制冷原理與設(shè)備演示

講制冷原理與設(shè)備

2020/12/181學(xué)時安排章數(shù)學(xué)時緒論2第一章制冷方法3第二章蒸氣壓縮式制冷8第三章制冷劑及載冷劑4第四章蒸發(fā)器和冷凝器6第五章節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備4第七章多級蒸氣壓縮制冷及復(fù)疊式制冷3實驗2總計322020/12/182第一章緒論1. 制冷的定義作為一門科學(xué)，制冷是指采油人工的方法在一定時間和一定空間內(nèi)將某舞廳或流體冷卻，使其溫度降到環(huán)境溫度以下，并保持這個低溫。因此，制冷不同于自然冷卻。2. 明確以下概念(1)制冷劑：在制冷機(jī)中使用的工質(zhì)稱為制冷劑。(2)制冷機(jī)：機(jī)械制冷中所需機(jī)器和設(shè)備的總合稱為制冷機(jī)。(3)制冷裝置：將生產(chǎn)冷量的制冷機(jī)械和消耗冷量的設(shè)備結(jié)合在一起的裝置。2020/12/1833.制冷的分類

按照制冷所得到的低溫范圍，制冷技術(shù)劃分為以下4個領(lǐng)域：普通制冷120K以上深度制冷120K~20K

低溫制冷20K~0.3K 低溫制冷超低溫制冷0.3K以下本課程主要講普通制冷。2020/12/1844.制冷技術(shù)的研究內(nèi)容及理論基礎(chǔ)

制冷技術(shù)主要研究以下三個方面：(1)研究獲得低溫的方法和有關(guān)的機(jī)理以及與此相應(yīng)的制冷循環(huán)，并對制冷循環(huán)進(jìn)行熱力學(xué)的分析和計算。（比如壓縮式制冷）(2)研究制冷劑的性質(zhì)，從而為制冷機(jī)提供性能滿意的工作介質(zhì)。(3)研究實現(xiàn)制冷循環(huán)所必需的各種機(jī)械和技術(shù)設(shè)備，包括他們的工作原理、性能分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及制冷裝置的流程組織、系統(tǒng)配套設(shè)計。此外，還有熱絕緣問題、制冷裝置的自動化問題等等。制冷技術(shù)的理論基礎(chǔ)主要為熱工的三大基礎(chǔ)課程，即《工程熱力學(xué)》、《工程流體力學(xué)》、《傳熱學(xué)》。尤其是《工程熱力學(xué)》，學(xué)習(xí)和從事質(zhì)量工作的人員應(yīng)主要在這三門課程方面打好堅實的理論基礎(chǔ)。2020/12/1855.制冷技術(shù)的發(fā)展歷史

制冷技術(shù)的發(fā)展概括起來可分為兩個階段：（1）天然冷源的應(yīng)用階段是從古代~18世紀(jì)中期。采用的天然冷源主要是指冬季儲存的天然冰和夏季使用的深井水。（2）機(jī)械制冷階段

18世紀(jì)中期~今。

1755年是人工制冷史的起點。現(xiàn)代制冷技術(shù)作為一門科學(xué)是由19世紀(jì)中后期發(fā)展起來的，到20世紀(jì)具有更大的發(fā)展。2020/12/1866.制冷技術(shù)的產(chǎn)生背景及應(yīng)用

制冷是為適應(yīng)人們對低溫條件的需要而產(chǎn)生和發(fā)展起來的，是人們社會實踐的結(jié)晶，并隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展以及人們生活水平的提高，制冷在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、航天等國民經(jīng)濟(jì)各個部門的作用和地位日益重要。制冷的應(yīng)用幾乎滲透到各個生產(chǎn)技術(shù)、科學(xué)領(lǐng)域以及人們生活的各個方面中，概括起來主要有以下幾個領(lǐng)域：2020/12/187(1)商業(yè)及人民生活

比如人工冰廠、空調(diào)、冰箱、冷柜以及食品的冷凍冷藏、保鮮、冷藏運輸?shù)取?/p>

(2)工業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)牧業(yè)

