装置的自动化问题，等等。

一、制冷在船舶上的应用1.伙食冷库2.空气调节3.冷藏运输二、食品的冷藏条件水果、蔬菜和乳品－－－－－冷藏温度0～5℃相对湿度85～90％2.肉类－－－－－冷冻温度-23～-30℃冻结速度2～5cm/h船舶伙食冷库低温库-18～-20℃可保存6个月

-10～-12℃可保存2、3个月食品的干缩库温为-18℃每侵入冷库热量1KJ热量，食品干缩增加0.036克。3.臭氧在冷藏中的应用臭氧的杀菌和消毒原理和作用：1〕杀菌：臭氧性质极不稳定，很易分解出单原子氧，且单原子氧的性质十分活泼，有较强氧化作用，当单原子氧与霉菌等微生物接触时，使微生物的细胞膜氧化，导致微生物死亡。2〕抑制水果的呼吸：防止成熟过快。3〕除臭：对鱼类等具有除臭作用。4〕不能用于奶制品和油脂类食品：易氧化使之变质。5〕不能用于叶绿素较多的蔬菜：产生斑点，减少维生素Ｃ含量。机械制冷方法：蒸发制冷、气体膨胀制冷、半导体制冷1.蒸发制冷〔最为普遍〕蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、蒸气喷射式制冷、吸附式制冷。2.气体膨胀制冷〔用于飞机空调和气体低温液化〕3.半导体制冷〔用于潜艇、医疗器械、小型空调〕1〕蒸气压缩式制冷蒸汽压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成，用管道将它们连接成一个密封系统。制冷剂液体在蒸发器内以低温与被冷却对象发生热交换，吸收被冷却对象的热量并气化，产生的低压蒸汽被压缩机吸入，经压缩后以高压排出。压缩机排出的高压气态制冷剂进冷凝器，被常温的冷却水或空气冷却，凝结成高压液体。高压液体流经膨胀阀时节流，变成低压低温的气液两相混合物，进入蒸发器，其中的液态制冷剂在蒸发器中蒸发制冷，产生的低压蒸汽再次被压缩机吸入。如此周而复始，不断循环。蒸汽吸收式制冷系统是由发生器、冷凝器、制冷节流阀、蒸发器、吸收器、溶液节流阀、溶液热交换器和溶液泵组成。

整个系统包括两个回路：一个是制冷剂回路，一个是溶液回路。

系统中使用的工作流体是制冷剂和吸收剂，我们称它为吸收是制冷的工质对。吸收剂液体对制冷剂有很强的吸收能力。吸收剂吸收了制冷剂气体后形成溶液。溶液加热又能放出制冷剂气体。因此，我么可以用溶液回路取代压缩机的作用，构成蒸汽吸收式制冷循环。2〕吸收式制冷3〕蒸气喷射式制冷蒸气喷射式制冷是靠液体汽化来制冷的。这一点与蒸气压缩式及吸收式制冷完全相同，不同的是怎样从蒸发器中抽取蒸气，并将压力提高。蒸气喷射式制冷系统如下图。其组成部件包括：喷射器、冷凝器、蒸发器、节流阀、泵。喷射器又由喷嘴、吸入室、扩压器三个局部组成4〕吸附式制冷太阳能沸石－水吸附制冷原理吸附制冷属于液体汽化制冷。与蒸气压缩式制冷机相类比，吸附床起到压缩机的作用。

吸附制冷系统是以热能为动力的能量转换系统。其道理是：一定的固体吸附剂对某种制冷剂气体具有吸附作用。吸附能力随吸附温度的不同而不同。周期性地冷却和加热吸附剂，使之交替吸附和解析。解析时，释放出制冷剂气体，并使之凝为液体；吸附时，制冷级液体蒸发，产生制冷作用。吸附制冷的工作介质是吸附剂-制冷剂工质对，工质对有多种，按吸附的机理说，有物理吸附与化学吸附之别。吸附式制冷图示出一个利用太阳能驱动的沸石-水吸附制冷系统原理。它包括吸附床、冷凝器和蒸发器，用管道连接成一个封闭的系统。吸附床是充装了吸附剂〔沸石〕的金属盒；制冷剂液体〔水〕贮集在蒸发器中。白天，吸附床受到日照加热，沸石温度升高，产生解吸作用。从沸石中脱附出水蒸气，系统内的水蒸气压力上升，到达与环境温度对应的饱和压力时，水蒸气在冷凝器中凝结，同时放出潜热，凝水贮存在蒸发器中。夜间，吸附床冷下来，沸石温度逐渐降低，它吸附水蒸气的能力逐步提高，造成系统内气体压力降低，同时，蒸发器中的水不断蒸发出来，用以补充沸石对水蒸气的吸附。蒸发过程吸热，到达制冷的目的。吸收式制冷和蒸气压缩制冷都是利用制冷剂的气化潜热制取冷量的。以下图为两者工作原理的比较图。他们的共同点是：

