制冷技术原理与应资料课件.ppt

1、制冷与低温技术的学科交叉领域举例制冷与低温技术的学科交叉领域举例 10.10. 火箭推力系统与高能物理火箭推力系统与高能物理 1.1. 空气调节空气调节2.2. 人工环境人工环境3.3. 食品冷冻与冷冻干燥食品冷冻与冷冻干燥4.4. 低温生物医学技术低温生物医学技术5.5. 低温电子技术低温电子技术6.6. 机械设计机械设计7.7. 红外遥感技术红外遥感技术8.8. 加工过程加工过程9.9. 材料回收材料回收根据对食品处理方式不同，食品低温处理工艺根据对食品处理方式不同，食品低温处理工艺可分可分三类三类： (1) (1) 食品的冷藏与冷却食品的冷藏与冷却 (2) (2) 食品的冻结与冻藏食品的

2、冻结与冻藏 (3) (3) 冷冻干燥冷冻干燥 食品冷冻与冷冻干燥食品冷冻与冷冻干燥1、压力 1、压力是指单位面积上所承受的垂直作用力，又称压强，以P表示 2、压力单位 国际单位制中，压力单位以N/m2计算，称帕斯卡（Pa） 常用兆帕（MPa）、千帕（KPa）作为实用单位，并以巴（bar）和物理大气压（atm）为暂时并用单位。其换算关系为： 1Mpa106Pa 1bar105Pa 1atm（标准大气压）1.01325bar 0.1Mpa=1公斤压力2、温度 温度是表示物体冷热程度的参数。 测量温度的标尺称为温标。常用的温标有三种： 摄氏温标：用符号t表示，单位为 绝对温标：用符号T表示，单位为K

3、 华氏温标：用符号tF表示，单位为 绝对温度与摄氏温度间的换算关系是： Tt273.15（K） 自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被创造，自然界中的一切物质都具有能量，能量不可能被创造，也不可能被消灭；但能量可以从一种形态转变为另一种也不可能被消灭；但能量可以从一种形态转变为另一种形态，且在能量的转化过程中能量的总量保持不变。形态，且在能量的转化过程中能量的总量保持不变。 能量守恒与转换定律是自然界基本规律之一。能量守恒与转换定律是自然界基本规律之一。热力学第一定律热力学第一定律研究与热现象相关的各种过程进行的方向、条研究与热现象相关的各种过程进行的方向、条件及限度的定律件及限度的定律

4、热不能自发地、不付代价地从低温物体传到高热不能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体温物体 1.1.制冷循环的热力学分析制冷循环的热力学分析 热力学循环热力学循环 正向循环正向循环 热能转化为机械功热能转化为机械功 逆向循环逆向循环 消耗功消耗功 2.2.热力学第二定律热力学第二定律 制冷技术中的常用术语制冷技术中的常用术语1、汽化与冷凝物质由液态转变为汽态的过程称为汽化。汽化有两种方式： 蒸发 液体表面发生的汽化现象 沸腾 液体内部和表面同时发生汽化的现象无论是蒸发还是沸腾，都是吸热过程，吸收的热量叫汽化潜热。 制冷剂与载冷剂制冷剂制冷工质，在制冷系统中完成制冷循环的工作介质，制冷循环中通

5、过制冷剂液体在蒸发器中吸热蒸发，在冷凝器中放热冷凝进行制冷循环载冷剂又称为冷媒，起到输送冷量的作用。有载冷剂的系统称为间接制冷系统，没有载冷剂的系统称为直接蒸发制冷系统。 制冷剂制冷剂的基本要求1.制冷剂压力适中：低压不低于大气压；高压不太高。2.单位容积制冷量大，使机组尺寸小3.临界温度高，凝固温度低4.粘度、密度小，减少流动阻力5.导热系数大。提高传热效率，减少传热面积6.对材料无腐蚀，与润滑油不起化学作用7.对人体无害，无爆炸和燃烧价格便宜，易得。 制冷剂的发展、应用与选用原则制冷剂的发展、应用与选用原则 只有在工作温度范围内能够汽化和凝结的物质才有只有在工作温度范围内能够汽化和凝结的物

