冰機(jī)制冷原理

1、1學(xué)習(xí)與發(fā)展部學(xué)習(xí)與發(fā)展部客客戶培訓(xùn)戶培訓(xùn)吉林吉林2006.09.122制制 冷冷 原原 理理3基本熱力學(xué)術(shù)語(yǔ)基本熱力學(xué)術(shù)語(yǔ)壓焓圖壓焓圖利用壓焓圖分析制冷循環(huán)利用壓焓圖分析制冷循環(huán)影響制冷效果的因素影響制冷效果的因素了解制冷系統(tǒng)常見(jiàn)組件及其工作原理了解制冷系統(tǒng)常見(jiàn)組件及其工作原理培訓(xùn)目標(biāo)：4 溫度溫度 壓力壓力 熱量熱量 飽和溫度飽和溫度 飽和壓力飽和壓力基本熱力學(xué)術(shù)語(yǔ)基本熱力學(xué)術(shù)語(yǔ)5華氏溫度和攝氏溫度的轉(zhuǎn)換華氏溫度和攝氏溫度的轉(zhuǎn)換: F轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為: 轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為FT em perature or FF-28.9-20-4.0-28.3-19-2.2-27.8-18-0.46華氏溫度和攝氏溫

2、度的轉(zhuǎn)換華氏溫度和攝氏溫度的轉(zhuǎn)換 =1.8+32=( -32)/1.8 / 1.87絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力海平面上海平面上1大氣壓：大氣壓：l101325 Pal14.7 psial1 Barl760 mm Hg8表壓表壓= 絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力 大氣壓力大氣壓力真空度真空度= 大氣壓力大氣壓力 絕對(duì)壓力絕對(duì)壓力9熱量：物質(zhì)含有熱能的量度。熱量：物質(zhì)含有熱能的量度。 單位：焦耳。單位：焦耳。熱量傳遞的兩種形式：熱量傳遞的兩種形式：l顯然傳熱顯然傳熱l潛熱傳熱潛熱傳熱10加加熱熱水水顯熱：物質(zhì)不發(fā)生相變，僅由于溫度改顯熱：物質(zhì)不發(fā)生相變，僅由于溫度改變而吸收變而吸收/放出的熱量。放出的熱量。比熱：?jiǎn)挝毁|(zhì)量

3、物質(zhì)升高單位溫度所需比熱：?jiǎn)挝毁|(zhì)量物質(zhì)升高單位溫度所需的熱量（的熱量（kj / kg）。）。水的比熱：水的比熱：1卡卡/ 克克 4.2 kj / kg1Btu/lb. F11潛熱：由于物質(zhì)發(fā)生相變，而傳遞的熱量。潛熱：由于物質(zhì)發(fā)生相變，而傳遞的熱量。氣化潛熱量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量液體蒸發(fā)成氣體時(shí)所氣化潛熱量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量液體蒸發(fā)成氣體時(shí)所吸收的熱量。吸收的熱量。 冷凝潛熱量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量氣體冷凝成液體時(shí)所冷凝潛熱量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量氣體冷凝成液體時(shí)所 釋放的熱量。釋放的熱量。 舉例：舉例：在在24小時(shí)內(nèi)，將小時(shí)內(nèi)，將1噸噸(2000磅磅)0的冰融化成的冰融化成0的水，所吸收的熱量為的水，所吸收的熱量為1冷噸（冷噸（3.

4、516 kw）。）。12液態(tài)氣態(tài)相變過(guò)程中，物質(zhì)的三種狀態(tài)：液態(tài)氣態(tài)相變過(guò)程中，物質(zhì)的三種狀態(tài)：u 過(guò)冷態(tài)（純液態(tài)）過(guò)冷態(tài)（純液態(tài)） 顯熱傳熱顯熱傳熱u 飽和態(tài)（氣液混合態(tài)）飽和態(tài)（氣液混合態(tài)） 潛熱傳熱潛熱傳熱u 過(guò)熱態(tài)（純氣態(tài)）過(guò)熱態(tài)（純氣態(tài)） 顯熱傳熱顯熱傳熱13加熱加熱水水大氣大氣過(guò)冷過(guò)冷液體液體過(guò)冷態(tài)（純液態(tài)）過(guò)冷態(tài)（純液態(tài)）14飽和態(tài)（氣液混合態(tài)）：某種物飽和態(tài)（氣液混合態(tài)）：某種物質(zhì)當(dāng)其處于氣液狀態(tài)共存時(shí)，稱質(zhì)當(dāng)其處于氣液狀態(tài)共存時(shí)，稱這種物質(zhì)處于飽和態(tài)。這種物質(zhì)處于飽和態(tài)。當(dāng)物質(zhì)處于飽和態(tài)時(shí)，若壓力維當(dāng)物質(zhì)處于飽和態(tài)時(shí)，若壓力維持不變，則溫度也恒定不變，溫持不變，則溫度也恒定不

