1、制冷原理與設備制冷原理與設備熱能教研室學時安排章 數學時緒論2第一章 制冷方法3第二章 蒸氣壓縮式制冷8第三章 制冷劑及載冷劑4第四章 蒸發器和冷凝器6第五章 節流機構和輔助設備4第七章 多級蒸氣壓縮制冷及復疊式制冷3實驗2總 計32第一章 緒論1. 1. 制冷的定義制冷的定義 作為一門科學，制冷是指采油人工的方法在一定時間作為一門科學，制冷是指采油人工的方法在一定時間和一定空間內將某舞廳或流體冷卻，使其溫度降到環境和一定空間內將某舞廳或流體冷卻，使其溫度降到環境溫度以下，并保持這個低溫。溫度以下，并保持這個低溫。 因此，制冷不同于自然冷卻。因此，制冷不同于自然冷卻。2. 2. 明確以下概念明

2、確以下概念(1)(1)制冷劑：在制冷機中使用的工質稱為制冷劑。制冷劑：在制冷機中使用的工質稱為制冷劑。(2)(2)制冷機：機械制冷中所需機器和設備的總合稱為制冷機。制冷機：機械制冷中所需機器和設備的總合稱為制冷機。(3)(3)制冷裝置：將生產冷量的制冷機械和消耗冷量的設備結制冷裝置：將生產冷量的制冷機械和消耗冷量的設備結合在一起的裝置。合在一起的裝置。3.制冷的分類制冷的分類 按照制冷所得到的低溫范圍，制冷技術劃分為以按照制冷所得到的低溫范圍，制冷技術劃分為以下下4個領域：個領域： 普通制冷普通制冷 120K以上以上 深度制冷深度制冷 120K20K 低溫制冷低溫制冷 20K0.3K 低溫制冷

3、低溫制冷 超低溫制冷超低溫制冷 0.3K以下以下 本課程主要講普通制冷。本課程主要講普通制冷。4.制冷技術的研究內容及理論基礎制冷技術的研究內容及理論基礎 制冷技術主要研究以下三個方面：制冷技術主要研究以下三個方面：(1)研究獲得低溫的方法和有關的機理以及與此相應的制冷循環，并研究獲得低溫的方法和有關的機理以及與此相應的制冷循環，并對制冷循環進行熱力學的分析和計算。（比如壓縮式制冷）對制冷循環進行熱力學的分析和計算。（比如壓縮式制冷）(2)研究制冷劑的性質，從而為制冷機提供性能滿意的工作介質。研究制冷劑的性質，從而為制冷機提供性能滿意的工作介質。(3)研究實現制冷循環所必需的各種機械和技術設備

4、，包括他們的工研究實現制冷循環所必需的各種機械和技術設備，包括他們的工作原理、性能分析、結構設計，以及制冷裝置的流程組織、系統配作原理、性能分析、結構設計，以及制冷裝置的流程組織、系統配套設計。此外，還有熱絕緣問題、制冷裝置的自動化問題等等。套設計。此外，還有熱絕緣問題、制冷裝置的自動化問題等等。 制冷技術的理論基礎主要為熱工的三大基礎課程，即制冷技術的理論基礎主要為熱工的三大基礎課程，即工程熱工程熱力學力學、工程流體力學工程流體力學、傳熱學傳熱學。尤其是。尤其是工程熱力工程熱力學學，學習和從事質量工作的人員應主要在這三門課程方面打好堅，學習和從事質量工作的人員應主要在這三門課程方面打好堅實的

5、理論基礎。實的理論基礎。5.制冷技術的發展歷史制冷技術的發展歷史 制冷技術的發展概括起來可分為兩個階段：制冷技術的發展概括起來可分為兩個階段：（1 1）天然冷源的應用階段）天然冷源的應用階段 是從古代是從古代1818世紀中期。世紀中期。 采用的天然冷源主要是指冬季儲存的天然冰和夏季采用的天然冷源主要是指冬季儲存的天然冰和夏季使用的深井水。使用的深井水。（2 2）機械制冷階段機械制冷階段 1818世紀中期世紀中期 今。今。 17551755年是人工制冷史的起點。年是人工制冷史的起點。現代制冷技術作為一門科學是由現代制冷技術作為一門科學是由1919世紀中后期發展起世紀中后期發展起來的，到來的，到2

6、020世紀具有更大的發展。世紀具有更大的發展。6. 6.制冷技術的產生背景及應用制冷技術的產生背景及應用 制冷是為適應人們對低溫條件的需要而產生和發制冷是為適應人們對低溫條件的需要而產生和發展展起來的，是人們社會實踐的結晶，并隨著現代技術的起來的，是人們社會實踐的結晶，并隨著現代技術的發展以及人們生活水平的提高，制冷在工業、農業、發展以及人們生活水平的提高，制冷在工業、農業、建筑、航天等國民經濟各個部門的作用和地位日益重建筑、航天等國民經濟各個部門的作用和地位日益重要。要。 制冷的應用幾乎滲透到各個生產技術、科學領域制冷的應用幾乎滲透到各個生產技術、科學領域以以及人們生活的各個方面中，概括起來