6、质才有可能作为制冷剂使用。可能作为制冷剂使用。 乙醚是最早使用的制冷剂。乙醚是最早使用的制冷剂。 18661866年年 威德豪森威德豪森(Windhausen)(Windhausen)提出使用提出使用COCO2 2作制冷剂。作制冷剂。 18701870年年 卡尔卡尔林德林德(Cart Linde)(Cart Linde)用用NHNH3 3作制冷剂。作制冷剂。 18741874年年 拉乌尔拉乌尔皮克特皮克特(Raul Pictel)(Raul Pictel)采用采用SOSO2 2作制冷作制冷剂。剂。 SOSO2 2和和COCO2 2在历史上曾经是比较重要的制冷剂。在历史上曾经是比较重要的制冷剂。

7、 SOSO2 2毒性大，但作为重要制冷剂曾有毒性大，但作为重要制冷剂曾有6060年历史。年历史。COCO2 2在使用温度范围内压力特高，致使机器极为笨重，但在使用温度范围内压力特高，致使机器极为笨重，但它无毒使用安全。曾在船用冷藏装置中作制冷剂达它无毒使用安全。曾在船用冷藏装置中作制冷剂达5050年年之久，之久，19551955年才被氟里昂所取代。年才被氟里昂所取代。 制冷剂种类1.无机化合物氨、水等命名：R7分子量2.氟利昂饱和碳氢化合物的卤族衍生物氟利昂d的化学分子式：CmHnFxClyBrz命名：R( m-1 )(n +1)x3.共沸溶液由两种或以上不同制冷剂按比例混合，显示出单一化合物

8、的特性，具有一定的蒸发温度，R500R5064.碳氢化合物甲烷、乙烷等常用制冷剂的性质氨的主要特性氨：具有良好的热力性质，压力适中，单位容积制冷量大常压下的蒸发压力为33.4，常用于冷库系统。氨与水混溶在制冷系统中不会结冰但会腐蚀铜与铜合金，磷青铜除外；氨难溶于润滑油，在系统中容易与其分离，但油会积存在换热表面，影响传热；氨有强烈的刺激性臭味，浓度达0.5即产生中毒，可燃，遇明火会爆炸氨的绝热指数高，故压缩机的排气温度较高。氟利昂的主要特性氟利昂的性能随其所含的氟、氯、氢的原子数变化，氢的含量少其可燃性减少，氯增加与明火会产生有毒的光气(COCl2)氟增加对人体无害，对金属的腐蚀减少。氟利昂很

9、难与水混溶，因此在制冷系统中会结冰堵塞管道，含水后对金属有腐蚀，还产生镀铜现象；氟利昂可分为难溶于润滑油（R13，R14，R115），部分溶解（R22、R152、R502）和完全溶解（R11、 R12、 R500 ）；氟利昂是良好的有机溶剂，对高分子化合物会使其变软、起泡，注意选材。氟利昂的绝热指数较低，故压缩机的排气温度较低，适用于离心式制冷机，无毒不燃烧，分子量大，极易泄漏，不易被发现，价格较贵。共沸溶液共沸溶液是指由二种或以上的制冷剂混合而成的化合物，无法分离，具有同一个蒸发温度，对外表现出单质的性质。R500：是由73.8%的R12和26.2的R152组成。与R12相比制冷量提高18%

10、。R502：是由48.8%的R22和51.2的R115组成。与R22相比制冷量提高13%。单级压缩制冷时，蒸发温度可达55。压缩后的排气温度较低。常用的氟利昂制冷剂R22(CHF2Cl1)性能与氨接近，蒸发温度40.8，与油有限溶解，排气温度低于氨，常用于空气调节、冷藏系统R134a（CH2FCF3）四氟乙烷。是R12的替代物。（东京会议提出由于其GWP较高，也不是十分理想的替代物）其物性与R12相近，标准蒸发温度26.2但是单位容积制冷量下降，并且容易产生镀铜现象， R134a与矿物油不相溶，多使用多元烷基醇类PAG和多元醇酯类POE的合成润滑油。第二节 载冷剂用制冷剂直接冷却物体或空气的系

