1、制冷循環(huán)系統(tǒng)的基本知識與簡單原理一、概念1、定義；制冷是指用人工的方法在一定時間和一定空間內(nèi)將某物體或流體冷卻，使其溫度降到環(huán)境溫度以下，并保持這個低溫。 2、制冷機(jī)：機(jī)械制冷中所需機(jī)器和設(shè)備的總稱為制冷機(jī)。3、制冷劑：制冷機(jī)中使用的工作介質(zhì)稱為制冷劑。制冷劑在制冷機(jī)中循環(huán)流動，同時與外界發(fā)生能量交換，即不斷地從被冷卻對象中吸取熱量，向環(huán)境排放熱量。制冷劑一系列狀態(tài)變化過程的綜合為制冷循環(huán)。4、制冷的方法：制冷的方法很多，可分為物理方法和化學(xué)方法。但絕大多數(shù)為物理方法。目前人工制冷的方法主要有相變制冷、氣體絕熱膨脹制冷、半導(dǎo)體制冷和磁制冷等。4.1.相變制冷：即利用物質(zhì)相變的吸熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)制冷。

2、如冰融化時要吸取80 kcal/kg的熔解熱；干冰在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下升華要吸取137kcal/kg的熱量，其升華溫度為78.9。4.2.氣體絕熱膨脹制冷：利用氣體通過節(jié)流閥或膨脹機(jī)絕熱膨脹時，對外輸出膨脹功，同時溫度降低，達(dá)到制冷目的。4.3.半導(dǎo)體制冷:兩種不同金屬組成的閉合電路中接上一個直流電源時，則一個接合點(diǎn)變冷，另一個接合點(diǎn)變熱。但純金屬的珀爾帖效應(yīng)很弱，且熱量通過導(dǎo)線對冷熱端有相互干擾，而用兩種半導(dǎo)體（型和型）組成的直流閉合電路，則有明顯的珀爾帖效應(yīng)且冷熱端無相互干擾。因此，半導(dǎo)體制冷就是利用半導(dǎo)體的溫差電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)制冷。（兩種不同的金屬構(gòu)成閉合回路，當(dāng)回路中存在直流電流時，兩個接頭之間將

3、產(chǎn)生溫差。利用物理現(xiàn)象制冷的方法還有很多，我們不一一介紹。目前生產(chǎn)實(shí)際中廣泛應(yīng)用的制冷方法是：利用液體的氣化實(shí)現(xiàn)制冷，這種制冷常稱為蒸氣制冷。它的類型有：蒸汽壓縮式制冷（消耗機(jī)械能）、吸收式制冷（消耗熱能）、蒸汽噴射式制冷（消耗熱能）和吸附式制冷等幾種。 二、制冷循環(huán)原理v 一般制冷機(jī)的制冷原理，液體制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻的物體熱量之后汽化成低溫低壓的蒸汽被壓縮機(jī)吸入壓縮成高壓高溫的蒸汽后排入冷凝器在冷凝器中向冷卻介質(zhì)(水或空氣)放熱冷凝為低溫高壓液體經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流再次進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱汽化變成低溫低壓的氣態(tài)（濕蒸汽）吸入壓縮機(jī)達(dá)到循環(huán)制冷的目的。這樣，制冷劑在系統(tǒng)中經(jīng)過蒸發(fā)、壓縮、冷凝、節(jié)流四

4、個基本過程完成一個制冷循環(huán) 三、構(gòu)成制冷系統(tǒng)的四大要素v 1、壓縮機(jī)：1.1活塞式制冷壓縮機(jī)：活塞式壓縮機(jī)具有高速、多缸、能量可調(diào)、熱效率高、適于多種制冷劑等優(yōu)點(diǎn)；其缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，需檢修周期長，對濕行程敏感。1.2螺桿式壓縮機(jī)，沒有活塞式壓縮機(jī)所需的氣缸，活塞、活塞環(huán)、汽缸套等易損部件，機(jī)器結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，少量液體進(jìn)入機(jī)內(nèi)時無液擊危險?？衫没铋y進(jìn)行10%100%的無級能量調(diào)節(jié)，適用范圍廣，運(yùn)行平穩(wěn)可靠。但是，螺桿式制冷壓縮機(jī)的加工和裝配精度較高，有較大的噪音，一般情況下，需裝置消音和隔音設(shè)備，在制冷壓縮時，需要噴加潤滑油，因而需要油泵、油冷卻器和油回收器等輔助設(shè)備。1.2.1