7、主要有以下幾個及人們生活的各個方面中，概括起來主要有以下幾個領域：領域：(1)(1)商業及人民生活商業及人民生活 比如人工冰廠、空調、冰箱、冷柜以及食品的冷凍冷藏、保鮮、比如人工冰廠、空調、冰箱、冷柜以及食品的冷凍冷藏、保鮮、冷藏運輸等。冷藏運輸等。(2)(2)工業生產及農牧業工業生產及農牧業 比如制藥、啤酒、精密儀器車間等；比如制藥、啤酒、精密儀器車間等； 農作物的種子進行低溫處理，人工氣候育秧室、蔬菜水果的保農作物的種子進行低溫處理，人工氣候育秧室、蔬菜水果的保鮮等。鮮等。(3)(3)建筑工程建筑工程 比如挖掘隧道、建筑河堤時采用的比如挖掘隧道、建筑河堤時采用的“凍土法凍土法”。(4)(4

8、)科學實驗研究科學實驗研究 如各種環境模擬裝置中創造的人工環境。如各種環境模擬裝置中創造的人工環境。(5)(5)醫療衛生醫療衛生 如藥品、疫苗及人體器官的冷藏保存，手術中采用低溫麻醉等。如藥品、疫苗及人體器官的冷藏保存，手術中采用低溫麻醉等。(6)(6)尖端科學領域等尖端科學領域等 如微電子技術、能源、新型材料、宇宙開發等。如微電子技術、能源、新型材料、宇宙開發等。制冷與低溫技術的應用領域舉例制冷與低溫技術的應用領域舉例 制冷在空調中的作用制冷在空調中的作用 (1)(1)干式冷卻干式冷卻 (2)(2)減濕冷卻減濕冷卻 (3)(3)減濕與干式冷卻混合方式減濕與干式冷卻混合方式 1. 1. 空氣調

9、節空氣調節圖圖1-26 制冷與空調的關系制冷與空調的關系 制冷和空調制冷和空調的關系相互的關系相互聯系又獨立聯系又獨立用人工方法構成各種人們所希望達到的環境條件，包用人工方法構成各種人們所希望達到的環境條件，包括地面的各種氣候變化和高空宇宙及其它特殊的要求。括地面的各種氣候變化和高空宇宙及其它特殊的要求。 2.2.人工環境人工環境與制冷有關的人工環境試驗有以下幾種與制冷有關的人工環境試驗有以下幾種 (1) (1) 低溫環境試驗低溫環境試驗 (2) (2) 濕熱試驗濕熱試驗 (3) (3) 鹽霧試驗鹽霧試驗 (4) (4) 多種氣候試驗多種氣候試驗 (5) (5) 空間模擬試驗空間模擬試驗 根據

10、對食品處理方式不同，食品低溫處理工藝根據對食品處理方式不同，食品低溫處理工藝可分可分三類三類： (1) (1) 食品的冷藏與冷卻食品的冷藏與冷卻 (2) (2) 食品的凍結與凍藏食品的凍結與凍藏 (3) (3) 冷凍干燥冷凍干燥 3. 3. 食品冷凍與冷凍干燥食品冷凍與冷凍干燥研究低溫對生物體產生的影響及應用的學科。研究低溫對生物體產生的影響及應用的學科。 低溫生物學低溫生物學研究溫度降低對人類生命過程的影響，以及研究溫度降低對人類生命過程的影響，以及低溫技術在人類同疾病作斗爭中的應用的學科。低溫技術在人類同疾病作斗爭中的應用的學科。 低溫醫學低溫醫學低溫生物醫學低溫生物醫學 低溫生物學和低溫

11、醫學的統稱。低溫生物學和低溫醫學的統稱。 典型應用例子典型應用例子 (1)(1)細胞組織程序冷卻的低溫保存細胞組織程序冷卻的低溫保存 (2)(2)超快速的玻璃化低溫保存方法超快速的玻璃化低溫保存方法(3)(3)利用低溫器械使病灶細胞和組織低溫損傷利用低溫器械使病灶細胞和組織低溫損傷 而壞死的低溫外科。而壞死的低溫外科。 4. 4. 低溫生物醫學技術低溫生物醫學技術微波激射器微波激射器必須冷到液氮或液氦溫度必須冷到液氮或液氦溫度, ,以使放大以使放大器元素原子的熱振蕩不至于嚴重干擾微波的吸器元素原子的熱振蕩不至于嚴重干擾微波的吸收與發射。收與發射。 超導量子干涉器超導量子干涉器即即SQUIDs,

12、SQUIDs,被用在相當靈敏的被用在相當靈敏的數字式磁力計和伏安表上。數字式磁力計和伏安表上。在在MHDMHD系統、線性加速器和托克馬克裝置中，超系統、線性加速器和托克馬克裝置中，超導磁體被用來產生強磁場。導磁體被用來產生強磁場。5. 5. 低溫電子技術低溫電子技術 運用與超導電性有關的運用與超導電性有關的MeissnerMeissner效應效應, ,用磁場用磁場代替油或空氣作潤滑劑代替油或空氣作潤滑劑, ,可以制成無磨擦軸承。可以制成無磨擦軸承。 在船用推進系統中在船用推進系統中, ,無電力損失的超導電機已無電力損失的超導電機已獲得應用。獲得應用。 偏差極小的超導陀螺也已經被研制出來。偏差極

13、小的超導陀螺也已經被研制出來。 時速時速500km/h500km/h的低溫超導磁懸浮列車已經在日的低溫超導磁懸浮列車已經在日本投入試驗運行。本投入試驗運行。 6. 6. 機械設計機械設計 采用紅外光學鏡頭可采用紅外光學鏡頭可以拍攝熱源外形，并可以對以拍攝熱源外形，并可以對熱源進行跟蹤。一些紅外材熱源進行跟蹤。一些紅外材料往往工作在料往往工作在120K120K以下的低以下的低溫下，使得熱源遙感信號更溫下，使得熱源遙感信號更為清晰，為了拍攝高靈敏度為清晰，為了拍攝高靈敏度的信號往往需要更低的溫度。的信號往往需要更低的溫度。 一般紅外衛星需要一般紅外衛星需要70-120K70-120K的低溫，往往通