比如制藥、啤酒、精密儀器車間等；

農(nóng)作物的種子進(jìn)行低溫處理，人工氣候育秧室、蔬菜水果的保鮮等。

(3)建筑工程

比如挖掘隧道、建筑河堤時采用的“凍土法”。

(4)科學(xué)實驗研究

如各種環(huán)境模擬裝置中創(chuàng)造的人工環(huán)境。

(5)醫(yī)療衛(wèi)生

如藥品、疫苗及人體器官的冷藏保存，手術(shù)中采用低溫麻醉等。

(6)尖端科學(xué)領(lǐng)域等

如微電子技術(shù)、能源、新型材料、宇宙開發(fā)等。2020/12/188制冷與低溫技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域舉例制冷在空調(diào)中的作用(1)干式冷卻(2)減濕冷卻(3)減濕與干式冷卻混合方式1.空氣調(diào)節(jié)圖1-26制冷與空調(diào)的關(guān)系

制冷和空調(diào)的關(guān)系相互聯(lián)系又獨立2020/12/189用人工方法構(gòu)成各種人們所希望達(dá)到的環(huán)境條件，包括地面的各種氣候變化和高空宇宙及其它特殊的要求。2.人工環(huán)境與制冷有關(guān)的人工環(huán)境試驗有以下幾種(1)低溫環(huán)境試驗(2)濕熱試驗(3)鹽霧試驗(4)多種氣候試驗(5)空間模擬試驗2020/12/1810根據(jù)對食品處理方式不同，食品低溫處理工藝可分三類：(1)食品的冷藏與冷卻(2)食品的凍結(jié)與凍藏(3)冷凍干燥3.食品冷凍與冷凍干燥2020/12/1811研究低溫對生物體產(chǎn)生的影響及應(yīng)用的學(xué)科。低溫生物學(xué)研究溫度降低對人類生命過程的影響，以及低溫技術(shù)在人類同疾病作斗爭中的應(yīng)用的學(xué)科。低溫醫(yī)學(xué)低溫生物醫(yī)學(xué)低溫生物學(xué)和低溫醫(yī)學(xué)的統(tǒng)稱。典型應(yīng)用例子(1)細(xì)胞組織程序冷卻的低溫保存(2)超快速的玻璃化低溫保存方法(3)利用低溫器械使病灶細(xì)胞和組織低溫?fù)p傷而壞死的低溫外科。4.低溫生物醫(yī)學(xué)技術(shù)2020/12/1812微波激射器必須冷到液氮或液氦溫度,以使放大器元素原子的熱振蕩不至于嚴(yán)重干擾微波的吸收與發(fā)射。超導(dǎo)量子干涉器即SQUIDs,被用在相當(dāng)靈敏的數(shù)字式磁力計和伏安表上。在MHD系統(tǒng)、線性加速器和托克馬克裝置中，超導(dǎo)磁體被用來產(chǎn)生強(qiáng)磁場。5.低溫電子技術(shù)2020/12/1813

運用與超導(dǎo)電性有關(guān)的Meissner效應(yīng),用磁場代替油或空氣作潤滑劑,可以制成無磨擦軸承。在船用推進(jìn)系統(tǒng)中,無電力損失的超導(dǎo)電機(jī)已獲得應(yīng)用。偏差極小的超導(dǎo)陀螺也已經(jīng)被研制出來。時速500km/h的低溫超導(dǎo)磁懸浮列車已經(jīng)在日本投入試驗運行。6.機(jī)械設(shè)計2020/12/1814

采用紅外光學(xué)鏡頭可以拍攝熱源外形，并可以對熱源進(jìn)行跟蹤。一些紅外材料往往工作在120K以下的低溫下，使得熱源遙感信號更為清晰，為了拍攝高靈敏度的信號往往需要更低的溫度。