5、雙螺桿制冷壓縮機(jī)，雙螺桿制冷壓縮機(jī)是一種能量可調(diào)式噴油壓縮機(jī)。它的吸氣、壓縮、排氣三個連續(xù)過程是靠機(jī)體內(nèi)的一對相互嚙合的陰陽轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生周期性的容積變化來實(shí)現(xiàn)。一般陽轉(zhuǎn)子為主動轉(zhuǎn)子，陰轉(zhuǎn)子為從動轉(zhuǎn)子。v 1.2.2單螺桿制冷壓縮機(jī)，利用一個主動轉(zhuǎn)子和兩個星輪的嚙合產(chǎn)生壓縮。它的吸氣、壓縮、排氣三個連續(xù)過程是靠轉(zhuǎn)子、星輪旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生周期性的容積變化來實(shí)現(xiàn)的。轉(zhuǎn)子齒數(shù)為六，星輪為十一齒。容量可以從10%-100%無級調(diào)節(jié)。由于星輪對稱布置，循環(huán)在每旋轉(zhuǎn)一周時便發(fā)生兩次壓縮，排氣量相應(yīng)是上述一周循環(huán)排氣量的兩倍。 v 2、蒸發(fā)器v 2.1臥式蒸發(fā)器，按供液方式可分為：殼管式蒸發(fā)器和干式蒸發(fā)器兩種。臥

6、式殼管式蒸發(fā)器廣泛使用于閉式鹽水循環(huán)系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊，液體與傳熱表面接觸好，傳熱系數(shù)高。但是它需要充入大量制冷劑，液柱對蒸發(fā)溫度將會有一定的影響。且當(dāng)鹽水濃度降低或鹽水泵因故停機(jī)時，鹽水在管內(nèi)有被凍結(jié)的可能。若制冷劑為氟利昂，則氟利昂內(nèi)溶解的潤滑油很難返回壓縮機(jī)。v 干式氟利昂蒸發(fā)器 主要區(qū)別在于：制冷劑在管內(nèi)流動，而載冷劑在管外流動。節(jié)流后的氟利昂液體從一側(cè)端蓋的下部進(jìn)入蒸發(fā)器，經(jīng)過幾個流程后從端蓋的上部引出，制冷劑在管內(nèi)隨著流動而不斷蒸發(fā)，所以壁面有一部分為蒸氣所占有，因此，它的傳熱效果不如滿液式。但是它無液柱對蒸發(fā)溫度的影響，且由于氟利昂流速較高(4m/s)，則回油較好。此外

7、，由于管外充入的是大量的載冷劑，從而減緩了凍結(jié)的危險。這種蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑的充注量只需滿液式的1/2l/3或更少，故稱之為干式蒸發(fā)器v 2.2立管式蒸發(fā)器，立管式蒸發(fā)器特點(diǎn)是制冷劑在管內(nèi)蒸發(fā)，整個蒸發(fā)器管組沉浸在盛滿載冷劑的箱體內(nèi)(或池、槽內(nèi))，為了保證載冷劑在箱內(nèi)以一定速度循環(huán)，箱內(nèi)焊有縱向隔板和裝有螺旋攪拌器。載冷劑流速一般為0.30.7m/s，以增強(qiáng)傳熱。這兩種蒸發(fā)器只能用于開式循環(huán)系統(tǒng)，故載冷劑必須是非揮發(fā)性物質(zhì)，常用的是鹽水和水等。如用鹽水，蒸發(fā)器管子易被氧化，且鹽水易吸潮而使?jié)舛冉档?。這兩種蒸發(fā)器可以直接觀察載冷劑的流動情況，廣泛用于以氨為制冷劑的鹽水制冷系統(tǒng)。v 2.3冷卻排管：冷