14、的低溫，往往通過斯特林制冷機、脈沖管過斯特林制冷機、脈沖管制冷機、輻射制冷器來實制冷機、輻射制冷器來實現。現。 空間遠紅外觀測則需空間遠紅外觀測則需要要2K2K以下的溫度，往往通以下的溫度，往往通過超流氦的冷卻技術來實過超流氦的冷卻技術來實現。現。 7. 7. 紅外遙感技術紅外遙感技術煉鋼時氧起到某些重要的作用。煉鋼時氧起到某些重要的作用。制取氨時也用到低溫系統。制取氨時也用到低溫系統。壓力容器加工時壓力容器加工時, ,將預成形的圓柱體放在冷卻到液將預成形的圓柱體放在冷卻到液氮溫度的模具中氮溫度的模具中, ,在容器中充入高壓氮氣在容器中充入高壓氮氣, ,讓其擴脹讓其擴脹15%,15%,然后容器

15、被從模具中移開并恢復到室溫。使用然后容器被從模具中移開并恢復到室溫。使用這個方法這個方法, ,材料的屈服強度能增加材料的屈服強度能增加4 4至至5 5倍。倍。 8. 8. 加工過程加工過程目前低溫技術是回收鋼結構輪胎中橡膠的唯一目前低溫技術是回收鋼結構輪胎中橡膠的唯一有效的方法，這種方法采用了低溫粉碎技術。有效的方法，這種方法采用了低溫粉碎技術。 利用材料在低溫狀態下的冷脆性能，對物料利用材料在低溫狀態下的冷脆性能，對物料進行粉粹。進行粉粹。 低溫粉碎技術低溫粉碎技術材料溫度降低到一定程度，材料內部原子間距顯材料溫度降低到一定程度，材料內部原子間距顯著減小，結合緊密的原子無退讓余地，吸收外力著

16、減小，結合緊密的原子無退讓余地，吸收外力使其變形的能力很差，失去彈性而顯示脆性。使其變形的能力很差，失去彈性而顯示脆性。 9. 9. 材料回收材料回收所有大型的發射的飛行器均使用液氧作氧化劑。所有大型的發射的飛行器均使用液氧作氧化劑。宇宙飛船的推進也使用液氧和液氫。宇宙飛船的推進也使用液氧和液氫。觀察研究大型粒子加速器產生的粒子的氫泡室觀察研究大型粒子加速器產生的粒子的氫泡室要用到液氫。要用到液氫。 10. 10. 火箭推力系統與高能物理火箭推力系統與高能物理 LHC-CERN27km超導磁體過冷態超流氦冷卻第二章第二章 制冷方法制冷方法 制冷的方法很多，常見的主要是以下四種： 液體汽化制冷、

17、氣體膨脹制冷、渦流管制冷及其熱電制冷。 其中應用最廣泛的就是液體汽化制冷（原理），它常見的應用形式又有以下四種： 蒸汽壓縮式制冷、吸收式制冷、蒸汽噴射式制冷和吸附式制冷。 蒸汽壓縮式制冷和吸收式制冷是目前應用最為廣泛的兩種制冷方式，也是本課程所講述的主要內容，我們會在以后的章節中著重講述，本節只簡單介紹其它的制冷方式。液體氣化制冷原理1.1 蒸汽噴射式制冷原理：和蒸汽壓縮式及吸收式制冷相似，均是利用液體汽 化時吸收熱量來制冷的。系統組成：噴射器、冷凝器、蒸發器、節流閥及泵五部分。系統流程圖： 工作過程： 用鍋爐產生高溫高壓的工作蒸汽，將其送入噴嘴，膨脹并以高速流動（流速可達1000m/s以上）

18、，于是在噴嘴出口處，造成很低的壓力，由于吸入室和蒸發器相連，所以蒸發器中的壓力也會很低，低溫低壓的部分水吸熱而汽化，將未汽化的水的溫度降低。這部分低溫水就可用于制冷。蒸發器中產生的冷劑水蒸氣和工作蒸汽在噴嘴出口處混合，一起進入冷凝器，被外部的冷卻水冷卻而變成液態水，這些冷凝水再由冷凝器引出，分兩路，一路經過節流降壓后送往蒸發器，繼續蒸發制冷，另一部分用泵提高壓力送往鍋爐，重新加熱產生工作蒸汽。蒸氣噴射器的原理圖特點： (1) 以熱能為能量的補償形式； (2) 結構簡單，加工方便，無運動部件，使用壽】 命長； (3) 效率低。(工作蒸汽的壓力高，噴射器的流 動損失大。) 如果要獲得更低的溫度，工

19、作介質可以采如果要獲得更低的溫度，工作介質可以采用低沸點的工質，如氟利昂。用低沸點的工質，如氟利昂。1.2 吸附式制冷 吸附式制冷也是以“熱能”為動力的能量轉換系統。工作原理： 一定的固體吸附劑對某種制冷劑氣體具有吸附作用，并且吸附能力隨吸附劑溫度的不同而不同。周期性地冷卻和加熱吸附劑，使之對制冷劑交替吸附和解吸。吸附時制冷劑液體蒸發，產生制冷作用，解吸時，釋放出制冷劑氣體，并使之冷凝成液體，從而完成整個制冷循環。工作介質：吸附劑和制冷劑；常見的吸附工質對有： 沸石水；硅膠水，氯化鈣氨等 物理吸附 化學吸附 以沸石以沸石水工質對為例說明其工作過程：水工質對為例說明其工作過程： 白天，吸附床受日