高压制冷剂蒸气在冷凝器R中冷凝后，经节流元件J节流，温度和压力降低，低温、低压液体在蒸发器Z内汽化，实现制冷。吸收式制冷机和蒸气压缩是制冷机都是利用制冷剂的气化潜热制取冷量的。以下图为两者工作原理的比较图。它们的不同点是：1).提供的能量不同。

蒸发压缩式制冷机消耗机械功，吸收式制冷机消耗的是热能。2).吸取制冷剂蒸气的方式不同。

利用液体蒸发连续不断地制冷时，需不断地在蒸发器内产生蒸气。蒸气压缩式用压缩机A吸取此蒸气，吸收式制冷机用吸收剂在吸收器内吸取制冷剂蒸气。3).将低压制冷剂蒸气变为高压制冷剂蒸气时采取的方式不同。

蒸气压缩式制冷机通过原动机驱动压缩机完成，吸收式制冷机那么是通过吸收器、溶液泵、发生器和节流阀完成。marinerefrigeratingplant第二节蒸汽压缩式制冷装置的工作原理一、单级蒸汽压缩制冷循环单级蒸气压缩式制冷系统组成：

由压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成。用管道将它们连接成一个密封系统。第十一章船舶制冷装置单级蒸汽压缩制冷系统，是由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀四个根本部件组成。它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，制冷剂在系统中不断地循环流动，发生状态变化，与外界进行热量交换。其工作过程如以下图所示。Q1Q2Q3常温高压液体高温高压蒸汽低温低压蒸汽低温低压90%液体和10%蒸汽单级蒸汽压缩制冷循环制冷剂液体在蒸发器内以低温与被冷却对象发生热交换，吸收被冷却对象的热量并气化；产生的低压蒸汽被压缩机吸入，经压缩后以高压排出；压缩机排出的高压气态制冷剂进冷凝器，被常温的冷却水或空气冷却，凝结成高压液体；高压液体流经膨胀阀时节流，变成低压低温的气液两相混合物，进入蒸发器，其中的液态制冷剂在蒸发器中蒸发制冷，产生的低压蒸汽再次被压缩机吸入。如此周而复始，不断循环。压焓图：压焓图的结构如以下图2所示。以绝对压力为纵坐标〔为了缩小图的尺寸，提上下压区域的精度，通常纵坐标取对数坐标〕，以焓值为横坐标。临界点K左边的粗实线为饱和液体线，线上的任何一点代表一个饱和液体状态，干度x=0。临界点K右边的粗实线为饱和蒸气线，线上任何一点代表一个饱和蒸气状态，干度x=1。这两条粗实线将图分为三个区域：饱和液体线的左边为过冷液体区，过冷液体的温度低于相同压力下饱和液体的温度；饱和蒸气线的右边是过热蒸气区，该区域内的蒸气称为过热蒸气，它的温度高于同一压力下饱和蒸气的温度；两条线之间的区域为两相区，制冷剂在该区域内处于气、液混合状态〔湿蒸气区〕。制冷剂压焓图①⑤④③②单级蒸汽压缩制冷的理论循环

