制冷原理及基础知识

制冷原理及基础知识培训教室2018.08.06从低于环境温度的空间或物体中吸收热量并将其转移给周围环境的过程，称为制冷。制冷原理与设备是为了适应人们希望能人工改变局部环境温度的需要而产生和发展的。人们生活中常说的“热”或“冷”是人体对温度高低感觉的反应，制冷中所说的冷与热，是指用人工的方法在一定的时间或一定的空间内对某种物体或对象进行冷却或加热，使其温度升或降到环境温度以下或以上。这是相对于环境温度而言的，如在炎热的夏季，气温高达35℃，要使人感到舒适，需要通过人工制冷进行空气调节，使室温保持在25℃左右；为了冷冻储存食品，电冰箱需保持在-18℃等。如一杯开水放置冷却到凉白开，是一个自发的传热过程，属于自然冷却，不是制冷。自然界的客观规律是热量传递总是从高温物体传向低温物体，直至两者温度相等。37℃水25℃水室温25℃室温25℃一段时间之后热量从杯中传向室温水温与室温相同制冷是为了适应人们希望能人工改变局部环境温度的需要而产生和发展的。日常中的常说的冷热是人体对温度的高低感觉的反应，因此冷热是一个相对的概念，制冷中所说的热是相对于环境温度而言的。所谓的制冷，就是把某一物体或空间（包括空间内部的物体）的温度，降到低于环境介质温度，并保持这一低温状态的过程。为了达到这一目的，就应采用人工的方法不断地将该物体或空间的热量及由外界传入的热量，转移到外界的环境中去。虽然热量不可能自发的从低温物体传向高温物体，但消耗功可以使热量从低温传递到高温，就像借助水泵对水做功，就能使水从低处流向高处。人工制冷就是使热量从低温传到高温的技术。人工制冷是用人工的方法，通过一定的设备在一定的时间内和一定的空间内将物质冷却至环境温度以下，并保持这个低温。1、蒸汽压缩式制冷2、蒸汽吸收式制冷3、蒸汽喷射式制冷4、吸附式制冷5、空气膨胀制冷6、热电制冷（温差电制冷）7、涡流管制冷古代地窖作冷贮室、水蒸发降温等1755年德国库仑利用乙醚蒸发使水结冰。布莱克导出潜热概念，发明了冰量热器，标志着现代制冷技术的开始。1834年美国波尔金斯造出第一台以乙醚为工质的压缩式制冷机，成为后来蒸气压缩式制冷机的雏形。1844年美国高里用封闭循环的空气制冷机建立了一座空调站，标志着空气制冷机开始应用。1875年美国林德采用氨作制冷剂，从此蒸气压缩式制冷机在制冷领域中开始了它的统治地位。1859年凯利发明氨水吸收式制冷系统。1910年莱兰克在巴黎发明蒸气喷射式制冷系统。1930年起发现氟利昂制冷剂；全封闭压缩机研制成功；混合制冷剂应用等。在当今社会，随着制冷工业的发展，制冷的应用也日益广泛，现以渗透到了人吗的生活，生产，科学研究等个个领域。从日常的衣食住行到顶尖的科学技术都离不开制冷，制冷工业的水平是一个国家现代化的标志。（1）.空调工程（2）.食品工业（3）.机械及冶金工业（4）.医疗卫生事业（5）.国防工业和现代科学（6）.石油化工、有机合成（7）.轻工业、精密仪表、电子工业（8）.农业、水产业（9）.建筑及水利（10）.日常生活（3）气态物质处于气态时，分子间相互吸引力小而不能相互约束，各分子不停地进行着毫无规则的运动。气体没有固定的体积和形状，能自发地充满任何空间。它可无限膨胀，也可大幅度压缩。液态气态固态汽化液化1.物质的三种状态自然界中的一切都是有分子和原子组成的。分子中存在着热运动，是分子具有动能，分子间存在着作用力使分子具有势能。在不同的条件下物质可以呈现出三种不同的状态，即固态、液态、和气态。（1）固态物质处于固态时，分子在自己的平衡位置做振幅很小的振动，其分子间的距离最小，相互间的吸引力最大，它具有一定的体积和形状。（2）液态物质处于液态时，分子在其平衡位置做振幅较大的振动，其分子间的距离较大，相互间的吸引力较小，且能够相互移动。它具有一定的体积，但形状随容器而改变。液体可以流动，基本上不可压缩。两种不同温度的物质由于温差的存在，热量就会发生转移和交换，在自然界和生产过程中温度差是普遍存在的，因此，传热就成了自然界的普遍现象。