制冷培訓講義2013.10.9內容介紹：一、制冷原理二、常見制冷系統三、制冷部件四、制冷劑及冷凍油五、制冷設備的維護保養一、制冷的原理制冷的基本概念制冷：利用人工的方法，把某物體或某空間的溫度降低到低于周圍環境的溫度，并使之維持在這一低溫的過程。制冷技術應用范圍一般可分為三個溫區：

低溫區（約-120℃以下）主要用于氣體分離、氣體液化、超導和宇航等。

中溫區（-120～5℃）主要用于冷藏、冷凍、化工生產工藝過程，生化制品的生產等。

高溫區（5～80℃）主要用于空調、除濕、熱泵蒸發和熱泵干燥等。實現人工制冷的方法是利用物質的相變來吸熱制冷，常見制冷方法為液體汽化制冷（蒸氣制冷）包括蒸氣壓縮式制冷、吸收式制冷、蒸汽噴射式制冷、吸附式制冷。制冷系統四大要件組成壓縮機蒸發器冷凝器膨脹閥制冷循環的四個過程（一）壓縮過程制冷劑蒸氣經壓縮機壓縮，變為高溫高壓的制冷劑蒸氣，過程消耗一定的機械功。（二）冷凝過程高溫高壓的制冷劑蒸氣進入冷凝器中放出熱量變成液體。制冷劑變成中溫高壓的液體。（三）節流過程從冷凝器中流出的高壓液體是無法直接用來制冷的，因此通過節流裝置（節流閥或毛細管）的節流作用使制冷劑損失壓力變成低壓液體，由于改過程產生冷效應，制冷劑溫度也隨之降低，重新變為低溫低壓制冷劑液體。（四）蒸發過程該過程發生在蒸發器中。低溫低壓的液態的制冷劑進入蒸發器后，不斷蒸發變成氣態，在這個過程中需要不斷吸收熱量，產生制冷效果低溫低壓氣態高溫高壓氣態低溫低壓液態中溫高壓液態高壓區低壓區氣態區液態區二、常見制冷系統

蒸氣壓縮制冷循環可分為單級蒸氣壓縮制冷循環、多級蒸氣壓縮制冷循環和復疊式蒸氣壓縮制冷循環等。一、單級蒸氣壓縮制冷循環：是指制冷劑在一次循環中只經過一次壓縮，最低蒸發溫度可達-40~-30℃。制冷劑在制冷系統中循環流動，連續不斷地從蒸發器中吸取熱量和在冷凝器中放出熱量，從而實現了制冷目的。（例如：冷庫、空調、冰箱、潔凈空調制冷部分等）單級蒸氣壓縮制冷循環冷庫按使用要求分（l）高溫冷庫主要冷藏果品、蔬菜、鮮蛋等食品。一般庫溫4～-2℃。（2）低溫冷庫主要冷凍并凍藏肉類、水產品等，一般庫溫為-l8～-30℃。（3）空調庫在常溫條件下貯藏米、面、藥材、酒等，一般庫溫在10～15℃。按其構造型式分類（1）固定性冷庫（2）組合式冷庫（3）整體式冷庫我廠冷庫工藝控制要求：庫內溫度控制在2-8℃之間，庫區內各點溫度極差小于2.0℃，濕度控制在35-75%之間。組合式高溫冷庫

組合式高溫冷庫組成1、聚氨酯成型庫板（雙面鋼板）2、庫門：冷庫專用平移門（不銹鋼材料、全封閉整體框架結構）3、吊頂式空冷器：冷卻盤管、風機、殼體4、壓縮機和膨脹閥：壓縮機為一體機，一般為水冷或風冷。膨脹閥選用丹佛斯品牌。5、控制箱：可打印數據及參與溫濕度控制，包括PLC、觸摸屏面板，具有GMP規定的電子記錄、控制過程動態顯示、故障報警參數設定功能。6：冷庫地面做法：先做防水層(塑料布)、然后鋪擠塑保溫板5cm、鋼筋網、混凝土、水磨石地面.空調空調即空氣調節器是對該房間（或封閉空間、區域）內空氣的溫度、濕度、潔凈度和空氣流速等參數進行調節，以滿足人體舒適或工藝過程的要求。空調的分類舒適性空調（家用空調和商用空調）和工藝性空調家用空調：窗式空調：整個空調器作為一個整體，制冷范圍一般為1800W~5000W。分體空調：將空調器分為室內部分和室外部分。其制冷范圍一般為1800W~9000W。