一般紅外衛(wèi)星需要70-120K的低溫，往往通過斯特林制冷機(jī)、脈沖管制冷機(jī)、輻射制冷器來實現(xiàn)?？臻g遠(yuǎn)紅外觀測則需要2K以下的溫度，往往通過超流氦的冷卻技術(shù)來實現(xiàn)。7.紅外遙感技術(shù)2020/12/1815煉鋼時氧起到某些重要的作用。制取氨時也用到低溫系統(tǒng)。壓力容器加工時,將預(yù)成形的圓柱體放在冷卻到液氮溫度的模具中,在容器中充入高壓氮氣,讓其擴(kuò)脹15%,然后容器被從模具中移開并恢復(fù)到室溫。使用這個方法,材料的屈服強(qiáng)度能增加4至5倍。8.加工過程2020/12/1816目前低溫技術(shù)是回收鋼結(jié)構(gòu)輪胎中橡膠的唯一有效的方法，這種方法采用了低溫粉碎技術(shù)。利用材料在低溫狀態(tài)下的冷脆性能，對物料進(jìn)行粉粹。低溫粉碎技術(shù)材料溫度降低到一定程度，材料內(nèi)部原子間距顯著減小，結(jié)合緊密的原子無退讓余地，吸收外力使其變形的能力很差，失去彈性而顯示脆性。9.材料回收2020/12/1817所有大型的發(fā)射的飛行器均使用液氧作氧化劑。宇宙飛船的推進(jìn)也使用液氧和液氫。觀察研究大型粒子加速器產(chǎn)生的粒子的氫泡室要用到液氫。10.火箭推力系統(tǒng)與高能物理LHC-CERN27km超導(dǎo)磁體過冷態(tài)超流氦冷卻2020/12/1818第二章制冷方法

制冷的方法很多，常見的主要是以下四種：液體汽化制冷、氣體膨脹制冷、渦流管制冷及其熱電制冷。其中應(yīng)用最廣泛的就是液體汽化制冷（原理），它常見的應(yīng)用形式又有以下四種：蒸汽壓縮式制冷、吸收式制冷、蒸汽噴射式制冷和吸附式制冷。蒸汽壓縮式制冷和吸收式制冷是目前應(yīng)用最為廣泛的兩種制冷方式，也是本課程所講述的主要內(nèi)容，我們會在以后的章節(jié)中著重講述，本節(jié)只簡單介紹其它的制冷方式。2020/12/1819液體氣化制冷原理2020/12/1820§1.1蒸汽噴射式制冷原理：和蒸汽壓縮式及吸收式制冷相似，均是利用液體汽化時吸收熱量來制冷的。系統(tǒng)組成：噴射器、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥及泵五部分。系統(tǒng)流程圖：2020/12/1821工作過程：用鍋爐產(chǎn)生高溫高壓的工作蒸汽，將其送入噴嘴，膨脹并以高速流動（流速可達(dá)1000m/s以上），于是在噴嘴出口處，造成很低的壓力，由于吸入室和蒸發(fā)器相連，所以蒸發(fā)器中的壓力也會很低，低溫低壓的部分水吸熱而汽化，將未汽化的水的溫度降低。這部分低溫水就可用于制冷。蒸發(fā)器中產(chǎn)生的冷劑水蒸氣和工作蒸汽在噴嘴出口處混合，一起進(jìn)入冷凝器，被外部的冷卻水冷卻而變成液態(tài)水，這些冷凝水再由冷凝器引出，分兩路，一路經(jīng)過節(jié)流降壓后送往蒸發(fā)器，繼續(xù)蒸發(fā)制冷，另一部分用泵提高壓力送往鍋爐，重新加熱產(chǎn)生工作蒸汽。2020/12/1822蒸氣噴射器的原理圖2020/12/1823特點：

(1)以熱能為能量的補償形式；

(2)結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，無運動部件，使用壽】

命長；

(3)效率低。(工作蒸汽的壓力高，噴射器的流動損失大。)

如果要獲得更低的溫度，工作介質(zhì)可以采用低沸點的工質(zhì)，如氟利昂。2020/12/1824§1.2吸附式制冷

吸附式制冷也是以“熱能”為動力的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。工作原理：一定的固體吸附劑對某種制冷劑氣體具有吸附作用，并且吸附能力隨吸附劑溫度的不同而不同。周期性地冷卻和加熱吸附劑，使之對制冷劑交替吸附和解吸。吸附時制冷劑液體蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷作用，解吸時，釋放出制冷劑氣體，并使之冷凝成液體，從而完成整個制冷循環(huán)。工作介質(zhì)：吸附劑和制冷劑；常見的吸附工質(zhì)對有：沸石——水；硅膠——水，氯化鈣——氨等