在空调及冷冻系统中，同样存在着传热问题，如冷凝器、蒸发器、中间冷却器、空气加热器等热交换设备。这些设备在运行中都在进行着复杂的热交换，热量互相传递和转移着，此外系统的冷热管道，以及空调房间的外围建筑都随季节不同而进行着传热。从热力学定律可知热量会从高温物体向低温物体传递热量。1.传热方式热量的传递往往分三种形式进行，即传导、对流、辐射。这三种传热方式往往是交错发生，以一种方式伴随着另一种方式进行。(1).传导传导也称导热，是由两种温度不同的物体之间直接接触所引起的热量交换。(2).对流对流是指流动的物体中，借助于部分质点流动而转移的热量，热的对流往往与热传导相伴随。在空调及冷冻技术中所遇到的传热问题，通常是以导热和对流为主进行的传热。（3）.辐射辐射是物体热能转变为辐射线，同时向四周空间传播。凡具有高温的物体，均具有这种性能。第一定律：在任何发生，能量转换的热力过程中转换前后能量的总量维持恒定。第二定律：在自然条件下，热量只能从高温物体传向低温物体，而不能由低温传向高温，一切热现象有关的宏观都是可逆的，要使热传递方式倒转只能靠消耗能量或做功来实现。第三定律：绝对零度（0K＝－237.15℃）不可达到，只能无限接近。2.热力学定律（重要性）给出了温度的定义和温度的测量方法。2.物质的热能、热量、焓、熵、显热、潜热1.温度与温标3.制冷量4.蒸发与沸腾温度是表示冷热物体冷热程度的量度。温度反映了物体内部分子运动的平均动能，是物体状态的基本参数之一。物体的温度是用温度计来测量的，为了表示温度的高低，就规定了衡量温度高低的尺度，称为温标。摄氏温标t，又叫国标百度温标，单位℃。它指在标准大气压下，把纯水的冰点设为0℃,沸点设为100℃，在两定点间分为100等份，每一等份即称为摄氏一度。华氏温标F,单位°F。它指在标准大气压下，把纯水的冰点设为32°F,沸点设为212°F，在两定点间分为180等份，每一等份即称为华氏一度。热力学温标T,单位K。是国际制温标，它规定以纯水的三相点作为基点（固液气），为便于记忆将纯水在标准大气压下的冰点设为273K,沸点设为373K，在两定点间分为100等份，每一等份即称为开氏一度。三种温标示意图1-水的沸点2-水的冰点三种温标的换算:F=(1.8t+32）°Ft=(F-32)/1.8℃T=(273+t)k(2).热量热量是物质热能转移的度量，它表示物质分子吸收或放出多少热的物理量。(1).热能热能是物质能量的一种表现形式，它表示物质分子运动的剧烈程度，是物质分子的动能。(3).焓：焓是热力学系统的一个特性，其计算公式为：系统内部能量加上系统内气体压力与容积的乘积。物理意义：单位质量所增加或移走的热量就是物质的焓的变化量。它的符号为“∆h”。即h=E+pV（h=焓E=内部能量p=压力V=容积）焓的单位千焦/千克-kJ/kg英国热量单位/磅-BTU/lb(6).潜热：物质吸收或放出热量后，状态改变而温度不发生变化，这一过程中所发生的热量转移称为潜热。(4).熵：在不做功的情况下向物质转移能量，就能增强物质的混乱程度。这叫做物质的熵。混乱程度越高，熵就越大。在不施加功的情况下，这种混乱状态是不可逆的（即无法回到原来的次序）。∆S=Q/T（Q=吸收的热量T=温度）熵的单位千焦/千克·开氏度-kJ/kg.K英国热量单位/磅。兰氏温标。-BTU/lb.R(5)显热：物质吸收或放出热量，使物体的温度升高或降低，而不引起状态的变化，这个过程中的物质所吸收或放出的热量称为显热。2300W以下小1P2400W~2500W正1P2600W~2800W大1P3200W小1.5P3500W~3600W正1.5P4500W~4600W小2P4800W~5000W正2P5100W~5200W大2P6000W~6100W2.5P7000W~7100W正3P12000W正5P蒸发：液体表面产生的汽化现象称为蒸发。沸腾：液体在某一下压力下达到该压力所对应的饱和温度时吸热而在其表面和内部都产生剧烈的汽化现象。