在選購空調時，銷售人員通常會在推銷空調時提到空調的匹數，匹數指的是電器消耗功率，1匹=1馬力=735W匹的定義：壓縮機輸入1馬力功率所能產生的制冷量叫做1匹（P）。1馬力=735w，日本空調的能效比（EER）標準定為3.4，所以1P=735w*3.4=2500W，這是匹的標準來歷。在家用空調中1匹=2500W=735馬力；大1匹=2600-2800W；小1匹=2100-2300W，一般來說1匹的制冷量大致為2000大卡換算成國際單位乘以1.162，故一匹制冷量為2000*1.162=2324W。一般，1匹空調適用面積10~15平方米，1.25匹適用10~19平方米，1.5匹適用16~26平方米，1.7匹適用15~30平方米，兩匹適用20~37平方米，3匹適用30~58平方米

空調器的制冷循環圖3熱泵型空調器運行原理工藝性空調（潔凈空調）制冷系統原理圖冷卻水冷凍水冷媒冷凝器主機膨脹閥壓縮機表冷器冷卻塔空調末端低溫低壓氣體7℃12℃32℃37℃高溫高壓氣體低溫高壓液體低溫低壓液體中央空調按冷卻形式分類空調末端冷凍水冷媒冷凝器蒸發器室外空氣主機風冷機組冷卻塔空調末端冷卻水冷凍水冷媒冷凝器蒸發器主機水冷機組冰箱制冷系統和機構雙級壓縮制冷循環與系統組成一、雙級制冷系統組成:1、兩臺壓縮機：雙機雙級系統（109車間）2、一臺壓縮機，高、低壓氣缸：單機雙級系統，氣缸數比常為1:3or1:2（114車間雙級機組和凍干機制冷部分）二、采用雙級壓縮的必要性單級壓縮循環所能夠獲得的最低制冷溫度一般只有-20~-30℃，最低不超過-40℃。這主要是由于壓縮機壓縮比不能過大的原因造成的。壓縮機的壓縮比等于冷凝壓力與蒸發壓力的比值。壓力比的增大將導致壓縮機排氣溫度升高，汽缸壁的溫度隨之升高導致壓縮機潤滑狀況惡化，嚴重影響壓縮機正常運行。壓縮機壓縮比過大，會使得活塞式壓縮機的輸氣系數下降，使得壓縮機輸氣量減少，制冷量下降。當壓縮比達到20的時候，壓縮機幾乎不能吸氣，從而失去制冷能力。三、各種形式的雙級壓縮制冷循環雙級蒸氣壓縮式制冷循環的基本類型雙級蒸氣壓縮式制冷循環由于它們所用節流級數及中間冷卻方式的不同，有不同的循環形式。節流級數分為一級節流和二級節流；中間冷卻方式分為中間完全冷卻，中間不完全冷卻和中間不冷卻三種。經過組合，常見雙級壓縮循環有下面5種：①一級節流中間完全冷卻的雙級壓縮制冷循環②一級節流中間不完全冷卻的雙級壓縮制冷循環③一級節流中間不冷卻的雙級壓縮制冷循環④二級節流中間完全冷卻的雙級壓縮制冷循環⑤二級節流中間不完全冷卻的雙級壓縮制冷循環①一級節流中間完全冷卻的雙級壓縮制冷循環通常兩級壓縮氨制冷系統采用中間完全冷卻②一級節流中間不完全冷卻的雙級壓縮制冷循環通常兩級壓縮氟利昂制冷系統采用中間不完全冷卻凍干機和109車間的格拉索機組和114車間的單機雙極制冷機組采用此方式③一級節流中間不冷卻的雙級壓縮制冷循環在冷藏運輸以及某些特定的生產工藝制冷工段的制冷裝置中，既要達到低溫又要簡化制冷系統，這時常采用一次節流中間完全不冷卻兩級壓縮制冷循環(右圖)。這種循環和前面所述的兩級壓縮比較，取消了中間卻冷卻器，因而系統進一步簡化，但這種循環方式不省功，也不能提高循環的制冷量和制冷系數。④二級節流中間完全冷卻的雙級壓縮制冷循環⑤二級節流中間不完全冷卻的雙級壓縮制冷循環中間冷卻方式和節流方式的區別中間完全冷卻是指將低壓級的排氣冷卻到中間壓力下的飽和蒸氣。如果低壓級排氣雖經冷卻，但并未冷到飽和蒸氣狀態時稱為中間不完全冷卻。采用哪一種中間冷卻方式，由選用制冷劑的種類來決定。通常兩級壓縮氨制冷系統采用中間完全冷卻，而兩級壓縮氟利昂制冷系統，則常采用中間不完全冷卻。節流方式又可分為一級節流循環與兩級節流循環。如果將高壓液體先從冷凝壓力Pk