11、统直接冷却；以制冷剂冷却中间介质，再由中间介质冷却被冷系统的间接冷却系统载冷剂中间介质，又称冷媒作用：减少制冷剂的充注量并减少制冷剂的泄漏由于增加了中间介质，制冷系统的蒸发温度比直接冷却系统低58。对载冷剂的要求载冷剂一般为液体，不易蒸发汽化粘度小，传热性能好，化学稳定性好无毒、对金属的腐蚀小，并无爆炸危险价格低廉，易得。七、七、载冷剂类型及常用载冷剂载冷剂类型及常用载冷剂 1. 水：空调系统中常用的载冷剂水：空调系统中常用的载冷剂 但只能做但只能做0以上的载冷剂以上的载冷剂2. 盐水溶液：盐水溶液：NaClNaCl、CaClCaCl2 2、MgClMgCl2 2 3. 有机物及其水溶液有机物

12、及其水溶液 甲醇、乙二醇、丙三醇。甲醇、乙二醇、丙三醇。 常用载冷剂常用载冷剂有水、盐水、有机物甲醇乙醇等水只使用在0以上的制冷系统，一般不低于5，常用于闭式和开式空调系统盐水常用的有NaCl和CaCl2，分别可用在-15和30的低温系统，盐水有腐蚀性，通常用不锈钢或工程塑料制造系统注意：盐水的凝固温度和溶解度，共晶点分别为21.2和55。一般使制冷剂的蒸发温度高于其凝固温度58。有机载冷剂有甲醇、乙醇、乙二醇等，它们的凝固点低，对管道无腐蚀但价格较贵。润滑油行业中通常叫冷冻油在机组内起到五种作用：润滑摩擦表面，减少零件的磨损；冷却作用；带走金属杂质，起冲刷作用；对摩擦面起密封作用；用油压做液

13、压传动的动力。对润滑油的要求：有一定粘度；凝固点要低；不含水分、石蜡等杂质；与制冷剂有良好的兼容性及稳定性；绝缘耐电压高冷冻油的分类： 1.天然矿物油：有13#、18#、25#，第三种粘度最大 2.人工合成油：聚酯类、聚醇类和极性合成碳氢化合物等制冷四大件 制冷压缩机1、压缩机的作用 在电动机的带动下压缩和输送制冷剂蒸气，使制冷剂在系统中循环制冷。2、压缩机的分类容积型： 往复式：活塞式 回转式：滚动转子式，滑片式，单螺杆式，双螺杆式，涡旋式。速度型：离心式 制冷设备 在制冷设备中，除有起主导作用的压缩机在制冷设备中，除有起主导作用的压缩机外，还必须包括起换热作用的换热器外，还必须包括起换热作

14、用的换热器蒸蒸发器和冷凝器。发器和冷凝器。（一）冷凝器（一）冷凝器 冷凝器是制冷机的主要热交换设备。其冷凝器是制冷机的主要热交换设备。其作用是使从压缩机出来的高温高压制冷剂蒸作用是使从压缩机出来的高温高压制冷剂蒸气在其中气在其中向冷却介质向冷却介质水或空气放热，冷水或空气放热，冷却、冷凝成高温高压的过冷液体。却、冷凝成高温高压的过冷液体。冷凝器的类型及常见结构 冷凝器按冷却介质和冷却方式的不同分为三冷凝器按冷却介质和冷却方式的不同分为三种类型：种类型： 水冷式冷凝器水冷式冷凝器用水作为冷却介质；用水作为冷却介质； 空气冷却式冷凝器空气冷却式冷凝器，亦称风冷式冷凝器，亦称风冷式冷凝器用用空气作为