工作过程：单级蒸气压缩式制冷系统如以下图1所示。它由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成。其工作过程如下：制冷剂在蒸发压力下沸腾，蒸发温度低于被冷却物体或流体的温度。压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸气，并将它压缩到冷凝压力，然后送往冷凝器，在冷凝压力下等压冷却和冷凝成液体，制冷剂冷却和冷凝时放出的热量传给冷却介质〔通常是水或空气〕与冷凝压力相对应的冷凝温度一定要高于冷却介质的温度，冷凝后的液体通过膨胀阀或其它节流元件进入蒸发器。当制冷剂通过膨胀阀时，压力从冷凝压力降到蒸发压力，局部液体气化，剩余液体的温度降至蒸发温度，于是离开膨胀阀的制冷剂变成温度为蒸发温度的两相混合物。混合物中的液体在蒸发器中蒸发，从被冷却物体中吸取它所需要的气化潜热。混合物中的蒸气通常称为闪发蒸气，在它被压缩机重新吸入之前几乎不再起吸热作用。2.单级蒸气压缩制冷的实际循环及热力计算在整个循环过程中:压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气并造成蒸发器中低压力、冷凝器中高压力的作用，是整个系统的心脏；节流阀对制冷剂起节流降压作用并调节进入蒸发器的制冷剂流量；蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量，从而到达制取冷量的目的；冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸取的热量连同压缩机消耗的功所转化的热量的冷凝器中被冷却介质带走。根据热力学第二定律，压缩机所消耗的功〔电能〕起了补偿作用，使制冷剂不断从低温物体中吸热，并向高温物体放热，从而完整个制冷循环。各部件的作用压缩机:压缩和输送制冷蒸汽，并造成蒸发器中低压、冷凝器中高压，是整个系统的心脏。提高制冷剂蒸汽的露点。冷凝器:是输出热量的设备，将制冷剂在蒸发器中吸收的热量和压缩机消耗功所转化的热量排放给冷却介质。

节流阀:对制冷剂起节流降压作用，并调节进入蒸发器的制冷剂流量。降低制冷剂液体的沸点。

蒸发器:是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象的热量，从而到达制冷的目的。－30℃大气+30℃+40℃－16℃－30℃低温饱和气体低温过热气体蒸发器膨胀阀电磁阀视镜过滤器冷凝器过热（过冷）器节流机构是压缩式制冷循环不可缺少的四个主要过程之一。节流机构的作用有两点：一是对从冷凝器中出来的高压液体制冷剂进行节流降压为蒸发压力；二是根据系统负荷变化，调整进入蒸发器的制冷剂液体的数量。常用的节流机构有手动膨胀阀、浮球式膨胀阀、热力膨胀阀以及阻流式膨胀阀(毛细管)等。它们的根本原理都是使高压液态制冷剂受迫流过一个小过流截面，产生适宜的局部阻力损失(或沿程损失)，使制冷剂压力骤降，与此同时一局部液态制冷剂汽化，吸收潜热，使节流后的制冷剂成为低压低温状态。机构压焓图：压焓图的结构如以下图2所示。以绝对压力为纵坐标〔为了缩小图的尺寸，提上下压区域的精度，通常纵坐标取对数坐标〕，以焓值为横坐标。临界点K左边的粗实线为饱和液体线，线上的任何一点代表一个饱和液体状态，干度x=0。临界点K右边的粗实线为饱和蒸气线，线上任何一点代表一个饱和蒸气状态，干度x=1。这两条粗实线将图分为三个区域：饱和液体线的左边为过冷液体区，过冷液体的温度低于相同压力下饱和液体的温度；饱和蒸气线的右边是过热蒸气区，该区域内的蒸气称为过热蒸气，它的温度高于同一压力下饱和蒸气的温度；两条线之间的区域为两相区，制冷剂在该区域内处于气、液混合状态〔湿蒸气区〕。图中共有六种等参数线簇：