節流到中間壓力Pm

，然后再由Pm

節流降壓至蒸發壓力P0

，稱為兩級節流循環。如果制冷劑液體由冷凝壓力Pk

直接節流至蒸發壓力P0

，則稱為一級節流循環。一級節流循環雖經濟性較兩級節流稍差，但它利用節流前本身的壓力可實現遠距離供液或高層供液，故被廣泛采用。復疊式制冷循環

復疊式蒸氣壓縮制冷循環是由兩個或兩個以上的單級（也可以是多級）制冷循環組成，而且在兩個制冷系統中充加不同性質的制冷劑。它既能滿足在較低蒸發溫度時有合適的蒸發壓力，又能滿足在環境溫度條件下冷凝時具有適中的冷凝壓力。R23在一個標準大氣壓下的蒸發溫度是-82.3℃。但是這樣的制冷劑往往冷凝壓力很高，R23在25℃時冷凝壓力為46.3bar。如果用單機制冷循環要求設備耐壓等級很高，操作起來也比較危險，并且壓縮機的壓縮比太大，運行起來非常不經濟；為了降低R23的冷凝壓力和壓縮機的壓縮比，我們就必須降低他的冷凝溫度，為此就有了復疊式制冷循環；復疊式制冷循環原理圖

壓縮機冷凝蒸發器回熱器節流閥蒸發器膨脹容器低溫系統高溫制冷劑R13/R23常溫下低溫制冷劑的飽和壓力非常高，所以機組一停，需要提供一個額外膨脹空間，讓低溫制冷劑有地方排泄，但當機組一運行，這部分制冷劑必須參與循環，這就設計了一個膨脹容器和電磁閥來進行控制復疊式制冷機的啟動問題一般先啟動高溫部分，后啟動低溫部分R22低溫制冷劑組成各種蒸氣壓縮式制冷方式的比較制冷循環

使用原因

應用溫度范圍

制冷劑

單級壓縮

一般制冷

5℃～－40℃

一種

雙級壓縮

壓縮比過大

－40℃～－80℃

一種

復疊式壓縮

制低溫

<-80℃

兩種或兩種以上

二、制冷部件制冷壓縮機速度型（離心式）容積型往復(活塞)式回轉式斜盤(板)式曲柄連桿式曲柄導管式渦旋式滾動轉子式旋片式螺桿式單螺桿雙螺桿一、制冷壓縮機分類活塞式壓縮機1、壓縮機的分類按壓縮機與電動機的組合形式分：開啟式和封閉式（半封閉和全封閉）開啟式半封閉式全封閉式機體（曲軸箱）氣缸活塞吸、排氣閥曲軸連桿機構組成活塞式壓縮機主要組成部件1.機體是壓縮機最大的主要部件，用以支承壓縮機的主要零部件，一般采用高強度灰鑄鐵鑄成。2.活塞及曲軸連桿機構（傳動機構）

曲軸是活塞式制冷壓縮機的主要部件之一，其作用是傳遞能量，并將電動機的旋轉運動通過連桿改變為活塞的往復直線運動，以達到壓縮氣體的目的。有單拐和雙拐兩種形式，四缸以上的壓縮機多采用雙拐曲軸。