15、冷却介质；空气作为冷却介质； 蒸发式冷凝器蒸发式冷凝器用水和空气作为冷却介质，用水和空气作为冷却介质，主要是靠水蒸气把热量带走。主要是靠水蒸气把热量带走。 蒸发器蒸发器 蒸发器是制冷机的另一主要热交换设备。蒸发器是制冷机的另一主要热交换设备。在蒸发器中，制冷剂液体在较低温度下蒸发在蒸发器中，制冷剂液体在较低温度下蒸发（沸腾）而转变为蒸气，利用制冷剂的蒸发（沸腾）而转变为蒸气，利用制冷剂的蒸发潜热，吸收被冷却介质的热量而使被冷却介潜热，吸收被冷却介质的热量而使被冷却介质的温度降低。所以，质的温度降低。所以，蒸发器是制冷系统中蒸发器是制冷系统中产生和输出冷量的设备。产生和输出冷量的设备。 （二）贮

16、液器（二）贮液器 贮液器亦称储液筒，是用来贮液器亦称储液筒，是用来贮存制冷循环贮存制冷循环中的制冷液体，中的制冷液体，以适应工况变动时制冷剂流以适应工况变动时制冷剂流量的变化。量的变化。（三）气液分离器（三）气液分离器 气液分离器是用来分离蒸发器出口的气液分离器是用来分离蒸发器出口的蒸蒸气中的液体气中的液体，从而保证压缩机为干压缩。，从而保证压缩机为干压缩。节流阀节流阀热力膨胀阀热力膨胀阀 热力膨胀阀是一种能自动调节供液量的节流热力膨胀阀是一种能自动调节供液量的节流降压机构。它是利用蒸发器出口处制冷剂蒸气的降压机构。它是利用蒸发器出口处制冷剂蒸气的过热来调节制冷剂流量的。过热来调节制冷剂流量的

17、。 工质流过阀门时流动截面突然收缩，工质流过阀门时流动截面突然收缩，压力下降，这种流动称为节流。压力下降，这种流动称为节流。 2 2毛细管毛细管 当流体沿管内流动时，由于管道摩擦阻力而产当流体沿管内流动时，由于管道摩擦阻力而产生压降，生压降，管径越小、管子越长则流动阻力就越大，管径越小、管子越长则流动阻力就越大，产生的压降也越大。产生的压降也越大。 采用毛细管采用毛细管小内径（小内径（0.6-2.0mm0.6-2.0mm）并有一）并有一定长度（定长度（0.6-2.5mm0.6-2.5mm）的紫铜管，代替膨胀阀作为）的紫铜管，代替膨胀阀作为节流降压节流降压元件，这就是毛细管节流装置。元件，这就是

18、毛细管节流装置。 在实际的制冷系统中，为改善制冷装置的工作条件，提高运行在实际的制冷系统中，为改善制冷装置的工作条件，提高运行的经济性和安全可靠性，还必须设一些辅助设备，如的经济性和安全可靠性，还必须设一些辅助设备，如贮液器、贮液器、气液分离器、干燥过滤器气液分离器、干燥过滤器等。等。（一）干燥过滤器（一）干燥过滤器 在客车空调装置制冷系统节流装置前的输液管上，都装在客车空调装置制冷系统节流装置前的输液管上，都装有干燥过滤器，它是制冷系统的净化设备。有干燥过滤器，它是制冷系统的净化设备。其作用是消除制其作用是消除制冷剂中的水分和机械杂质。冷剂中的水分和机械杂质。 干燥过滤器主要由壳体，滤网，干

19、燥剂，进、出液管接干燥过滤器主要由壳体，滤网，干燥剂，进、出液管接头等组成头等组成 电冰箱原理电冰箱压缩机接线端子定义M（R）、S、C、JP,或用数字1、2、3表示C或2代表公共端JP、M（R）或1代表运行S或3代表启动启动器：重锤式、簧片拍合式、PTC启动器热保护：蝶形热保护器、內埋式空调器空调器的简介空调器的简介 一种向密闭空间、房间或区域直接提一种向密闭空间、房间或区域直接提供经过处理的空气的设备。它主要包供经过处理的空气的设备。它主要包括一个制冷和除湿用的制冷系统及空括一个制冷和除湿用的制冷系统及空气循环和净化装置，还可包括加热器气循环和净化装置，还可包括加热器和通风装置，简称空调器。