20、光照射溫度升高產生解析作用，從白天，吸附床受日光照射溫度升高產生解析作用，從沸石中脫附出水蒸汽，系統內的水蒸氣壓力升高，當達到沸石中脫附出水蒸汽，系統內的水蒸氣壓力升高，當達到與環境溫度對應的飽和壓力時，水蒸汽在冷凝器中凝結，與環境溫度對應的飽和壓力時，水蒸汽在冷凝器中凝結，同時放出潛熱，凝水儲存在蒸發器中，夜間，吸附床冷下同時放出潛熱，凝水儲存在蒸發器中，夜間，吸附床冷下來，沸石溫度逐漸降低，它吸附水蒸汽的能力逐漸提高，來，沸石溫度逐漸降低，它吸附水蒸汽的能力逐漸提高，造成系統內壓力降低，同時，蒸發器中的水不斷蒸發出造成系統內壓力降低，同時，蒸發器中的水不斷蒸發出來，用以補充沸石對水蒸汽的吸

21、附，誰蒸發的過程吸熱，來，用以補充沸石對水蒸汽的吸附，誰蒸發的過程吸熱，達到制冷的目的。達到制冷的目的。 說明：吸附床的作用相當于壓縮機所起的作用，單個說明：吸附床的作用相當于壓縮機所起的作用，單個吸附床可實現間歇制冷，如想實現連續制冷，可采用兩個吸附床可實現間歇制冷，如想實現連續制冷，可采用兩個或多個吸附器?；蚨鄠€吸附器。1.3 熱電制冷 熱電制冷利用的是熱電效應（帕爾帖效應Peltire）的原理達到制冷目的的。 熱電效應：是指在兩種不同導體組成的閉合回路中通以直流電，當電流流過不同導體的界面時，就會使一個節點變冷，從外界吸收熱量；一個節點變熱，向外界放出熱量，這種現象稱為熱電效應，即帕爾帖

22、效應 帕爾帖效應的反效應是西伯克效應（Secbeck），就是在兩種導體組成的回路中，如果保持兩接觸點的溫度不同，就會在兩個接觸點之間產生一個電勢差即接觸電動勢。因為帕爾帖效應和西伯克效應產生的強烈因為帕爾帖效應和西伯克效應產生的強烈程度取決于這兩種材料的導熱性和導電程度取決于這兩種材料的導熱性和導電性，純金屬材料的導熱性和導電性都好，性，純金屬材料的導熱性和導電性都好，所以其帕爾帖效應和西伯克效應都很弱，所以其帕爾帖效應和西伯克效應都很弱，而半導體材料可以產生強烈的帕爾帖效應而半導體材料可以產生強烈的帕爾帖效應和西伯克效應。和西伯克效應。 空穴型（空穴型（P P型）型）材料：材料： 電子型（電

23、子型（N N型）型）帕帕爾爾貼貼效效應應原原理理圖圖西西伯伯克克效效應應原原理理圖圖熱電制冷的原理：熱電制冷的原理：原理：是使壓縮氣體產生渦流運動并分離成冷、熱兩部原理：是使壓縮氣體產生渦流運動并分離成冷、熱兩部 分，其中冷氣體用來制冷。分，其中冷氣體用來制冷。組成：噴嘴、渦流室、孔板、管子和控制閥。組成：噴嘴、渦流室、孔板、管子和控制閥。原理圖：原理圖：1.4 渦流管制冷 工作過程：工作過程： 經過壓縮并冷卻到常溫的氣體（空氣、經過壓縮并冷卻到常溫的氣體（空氣、CO2、N2等）等）進入噴嘴，在噴嘴中膨脹并加速到音速，從切線方向射向進入噴嘴，在噴嘴中膨脹并加速到音速，從切線方向射向渦流室，形成

24、自由渦流，自由渦輪的旋轉角速度離中心越渦流室，形成自由渦流，自由渦輪的旋轉角速度離中心越近則越大，由于角速度不同，環形氣流的層與層之間產生近則越大，由于角速度不同，環形氣流的層與層之間產生摩擦，外層氣流的角速度逐漸升高，動能增加，又由于與摩擦，外層氣流的角速度逐漸升高，動能增加，又由于與管壁之間的摩擦，將部分動能變成了熱能，故從控制閥流管壁之間的摩擦，將部分動能變成了熱能，故從控制閥流出的氣體具有較高的溫度；而中心層部分的角速度逐漸降出的氣體具有較高的溫度；而中心層部分的角速度逐漸降低，失去能量，從孔板流出時溫度較低，用于制冷。低，失去能量，從孔板流出時溫度較低，用于制冷。 控制閥的作用：控制

25、熱端管子中氣體的壓力，從而控制冷、熱控制閥的作用：控制熱端管子中氣體的壓力，從而控制冷、熱兩股氣流的流量和溫度。兩股氣流的流量和溫度。 控制閥全關：過程為不可逆節流過程；不存在冷熱分流現象?？刂崎y全關：過程為不可逆節流過程；不存在冷熱分流現象。討論討論 控制閥全開：渦流管相當于氣體噴射器；控制閥全開：渦流管相當于氣體噴射器； 控制閥部分開啟：出現冷熱分流現象。控制閥部分開啟：出現冷熱分流現象。特點：特點：(1)由于管內氣流之間的傳導和對流情況復雜，故對冷、熱端溫度值由于管內氣流之間的傳導和對流情況復雜，故對冷、熱端溫度值 得定量地理論計算困難；得定量地理論計算困難；(2)效率太低，氣流噪聲大；