1、无机化合物如：水、氨、二氧化碳、二氧化硫2、氟利昂：饱和碳氢化合物的氟、氯、溴的衍生物的总称。如：R12、R22、R134a、R152a3、碳氢化合物如:R600、R600a、R1704、混合制冷剂混合制冷剂是由两种或两种以上的氟利昂组成的混合物。（1）共沸制冷剂如：R500（R12/R152a）、R502（R22/R115）（2）非共沸制冷剂如：R404A（R125/R143a/134a）、R407C(R32/R125/R134a)2、R134a（1）R134a沸点为－26.5℃。主要热力性质与R12相似，是比较理想的一种R12替代制冷剂。（2）R134a对金属的腐蚀作用比较小、稳定性好、不溶于水。（3）R134a对臭氧层无破坏作用，温室效应比R22小，属HFC类制冷剂，按当前的国际协议可长期使用。1、R22（1）R22的沸点为－40.8℃，微溶于水。（2）水在R22中的溶解度很小，而且随着温度的降低，水的溶解度越小。（3）R22能部分与矿物油互相溶解，其溶解度与润滑油的种类和温度有关。（4）R22不燃烧、不爆炸、毒性很小。（5）R22对臭氧层仍有破替代物。3、R718R718是水，同样的水也是最理想的制冷剂，水作为制冷剂应用于蒸汽喷射式制冷机和溴化锂吸收式制冷机中。4、R410A(1).R410A制冷剂是一种双组份的非共沸制冷剂，它由R32与R125(各50%混合而成）。(2).制冷量大，有较好的传递性。提到制冷不得不说的就是制冷系统中的四大部件了：压缩机、冷凝器、节流机构、蒸发器。每个部件都非常的神奇也非常的有意思，它们有着各自的功能，有着各自的神奇之处，下面我将为大家详细介绍它们。空调压缩机是在空调制冷剂回路中起压缩驱动制冷剂的作用。空调压缩机的工作回路中分蒸发区(低压区)和冷凝区(高压区)。空调的室内机和室外机分别属于高压或低压区(要看工作状态而定)。空调压缩机一般装在室外机中。压缩机是制冷系统的心脏，无论是空调、冷库、化工制冷工艺等等工况都要有压缩机这个重要的环节来做保障。作用：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。压缩机的分类容积型速度型（离心式）活塞式回转式滚动转子式涡旋式滑片式螺杆式单螺杆双螺杆空调冷凝器用于制冷空调系统，管内制冷液直接与管外空气强制进行热交换，以达到制冷空气的效果。冷凝器即室外热交换器在制冷时为系统的高压设备（冷暖热泵型在制热状态时为低压设备）装在压缩机排气口和节流装置（毛细管或电子膨胀阀）之间，由空调压缩机中排出的高温高压气体，进入冷凝器，通过铜管和铝箔片散热冷却，空调器中都装有轴流式冷却风扇，采用的是风冷式，使制冷剂在冷却凝结过程中，压力不变，温度降低。由气体转化为液体。作用：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。冷凝器水冷式风冷式卧式壳管式立式壳管式自然对流（冰箱）强迫对流（空调）节流的工作原理是制冷工质流过阀门时流动截面突然收缩,流体流速加快,压力下降,压力下降的大小取决于流动截面收缩的比例.节流机构的作用：1)、节流降压.当常温高压的制冷剂饱和液体流过节流阀,变成低温低压的制冷剂液体并产生少许闪发气体.进而实现向外界吸热的目的.2)、调节流量：节流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,使其流量与蒸发器的热负荷相匹配.当蒸发器热负荷增加时阀开度也增大,制冷剂流量随之增加,反之,制冷剂流量减少.3)、控制过热度：节流机构具有控制蒸发器出口制冷剂过热度的功能,既保持蒸发器传热面积的充分利用,又防止吸气带液损坏压缩机的事故发生.4)、控制蒸发液位：带液位控制的节流机构具有控制蒸发器液位的功能,既保持蒸发器传热面积的充分利用,又防止吸气带液降低吸气过热度.蒸发器是制冷四大件中很重要的一个部件，低温的冷凝“液”体通过蒸发器，与外界的空气进行热交换，“气”化吸热，达到制