第二章 制冷原理

优点： 缺点： ★耗水量少（水冷式冷凝器的3~5%） ★冷凝管暴露于空气中易于腐蚀 ★空气流量不大 ★水在冷凝管外汽化时矿物质完 全 留在管子表面，水垢层增长较快， 故冷却水需软化处理。
制冷原理 五、制冷剂
制冷剂是进行制冷循环的工作物质。 对制冷剂的要求 理想的制冷剂要求化学性质是无毒、无刺激性气味、对金属腐蚀作用小、与润滑油 不起化学反应，不易燃烧、不易爆炸、并且要求制冷剂有良好的热力学性质，即在 大气压力下它在蒸发器内的蒸发温度要低、蒸发压力最好与大气压相近；制冷剂在 冷凝器中、冷凝温度对应的压力要适中，单位制冷量要大，汽化热要大，而液体的 比热要小，气体的比热要大。要求制冷剂的物理性质：凝固温度要低、临界温度要 高 (最好高于环境温度)，导热系数和放热系数要大，比重和粘度要小，泄漏性要小。
制冷原理
德玛仕技术部 主讲人：印定兵 2018年08月15日
第二章
制冷原理
制冷原理
制冷原理 一、蒸气压缩式制冷原理
蒸气制冷是利用某些低沸点的液态制冷剂在不同压力下汽化时吸热的性质来实现 人工制冷的。 在制冷技术中，蒸发是指液态制冷剂达到沸腾时变成气态的过程。液态变成气态 必须从外界吸收热能才能实现，因此是吸热过程，液态制冷剂蒸发汽化时的温度叫做 蒸发温度，凝结是指蒸汽冷却到等于或低于饱和温度，使蒸汽转化为液态。 在日常生活中，我们能够观察到许多蒸发吸热的现象。比如，我们在手上擦一些 酒精，酒精很快蒸发，这时我们感到擦酒精部分反应很凉。又如常用的制冷剂氟利昂 F-12液体喷洒在物体上时，我们会看到物体表面很快结上一层白霜，这是因为F-12的液 体喷到物体表面立即吸热，使物体表面温度迅速下降(当然这是不实用的制冷方法，制 冷剂F-12不能回收和循环使用)。目前一些医疗机构采用的冷冻疗法即是利用了这一原 理。 蒸气压缩式制冷是利用液态制冷剂汽化时吸热，蒸汽凝结时放热的原理进行制冷的。
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2、卧式壳管 式冷凝器 它与立式冷 凝器有相类 似的壳体结 构，主要区 别在于壳体 的水平放置 和水的多路 流动。
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3、套管式冷凝器
这种冷凝器的优点是结构简单，易于制造，且因系单管冷凝，反向换热，故传热效果好。其缺点 是耗金属量大，纵向管数较多时，下部管路充满液体，传热面积不能充分利用。另外，因结构紧 凑，造成维修困难。只用于小型氟利昂空调机组。
制冷原理 冷凝器
冷凝器按其冷却形式可分为三大类型：水冷式、风 冷式、蒸发式及淋水式。 一、水冷式冷凝器： 在水冷式冷凝器中，制冷剂放出热量被冷却水带走。 冷却水可以一次流过，也可以循环使用。当使用循 环水时，需要有冷却水塔或冷水池。水冷冷凝器有 壳管式、套管式、沉浸式等结构形式。 1，立式壳管式冷凝器 立式冷凝器的主要特点是： A、由于冷却量大， 流速高，故传热系数高。 B、垂直安装，所以占地 面积小 C、冷却水直通流动且流速大，所以对冷 却水的要求不高 D、管内水垢易清除 E、冷却水 温升值有2-4°，对数平均温差在5-6度左右，故耗 水量大。且设备置于空气中，管子等易被腐蚀。
制冷原理 四、制冷量