5、變，溫度和壓力之間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)度和壓力之間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，我們稱該溫度（壓力）為該系，我們稱該溫度（壓力）為該壓力（溫度）對(duì)應(yīng)的飽和溫度壓力（溫度）對(duì)應(yīng)的飽和溫度（壓力）。（壓力）。100標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓15標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓飽和態(tài)（氣液混合態(tài)）飽和態(tài)（氣液混合態(tài)）舉例舉例: 在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，水的飽和溫度（沸點(diǎn)）為的飽和溫度（沸點(diǎn)）為100 。10016升高飽和溫度的方法升高飽和溫度的方法升高系統(tǒng)壓力升高系統(tǒng)壓力水沸騰水沸騰舉例：高壓鍋通過(guò)加熱密封鍋舉例：高壓鍋通過(guò)加熱密封鍋體使鍋內(nèi)壓力升高。此時(shí)與該體使鍋內(nèi)壓力升高。此時(shí)與該壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度也升高。壓

6、力對(duì)應(yīng)的飽和溫度也升高。水的飽和溫度（沸點(diǎn)）升高意水的飽和溫度（沸點(diǎn)）升高意味著水在味著水在100仍為過(guò)冷液體仍為過(guò)冷液體態(tài)。態(tài)。3 psig230 F 17水沸騰水沸騰舉例：真空泵將舉例：真空泵將空氣抽出容器?？諝獬槌鋈萜?。使容器內(nèi)壓力下使容器內(nèi)壓力下降。此時(shí)與該壓降。此時(shí)與該壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫力對(duì)應(yīng)的飽和溫度低于度低于100，這，這意味水不到意味水不到100就能燒開(kāi)。就能燒開(kāi)。真空度真空度 29.67” 40 F 真空泵真空泵 降低飽和溫度的方法降低飽和溫度的方法降低系統(tǒng)壓力降低系統(tǒng)壓力18不同制冷劑飽和溫度不同制冷劑飽和溫度-飽和壓力對(duì)應(yīng)表飽和壓力對(duì)應(yīng)表19飽和溫度、飽和壓力飽和溫度、飽和

7、壓力試查表得出試查表得出R22在在4和和40時(shí)的飽和壓力（時(shí)的飽和壓力（pa）飽和溫度飽和溫度/壓力表的使用壓力表的使用紅色：真空度（紅色：真空度（in.Hg）黑色：表壓力（黑色：表壓力（psig）20二. 壓 - 焓圖 21 壓壓 力力 焓焓單位質(zhì)量制冷劑單位質(zhì)量制冷劑所具有的能量所具有的能量(kJ/kg)此圖針對(duì)單位質(zhì)量制冷劑此圖針對(duì)單位質(zhì)量制冷劑二. 壓 - 焓圖 22 壓壓 力力焓焓氣液混合氣液混合飽和液體線飽和液體線飽和氣體線飽和氣體線臨界點(diǎn)臨界點(diǎn):無(wú)氣液共存現(xiàn)象無(wú)氣液共存現(xiàn)象二. 壓 - 焓圖 23 壓壓 力力焓焓100% 液體液體二. 壓 - 焓圖 24 壓壓 力力焓焓100%

8、氣體氣體二. 壓 - 焓圖 25壓 - 焓圖等溫線 壓壓 力力焓焓等溫線：過(guò)冷液等溫線：過(guò)冷液體區(qū)為垂直線，體區(qū)為垂直線，兩相區(qū)為水平線，兩相區(qū)為水平線，過(guò)熱區(qū)幾乎為垂過(guò)熱區(qū)幾乎為垂線。線。思考：思考：A,B,C,D四點(diǎn)溫度誰(shuí)高，四點(diǎn)溫度誰(shuí)高，誰(shuí)低？誰(shuí)低？ABCD40609026壓 - 焓圖等熵線 壓壓 力力焓焓 等熵線等熵線等熵線：向右上等熵線：向右上方傾斜的曲線方傾斜的曲線0.280.2927壓 - 焓圖等容線 壓壓 力力焓焓 等容線等容線等容線：向右上等容線：向右上方傾斜的曲線，方傾斜的曲線，斜率比等熵線平斜率比等熵線平坦。坦。2.03.028壓壓 - 焓圖（焓圖（R22）29蒸發(fā)器冷凝