26、效率太低，氣流噪聲大；(3)結構簡單、維護方便、啟動快、使用靈活；結構簡單、維護方便、啟動快、使用靈活； 適用于有高壓氣源或可以廉價獲得高壓氣體的場合。適用于有高壓氣源或可以廉價獲得高壓氣體的場合。1.5 氣體膨脹制冷 常用的是布雷頓制冷循環，工作過程包括：等熵壓縮、常用的是布雷頓制冷循環，工作過程包括：等熵壓縮、等壓冷、等熵膨脹及等壓吸熱四個過程。等壓冷、等熵膨脹及等壓吸熱四個過程。 制冷工質有：空氣、制冷工質有：空氣、CO2、N2、He等。等。工作原理：工作原理：飛機用空氣制冷裝置原理圖氣體節流制冷原理圖2.1 單級蒸氣壓縮制冷的理論循環單級蒸氣壓縮制冷的理論循環v1.1.理論循環定義：在

27、沒有任何實際損失下的制冷循環。理論循環定義：在沒有任何實際損失下的制冷循環。v2.2.條件：條件：無溫差傳熱；無溫差傳熱； 壓縮過程是可逆絕熱壓縮過程即等熵過程；壓縮過程是可逆絕熱壓縮過程即等熵過程； 管路中無任何耗損。管路中無任何耗損。第二章第二章 蒸氣壓縮式制冷裝置蒸氣壓縮式制冷裝置T-S圖LgP-h圖3.3.理想制冷循環：逆卡諾循環（原理圖）理想制冷循環：逆卡諾循環（原理圖）4.4.實際采用的制冷理論循環組成（原理圖）：實際采用的制冷理論循環組成（原理圖）： 兩個定壓過程；兩個定壓過程； 一個絕熱壓縮過程；一個絕熱壓縮過程； 一個絕熱節流過程。一個絕熱節流過程。5.5.特點特點( (與卡

28、諾循環比較）與卡諾循環比較）：用節流閥代替膨脹機：用節流閥代替膨脹機： 損失膨脹功、產生損失膨脹功、產生“閃發氣體閃發氣體”；但簡化裝置、便于調節，；但簡化裝置、便于調節，產生節流損失。產生節流損失。用干壓縮代替濕壓縮；實現用干壓縮代替濕壓縮；實現“干沖程干沖程”；但耗功量、制冷量；但耗功量、制冷量均增加，制冷系數下降。均增加，制冷系數下降。產生過熱損失產生過熱損失蒸氣壓縮式制冷的理想循環蒸氣壓縮式制冷的理想循環蒸氣壓縮式制冷的理論循環蒸氣壓縮式制冷的理論循環2.2 改善蒸氣壓縮制冷循環的措施節流損失過熱損失再冷度過熱度Pk/P08膨脹閥前液態制冷劑的再冷卻；蒸氣回熱循環；中間冷卻的多級壓縮有

29、再冷卻器的蒸氣壓縮式制冷回熱式蒸氣壓縮式制冷多級蒸氣壓縮式制冷循環2.3 單級蒸氣壓縮式制冷理論循環的性能指標與熱力計算LgP-h圖 單位質量制冷量q0 kJ/kg q0=h1-h4 單位容積制冷量qv kJ/m3 qv= q0/v1=(h1-h4)/v1制冷劑質量流量MR=Q0/q0 kg/s制冷劑體積流量VR= MRv1=Q0/qv m3/s 單位質量冷凝熱qk kJ/kg qk= h2-h3冷凝器負荷Qk=MRqk= MR(h2-h3) kW 單位質量耗功率wc kJ/kg wc=h2-h1壓縮機的理論耗功率Pth=MRwc=MR(h2-h1) kW 理論制冷系數th th=Q0/Pth

30、=q0/wc=(h1-h4)/ (h2-h1) 理想循環制冷系數0 0=T0/ (TK-T0) 熱力完善度 = th/0=(h1-h4)/(h2-h1)/T0/ (TK-T0)LgP-h圖:相同TK、T0的制冷循環 :不相同TK、T0的制冷循環評價制冷循環的經濟型指標第三章 制冷劑及載冷劑3-1 制冷劑1 制冷劑的基礎知識 制冷劑在制冷裝置中循環流動，通過自身熱力狀態的變化與外界發生能量交換，從而實現制冷作用的工作流體。 制冷裝置與制冷劑相互依存，相互適應，才能組成完美的制冷系統。根據現實工業條件，提出了對制冷劑的要求： 首先，制冷劑的熱力性質對制冷系數的影響可用制冷效率R來表述。 制冷效率理

31、論循環的制冷系數th與有溫差的逆卡諾循環制冷系數c之比。 R= th / c 其中： c=(T0-T0)/(TK+ TK)-(T0- T0) R物理意義：表示了制冷劑的節流損失和過熱損失的大小。 除了制冷效率外，還應考慮如下的其他性能： 對制冷劑的要求：減少工質的循環量；縮小壓縮機的尺寸 熱力學的性質： 蒸發壓力和冷凝壓力適中； 單位制冷量q0和單位容積制冷量qv要大； 制冷劑的凝結溫度要高； 凝固溫度要適當的低一些； 絕熱指數應低一些；防止空氣滲入；減少裝置承壓，防止制冷劑外泄；壓縮比小減少壓縮機的耗功量便于用一般冷卻水或空氣冷凝；接近逆卡諾循環，節流損失小能得到較低的蒸發溫度壓縮機排氣溫度