8、卻排管是用來冷卻空氣的的一種蒸發(fā)器，廣泛應(yīng)用于低溫冷庫中，制冷劑在冷卻排管內(nèi)流動并蒸發(fā)，管外作為傳熱介質(zhì)的被冷卻空氣作自然對流。冷卻排管最大的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，便于制作。但排管的傳熱系數(shù)較低，且融霜時操作困難，不利于實(shí)現(xiàn)自動化v 3.冷卻器v 冷凝器的作用是將通過壓縮機(jī)而形成的高溫高壓氣體狀制冷劑冷卻后變成液體制冷劑。所有的冷凝器都是把氣體或蒸氣的熱量帶走。為提高冷凝器的效率經(jīng)常在管道上附加散熱片以加速散熱。散熱片是用良導(dǎo)熱金屬制成的平板。這類冷凝器一般還要用風(fēng)機(jī)迫使空氣經(jīng)過散熱片并把熱帶走。根據(jù)冷卻介質(zhì)種類的不同，冷凝器可歸納為四大類,其作用如下： v 水冷卻式：這類冷凝器中，制冷劑放出的熱量

9、被冷卻水帶走。冷卻水可以是一次性使用，也可以循環(huán)使用。水冷卻式冷凝器按其不同的結(jié)構(gòu)型式又可分為立式殼管式、臥式殼管式和套管式等多種。v 空氣冷卻式（又叫風(fēng)冷式）：這類冷凝器中，制冷劑放出的熱量被空氣帶走。空氣可以是自然對流，也可以利用風(fēng)機(jī)作強(qiáng)制流動。這類冷凝器系用于氟利昂制冷裝置在供水不便或困難的場所。 v 水空氣冷卻式：這類冷凝器，制冷劑同時受到水和空氣的冷卻，但主要是依靠冷卻水在傳熱管表面上的蒸發(fā)，從制冷劑一側(cè)吸取大量的熱量作為水的汽化潛熱，空氣的作用主要是為加快水的蒸發(fā)而帶走水蒸氣。v 蒸發(fā)冷凝式：這類冷凝器是依靠另一個制冷系統(tǒng)中制冷劑的蒸發(fā)所產(chǎn)生的冷效應(yīng)去冷卻傳熱間壁另一側(cè)的制冷劑蒸汽

10、，促使后者凝結(jié)液化。如復(fù)疊式制冷機(jī)中的蒸發(fā)冷凝器即是。v 4、節(jié)流閥：防止機(jī)組在初始啟動時，蒸發(fā)側(cè)的制冷劑壓力和流量過大，引起壓縮機(jī)過載，一般熱力膨脹閥均設(shè)有MOP功能（即蒸發(fā)壓力只有在低于設(shè)定值時，膨脹閥才打開。）但其功能與電子膨脹閥相比，仍顯得較為單調(diào)。電子膨脹閥在結(jié)構(gòu)上可視作為節(jié)流機(jī)構(gòu)與電磁閥的有機(jī)結(jié)合，且通過控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此，在機(jī)組啟動、負(fù)載變化、除霜、停機(jī)以及故障保護(hù)等情況下體現(xiàn)出其控制功能上的多樣性和優(yōu)越性。例如:電子膨脹閥對制冷劑流量的調(diào)節(jié)除了可以控制蒸發(fā)器外，還可以用來調(diào)節(jié)冷凝器。當(dāng)蒸發(fā)工況允許的情況下，若冷凝壓力過高，可以適當(dāng)關(guān)閉膨脹閥，減少系統(tǒng)中制冷劑的流量，降低冷凝器

11、負(fù)荷，從而降低冷凝壓力，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的高效和可靠運(yùn)行v 節(jié)流降壓：調(diào)節(jié)流過蒸發(fā)器的制冷劑流量、控制蒸發(fā)器出口過熱度。過熱度=回氣溫度-蒸發(fā)溫度。避免過熱度偏小時產(chǎn)生濕壓縮；過熱度過大，蒸發(fā)面積減少，效率降低，造成壓縮機(jī)排氣溫度過高。內(nèi)平衡熱力膨脹閥原理：感溫包壓力=彈簧壓力+蒸發(fā)器進(jìn)口壓力。外平衡熱力膨脹閥原理：感溫包壓力=彈簧壓力+蒸發(fā)器出口壓力。當(dāng)蒸發(fā)器的阻力較大時，蒸發(fā)器進(jìn)口壓力遠(yuǎn)大于蒸發(fā)器出口壓力，內(nèi)平衡熱力膨脹閥較外平衡熱力膨脹閥需更大的開閥壓力，即增加了過熱度，影響蒸發(fā)器傳熱效果。因此外平衡熱力膨脹用于蒸發(fā)器阻力較大的系統(tǒng)。v 感溫包的位置、一般建議感溫包安裝在水平方向的回氣管上管徑小