正常運行時，曲軸箱溫度，氟系統＜70℃，氨系統＜65℃，軸封軸承＜70℃；

連桿是曲軸與活塞間的連接件，它將曲軸的回轉運動轉化為活塞的往復運動，并把動力傳遞給活塞對氣體做功。

活塞的作用是與氣缸共同組成一個可變的封閉工作容積，使氣體在此容積內受到壓縮。多采用鋁鎂合金鑄造，設有密封環及油環，以保證氣缸壁與活塞之間的密封與潤滑。

3.氣缸套及進排氣閥組合件吸排氣閥是活塞式壓縮機的重要部件之一，它控制著壓縮機的吸氣、壓縮、排氣、膨脹過程。靠壓差自動啟閉。4.潤滑系統（油泵）潤滑目的：◆減少軸與軸承、活塞環與氣缸壁等運動部件接觸面的機械磨損，減少摩擦耗功，提高零部件的使用壽命。◆可以帶走摩擦產生的熱量，降低各運動部件的溫度，提高壓縮機的耐久性。活塞式壓縮機的優缺點

往復式壓縮機的主要特點：優點：1）適用壓力范圍廣，不論流量大小，均能達到所需壓力；2）熱效率高，單位耗電量少；3）適應性強，即排氣范圍較廣，且不受壓力高低影響，能適應較廣闊的壓力范圍和制冷量要求；4）可維修性強；

5）對材料要求低，多用普通鋼鐵材料，加工較容易，造價也較低廉；6）技術上較為成熟，生產使用上積累了豐富的經驗；7）裝置系統比較簡單；缺點：1）轉速不高，機器大而重；2）結構復雜，易損件多，維修量大；

3）排氣不連續，造成氣流脈動；4）運轉時有較大的震動。螺桿式壓縮機一、螺桿式壓縮機雙螺桿壓縮機；單螺桿壓縮機。二、雙螺桿壓縮機主要部件陽轉子、陰轉子、機體、軸承、軸封、平衡活塞、能量調節裝置三、螺桿式壓縮機的工作原理

依靠嚙合運動著的一對陰陽轉子，借助它們的齒、齒槽與機殼內壁所構成的呈“V”字形的一對齒間容積呈周期性大小變化，來完成制冷劑氣體吸入—壓縮—排出

螺桿式壓縮機的結構

螺桿式制冷壓縮機優缺點優點：轉速高（3000～4400r/min），相同制冷量下，體積小，質量輕，占地小，輸氣脈動小。無吸、排氣閥和活塞環等易損件，結構簡單，運行可靠、壽命長。向氣缸內噴油，故排氣溫度低（<90℃）。無往復運動，不存在不平衡質量慣性力和力矩。對濕壓縮不敏感。無余隙容積和吸、排氣阻力，容積效率高。調節范圍寬，經濟性好，無喘振現象。制冷量可以在10%～100%之間無級調節；缺點：轉子、機體等部件加工精度要求高，裝配要求比較嚴格；油路系統及輔助設備比較復雜；因為轉速高，所以噪聲比較大。

冷凝器作用：將壓縮機升壓排出的制冷劑過熱蒸汽冷卻冷凝成液體。按冷卻介質不同，可分為水冷式、風冷式、蒸發式。1.立式殼管式◆使用范圍：多用于氨制冷系統中◆水在管內走，氨在管外走。2.臥式殼管式◆使用范圍：普遍地應用于大中小型氨、氟利昂制冷系統中，尤其在船舶制冷和空調制冷用冷凝機組、冷水機組中應用廣泛。.風冷式冷凝器使用范圍：多用于小型氟利昂制冷裝置中，如電冰箱、空調器、冷凍柜等類型：自然對流式和強迫對流式特點：可以不用水而使冷卻系統變得十分簡單，不易產生腐蝕；初次投資和運行費用均高于水冷式；冷凝溫度受環境影響大。蒸發器蒸發器也是一種熱交換器,是使低壓、低溫制冷劑液體在沸騰過程中吸收被冷卻介質(空氣、水、鹽水或其他載冷劑)的熱量,從而達到制冷的目的

風冷：翅片管式蒸發器，管帶式蒸發器，蛇管式蒸發器等水冷：干式殼管式蒸發器，滿液式蒸發器，套管式蒸發器等冷卻空氣型蒸發器冷風機：用于各種冷庫板式蒸發器

節流機構節流是壓縮式制冷循環不可缺少的四個主要過程之一。節流機構的作用有兩點：一是對從冷凝器中出來的高壓液體制冷劑進行節流降壓為蒸發壓力；二是根據系統負荷變化，調整進入蒸發器的制冷劑液體的數量。常用的節流機構有熱力膨脹閥、阻流式膨脹閥(毛細管)電子膨脹閥等。熱力膨脹閥

熱力膨脹閥的工作原理.