9、器截流元件壓縮機(jī)冷卻塔制冷劑的制冷循環(huán)末端設(shè)備冷卻水冷凍（鹽）水或工藝介質(zhì)30制冷循環(huán)分析1.制冷劑在蒸發(fā)器中的蒸發(fā)過(guò)程 壓壓 力力焓焓蒸發(fā)器中的蒸發(fā)過(guò)程蒸發(fā)器中的蒸發(fā)過(guò)程 等壓蒸發(fā)等壓蒸發(fā)制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器：制冷劑進(jìn)入蒸發(fā)器：A點(diǎn)點(diǎn)A31 壓壓 力力 焓焓制冷劑從工藝介質(zhì)吸收熱量制冷劑從工藝介質(zhì)吸收熱量制冷循環(huán)分析1.制冷劑在蒸發(fā)器中的等壓蒸發(fā)過(guò)程蒸發(fā)器中的蒸發(fā)過(guò)程蒸發(fā)器中的蒸發(fā)過(guò)程 等壓蒸發(fā)等壓蒸發(fā)A32 壓壓 力力 焓焓制冷效果制冷效果制冷循環(huán)分析1.制冷劑在蒸發(fā)器中的等壓蒸發(fā)過(guò)程制冷量制冷量?蒸發(fā)器中的蒸發(fā)過(guò)程蒸發(fā)器中的蒸發(fā)過(guò)程 等壓蒸發(fā)等壓蒸發(fā)AB制冷劑離開(kāi)蒸發(fā)器：制冷劑離開(kāi)蒸發(fā)器：B

10、點(diǎn)點(diǎn)33制冷循環(huán)分析制冷循環(huán)分析2. 制冷劑在壓縮機(jī)內(nèi)的等熵壓縮過(guò)程制冷劑在壓縮機(jī)內(nèi)的等熵壓縮過(guò)程制冷劑在壓縮機(jī)制冷劑在壓縮機(jī)內(nèi)沿等熵線壓縮內(nèi)沿等熵線壓縮焓焓 壓壓 力力ABC等熵壓縮：等熵壓縮：理想的可逆壓縮過(guò)程，沒(méi)有能量損失，壓縮機(jī)的壓縮功完全轉(zhuǎn)換為制冷劑的能量（體現(xiàn)為制冷劑的焓值從hB增加到hC）。hBhC34 壓壓 力力焓焓制冷劑進(jìn)入冷凝器的狀態(tài)制冷劑進(jìn)入冷凝器的狀態(tài)點(diǎn)為點(diǎn)為C點(diǎn)，離開(kāi)冷凝器的狀點(diǎn)，離開(kāi)冷凝器的狀態(tài)點(diǎn)為態(tài)點(diǎn)為D點(diǎn)。點(diǎn)。制冷劑把熱量傳給冷卻制冷劑把熱量傳給冷卻水，自身能量降低，體水，自身能量降低，體現(xiàn)為焓值由現(xiàn)為焓值由hC降到降到Hd.制冷循環(huán)分析3.制冷劑在冷凝器中的等

11、壓冷凝過(guò)程ADCBhDhC35 壓壓 力力焓焓節(jié)流裝置熱力膨脹閥固定孔板可變孔板制冷循環(huán)分析4. 制冷劑在節(jié)流裝置中的等焓過(guò)程 壓壓 力力ADBC節(jié)流過(guò)程等焓過(guò)程：節(jié)流過(guò)程等焓過(guò)程： 液態(tài)制冷劑經(jīng)過(guò)節(jié)流設(shè)備時(shí)壓力降低，壓力降低會(huì)導(dǎo)致很小一部分液態(tài)制冷劑蒸發(fā)，蒸發(fā)的制冷劑吸收氣化潛熱由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，焓值增加，未蒸發(fā)的制冷劑為蒸發(fā)部分的制冷劑提供了能量，溫度降低，焓值降低。 就整個(gè)制冷劑而言，在節(jié)流過(guò)程中蒸發(fā)的能量來(lái)自制冷劑本身，制冷劑焓值（單位質(zhì)量制冷劑所具有的能量）不變。 經(jīng)過(guò)節(jié)流，制冷劑壓力降低，含氣量增加，溫度降低36 壓壓 力力焓焓冷凝器冷凝器壓縮機(jī)壓縮機(jī)節(jié)流裝置節(jié)流裝置蒸發(fā)器蒸發(fā)器制冷