12、于等于22mm，感溫包位于12點(diǎn)時鐘位置、管徑大于22mm，感溫包位于4 點(diǎn)或8點(diǎn)時鐘位置。熱力膨脹閥的調(diào)節(jié)；當(dāng)過熱度偏大或偏小，需要對過熱度進(jìn)行調(diào)整時，可通過熱力膨脹閥靜態(tài)過熱度調(diào)整桿進(jìn)行調(diào)整。通過對調(diào)整桿的扭轉(zhuǎn)可對彈簧壓力進(jìn)行調(diào)整，順時針扭轉(zhuǎn)調(diào)整桿，制冷劑流量減小過熱度增大，逆時針扭轉(zhuǎn)調(diào)整桿，制冷劑流量增大，熱度減小過調(diào)整桿旋轉(zhuǎn)一周過熱度變化12。熱力膨脹閥調(diào)整時應(yīng)耐心，細(xì)致，當(dāng)調(diào)整后可能需要30分鐘系統(tǒng)才能穩(wěn)定，調(diào)整完后，應(yīng)將保護(hù)冒上好。四、與制冷有關(guān)的熱力學(xué)概念v 1、制冷劑液體在蒸發(fā)器中等壓吸熱而蒸發(fā)成低溫低壓的制冷劑氣體后進(jìn)入壓縮機(jī)v 2、低溫低壓的制冷劑氣體進(jìn)入壓縮機(jī)中等熵壓縮成

13、高溫高壓氣體排出到冷凝器中；v 3、高溫高壓制冷劑氣體進(jìn)入冷凝器后等壓放熱被冷卻成低溫高壓制冷劑液體v 4、來自冷凝器的制冷劑液體通過節(jié)流裝置等焓絕熱節(jié)流降溫降壓后，變成低溫低壓制冷劑液體，重新回到蒸發(fā)器吸熱制冷,變成低溫低壓的制冷劑氣態(tài)，制冷劑在封閉回路中周而復(fù)始的循環(huán)以達(dá)到制冷的目的v 能量守恒與轉(zhuǎn)換定律：熱力學(xué)第一定律：v 自然界一切物體都具有能量，能量有各種不同形式，它能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個物體傳遞給另一個物體，在轉(zhuǎn)化和傳遞過程中能量的總和不變。v 熵：物理學(xué)上指熱能除以溫度所得的商，標(biāo)志熱量轉(zhuǎn)化為功的程度。熵是一個表征熱力學(xué)過程方向性的物理量。最基本的結(jié)論是，在任何熱力

14、學(xué)過程中熵永不減少。熱力學(xué)中表征物質(zhì)狀態(tài)的參量之一，在經(jīng)典熱力學(xué)中，可用增量定義為dS(dQ/T)，式中T為物質(zhì)的熱力學(xué)溫度；dQ為熵增過程中加入物質(zhì)的熱量。v 焓：簡單來講，就是在壓力一定的情況下，衡量一個系統(tǒng)的能量多少的指標(biāo)。定義為：H=U+pV這里U是系統(tǒng)內(nèi)能，p是壓力，V是體積。在一個恒壓過程中，系統(tǒng)的焓的增量就等于從外界吸取的熱量五、影響制冷循環(huán)的不利因素 一、 理論循環(huán)與實(shí)際循環(huán)的對比理論：1、壓縮機(jī)過程為定熵過程 2、冷凝、蒸發(fā)過程為定壓過程，沒有傳熱溫差 3、壓縮機(jī)吸入的是飽和蒸汽、冷凝器出口為飽和液體 4、制冷管道內(nèi)無流動阻力損失 5、節(jié)流過程為絕熱過程實(shí)際：1、壓縮機(jī)過程不

15、是定熵過程 2、熱交換過程中存在氣體過熱、液體過冷現(xiàn)象 3、熱交換過程存在傳熱溫差 4、節(jié)流過程不完全為絕熱過程 5、制冷管道內(nèi)有流動阻力損失 6、系統(tǒng)存在不氣體凝二、液體過冷、過熱的影響v 液體過冷的概念：制冷劑液體的溫度低于統(tǒng)一壓力下的飽和液體的溫度稱為過冷。v 過冷的產(chǎn)生：1、冷凝器冷凝面積的選擇大于實(shí)際需要的冷凝面積。2、冷凝器選擇是根據(jù)最熱天氣、最高環(huán)境介質(zhì)溫度；而在使用中的絕大多數(shù)內(nèi)冷凝器是在低于上述條件的器情況下工作，從而使冷凝面積過剩、為制冷劑過冷創(chuàng)造條件。3、設(shè)計過程中認(rèn)為設(shè)計一些過冷度。4、在制冷系統(tǒng)中設(shè)置了過冷器。v 過熱的產(chǎn)生：1、蒸發(fā)器的蒸發(fā)面積大于設(shè)計所需要的蒸發(fā)器