物理吸附化學(xué)吸附2020/12/1825

以沸石——水工質(zhì)對為例說明其工作過程：白天，吸附床受日光照射溫度升高產(chǎn)生解析作用，從沸石中脫附出水蒸汽，系統(tǒng)內(nèi)的水蒸氣壓力升高，當(dāng)達(dá)到與環(huán)境溫度對應(yīng)的飽和壓力時，水蒸汽在冷凝器中凝結(jié)，同時放出潛熱，凝水儲存在蒸發(fā)器中，夜間，吸附床冷下來，沸石溫度逐漸降低，它吸附水蒸汽的能力逐漸提高，造成系統(tǒng)內(nèi)壓力降低，同時，蒸發(fā)器中的水不斷蒸發(fā)出來，用以補充沸石對水蒸汽的吸附，誰蒸發(fā)的過程吸熱，達(dá)到制冷的目的。說明：吸附床的作用相當(dāng)于壓縮機(jī)所起的作用，單個吸附床可實現(xiàn)間歇制冷，如想實現(xiàn)連續(xù)制冷，可采用兩個或多個吸附器。2020/12/1826§1.3熱電制冷

熱電制冷利用的是熱電效應(yīng)（帕爾帖效應(yīng)Peltire）的原理達(dá)到制冷目的的。熱電效應(yīng)：是指在兩種不同導(dǎo)體組成的閉合回路中通以直流電，當(dāng)電流流過不同導(dǎo)體的界面時，就會使一個節(jié)點變冷，從外界吸收熱量；一個節(jié)點變熱，向外界放出熱量，這種現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，即帕爾帖效應(yīng)帕爾帖效應(yīng)的反效應(yīng)是西伯克效應(yīng)（Secbeck），就是在兩種導(dǎo)體組成的回路中，如果保持兩接觸點的溫度不同，就會在兩個接觸點之間產(chǎn)生一個電勢差——即接觸電動勢。2020/12/1827因為帕爾帖效應(yīng)和西伯克效應(yīng)產(chǎn)生的強(qiáng)烈程度取決于這兩種材料的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，純金屬材料的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性都好，所以其帕爾帖效應(yīng)和西伯克效應(yīng)都很弱，而半導(dǎo)體材料可以產(chǎn)生強(qiáng)烈的帕爾帖效應(yīng)和西伯克效應(yīng)。

空穴型（P型）材料：電子型（N型）帕爾貼效應(yīng)原理圖西伯克效應(yīng)原理圖2020/12/1828熱電制冷的原理：2020/12/1829原理：是使壓縮氣體產(chǎn)生渦流運動并分離成冷、熱兩部分，其中冷氣體用來制冷。組成：噴嘴、渦流室、孔板、管子和控制閥。原理圖：§1.4渦流管制冷

2020/12/1830

工作過程：經(jīng)過壓縮并冷卻到常溫的氣體（空氣、CO2、N2等）進(jìn)入噴嘴，在噴嘴中膨脹并加速到音速，從切線方向射向渦流室，形成自由渦流，自由渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度離中心越近則越大，由于角速度不同，環(huán)形氣流的層與層之間產(chǎn)生摩擦，外層氣流的角速度逐漸升高，動能增加，又由于與管壁之間的摩擦，將部分動能變成了熱能，故從控制閥流出的氣體具有較高的溫度；而中心層部分的角速度逐漸降低，失去能量，從孔板流出時溫度較低，用于制冷。2020/12/1831

控制閥的作用：控制熱端管子中氣體的壓力，從而控制冷、熱兩股氣流的流量和溫度?？刂崎y全關(guān)：過程為不可逆節(jié)流過程；不存在冷熱分流現(xiàn)象。討論控制閥全開：渦流管相當(dāng)于氣體噴射器；控制閥部分開啟：出現(xiàn)冷熱分流現(xiàn)象。特點：(1)由于管內(nèi)氣流之間的傳導(dǎo)和對流情況復(fù)雜，故對冷、熱端溫度值得定量地理論計算困難；(2)效率太低，氣流噪聲大；(3)結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、啟動快、使用靈活；適用于有高壓氣源或可以廉價獲得高壓氣體的場合。2020/12/1832§1.5氣體膨脹制冷