32、低提高壓縮機容積效率、對潤滑油有好處 對制冷劑的要求： 物理化學的性質： 制冷劑在潤滑油中的可溶性； 制冷劑的導熱系數、傳熱系數要高； 制冷劑的密度、粘度要?。?制冷劑對金屬和其它材料應無腐蝕和侵蝕作用； 制冷劑在高溫下應不分解，且不燃燒、不爆炸； 其它： 制冷劑對人的生命和健康無危害，不具有毒性、窒息性 和刺激性； 制冷劑應易于購買，且價廉。提高換熱效率，減少蒸發器、冷凝器的傳熱面積流動阻力小，降低耗功率、縮小管徑2 常用制冷劑 常用制冷劑（氨及氟利昂）性能比較序號R717F對比1價廉易取比R717貴十幾倍R717系統投資、運行費低2q0、qv大，MR小相反同0下，R717com尺寸小、管徑

33、小3幾乎不溶于油大多數易溶于油R717系統分油易，F系統分油難4 、大，k大相反R717換熱設備尺寸小5滲透力弱，易發現相反R717損耗小，運行費低6無限溶于水難溶于水F系統易產生冰堵7毒性大,有燃燒爆炸危險相反F可用于空調中直接蒸發冷卻8含水對銅有腐蝕（系統中無銅）對天然橡膠有侵蝕（墊圈不能用橡膠）不同系統采用不同材料9分子量小，t排高相反R717 com用水冷；F com用風冷10粘度小,密度小,阻力小相反R717系統管徑小、com耗功小11對生態環境影響小某些F工質對生態環境影響大某些F工質滲透、排放造成人類生態環境惡化3-2 載冷劑 t0 oC，用水；t0 oC，用鹽溶液。2.1 鹽水

34、 鹽水凝固溫度與濃度有關。鹽水濃度太低，會析出冰粒；濃度太高，比熱小、比重大、流阻大、有鹽粒析出。 濃度確定方法：濃度確定方法： 鹽水溶液濃度對應的凝固溫度t凝=t0-(68) oC； 且t凝t合晶點 ；（ NaCl為 -21.2 oC； CaCl2為 -55 oC；） 一般使用時：一般使用時：0 oC t0-16 oC:可用NaCl； -16 oC t0-50 oC:可用CaCl2； 且 液體流動阻力。液體流動阻力。結構簡單，制造方便，無運動部件，不易出故障，有自補償特結構簡單，制造方便，無運動部件，不易出故障，有自補償特點，停機后，點，停機后，concon與與E E 內壓力能很快自平衡。內

35、壓力能很快自平衡。過冷度對毛細管的流過冷度對毛細管的流量影響較大。量影響較大。合理選擇：在規定的合理選擇：在規定的T TK K、T T0 0下，使毛細管的下，使毛細管的阻力足以在毛細管進阻力足以在毛細管進口處保持一個液封，口處保持一個液封，而又無過多的液體存而又無過多的液體存于冷凝器內。于冷凝器內。電子膨脹閥電子膨脹閥 由檢測、控制、執行三部分組成。由檢測部分完成調節系統的由檢測、控制、執行三部分組成。由檢測部分完成調節系統的輸入值（過熱度），控制系統由程序控制，根據檢測到的數據與規輸入值（過熱度），控制系統由程序控制，根據檢測到的數據與規定數據的比較，調節閥門。定數據的比較，調節閥門。 電子

36、膨脹閥對供液量調節范圍寬，調節反應快，能保證蒸發器電子膨脹閥對供液量調節范圍寬，調節反應快，能保證蒸發器的出口過熱度穩定在的出口過熱度穩定在1 12 2 C C內，并能配合變頻調節。內，并能配合變頻調節。毛細管熱力膨脹閥電子膨脹閥制冷劑與閥的選擇是否相關無關由感溫包充注的制冷劑決定無關制冷劑流量調節范圍小較大大流量調節機構毛細管流動阻力調節閥開度調節閥開度調節控制信號過冷度蒸發器出口過熱度蒸發器出口過熱度調節方法回熱循環，降低毛細管出口段溫度檢測出口過熱度，控制調節閥開度檢測出口過熱度，控制調節閥開度對蒸發器過熱度控制偏差大較小， 47C，但蒸發溫度低時大很小， 12C流量調節特性補償困難困難

37、可以調節的過渡過程特性不好較好優允許負荷波動很小較大，但不適合于能量可調節系統很大，適合于能量可調節系統流量前饋調節困難困難可以價格便宜較高高電子膨脹閥與毛細管、熱力膨脹閥的特點比較電子膨脹閥與毛細管、熱力膨脹閥的特點比較2. 2. 輔助設備輔助設備 分油效果差，無法分離油蒸氣。利用冷卻水降低混合氣體溫度，使部分油蒸氣冷凝，提高了分油效果。2.1 油分離器作用：分離壓縮機排氣中的潤滑油，以防止潤滑油進入冷凝 器和蒸發器，形成油膜，降低其傳熱效果。原理及分類： 利用流通截面積的突然擴大，降低氣流速度來分離油滴。 外加冷卻水套的干式氨油分離器干式氨油分離器 改變氣體流向or利用離心力將油滴從制冷劑