感溫包感受蒸發器出口端過熱度的變化，使感溫系統內壓力變化（感溫包壓力），感溫包壓力作用于傳動膜片，使膜片形成上下變形的位移，位移傳給傳動桿，傳動桿推動閥針移動，形成閥門開大或變小，調節流量和降壓節流。蒸發器負荷↗→供液量不足→過熱度↗→感溫包溫度壓力↗→閥門開大蒸發器負荷↘→供液量太大→過熱度↘→感溫包溫度壓力↘→閥門熱力式膨脹閥主要由閥體、感溫包和毛細管組成。按感應膜片平衡方式不同分：內平衡式和外平衡式內平衡式熱力膨脹閥外平衡式熱力膨脹閥外平衡膨脹閥內平衡膨脹閥與外平衡膨脹閥區別外平衡熱力膨脹閥與內平衡熱力膨脹閥在結構上略有不同，其不同處是感應薄膜下部空間與膨脹閥出口互不相通，而且通過一根小口徑的平衡管與蒸發器出口相連。外平衡熱力膨脹閥膜片下部的制冷劑壓力不是閥門節流后的蒸發壓力，而是蒸發器出口處的制冷劑壓力。這樣可以避免蒸發器阻力損失較大時的影響，把過熱度控制在一定的范圍內，使蒸發器傳熱面積充分利用內、外平衡式熱力膨脹閥工作原理完全相同，只是適用的條件不同，如果蒸發器中制冷劑的壓力損失較大，使用內平衡式熱力膨脹閥時，就會造成蒸發器供液量不足，出口處氣態制冷劑的過熱度增大。也就使蒸發器的傳熱面積的利用率降低，制冷量相應減小，所以在實際應用中，蒸發器壓力損失較小時，一般使用內平衡式熱力膨脹閥，而壓力損失較大時(當膨脹閥出口至蒸發器出口制冷劑的壓力降相應的蒸發溫度降低超過2～3℃時)，應采用外平衡式熱力膨脹閥。毛細管毛細管作節流裝置的特點（1）毛細管由紫銅管拉制而成，制造方便，價格低廉；（2）沒有運動部件，本身不易產生故障和泄漏；（3）具有自補償的特點；（4）制冷壓縮機停止運轉后，制冷系統內的高壓側壓力和低壓側壓力可迅速得到平衡，再次起動運轉時，制冷壓縮機的電動機起動。電子膨脹閥電子膨脹閥的優點是：流量調節范圍大；控制精度高；適用于智能控制；能適用于高效率的制冷劑流量的快速變化。三、制冷劑及冷凍油

制冷劑是在制冷機內完成熱力循環的工質,必須具有較好的熱力性質和物理化學性質,選用時根據使用場合、溫度要求、制冷量及制冷機的型式等綜合考慮.臭氧層能將太陽輻射至地面的紫外線吸收90%。而含氯的氟利昂在紫外線的照射下能釋放Cl離子，破壞臭氧層，形成臭氧空洞。使太陽光紫外線失去臭氧層的屏敝作用而加強，使到達地面的紫外線顯著增加，對人類健康和農作物、海洋浮游生物的生長不利，并引起氣候異常。對人類和農作物有害。制冷劑的種類和編號(1)無機化合物如氨、水等,無機類制冷劑的統一編號為R7XX.(R是英文“制冷劑”字頭)，編號的后兩位數表示該無機化合物的分子量，例：水R718、氨R717、二氧化碳R744。

(2)氯代烴—氟利昂編號是R后帶三個數字R×××；依次為碳原子數m-1、氫原子數n+1和氟原子數x。其中由甲烷CH4生成的m-1為0.寫為R××。例如二氟一氯甲烷CHClF2，寫為R22。CCl2F2

為R12.氟利昂制冷劑性質大多是無毒的，沒有氣味，不燃燒，沒有爆炸危險，熱穩定性好，氟利昂分子量大，絕熱指數小，凝固點低，含水時會腐蝕鎂及鎂合金、鐵等金屬，單位容積制冷量小，密度大，節流損失大，導熱系數小，遇火焰時會分解出有毒氣體，易漏泄而不易察覺。