常用的是布雷頓制冷循環(huán)，工作過程包括：等熵壓縮、等壓冷、等熵膨脹及等壓吸熱四個過程。制冷工質(zhì)有：空氣、CO2、N2、He等。工作原理：2020/12/1833飛機(jī)用空氣制冷裝置原理圖2020/12/1834氣體節(jié)流制冷原理圖2020/12/18352.1單級蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)1.理論循環(huán)定義：在沒有任何實際損失下的制冷循環(huán)。2.條件：①無溫差傳熱；②壓縮過程是可逆絕熱壓縮過程即等熵過程；③管路中無任何耗損。第二章蒸氣壓縮式制冷裝置T-S圖LgP-h圖2020/12/18363.理想制冷循環(huán)：逆卡諾循環(huán)（原理圖）4.實際采用的制冷理論循環(huán)組成（原理圖）：兩個定壓過程；一個絕熱壓縮過程；一個絕熱節(jié)流過程。5.特點(與卡諾循環(huán)比較）：①用節(jié)流閥代替膨脹機(jī)：②損失膨脹功、產(chǎn)生“閃發(fā)氣體”；但簡化裝置、便于調(diào)節(jié)，產(chǎn)生節(jié)流損失。③用干壓縮代替濕壓縮；實現(xiàn)“干沖程”；但耗功量、制冷量均增加，制冷系數(shù)下降。④產(chǎn)生過熱損失2020/12/1837蒸氣壓縮式制冷的理想循環(huán)2020/12/1838蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)2020/12/18392.2改善蒸氣壓縮制冷循環(huán)的措施節(jié)流損失過熱損失再冷度過熱度Pk/P0>8膨脹閥前液態(tài)制冷劑的再冷卻；蒸氣回?zé)嵫h(huán)；中間冷卻的多級壓縮2020/12/1840有再冷卻器的蒸氣壓縮式制冷2020/12/1841回?zé)崾秸魵鈮嚎s式制冷2020/12/1842多級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)2020/12/18432.3單級蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的性能指標(biāo)與熱力計算LgP-h圖

單位質(zhì)量制冷量q0

kJ/kg

q0=h1-h4

單位容積制冷量qvkJ/m3

qv=q0/v1=(h1-h4)/v1制冷劑質(zhì)量流量MR=Q0/q0kg/s制冷劑體積流量VR=MRv1=Q0/qvm3/s

單位質(zhì)量冷凝熱qkkJ/kg

qk=h2-h3冷凝器負(fù)荷Qk=MRqk=MR(h2-h3)kW2020/12/1844

單位質(zhì)量耗功率wckJ/kg

wc=h2-h1壓縮機(jī)的理論耗功率Pth=MRwc=MR(h2-h1)kW

理論制冷系數(shù)εth

εth=Q0/Pth=q0/wc=(h1-h4)/(h2-h1)

理想循環(huán)制冷系數(shù)ε0

ε0=T0/(TK-T0)

熱力完善度η

η=

εth/ε0=[(h1-h4)/(h2-h1)]/[T0/(TK-T0)]LgP-h圖2020/12/1845ε:相同TK、T0的制冷循環(huán)η:不相同TK、T0的制冷循環(huán)評價制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)型指標(biāo)2020/12/1846第三章制冷劑及載冷劑

§3-1制冷劑1制冷劑的基礎(chǔ)知識制冷劑—在制冷裝置中循環(huán)流動，通過自身熱力狀態(tài)的變化與外界發(fā)生能量交換，從而實現(xiàn)制冷作用的工作流體。制冷裝置與制冷劑相互依存，相互適應(yīng)，才能組成完美的制冷系統(tǒng)。根據(jù)現(xiàn)實工業(yè)條件，提出了對制冷劑的要求：首先，制冷劑的熱力性質(zhì)對制冷系數(shù)的影響可用制冷效率ηR來表述。制冷效率—理論循環(huán)的制冷系數(shù)εth與有溫差的逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)εc’之比。