38、中甩出 。離心式氨油分離器分油效果好于干式油分離器。 在氨干式油分離器的基礎上，在進氣管下端加設過濾器，實現雙重作用。其下部設有自動回油的浮球閥。 采用液體制冷劑對含油的制冷劑蒸氣洗滌分油洗滌式氨油分離器不僅使油蒸氣凝結，而能分離出油滴。分油效果較好。 通過過濾層分油 濾過式氨油分離器高效油分離器 氟利昂油分離器 選擇計算：選擇計算：yyywVwVd0188.036004式中 dy油分離器直徑(m)；氨壓縮機的容積效率； V氨壓縮機的理論排氣量(m3/h)； wy油分離器中的氣體速度(m/s)，wy=0.81.0m/s。2.2 2.2 集油器（僅用于氨系統）集油器（僅用于氨系統） 收集油分離器

39、中分離出來的潤滑油，以及殘留在冷凝器、蒸發器、貯液器等容器中的潤滑油。 在壓縮機吸氣作用下，能分離油中混合的制冷劑，使操作安全、方便。 集油器應安裝在整個制冷系統的最低處。 高壓側、低壓側應各自使用一個集油器，不能混用。2.3 2.3 氣液分離器氣液分離器工作原理：工作原理： 利用制冷劑蒸氣流速的急劇降低和流向的急劇改變，實現： 分離蒸發器回氣中的液體制冷劑，防止壓縮機濕壓縮。 分離進入蒸發器供液中的閃發蒸氣，提高蒸發器的傳熱效果。右圖為：氨液分離器2.4 2.4 貯液器貯液器按用途和所承受的壓力貯存冷凝器排出的高壓制冷劑液體，以供應和調節系統供液量貯存氣液分離器分離出的氨液，位于氣液分離器后

40、用于氨泵供液制冷系統，作氣液分離器和低壓貯液桶用，為氨泵提供所需的低壓氨液維修和檢修設備以及設備沖霜時，貯存設備排出的制冷劑高壓貯液器低壓貯液器循環貯液桶排液桶貯液器的貯液容量按整個系統制冷劑小時循環量的1/31/2選取貯液器貯存制冷劑的最大允許容量為本身容量的80%貯存制冷劑的最大允許容量為本身容量的7080%臥式循環貯液桶的液面不應超過其直徑的1/3立式循環貯液桶的液面不應超過其桶高的1/4最大氨液貯存容積不小于氨泵每小時循環量的30%貯液器貯液器循環貯液桶循環貯液桶排液桶排液桶2.5 2.5 空氣分離器空氣分離器作用：原理： 在低溫下，制冷劑會冷凝，而空氣不冷凝。將混合氣體在冷凝壓力下降

41、溫到一值，使混合氣體中的大部分制冷劑冷凝為液體，而分離出空氣，將空氣排出。 由于高壓貯液桶出液管的液封作用，所以都聚積在冷凝器和高壓貯液桶中，故空氣分離器連接在冷凝器和高壓貯液器上。排出制冷系統的不凝性氣體套管式空氣分離器套管式空氣分離器立式空氣分離器2.6 2.6 緊急泄氨器緊急泄氨器2.7 2.7 過濾器過濾器緊急情況時，防止氨系統發生爆炸，將氨液加以稀釋后排入消防允許的下水道內；與貯氨量較多的容器相連液體過濾器氣體過濾器安裝在節流閥前，氨泵進液管上安裝在壓縮機的吸氣管上濾網鐵絲網銅絲網氨系統氟系統2.8 2.8 干燥過濾器干燥過濾器2.9 2.9 氣液熱交換器氣液熱交換器干燥劑：硅膠 o

42、r CaCl2分子篩經冷凝后的液體在交換器內的蛇形管內流動；由E出來的蒸氣在交換器內的蛇形管外流動；逆向流動第六章第六章 雙級蒸氣壓縮制冷雙級蒸氣壓縮制冷為什么使用雙級壓縮？為什么使用雙級壓縮？w com的壓力差超過允許值，導致機件損壞；w 壓力比過大，排氣溫度升高，導致潤滑油稀化，增加潤 滑油的消耗；導致潤滑油的碳化，引起潤滑不良；w 壓力比過大，導致容積效率V和制冷量0大大降低。w下表列出常用制冷劑在Pk/P0=10時的最低蒸發溫度： 當壓力差（Pk-P0）1214和壓力比Pk/P0810時，單級壓縮機會發生：制冷劑 冷凝溫度（C） 30 35 40 45 50 R717 -30.5 -2

43、7.3 -24.4 R22 -37.2 -34.2 -31.5 R12 -36.8 -33.8 -31.1 -28.3 -25.4 由于環境溫度、壓力差（環境溫度、壓力差（P Pk k-P-P0 0）和壓力比）和壓力比P Pk k/P/P0 0的限制的限制，單級壓縮機不能達到很低的蒸發溫度，為了獲得更低的蒸發溫度，就需要使用多級壓縮。 6-1. 雙級壓縮制冷循環與系統組成雙級壓縮制冷循環僅壓縮過程為兩級壓縮，其他與單級相同：低溫低壓制冷劑蒸氣中間壓力下過熱蒸氣低壓級com過熱蒸氣被冷卻中間冷卻器冷凝壓力下過熱蒸氣高壓級com單機雙級系統：氣缸數比常為1:3or1:2雙級制冷系統組成雙機雙級系統

