制冷原理与设备

制冷原理与设备目录1、制冷概念2、常用制冷原理与设备制冷的概念制冷：即致冷，又称冷冻，将物体温度降低到或维持在自然环境温度温度以下。实现制冷的途径有两种，一是天然冷却，一是人工制冷。天然冷却利用天然冰或深井水冷却物体，但其制冷量（即从被冷却物体取走的热量）和可能达到的制冷温度往往不能满足生产需要。天然冷却是一传热过程。人工制冷是利用制冷设备加入能量，使热量从低温物体向高温物体转移的一种属于热力学过程的单元操作。人工制冷人工制冷概述是通过制冷工质（也称制冷剂、雪种）将热量从低温物体（如冷库等）移向高温物体（如大气环境）的循环过程，从而将物体冷却到低于环境温度，并维持此低温，这一过程是利用制冷装置来实现的。由热力学第二定律可知，热量从低温物体移向高温物体不可能自动、无补偿地进行，因此必须提供机械能（或热能等），以确保包括低温冷源、高温热源、功源（或向循环供能的源）在内的孤立系统的熵不减小制冷系数：制冷循环的重要参数是制冷系数，工程上也称之为制冷装置的工作性能系数，用符号COP表示。在一定的环境温度下，冷库温度越低，制冷系数就越小。（因此为取得良好的经济效益，没有必要把冷库的温度定得超乎寻常的低。这也是一切实际制冷循环遵循的原则。）人工制冷的分类制冷循环包括压缩式制冷循环、吸收式制冷循环、吸附式制冷循环、蒸气喷射制冷循环及半导体制冷等。压缩式制冷循环又可分为压缩气体制冷循环和压缩蒸气制冷循环。目前世界上运行的制冷装置绝大部分是压缩气体制冷循环。以往，制冷循环应用的制冷剂多半为商品名为氟利昂的氯氟烃物质CFC、含氢氯氟烃HCFC和氨等。但由于日益严重的环境问题，CFC、HCFC正逐渐被对环境友善的新型制冷剂替代。R-134a（1，1，1，2-四氟乙烷）是一种不含氯原子，对臭氧层不起破坏作用，具有良好的安全性能（不易燃、不爆炸、无毒、无刺激性、无腐蚀性）的制冷剂，其制冷量与效率与R-12（二氯二氟甲烷，氟利昂）非常接近，所以被视为优秀的长期替代制冷剂。R-134a是目前国际公认的R-12最佳的环保替代品。完全不破坏臭氧层，是当前世界绝大多数国家认可并推荐使用的环保制冷剂，也是目前主流的环保制冷剂，广泛用于新制冷空调设备上的初装和维修过程中的再添加。R134a的毒性非常低，在空气中不可燃，安全类别为A1，是很安全的制冷剂。目录1、蒸汽压缩式制冷原理与设备2、吸收式制冷原理与设备1、蒸汽压缩式制冷原理与设备●制冷工质（制冷剂、冷媒、雪种）；常用有：氨（R717）、氟里昂等；氟里昂：R11：一氟三氯甲烷R22：二氟一氯甲烷R23：三氟甲烷R134a：四氟乙烷；R123：三氟二氯乙烷；●载冷剂传递冷量的物质，空调一般是用水做载冷剂。●制冷量单位——千瓦（Kw）、大卡（Kcal）、冷吨（Rt）；1千瓦（Kw）=860大卡（Kcal）；1冷吨（Rt）=3.517Kw=3024Kcal;100Rt=351.7Kw=30万Kcal●冷凝温度气体液化时的温度（在一定压力下）同一物质冷凝温度是随压力变化而变化。蒸汽压缩式制冷原理与设备蒸汽压缩式制冷原理与设备系统组成：压缩机，节流阀，蒸发器和冷凝器等主要设备及辅助设备（过滤器，油分离器，储液器）。压缩机蒸发器冷凝器膨胀阀1234被冷却介质冷却介质蒸气压缩式制冷的基本系统图压缩机蒸发器冷凝器膨胀阀1234被冷却介质冷却介质蒸气压缩式制冷的基本系统图蒸汽压缩式制冷原理与设备压缩机蒸发器冷凝器膨胀阀1234被冷却介质冷却介质蒸气压缩式制冷的基本系统图压缩机蒸发器冷凝器膨胀阀1234被冷却介质冷却介质蒸气压缩式制冷的基本系统图各主要部件作用：●压缩机：压缩制冷剂，向制冷剂压缩做功，为整个制冷循环提供动力。●冷凝器：冷凝器是一个热交换设备，作用是利用环境冷却介质(空气或水)，将来自压缩机的高温高压制冷蒸气的热量带走，降低制冷剂温度至环境温度。●膨胀阀：节流原件---将高压常温的制冷剂液体通过膨胀阀降压，得到低温低压制冷剂。●蒸发器：蒸发器也是一个热交换设备。节流后的低温低压制冷剂液体在其内蒸发变为蒸气，吸收被冷却物质的热量，使物质温度下降，达到冷冻、冷藏食品的目的。蒸汽压缩式制冷原理与设备什么是焓？焓的表达式：H=U+PV物理意义：工质所处状态具有的总能量。根据它的表达式，可以知道是焓是一个状态参数。在热力设备中，工质总是不断地从一个地方流到另一个地方，随着工质不断地流动，所转移的能量就是焓。这就是为什么引入焓这个概念的原因，因为每次计算的时候总是要写U+PV。所以后来干脆就把U+PV定义为焓。简而言之，引入焓就是为了方便分析，简化计算蒸汽压缩式制冷原理与设备什么是熵？熵，热力学中表征物质状态的参量之一，用符号S表示，其物理意义是体系混乱程度的度量。熵越大说明物质内部越混乱。蒸汽压缩式制冷原理与设备压-焓图温-熵图制冷剂的状态图hp0chTpxsv压力-比焓图hp0chTpxsv压力-比焓图sT0chTpxsv温度-比熵图sT0chTpxsv温度-比熵图压-焓图：1点，2线，3区，5态，6等参数线簇。2线3区5态1点临界点(criticalpoint)下临界线:不同压力下饱和液体状态上临界线：不同压力下干饱和蒸汽状态液相区(liquidregion)汽液两相区(liquid-vaporregion)汽相区(vaporregion)未饱和液体，饱和液体，湿饱和蒸汽，干饱和蒸汽，过热蒸汽。