20、和通风装置，简称空调器。包括：制冷，制热，换风，除湿，加湿包括：制冷，制热，换风，除湿，加湿 2、有能量调节阀压缩机的启动：转动油过滤器手柄数圈，畅通油路。打开压缩机排气阀。接通电源，启动压缩机。当压缩机全速运转时，将压缩机能量调节阀拨至最少缸数位置，并缓慢打开吸气阀，然后每隔23min将能量调节阀拨高一档，并相应将吸气阀开大一些，逐步调整汽缸上载。在上载过程中，如听到液击声，应迅速关小吸气阀，并使部分汽缸卸载，正常后再逐步上载。检查油压，应保持在0.150.3MPa。油温不得超过60。注意压缩机排气压力和排气温度。排气压力不能超过1.57MPa，排气温度不能高于150。活塞式氨单机双级压缩机

21、的启动转动油过滤器数圈。打开高、低压级排气阀。接通电源，启动压缩机，压缩机达到全速动转时，将能量调节阀手柄从“零”位拨至“高压级”位置，然后，缓慢开启高压级吸气阀，并注意高压级湿行程。当中间压力降至0.1MPa时，将能量调节手柄拨至低压级最少缸数位置，并相应地稍开低压级吸气阀。每隔23min,将能量调节阀手柄拨高一档，并相应地将低压级吸气阀开大一些，逐步调整低压缸上载。当高压级排气温度达到60时，开启中间冷却器供液阀，向中间冷却器供液油压保持在0.150.3MPa。如油压过低或过高，应调整油压调节阀。听压缩机运转的声音。正常运行时，只有进气、排气阀片发出清晰均匀的起落声，汽缸、活塞、连杆及轴承

22、等部分不应有敲击声，否则，应停机检修，排除故障。注意：压缩机排气压力对于R12不能超过1.18MPa，对于R22不能超过1.57MPa；排气温度对于R12不能超过130，对于R22不能超过150 。氟利昂系统的吸气温度不应超过15 ，吸气温度过高会引起排气温度的升高。对于R717和R22,排气温度规定为低于150 ；对于R12排气温度规定为小于130 氨制冷压缩机正常运行时的主要参数压缩机排气压力。单级压缩机及双级压缩机的高压级排气压力最高不得超过1.5MPa；双级压缩机的低压级排气压力最高不得超过0.6MPa。压缩机排气温度。单级压缩机一般在70145 之间；双级压缩机的高压级排气温度一般在

23、80120 之间，最高不得超过150 。压缩机吸气压力。单级压缩机及双级压缩机的低压级吸气压力应与系统的蒸发压力相对应。压缩机吸气温度。单级压缩机及双级压缩机的吸气温度应比相对应系统的蒸发温度高515 。油压。有能量调节装置的活塞式压缩机的油压，应比曲轴箱内气体压力高0.150.3MPa，其他低转速压机的油压应比曲轴箱内气体压力高0.050.15MPa。曲轴箱内油面高度。双视孔曲轴箱油面高度应在上视孔的1/2到下视孔的2/3之间。单视孔曲轴箱油面高度应在视孔的1/32/3之间。油温。压缩机的油温一般应保持在4560 之间，最高不宜超过70 。密封器的正常滴油量。开启式压缩机轴密封器的正常滴油量

24、应不大于3mL/h,且不应有漏氨现象。轴承温度。压缩机主轴承温度一般在3560 之间，最高不得超过室温30 冷却水温差。压缩机汽缸套冷却水水套进、出口的温差在510 之间，最高不得超过15 。氟利昂制冷压缩机正常运行时的主要参数氟利昂制冷压缩机的排气温度。当以R12为工质时，最高排气温度不超过130 ；当以R22为工质时，最高排气温度不超过150 。油压。系列化氟利昂制冷压缩机的油压应比曲轴箱内气体压力高0.150.3MPa。油面高度。双视孔的油面高度应在上视孔的1/2至下视孔的2/3之间。单视孔的油面高度应在视孔的1/32/3之间。油温。压缩机的油温最高不得超过70 。密封器的正常滴油量。开启式氟利昂制冷压缩机的轴密封器不应存在滴油现象。谢谢