ηR=εth/εc’

其中：εc’=(T0-ΔT0)/[(TK+ΔTK)-(T0-ΔT0)]ηR物理意義：表示了制冷劑的節(jié)流損失和過熱損失的大小。除了制冷效率外，還應(yīng)考慮如下的其他性能：2020/12/1847

對制冷劑的要求：減少工質(zhì)的循環(huán)量；縮小壓縮機(jī)的尺寸

熱力學(xué)的性質(zhì)：蒸發(fā)壓力和冷凝壓力適中；單位制冷量q0和單位容積制冷量qv要大；制冷劑的凝結(jié)溫度要高；凝固溫度要適當(dāng)?shù)牡鸵恍唤^熱指數(shù)應(yīng)低一些；防止空氣滲入；減少裝置承壓，防止制冷劑外泄；壓縮比小－減少壓縮機(jī)的耗功量便于用一般冷卻水或空氣冷凝；接近逆卡諾循環(huán)，節(jié)流損失小能得到較低的蒸發(fā)溫度壓縮機(jī)排氣溫度低－提高壓縮機(jī)容積效率、對潤滑油有好處2020/12/1848

對制冷劑的要求：

物理化學(xué)的性質(zhì)：制冷劑在潤滑油中的可溶性；制冷劑的導(dǎo)熱系數(shù)、傳熱系數(shù)要高；制冷劑的密度、粘度要小；制冷劑對金屬和其它材料應(yīng)無腐蝕和侵蝕作用；制冷劑在高溫下應(yīng)不分解，且不燃燒、不爆炸；

其它：制冷劑對人的生命和健康無危害，不具有毒性、窒息性和刺激性；制冷劑應(yīng)易于購買，且價廉。提高換熱效率，減少蒸發(fā)器、冷凝器的傳熱面積流動阻力小，降低耗功率、縮小管徑2020/12/18492常用制冷劑常用制冷劑（氨及氟利昂）性能比較序號R717F對比1價廉易取比R717貴十幾倍R717系統(tǒng)投資、運行費低2q0、qv大，MR小相反同?0下，R717com尺寸小、管徑小3幾乎不溶于油大多數(shù)易溶于油R717系統(tǒng)分油易，F(xiàn)系統(tǒng)分油難4λ、α大，k大相反R717換熱設(shè)備尺寸小5滲透力弱，易發(fā)現(xiàn)相反R717損耗小，運行費低6無限溶于水難溶于水F系統(tǒng)易產(chǎn)生冰堵7毒性大,有燃燒爆炸危險相反F可用于空調(diào)中直接蒸發(fā)冷卻8含水對銅有腐蝕（系統(tǒng)中無銅）對天然橡膠有侵蝕（墊圈不能用橡膠）不同系統(tǒng)采用不同材料9分子量小，t排高相反R717com用水冷；Fcom用風(fēng)冷10粘度小,密度小,阻力小相反R717系統(tǒng)管徑小、com耗功小11對生態(tài)環(huán)境影響小某些F工質(zhì)對生態(tài)環(huán)境影響大某些F工質(zhì)滲透、排放造成人類生態(tài)環(huán)境惡化2020/12/1850§3-2載冷劑