蒸汽压缩式制冷原理与设备6等参数线簇(压-焓图）等压线---水平线；等焓线---垂直线；等温线---液相区：几乎为垂直线，两相区：水平线，气相区：向下方弯曲的倾斜线；等熵线---向右上方倾斜的实线；等容线---向右上方倾斜的虚线，比等熵线平坦；等干度线---只存在于湿蒸气区。hp0chTpxsv压力-比焓图hp0chTpxsv压力-比焓图sT0chTpxsv温度-比熵图sT0chTpxsv温度-比熵图蒸汽压缩式制冷原理与设备压焓图的结构如下图所示。以绝对压力为纵坐标（为了缩小图的尺寸，提高低压区域的精度，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：1.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；2.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；3.两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）。蒸汽压缩式制冷原理与设备过程线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。蒸汽压缩式制冷原理与设备过程线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。蒸汽压缩式制冷原理与设备过程线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蒸汽压缩式制冷原理与设备2.理论循环在坐标图上的描述工作过程（1）1-2压缩机中干饱和蒸汽等熵压缩过程；（2）2-3冷凝器中过热蒸汽等压冷却及冷凝过程；（3）3-4节流阀中饱和液体绝热节流过程；（4）4-1蒸发器中湿蒸汽等温等压汽化过程。压缩机蒸发器冷凝器膨胀阀1234被冷却介质冷却介质蒸气压缩式制冷的基本系统图压缩机蒸发器冷凝器膨胀阀1234被冷却介质冷却介质蒸气压缩式制冷的基本系统图蒸汽压缩式制冷原理与设备（2）2点：压缩机压缩后的排气状态，对应于冷凝压力下的过热蒸汽。各点对应状态压缩机蒸发器冷凝器膨胀阀1234被冷却介质冷却介质蒸气压缩式制冷的基本系统图压缩机蒸发器冷凝器膨胀阀1234被冷却介质冷却介质蒸气压缩式制冷的基本系统图（1）1点：制冷剂进入压缩机的状态，对应于蒸发温度To下的饱和蒸汽。（3）3点：制冷剂在冷凝器出口处的状态，是与冷凝温度TK对应的饱和液体。（4）4点：节流后流出节流阀，进入蒸发器的状态，为湿饱和蒸汽状态。蒸汽压缩式制冷原理与设备（1）蒸发过程和单位制冷量制冷量：制冷剂通过蒸发器时从低温热源吸收的热量。单位质量制冷量：1kg制冷剂在蒸发器中从低温热源吸收的热量。kwhhqhhqmm)()(31410式中：qm—制冷剂的质量流量。说明制冷量制冷剂的质量流量制冷剂进出蒸发器的焓差与压缩机的尺寸和转速有关与制冷剂的种类和工作条件有关hp01234pk,TKpo,To2’理论循环p-h图hp01234pk,TKpo,To2’理论循环p-h图kgkJhhhhq/31410单位容积制冷量：压缩机每吸入1m3制冷剂蒸气（按压缩机吸气状态）所制取的冷量。314110/mkJvhhvqqvz制冷剂的质量流量：skgvqqvhm/1式中：v1—压缩机入口处状态点1的比体积。式中：qvh—压缩机的理论输气量，m3/s。hp01234pk,TKpo,To2’理论循环p-h图hp01234pk,TKpo,To2’理论循环p-h图（2）压缩过程和比功理论比功：压缩机每压缩和输送1kg制冷剂所消耗的压缩功。hp01234pk,TKpo,To2’理论循环p-h图hp01234pk,TKpo,To2’理论循环p-h图压缩机功率：kwhhqPm)(120kgkJhhw/120容积比功：压缩机每压缩和输送1m3制冷剂（按压缩机吸气状态）所消耗的压缩功。31121/mkJvhhvwwv与制冷剂的种类和工作条件有关压缩机的压力比：循环中压缩机的排气压力与吸气压力之比。012ppppk压缩机的排气温度T2：制冷剂气体压缩终了的温度。hp01234pk,TKpo,To2’理论循环p-h图hp01234pk,TKpo,To2’理论循环p-h图（3）冷凝过程和冷凝器的热负荷冷凝器单位热负荷：1kg制冷剂蒸汽在冷凝器中放出的热量。kgkJhhqk/32（4）节流过程34hhhp01234pk,TKpo,To2’理论循环p-h图hp01234pk,TKpo,To2’理论循环p-h图节流过程特点节流前后焓值不变；但节流过程非等焓过程。节流过程是不可逆过程。。节流时绝热膨胀，对外不作功。。整个循环比功与压缩机的理论比功相等。12410hhhhwq（5）制冷系数：hp01234pk,TKpo,To2’理论循环p-h图hp01234pk,TKpo,To2’理论循环p-h图总结运用某种制冷剂时：蒸发压力po，冷凝压力pk反映系统的压力水平；压力比，压力差和排气温度反映压缩机的工作条件；单位制冷量，单位容积制冷量反映制冷能力，COP反映制冷循环的经济性。hp01234pk,TKpo,To2’理论循环p-h图hp01234pk,TK