1〕等压线----水平线；

2〕等焓线----垂直线；

3〕等温线----液体区几乎为垂直线。两相区内，因制冷剂状态的变化是在等压、等温下进行，故等温线与等压线重合，是水平线。过热蒸气区为向右下方弯曲的倾斜线；

4〕等熵线----向右上方倾斜的实线；

5〕等容线----向右上方倾斜的虚线，比等熵线平坦；

6〕等干度线----只存在于湿蒸气区域内，其方向大致与饱和液体线或饱和蒸气线相近，视干度大小而定。压焓图：压焓图中各状态点及各个过程表达如下：过程线1-2表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵压缩过程，压力由蒸发压力升高到冷凝压力。因此该点可通过1点的等熵线和压力为冷凝压力的等压线的交点来确定。由于压缩过程中外界对制冷剂作功，制冷剂温度升高，因此点2表示过热蒸气状态。点2表示制冷剂出压缩机时的状态，也就是进冷凝器时的状态。点1表示制冷剂进入压缩机的状态。过程线2-2'-3表示制冷剂在冷凝器内的冷却（2-2'）和冷凝（2'-3）的过程。由于这个过程是在冷凝压力不变的情况下进行的，进入冷凝器的过热蒸气首先将部分热量放给外界冷却介质，在等压下冷却成饱和蒸气（点2'），然后再在等压、等温下继续放出热量，直至最后冷凝成饱和液体（点3）。因此，冷凝压力的等压线和x＝0的饱和液体线的交点即为点3的状态。点3表示制冷剂出冷凝器时的状态。点4表示制冷剂出节流阀时的状态，也就是进入蒸发器时的状态。过程线3-4表示制冷剂在通过节流阀时的节流过程。在这一过程中，制冷剂的压力由冷凝压力降到蒸发压力，温度由冷凝温度降到蒸发温度，并进入两相区。由于节流前后制冷剂的焓值不变，因此由点3作等焓线与蒸发压力的等压线的交点即为点4的状态。由于节流过程是一个不可逆过程，所以用一虚线表示3-4过程。各部件的作用制冷循环过程在压焓图上的表示单级蒸气压缩制冷理论循环工作过程可清楚地表示在压焓图上，如图3所示。

对于最简单的理论循环〔或称简单的饱和循环〕：离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气是处于蒸发压力下的饱和蒸气；离开冷凝器和进入膨胀阀的液体是处于冷凝压力下的饱和液体；压缩机的压缩过程为等熵压缩；制冷剂通过膨胀阀节流时，其前、后焓值相等；制冷剂在蒸发和冷凝过程中没有压力损失；在各设备的连接管道中制冷剂不发生状态变化；制冷剂的冷凝温度等于冷却介质温度，蒸发温度等于被冷却介质的温度。显然，上述条件与实际循环是存在着偏差的，但由于理论循环可使问题得到简化，便于对它们进行分析研究，而且理论循环的各个过程均是实际循环的根底，它可作为实际循环的比较标准，因此仍有必要对它加以详细的分析与讨论。过程线4-1表示制冷剂在蒸发器中的气化过程。由于这一过程是在等温、等压下进行的，液体制冷剂吸取被冷却介质的热量〔即制冷〕而不断气化，制冷剂的状态沿蒸发压力的等压线向干度增大的方向变化，直到全部变为饱和蒸气为止。这样，制冷剂的状态又重新回到进入压缩机前的状态点1，从而完成一个完整的理论制冷循环。ＱＰ单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算在进行制冷循环的热力计算之前,需要了解系统中各设备内功和热量的变化情况,然后再对循环的性能指标进行分析和计算。根据热力学第一定律，如果忽略位能和动能的变化，稳定流动的能量方程可表示为

(1)式中：Q和P是单位时间内加给系统的热量和功;

qm是流进或流出该系统的稳定质量流量；

h是比焓;下标1和2分别表示流体流进系统和离开系统的状态点。当热量和功朝向系统时,Q和P取正值.

(1)节流阀

制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功,P=0,故方程式(1)变为

因此，可认为节流前后其值不变.节流阀出口处〔点4〕为两相混合物，它的焓值也可由下式表示：

式中hf0和hg0分别为蒸发压力p0下饱和液体和饱和蒸汽的焓值；x4为制冷剂出节流阀时的干度。将上式移项并整理得:ＱＰＱＰ点4比容为

式中Vf0和Vg0分别为蒸发温度t0下饱和液体和饱和蒸汽的比容。

〔2〕压缩机

如果忽略压缩机与外界环境所交换的热量，则由式（1）得

（5）式中（h2-h1)表示压缩机每压缩并输送1kg的制冷剂所消耗的功，称为理论比功。

ＱＰ〔3〕蒸发器

被冷却物质通过蒸发器向制冷剂传送Q0,因为蒸发器不作功，故方程式〔1〕变为

〔6〕由上式可以看出制冷量与两个因数有关：制冷剂的质量流量qm和制冷剂进出口蒸发器的焓差(h1-h4)。(h1-h4)称为单位质量制冷量，它表示1kg制冷剂在蒸发器内从被冷却物质中吸取的热量，用q0表示。ＱＰ质量流量与容积qv有如下关系：

（7）用压缩机进口出V1代入上式得：