第三章制冷与食品冷冻解析

高
温
膨
高温冷凝器
胀
阀
低
温
膨
中间热交换器
胀
阀
低温蒸发器
高温 压缩 机
低温 压缩 机
3.1.4 食品冷冻常用的蒸汽压缩制冷循环
单级蒸汽压缩制冷循环：将制冷剂从蒸发压力一次压缩到 冷凝压力的制冷循环。由压缩机、冷凝器、蒸流机构及蒸 发器组成。
理论循环的假设条件是：压缩机吸入的气体是饱和气体， 在节流阀前是饱和液体，蒸发和冷凝的压力和温度稳定； 制冷压缩机气缸没有磨擦、节流等损耗。气缸阀与外界没 有热交换，也没有余隙容积，管道中没有任何损失，压力 降低仅在膨胀阀中进行。
A 单位制冷量
3 3′ lgp
2′ 2
单位质量制冷量q0
4
1
q0 h1 h4
h
(J/kg)
单位容积制冷量qv
qv
q0 v0
h1 h4 v0
(J/m3 )
单位质量或单位容积制冷剂在蒸发器中所吸收的热
量称为单位制冷量。
B 制冷剂循环量
单位时间在制冷机中循环的制冷剂流 量。循环量有质量和容积两种表示方法。
A卡诺循环及逆卡诺循环
卡诺循环
T T1 1
2
T2 4
3 S
1→2 等温可逆膨胀， 2→3 绝热可逆膨胀
3→4 等温可逆压缩， 4→1 绝热可逆压缩 构成正循环：顺时针的热力循环 1-2-3-4-1闭合线所围面积：对外所作之功
逆卡诺循环 也是由四个可逆过程组成
T3
2
T1
T2 4
1 S
4→1 等温可逆膨胀,熵增加,由冷源(T2)吸热Q2 1→2 绝热可逆压缩，等熵过程， T2升至T1 2→3 等温可逆压缩,熵减少,向热源(T1)放热Q1 3→4 绝热可逆膨胀，熵不变，T1降到T2
第3 章 制冷与食品冷冻
Refrigeration
制冷与食品冷冻
3.1制冷技术原理 3.2制冷剂和载冷剂 3.3食品的冻结
3.1 制冷技术原理
3.1.1 制冷的基本概念、原理与方法 3.1.2 一般制冷方法 3.1.3 低温制冷方法 3.1.4 食品冷冻常用的蒸气 压缩式制冷循环
3.1.1 制冷基本概念、原理与方法
高压压缩机
高压 膨胀 阀
低压 膨胀 阀
中间冷却器 蒸发器
水冷却器 低压压缩机
B 串级制冷循环
在制冷循环中应用两种或多种制冷剂串联操作，以一高温制冷剂所 产生的冷效应去液化沸点较低的制冷剂，而此液化后的制冷剂，在汽化 时又去液化另一沸点更低的制冷剂，如此逐级液化以达到所要求的低温。 用于－70℃以下的制冷，可获得－80～－120℃
D 压缩机所消耗的功率
压缩机压缩功W
单位制冷剂 w h2 h1
(J/k g)
循环量G的制冷循环
理论功率：
Nt G w G(h2 h1 ) w
指示效率
ai
Nt Ni
理论功率 指示功率
余隙容积的大小，冷凝和蒸发的压力比、吸入蒸气 的温度以及汽缸，活塞和汽阀的结构等因素
Qk G(h2 - h3 ) 冷凝过程放热量 Qk G(h3 h3) 过冷过程放热量
液态物质在温度降低至凝固点而仍不发生凝固或 结晶等相变的现象。这样的物质叫作过冷液体。
把物质加热到通常发生相变的温度以上而仍不出 现相变的现象，称为过热。
4′4
3
2 2′
5′5
1 1′
如果饱和液体受到过冷（4－4′），则节流过程以虚线4′－5′ 表示。蒸发过程则为5′－5－1.如果制冷剂蒸汽由蒸发器出 来后在进入压缩机前出现过热（1－1′），这样压缩机吸入 的就是过热蒸汽（点1′），蒸发过程则变为5′－5－1－1′， 压缩过程为等熵线1′－2′.
制冷剂的压焓图(lgp-h图)，又称莫里哀(mollier)图,
横坐标：比焓h，纵坐标：lgp (直接读取的仍是p值)
除等压线,等焓线外，
过冷液体区
还绘出：
百度文库
等温线（T = c）
等比容线（v = c） 等熵线（S = c） 等干度线（x = c ）
湿蒸汽区
过热蒸汽区
3.1.2一般制冷方法
人工制冷方法中以机械压缩循环制冷法最为常用。
C 制冷量与制冷系数
膨胀阀
低温低 压液体
制冷过程简图
制冷量（制冷能力）Q：单位时间制冷剂从被冷冻物取出的 热量。W KW
国外 冷冻吨 1冷吨=24h内 1吨0℃水
冰所放出的热量
1美国冷吨=12660 KJ/h=3.5kw 1日本冷吨=3.86kw
制冷系数 D 压焓图
TN
Tc TN
Tc高温热源 TN低温热源
冷凝器
压缩机
膨胀阀
蒸发器
1.绝热压缩； 3.绝热膨胀；
2.等温等压冷凝； 4.等温等压蒸发
2.吸收式制冷
以吸收器—发生器组代替压缩机 以热能代替机械能而工作
低沸点组分作制冷剂 工质是二元溶液 高沸点组分作吸收剂
最常用的工质有：
① 氨—水二元溶液 氨为制冷剂，水为吸收剂
② 水—溴化锂二元溶液 水为制冷剂，溴化锂为吸收剂 溴化锂极易溶于水，溴化锂水溶液有较强的 吸水能力。
一般制冷方法
机械压缩制冷法——空气压缩制冷、蒸气压 缩式制冷、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷
非机械压缩制冷法——融解和溶化制冷、 固体升华和液体汽化制冷
低温制冷方法——多级制冷循环、串级制冷循环、节流膨胀 和绝热膨胀法
A 机械压缩循环制冷法
1.蒸汽压缩式制冷
应用最广泛的制冷方法 理想蒸汽压缩式制冷循环分四步：
G Q0 Q0
(kg/s)
q0 h1 h4
lgp
V
Gv0
Q0v0 q0
Q0 qv
(m 3/s)
3 3′
4 h
2′ 2
1
C 制冷剂的放热量
lgp
包括冷却、冷凝、过冷三阶段的热量
总放热量：
3 3′
4 h
Qk Qk Qk Qk G(h2 h3) J / s
2′ 2
1
Qk G(h2 - h2 ) 冷却过程放热量
3.蒸汽喷射式制冷
利用高压水蒸气在喷射器内高速喷射造成低压， 并使水在此低压下蒸发吸热的原理实现制冷。
广泛应用于空调
锅 炉
冷 凝 器
高压蒸汽喷射器 蒸发器
泵
泵
节流器
3.1.3 低温制冷方法
为了获取更低的温度
A 多级制冷循环
依靠一种制冷剂实施多级压缩的制冷方法。低压气缸、高压
气缸、中间冷却器。
冷凝器
并和外功W一并向热源放热Q1 经过一个反循环，工质从冷源吸热Q2，
B 制冷过程
压缩式制冷机的制冷过程——压缩、 冷凝、膨胀、蒸发 制冷机主要由蒸发器、压缩机冷凝器 和膨胀阀。压缩机是制冷系统的作功 单元
低温低压 气体气体
水
冷 凝 器
等 压
高压液体
压缩机
等熵
等 温 等 压
低温 低压 气体
蒸 发 器
等焓