CFC表示不含氫的氯氟烴；R12=CCl2F2HCFC表示含氫的氯氟烴；R22=CHClF2HFC表示含氫而無氯的氟化烴R134a=CH2FCF3

CFC已于1996年起禁用，發展中國家推遲至2010年。HCFC將于2016年凍結在2015年的水平，發達國家于2020年禁用，發展中國家2030年完全禁用，德、意發達國家2000年已禁用。(3)非共沸制冷劑。用R4XX表示。是由不同制冷劑按一定比例混合而成，但其不存在共沸點，在定壓下蒸發或凝結時，氣相與液相的組成成分不斷變化，溫度也隨之不斷變化。它還可以降低制冷循環壓縮比，使單級壓縮制冷循環獲得更低的蒸發溫度。(4)共沸制冷劑。用R5XX表示。由兩種或兩種以上特定的制冷劑按一定的比例混合而成，存在共沸點。在氣化或液化過程中，其蒸氣成分與溶液成分始終保持相同。(5)碳氫化合物(烴類)目前用作制冷劑的有烷烴類和烯烴類。烷烴類命名：與氟利昂編號方法相同。如乙烯C2H，(R1150)、烯烴類命名：R1+氟利昂編號方法。丙烯C3H6、(R1270)等。常用制冷劑及其性質(1)R22二氟一氯甲烷CHCLF2船舶廣泛使用、無毒、無味、不燃不爆、熱穩定性好和火焰(800℃以上)接觸時會分解產生有毒光氣工作壓力適中，標準沸點為-40.8℃單級壓縮制冷蒸發溫度可達-40℃R22在-15℃時的蒸發壓力為0.295MPa，+30℃時冷凝壓力為1.19MPa,屬中壓中溫制冷劑標準工況壓縮終溫為83℃，可不用水冷卻壓縮機缸頭溶水性強于R12，在系統中含水較多時會發生冰塞。對天然橡膠有侵蝕作用，在R22裝置中一般采用氯丁橡膠或丁基橡膠作密封材料。價格12元/公斤。(2)R134a(四氟乙烷，CH2FCF3)R134a不含氯原子CL，其臭氧耗減潛能值(ODP)為0，全球變暖潛能值(GWP)為0，26，也比R12(GWP為3)小得多。R134a標準沸點為-26.5℃，一15℃時蒸發壓力為0.164MPa，+30℃時冷凝壓力，0.77MPa.R134a絕熱指數為1.11，在相同工作參數下壓縮機排氣終溫與盡12相近，壓縮機氣缸無需用水冷卻。R134a對普通橡膠有更強的易膨脹濕潤特性，所以密封材料宜采用氫化丁腈橡膠、氯化橡膠R134a本身無潤滑性能。對潤滑油的潤滑性有更高的要求。(6)R12(二氟二氯甲烷CCL2F2)（3）R404A

是組分為R125/R143a/R134a(44/52/4)的HFC近共沸混合物，在標準大氣壓的泡點/露點是-46.48°C/-45.71°C。比R22工作壓力約高20%，排氣溫度較高，制冷量相對稍高些，COP低百分之十幾。（4）制冷劑R23（三氟甲烷）R23作為廣泛使用的超低溫制冷劑，R23在設備上替代氟利昂R13和R-503。R23的沸點-82℃，冰點-155℃，安全級別無毒不可燃，R23使用高壓鋼瓶包裝30kg/瓶。47元/公斤載冷劑載冷劑是在間接制冷系統中用以傳遞冷量的中間介質1、水：適用于制冷溫度在0℃以上的場合,如空氣調節設備等。工業用的循環冷卻水，5度水，7度水等稱呼的用水系統。2、鹽水：即氯化鈣或氯化鈉的水溶液可用于鹽水制冰機和間接冷卻的冷藏裝置，或冷卻袋裝食品。鹽水的凝固溫度隨濃度而變，當溶液濃度為29.9%時氯化鈣鹽水的最低凝固溫度為55℃；當溶液濃度為23.1%時氯化鈉鹽水的最低凝固溫度為21.2℃。使用時按溶液的凝固溫度比制冷機的蒸發溫度低5℃左右為準來選定鹽水的濃度。氯化鈣和氯化鈉價格較