在制冷循环中，循环流动的每千克制冷剂从被冷却物体吸收的热量叫做单位重量制 冷量，用符号 q表示，单位是kcal/kg，单位重量制冷量是表示制冷循环效果的一个特 殊参数，这由制冷剂的性质，循环温度等条件决定，蒸发温度越低，冷凝温度越高， 其值越小，反之越大。制冷装置的产冷量是单位时间内从被冷却物体吸收并在冷凝 器中放掉的热量，用符号Q表示，单位是kcal/kg。Q值的大小等于冷重量流量G与单位 重量制冷量q的乘积，即： Q＝G· q。 在实际工作中，有时为了方便的获得制冷量的粗略计算也可通过下式计算 Q＝L· (t2 －t1 ) 式中L循环风量，(t2 －t1 )为进出风温度差制冷的动力，利用压缩机增加系统内制冷剂的压力，使制冷剂在制冷系 统内循环，达到制冷目的。开始压缩机吸入蒸发制冷后的低温低压制冷剂气体，然后 压缩成高温高压气体送入冷凝器；高压高温气体经冷凝器冷却后使气体冷凝变为常温 高压液体；当常温高压液体流入热力膨胀阀，经节流成低温低压的湿蒸气，流入蒸发 器，从周围物体吸热，经过风道系统使空调房间温度冷却下来，蒸发后的制冷剂回到 压缩机中，又重复下一个制冷循环，从而实现制冷目的。
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二、风冷式冷凝器 在风冷式冷凝器中，制冷剂放出的热量被空气带走。 它的结构形式主要为若干组铜管所组成，由于空气 传热性能很差，故通常都在铜管外增加翅片，以增 加空气侧的传热面积，同时采用通风机来加速空气 流动，使空气强制对流以增加散热效果。
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三、蒸发式冷凝器 喷淋水由水泵将集水槽中的水 输送到蒸发式冷凝器顶部的喷 淋管，经喷嘴喷淋到冷凝排 管的外表面形成很薄的水膜， 水膜中部分水吸热后蒸发为水 蒸气，其余落入集水槽，供水 泵循环使用。轴流风机强迫空 气从底部和侧壁下部被吸入流 经盘管，填料、饱和热湿空气 则被排到周围大气中，热湿空 气中夹带的部分水滴通过收水 器截留，有效地控制水滴飘散 损失，散失致大气中的水蒸气 在系统中由浮球阀控制补充。
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六、制冷系统的构造及组成
构成基本的制冷系统主要有四大部件：压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀。 为了改善制冷系统的性能，达到更好的使用性能，通常还有不少辅助器件：液体管路 电磁阀、视液镜、液体管道干燥过滤器、高低压力控制器等。 各部件的作用 压缩机: 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。 冷凝器: 是输出热量的设备，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。 节流阀: 对制冷剂起节流降压作用，并调节进入蒸发器的制冷剂流量。 蒸发器: 是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象的热量，从而达到制 冷的目的。
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②半封闭：制冷量60～600KW，可用于各种空调﹑制冷设备中。 由曲轴箱机体与电机 外壳共同构成密闭的空间，工作稳定寿命长，制冷能力较大，可用于多种工况，可维 修，但噪声稍高。分为单级压缩型（常规型，碟阀型，卸载型，连通型）和双 级压缩 型。常见品牌：美德COPELAND谷轮，德国BITZER比泽尔﹑BOCK博克﹑GRASSO格拉索， 意大利FRASCOLD富士豪﹑REFCOMP莱富康﹑DORIN多菱，日本MATSUSHITA三菱 ﹑HITACHI日立﹑SANYO三洋，中国泰州雪梅﹑大连冰山﹑南京五洲等。 ③开启式：压缩机和电机分别为两个设备于外部连接，结构复杂笨重，工作不稳定， 已近于淘汰。功率较小，不易维修。
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三、制冷剂在制冷系统中状态