12、劑從工藝介質(zhì)吸收熱量制冷劑從工藝介質(zhì)吸收熱量制冷劑向冷卻水釋放熱量制冷劑向冷卻水釋放熱量制冷循環(huán)制冷循環(huán)37 壓壓 力力焓焓(h)節(jié)流裝置制冷循環(huán)分析能量分析冷凝器壓縮機(jī)蒸發(fā)器ABCD單位制冷劑從工藝介質(zhì)吸收的熱量單位制冷劑從工藝介質(zhì)吸收的熱量單位制冷劑吸收的壓縮功單位制冷劑吸收的壓縮功單位制冷劑向冷卻水釋放的熱量單位制冷劑向冷卻水釋放的熱量目的目的 h1 h2 h3 h2h1制冷系數(shù)（制冷系數(shù)（COP） 代價(jià)代價(jià)制冷能力制冷能力單位制冷劑壓縮功單位制冷劑壓縮功 h3h238 供液過(guò)冷（過(guò)冷度）供液過(guò)冷（過(guò)冷度） 吸氣過(guò)熱（過(guò)熱度）吸氣過(guò)熱（過(guò)熱度） 蒸發(fā)壓力及冷凝壓力對(duì)制冷效果的影響蒸發(fā)壓力

13、及冷凝壓力對(duì)制冷效果的影響391. 1. 供液過(guò)冷對(duì)制冷效果的影響供液過(guò)冷對(duì)制冷效果的影響壓力壓力焓焓蒸發(fā)蒸發(fā)冷凝冷凝 壓縮壓縮節(jié)流裝置節(jié)流裝置沒(méi)有過(guò)冷沒(méi)有過(guò)冷過(guò)冷度對(duì)應(yīng)的飽過(guò)冷度對(duì)應(yīng)的飽和溫度離開(kāi)冷凝和溫度離開(kāi)冷凝器的制冷劑溫度器的制冷劑溫度40壓力壓力焓焓過(guò)冷度過(guò)冷度冷凝冷凝過(guò)冷對(duì)制冷效果的影響：過(guò)冷對(duì)制冷效果的影響：1. 提高制冷量：提高制冷量：BA BA2. 減少制冷劑在節(jié)流元件處產(chǎn)生的減少制冷劑在節(jié)流元件處產(chǎn)生的閃發(fā)氣體（由于壓力降低而導(dǎo)致閃發(fā)氣體（由于壓力降低而導(dǎo)致的小部分制冷劑蒸發(fā)），避免的小部分制冷劑蒸發(fā)），避免“氣蝕氣蝕”對(duì)節(jié)流裝置的影響。對(duì)節(jié)流裝置的影響。ABA12過(guò)冷度（

14、過(guò)冷度（）：）：T1T21. 1. 供液過(guò)冷對(duì)制冷效果的影響供液過(guò)冷對(duì)制冷效果的影響41 壓力壓力 焓焓過(guò)熱過(guò)熱 在蒸發(fā)器中發(fā)生（干式蒸發(fā)器），稱在蒸發(fā)器中發(fā)生（干式蒸發(fā)器），稱為有效過(guò)熱。為有效過(guò)熱。 在吸氣管道中產(chǎn)生，稱為無(wú)效過(guò)熱。在吸氣管道中產(chǎn)生，稱為無(wú)效過(guò)熱。無(wú)效過(guò)熱時(shí)：無(wú)效過(guò)熱時(shí)： 單位質(zhì)量功耗增大 單位制冷量(制冷效果)不變 冷凝器單位熱負(fù)荷增大 吸氣比容增大，制冷劑質(zhì)量流量下降 制冷效果下降2. 2. 吸氣過(guò)熱對(duì)制冷效果的影響吸氣過(guò)熱對(duì)制冷效果的影響42 壓壓 力力焓焓 吸氣比容不變吸氣比容不變(2點(diǎn)點(diǎn))，制冷制冷劑質(zhì)量流量不變。劑質(zhì)量流量不變。 單位質(zhì)量制冷劑制冷效果單位質(zhì)量制

15、冷劑制冷效果減?。ㄓ蓽p?。ㄓ?-1減小到減小到2-1）。）。 消耗的壓縮功率增大（由消耗的壓縮功率增大（由3-2增加到增加到3-2） COP 值降低值降低3. 冷凝溫度升高對(duì)制冷效果的影響：冷凝溫度升高對(duì)制冷效果的影響：21 14433制冷循環(huán)由原來(lái)的制冷循環(huán)由原來(lái)的1-2-3-4, 變?yōu)樽優(yōu)?-2-3-443 壓壓 力力焓焓 吸氣比容增大，制冷劑吸氣比容增大，制冷劑 質(zhì)量流量減小。質(zhì)量流量減小。 單位質(zhì)量制冷劑制冷效單位質(zhì)量制冷劑制冷效果降低（由原來(lái)的果降低（由原來(lái)的2-1降降為為2-1）。）。 壓縮功增大（由原來(lái)的壓縮功增大（由原來(lái)的3-2，增大到，增大到3-2 ）。）。 COP值降低。值