44、兩臺壓縮機一臺壓縮機，高、低壓氣缸中間冷卻程度中間完全冷卻中間不完全冷卻低壓級com排氣在中間冷卻器中被冷卻到中間壓力下的飽和溫度。用于氨系統低壓級com排氣與中間冷卻器中蒸發的蒸氣相混合，被冷卻到某一過熱點。用于氟利昂系統兩級節流中間完全冷卻原理圖兩級節流中間完全冷卻lgP-h圖雙級壓縮氨制冷循環雙級壓縮氨制冷循環1.1.1 雙級節流中間完全冷卻循環節流級數雙級單級采用兩個節流閥，制冷劑經過兩次節流采用一個節流閥，制冷劑經過一次節流MR2MR1MR1MRMRMR1MR1MRMR31.1.2 兩級節流中間完全冷卻制冷循環流量計算 由總流量與各分流量關系得： MR=MR1+MR2+MR3 (6-

45、1)其中：MR1蒸發器中氣化的制冷劑流量； MR2中間冷卻器冷卻初級排氣而氣化的制冷劑流量； MR3一級節流氣化的制冷劑流量。 由中間冷卻器熱平衡方程得： MR1(h2,-h3)=MR2(h3-h4) (6-2) 一級節流氣化的制冷劑流量MR3為： MR3=MR(h10-h4)/(h3-h4) (6-3) 蒸發器中氣化的制冷劑流量MR1為： MR1=0/(h1-h5) (6-4) 求解(6-1)、(6-2)、(6-3)、(6-4)式組成的方程組，即可求得各流量值。1.2.1 一次節流中間完全冷卻循環一次節流中間完全冷卻雙級壓縮系統圖一次節流中間完全冷卻雙級壓縮lgP-h圖M1MDMGM1MDM

46、GMD1.2.2 一次節流中間完全冷卻制冷循環流量計算 由總流量與各分流量關系得： MG=M1+MD (6-5)其中：MG高級壓縮機的制冷劑流量； M1中間冷卻器冷卻初級排氣而氣化的制冷劑流量； MD低級壓縮機的制冷劑流量。 由中間冷卻器熱平衡方程得： M1(h3-h10)=MD(h9-h4,)+ MD(h2-h3) (6-6) 又 h10=h9 (6-7) 求解(6-5)、(6-6)、(6-7)式組成的方程組，即可求得: MG= MD(h2-h4,)/(h3-h9) (6-8)1.2.3 雙級壓縮氨制冷系統 一次節流中間完全冷卻雙級壓縮氨制冷系統圖MGM1MDMD1.3.1 一次節流中間不完

47、全冷卻制冷循環 （雙級壓縮氟利昂制冷循環）一次節流中間不完全冷卻原理圖一次節流中間不完全冷卻LgP-h圖MGM1MDM1MDMG1.3.2 一次節流中間不完全冷卻流量計算 由總流量與各分流量關系得： MG=M1+MD (6-8)其中：MG高級壓縮機制冷劑流量； M1-中間冷卻器使飽和液體過冷而氣化的制冷劑流量； MD-低級壓縮機的制冷劑流量。 由中間冷卻器熱平衡方程得： M1(h3-h10)=MD(h9-h4,) (6-9) 又 h10=h9 (6-10) 求解(6-8)、(6-9)、(6-10)式組成的方程組，即可求得: MG= MD(h3-h4,)/(h3-h9) (6-11) 另外，6點

48、的壓力為中間壓力PZ，焓值h6應由熱平衡求得，才能確定6點的位置： (MG-MD)(h6-h3)=MD(h2-h6) h6=MGh3+ MD(h2-h3)/ MG =h3+(h3-h9)(h2-h3)/(h3-h4) (6-12)M1M1MDMDMG肉類生產性冷藏庫平面類型之一肉類生產性冷藏庫平面類型之一:1-凍結間；2-常溫脫盤、脫鉤間；3-走道；4-凍結物冷藏間；5-貯冰間；6-快速制冰間；7-值班室；8-站臺；9-機房及設備間；10-配電室；11-露天變壓器；12-機修間。肉類生產性冷藏庫平面類型之二：肉類生產性冷藏庫平面類型之二：1-凍結間；2-凍結物冷藏間；3-貯冰間；4-制冰間；5

49、-機房；6-常溫脫盤、脫鉤間；7-常溫穿堂；8-電梯；9-貯藏室； 10-值班室；11-工人休息室；12-回鉤廊；13-公路站臺；14-鐵路站臺；15-聯系廊。7-9 制冷系統的自控裝置1. 自動控制的組成和原理 所有自動控制裝置都由傳感器（或變送器）、調節器（或控制器）、執行機構組成。其流程如下：2. 電腦自動控制的組成和原理 電腦在自動控制裝置中的作用相當于上述的“比較調節器”的作用。電腦能顯示、貯存數據，但自控裝置要增設“數模轉換器”。其自動控制流程如下： 數模轉換器，又稱變送器，或A/D、D/A變送器。其作用是：把模擬量轉變為電腦認識的數字信號，并傳輸給電腦：把電腦發出的控制指令（數字信號）轉變為模擬量，并傳輸給執行機構。 工業控制要求可靠，同時還要求在中央和現場都能控制，因此工業控制系統一般如下：工業自控系統框圖3. 自控元件的功能 冷庫用的自控元件可分為六類：自動融霜控制。TDS-04、TDS-05型融霜時間程序控制器時間控制類按冷庫負荷變化，對壓縮機的產冷量進行定點延時分級調節。TDF-01、TDF-02型分級步進調節器。能量調節類控制容器中制冷劑的液位。UQK-40、UQK-4143型浮球液位控制器等。液位控制類現場控制庫溫。壓力式溫度控制器（WTQK、WTZK型）、TDW-12型溫度調節器等。溫度控制類壓力保護，壓力調節