从压缩机出口经冷凝器到膨胀阀前这一段称为制冷系统高压侧；这一段的压力等于冷凝 温度下制冷剂的饱和压力。高压侧的特点是：制冷剂向周围环境放热被冷凝为液体，制 冷剂流出冷凝器时，温度降低变为过冷液体。从膨胀阀出口到进入压缩机的回气这一段 称为制冷系统的低压侧，其压力等蒸发器内蒸发温度的饱和压力。制冷剂的低压侧段先 呈湿蒸气状态，在蒸发器内吸热后制冷剂由湿蒸气逐渐变为汽态制冷剂。到了蒸发器的 出口，制冷剂的温度回升为过热气体状态。过冷液态制冷剂通过膨胀阀时，由于节流作 用，由高压降低到低压 (但不消耗功、外界没有热交换）；同时有少部分液态制冷剂汽 化，温度随之降低，这种低压低温制冷剂进入蒸发器后蒸发（汽化）吸热。低温低压的 气态制冷剂被吸入压缩机，并通过压缩机进入下一个制冷循环。
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2. 回转式制冷压缩机：
靠回转体的旋转运动来改变汽缸的工作容积。 依内部构造分类： ①滚动转子式：制冷量8～12KW，多用于小型空调机和制冷设备中。 为全封闭式，结构紧凑，密 封性好，噪声低。但功率较小，不易维修。常见品牌：日本MATSUSHITA三菱﹑HITACHI日立 ﹑SANYO三洋﹑TOSHIBA东芝，中国庆安﹑黄石东贝等。 ②涡旋式：制冷量8～150KW，可用于各种空调﹑制冷设备中。 为全封闭式，结构简单紧凑，工 作性能高，密封性好，噪声低，为今后主导机型。常见品牌：美国COPELAND谷轮，法国 MANEUROP美优乐，日本HITACHI日立﹑DAKIN大金﹑SANYO三洋，中国春兰等。 ③螺杆式：制冷量100～1200KW，可用于大中型空调﹑制冷设备中。 为半封闭式，结构紧凑，工 作性能高，制冷能力大并可进行无级调节，但润滑油系统较复杂，噪声较高。分为单，双螺杆型。 常见品牌：德国BITZER比泽尔﹑GRASSO格拉索，意大利FRASCOLD富士豪﹑REFCOMP莱富康 ﹑DORIN多菱，日本HITACHI日立﹑DAKIN大金﹑MITSUBISHI三菱重工﹑KOBELCO神钢﹑MYCOM， 韩国CENTURY，台湾复盛﹑汉钟，中国重庆嘉陵﹑大连冰山等。 二. 离心式制冷压缩机：靠离心力的作用，连续将吸入的气体压缩。 制冷量最大可达30000KW， 用于大型空调﹑制冷设备中。 工作稳定，性能高寿命长，制冷能力大，可进行无级调节。常见 品牌：美TRANE特灵﹑CARRIER开利﹑YORK约克和MCQUAY麦克维尔，日本MITSUBISHI三菱重工 ﹑HITACHI日立，瑞士SULZER苏尔寿，韩国和中国厂家等。
制冷原理 制冷剂的种类
制冷剂种类很多，实际应用时可根据制冷剂类型，蒸发温度、冷凝温度和压力等热力学 条件以及制冷设备的使用地点来考虑。制冷剂可分为四类：即无机化合物、碳氢化合物、 氟里昂和共沸溶液。 1、无机化合物制冷剂有氨、水和二氧化碳等； 2、碳氢化合物制冷剂有甲烷、乙烷、丙烷、丁烷（R600a)等； 3、氟里昂(FREON)是十九世纪三十年代开始使用的一种制冷剂，比氨晚60年左右，它是 饱和碳氢化合物的卤族(氟、氯、溴)衍生物的总称，或者说是由氟、氯和碳氢化合物组 成的。目前作为制冷剂用的主要是甲烷(CH4)和乙烷(C2H6 )中的氢原子、全部或部分被 氟氯溴的原子取代而形成的化合物，除名称而外，化学分子式规定了氟里昂各种类别的 缩写代号。如R22等。 4、共沸溶液是由两种以上制冷剂组成的混合物。蒸发和冷凝过程也不分离。就像一种 制冷剂一样。目前实用的有R500、R502等。与R22相比其压力稍高，制冷能力在较低温 度下提高13％左右。此外在相同蒸发温度和冷凝温度下。压缩机的排气温度较低。可以 扩大单组压缩机的使用温度范围，所以发展前景看好。