16、面積有效過熱。2、為避免“濕過程”人為設(shè)計過熱過程。3、蒸發(fā)器與壓縮機(jī)之間的連接管道吸收外界熱量有害過熱。4、蒸發(fā)面積與壓縮機(jī)之間的連接管道吸收被冷卻對象的熱量有效過熱5、制冷系統(tǒng)中設(shè)計了回?zé)崞饔泻^熱。6、封閉式壓縮機(jī)中吸氣冷卻電動機(jī)而過熱有害過熱，但是必須。三、氣、液交換對循環(huán)性能的影響v 在系統(tǒng)中增加一個氣液交換器，結(jié)果使得制冷液體過冷、低溫蒸汽有效過熱。這樣、不但可以增加單位制冷量，而且可以減少蒸汽與環(huán)境空氣之間的傳熱溫差，減少甚至消除吸氣管道中的有害過熱。1、吸入管道：吸入管道對循環(huán)的影響最大。吸入管道中的壓力降始終是有害的，它使得吸氣比容增大，壓縮機(jī)的壓力增加。壓縮機(jī)容積效率降低，

17、壓力增大、制冷系數(shù)下降。2、排出管道：在壓縮機(jī)的排出管道中、熱量由高溫制冷劑蒸汽傳給周圍空氣，不會引起性能的改變，僅僅是減少冷凝中的熱負(fù)荷。3、冷凝器到膨脹閥之間的液體管道: 在冷凝器到膨脹閥這段管路中，熱量通常由液體制冷傳給周圍空氣，使液體制冷劑過冷、制冷量增大。也可能水冷卻冷凝器中的冷卻水溫很低、冷凝溫度低于環(huán)境溫度，熱量由空氣傳給液體制冷劑，可能導(dǎo)致部分液體氣化，這不僅使單位制冷量下降，而且使得膨脹閥不能正常工作。4、膨脹閥到蒸發(fā)器之間的管道： 通常膨脹閥是緊靠蒸發(fā)器安裝的。倘若將它安裝在被冷卻空間內(nèi)，傳給管道的熱量，將產(chǎn)生有效制冷量：若安裝在室外，熱量的傳遞使制冷量減少，因而此段管道必

18、須保溫。5、冷凝器：假定冷凝器的壓力不變，為克服冷凝器中的制冷劑流動阻力，必須提高進(jìn)冷凝器時制冷劑的壓力，這必將導(dǎo)致壓縮機(jī)排氣壓力升高，壓力比增大，壓縮機(jī)耗功增加，制冷系數(shù)下降。6、在理論循環(huán)節(jié)，假設(shè)壓縮為過程等熵過程。而實(shí)際上，整個過程是一個壓縮指數(shù)不斷變化的多方過程。另外，由于壓縮機(jī)氣缸中有余隙的存在，氣體經(jīng)過吸、排氣及通道出有熱量交換及流動阻力，這些因素都會使壓縮機(jī)的輸氣量減少，制冷量下降，消耗功率增大。7、不凝性氣體的存在對循環(huán)的影響 系統(tǒng)中的不凝性氣體往往積存在冷凝器上部，因?yàn)樗芡ㄟ^冷凝器的液封。不凝性氣體的存在將使冷凝器內(nèi)的壓力增加，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)排氣壓力提高，比功增加制冷系數(shù)下降，壓縮機(jī)容積效率降低，應(yīng)及時加以排出。六、常用制冷劑的特性v 4.1氟利昂22，R22v 中文名稱：一氯二氟甲烷v 分子式:CHClF2 外觀與性狀,無色氣體，有輕微的發(fā)甜氣味v 分子量:86.47蒸汽壓:13.33kPa(-76.4)v 熔 點(diǎn):-146沸點(diǎn):-40.8溶于水v 健康危害：本品毒性低，但用其