16、降低。4. 蒸發(fā)溫度降低對(duì)制冷效果的影響：蒸發(fā)溫度降低對(duì)制冷效果的影響：2134123制冷循環(huán)由原來(lái)的制冷循環(huán)由原來(lái)的1-2-3-4, 變?yōu)樽優(yōu)?-2-3-444 壓縮機(jī)壓縮機(jī) 冷凝器冷凝器 節(jié)流裝置節(jié)流裝置 蒸發(fā)器蒸發(fā)器45制冷壓縮機(jī)的主要類(lèi)型制冷壓縮機(jī)的主要類(lèi)型滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式滾動(dòng)轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)壓縮機(jī)容積型容積型速度型速度型往復(fù)式往復(fù)式（活塞式）（活塞式）回轉(zhuǎn)式回轉(zhuǎn)式渦旋式渦旋式螺桿式螺桿式離心式離心式軸流式軸流式46兩種類(lèi)型壓縮機(jī)的工作方式：兩種類(lèi)型壓縮機(jī)的工作方式：u 容積型壓縮機(jī)：通過(guò)縮小置于密閉空間中蒸氣的體積，提高蒸氣壓力的壓縮機(jī)。也稱為正壓置換式壓縮機(jī)。u 速度型壓縮機(jī)：首先通過(guò)離心等

17、方式提高制冷蒸氣的運(yùn)動(dòng)速度（提高動(dòng)能/動(dòng)壓），其次再將速度（動(dòng)能/動(dòng)壓）轉(zhuǎn)化為蒸氣壓力（勢(shì)能/靜壓），最終實(shí)現(xiàn)提高蒸氣壓力的功能。制冷壓縮機(jī)的工作方式制冷壓縮機(jī)的工作方式47根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同，冷凝器可以分為以下幾類(lèi)：風(fēng)冷冷凝器水冷冷凝器蒸發(fā)式冷凝器管殼式冷凝器套管式冷凝器冷凝器的分類(lèi)冷凝器的分類(lèi)48水冷水冷-冷凝器冷凝器殼管式殼管式冷卻水冷卻水85冷卻塔冷卻塔過(guò)冷器過(guò)冷器中間支撐板中間支撐板管內(nèi)走水管內(nèi)走水 空氣濕球溫度28冷卻水進(jìn)水溫度32水冷冷凝器水冷冷凝器 管殼式管殼式49蒸發(fā)冷卻式冷凝器蒸發(fā)冷卻式冷凝器風(fēng)機(jī)擋液板冷凝盤(pán)管?chē)娝?0通過(guò)節(jié)流，使液態(tài)制冷劑由高壓變?yōu)榈蛪?。常?jiàn)的節(jié)流設(shè)備包

18、括：常見(jiàn)的節(jié)流設(shè)備包括： 熱力膨脹閥熱力膨脹閥 浮球閥浮球閥 孔板孔板 電子膨脹閥電子膨脹閥節(jié)流設(shè)備節(jié)流設(shè)備51滿液式蒸發(fā)器直膨式蒸發(fā)器 熱虹吸式蒸發(fā)器蒸發(fā)器的分類(lèi)蒸發(fā)器的分類(lèi)配獨(dú)立氣液分離器的雙殼式蒸發(fā)器氣液分離器內(nèi)置式Kettle 蒸發(fā)器半管束式蒸發(fā)器52滿液式蒸發(fā)器滿液式蒸發(fā)器配獨(dú)立氣液分類(lèi)器的雙桶式蒸發(fā)器配獨(dú)立氣液分類(lèi)器的雙桶式蒸發(fā)器液態(tài)制冷劑入口氣態(tài)制冷劑出口冷凍水入口冷凍水出口獨(dú)立的氣液分離器53滿液式蒸發(fā)器滿液式蒸發(fā)器冷凍水入口冷凍水出口液態(tài)制冷劑入口氣態(tài)制冷劑出口內(nèi)置的氣液分離空間配有內(nèi)置式氣液分離空間的配有內(nèi)置式氣液分離空間的 Kettle 蒸發(fā)器蒸發(fā)器54滿液式蒸發(fā)器滿液式蒸發(fā)器滿液式半管束蒸發(fā)器滿液式半管束蒸