制冷的基本原理分析

制冷的概念及系统 工作基本原理
概念
制冷原理与设备是为了适应人们希望能人工 改变局部环境温度的需要而产生和发展的。日 常生活中常说的“冷”或“热”是人体对温度高低 感觉的反应，因此冷和热是一个相对的概念， 制冷中所说的冷和热，是相对于环境温度而言 的。
概念
所谓制冷，就是把某一物体或空间（包括空间 内的物体）的温度，降低到低于环境介质的温度， 并保持这一低温状态的过程。为了达到这一目的， 就应采用人工的方法不断地将该物体或空问的热量 及由外界传入的热量，转移到外界环境中去。这是 一个非自发的过程，需要消耗外界能量进行补偿。 为实现这一过程所需要的设备称为制冷机。制冷机 中使用的工作介质通常称为制冷剂。
氨卧式壳管式冷凝器 氟利昂套管式冷凝器
2）蒸发器
蒸发器是制冷机中的冷量输出设备 。制冷剂在蒸发器中蒸发，吸收低温热 源介质（水或空气）的热量，达到制冷 的目的。
冷却空气的蒸发器
空气自然对流时 多采用光盘管结构
空气强制对流时 采用翅片管结构
冷却液体（水或其它液 体载冷剂）的蒸发器
壳管式 板式 沉没式
卧式满液式蒸发器结构
干式壳管蒸发器
板式换热器的结构特点
板式换热器由一组 波纹板片，橡胶密封 垫和一副金属框架组 成。板片之间构成流 道并由密封垫密封。 冷热流体在密封垫的 引导下分别交替地流 过各自的流道并通过 板片传递热量
空气强制对流的蒸发器及其肋片管型式 a) 蒸发器 b) 绕片管 c) 套片管
整机性能 可靠性 寿命 噪声
与冷凝压力相对应的温度称为冷凝温度，冷凝后的高 压液体通过膨胀阀或节流元件使其压力从冷凝压力降 低到蒸发压力，使部分液体汽化，剩余液体温度降至 相对低温液体；离开膨胀阀的制冷剂变为温度为相对 低温的汽液混合物。混合物中的液体在蒸发器中从被 冷却对象中吸收他所需要的蒸发热，使被冷却对象冷 却；混合物中的蒸汽通常称为闪发蒸汽，不起吸热作 用。在整个循环过程中，压缩机起着压缩和输送制冷 剂蒸汽和造成蒸发器中低压的作用，推动系统循环， 是整个系统的心脏；节流阀对制冷剂起着节流降压的 作用，并用作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，达到制冷的目的；冷凝器是输出热量的设 备，制冷剂从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗的 功所转化的热量在冷凝器中一起被冷却介质带走。
用冷凝器将制冷剂从低温热源吸收的热量 及压缩后增加的热焓排放到高温热源。
空气冷却式
冷凝器按冷却方式
水冷式
蒸发冷却式
空气冷却式冷凝器中 根据管外空气流动方式
自然对流空气冷 却式冷凝器
强制对流空气冷 却式冷凝器
自然对流空气冷却式冷凝器
空气强制对流冷凝器
1-肋片 2-传热管 3-上封板 4-左端板 5-进气集管 6-弯头 7-出液集管 8-下封板 9-前封板 10-通风机 11-装配螺钉
家用冰箱
应用
百度文库
冷柜
房间空调器
特点
简单 便宜 便于大批量生产
2） 手动膨胀阀
通常与其它控制元件配合使用，一般只 在短时期内使用，例如在冷冻初期辅助送液， 或者在自动膨胀阀出故障时作为旁路备用阀。
3） 定压膨胀阀
从保持蒸发压力恒定为目的，自动调节蒸发 器供液量。其结构原理是：由设定弹簧力和蒸发压 力产生的流体压力之差提供阀打开方向的驱动力。 当蒸发压力降低时，阀开大，供液量增多，以补偿 蒸发压力的下降；当蒸发压力升高时，阀关小，供 液量减少，抑制蒸发压力上升。
1-传热管 2-肋片 3-挡板 4-通风机 5-集气管 6-分液器
3.节流机构
节流机构是实现制冷循环系统必须的四 个基本组成部件之一，安装在冷凝器与蒸发 器之间。作用为：
对制冷剂的流动起调节作用，使来自冷凝 器的高压液态制冷剂压力降低
控制进入蒸发器的制冷剂质流率
1） 毛细管
毛细管用在小型而且不需要精确调 节流量的制冷装置。
制冷&冷却
制冷与冷却是两个不同的概念 冷却是指热量从高温物体传递到低温物体
中，由于冷、热物体间存在温度差，所以冷却 可以自发地进行，但高温物体的温度不可能降 到低于环境介质（空气或水）的温度。
制冷原理图解
实际制冷循环分析
1.压缩机
主机 压缩式制冷系统的心脏
有用能的输入 制冷剂在系统中的循环流动
制冷系统的构成
制冷系统的 构成
压缩机 热交换设备 节流机构 管道 各种控制阀 辅助部件
工作原理
制冷时，制冷压缩机将水热交换器内的低压低温制 冷气体（R22）吸入气缸，经过压缩机做功，使之变成 压力和温度都较高的气体，进入冷凝器内，高温高压的 制冷剂气体通过冷凝器冷凝变成中温高压的液体(把热量 传给空气)，中温高压的液体再经过节流部件节流降压后 变为低温低压的液体进入蒸发器。在蒸发器内，低压液 体制冷剂汽化，吸收周围介质(水)的热量，从而使水降 温冷却，成为所需要的低温用水。而在热交换器中汽化 后的低温制冷剂气体又被压缩机吸入重新进行压缩，这 样周而复始不断循环，连续制取冷冻水。
制冷剂和载冷剂
一、制冷剂的选用原则
只有在工作温度范围内能够汽化和凝结的 物质才有可能作为制冷剂使用。
1.制冷剂热力学性质
(1) 工作温度范围内有合适的压力和压力比。
Ø蒸发压力≧大气压力 Ø冷凝压力不要过高 Ø冷凝压力与蒸发压力之比不宜过大
(2) 单位制冷量q0和单位容积制冷量qv较大。 (3) 比功w和单位容积压缩功wv小，循环效率高。 (4) 等熵压缩终了温度t2不能太高，以免润滑条件恶化
蒸汽压缩式制冷系统根据热力学第二定律，压
缩机消耗的功起了补偿作用，使制冷剂不断从
低温热源吸取热量，并不断向高温热源放出热
量，从而完成整个制冷循环。
水
2
放空气 冷凝器
放油
1
压缩机 膨胀阀
4
水3
总调节站
贮氨器
均压管 分油器 氨液分离器
蒸发器
冷媒出 冷媒进
活塞式压缩机 组成
机体（曲轴箱） 气缸 活塞 吸、排气阀 曲轴连杆机构
活塞式压缩机有以下特点：
①作往复运动，转速不宜太高 ②气缸工作腔有余隙容积 ③气缸工作腔必须设置吸、排气阀，使 吸、排气过程产生阻力损失 ④结构复杂，零部件多。 ⑤往复式压缩机不允许吸气带液
2.热交换设备
制冷系统的热交换设备主要是冷凝器和蒸发器，它 们是制冷剂与外部热源介质之间发生热交换的设备
1） 冷凝器