t＞0oC，用水；t≤0oC，用鹽溶液。2.1鹽水鹽水凝固溫度與濃度有關(guān)。鹽水濃度太低，會析出冰粒；濃度太高，比熱小、比重大、流阻大、有鹽粒析出。

濃度確定方法：鹽水溶液濃度對應(yīng)的凝固溫度t凝=t0-(6~8)oC；且t凝>t合晶點；（NaCl為-21.2oC；CaCl2為

-55oC；）

一般使用時：0oC>t0>-16oC:可用NaCl；

-16oC>t0>-50oC:可用CaCl2；且ξ<ξ合晶點。鹽水腐蝕性強(qiáng)，還應(yīng)加入緩蝕劑。由于鹽水對金屬有強(qiáng)烈腐蝕作用，溶液中要加入緩蝕劑。1m3CaCl2溶液：1.6kgNa2Cr2O7、0.45kgNaOH;1m3NaCl溶液：3.2kgNa2Cr2O7、0.89kgNaOH2020/12/18512.2乙二醇水溶液特點：凍結(jié)溫度合適，適用范圍廣熱物性較佳：比冷凍水差，但優(yōu)于其它鹽類不凍液腐蝕性低化學(xué)穩(wěn)定好安全性好易于購買濃度確定方法同前。（查P28圖2-2-3或P34表2-2-8）濃度確定后，再從P29~P36查對應(yīng)的物性，計算流量、流阻，選擇水泵。2020/12/1852§4.1冷凝器1.1冷凝器的種類第四章冷凝器和蒸發(fā)器立式殼管式冷凝器臥式殼管式套管式殼管式水冷冷凝器風(fēng)冷冷凝器蒸發(fā)式冷凝器淋激式冷凝器傳熱系數(shù)高，占地面積小，清洗方便；耗水量大，體型笨重傳熱系數(shù)高，耗水量小，占空間小；水質(zhì)要求高，清洗不易，留出拔管空間傳熱系數(shù)高，機(jī)組占地面積小，結(jié)構(gòu)簡單；金屬耗量大，清洗困難，水阻力大不需水，安裝簡單，可置于屋面；傳熱系數(shù)小，受環(huán)境溫度影響大，惡化環(huán)境，除塵困難省水，造價低，結(jié)構(gòu)簡單，水垢易清除，體積小省水，造價低，結(jié)構(gòu)簡單，可現(xiàn)場制作，水垢易清除；金屬耗量大，占地面積大2020/12/1853立式殼管式水冷冷凝器2020/12/1854臥式殼管式冷凝器2020/12/1855套管式冷凝器2020/12/18562020/12/18572020/12/18582020/12/1859蒸發(fā)式冷凝器2020/12/1860蒸發(fā)式冷凝器2020/12/18612020/12/18622020/12/1863淋激式冷凝器2020/12/1864第四章冷凝器和蒸發(fā)器1.2冷凝器的傳熱系數(shù)1.2.1傳熱過程制冷劑側(cè)的放熱金屬壁和垢層的導(dǎo)熱冷卻劑側(cè)的放熱1.2.2傳熱系數(shù)水冷冷凝器(以傳熱管外表面計算)(式中各參數(shù)見書注解):風(fēng)冷冷凝器(以傳熱管外表面計算，制冷劑管內(nèi)流動):制冷劑側(cè)放熱熱阻油膜熱阻管壁導(dǎo)熱熱阻冷卻劑側(cè)污垢熱阻冷卻劑側(cè)放熱熱阻金屬壁內(nèi)側(cè)油膜的導(dǎo)熱2020/12/18652.蒸發(fā)器2.1蒸發(fā)器的種類(蒸發(fā)器的型式)用泵將工質(zhì)噴淋在傳熱面上。沸騰放熱系數(shù)高，工質(zhì)充灌量小，能消除靜液高度對蒸發(fā)溫度的影響；設(shè)備費用高蒸發(fā)器滿液式非滿液式循環(huán)式噴淋式盤管中全為制冷劑。沸騰放熱系數(shù)高；工質(zhì)充灌量大，對于F系統(tǒng)，com回油困難。盤管內(nèi)為氣、液共存狀態(tài)。工質(zhì)充灌量少，易于com回油；傳熱效果較滿液式差。泵強(qiáng)制工質(zhì)循環(huán)。沸騰放熱系數(shù)高，com回油較易；系統(tǒng)投資高，運行費高。2020/12/18662020/12/18672.2常用蒸發(fā)器的種類蒸發(fā)器冷卻液體的蒸發(fā)器冷卻空氣的蒸發(fā)器立管式蒸發(fā)器滿液式殼管蒸發(fā)器干式殼管蒸發(fā)器冷卻盤管冷卻機(jī)氟利昂直接蒸發(fā)式空氣冷卻器滿液式非滿液式非滿液式滿液式非滿液式2020/12/18682020/12/18692020/12/18702020/12/1871冷卻盤管有：頂排管、墻排管、單層管、多層管等多種形式。2020/12/18722020/12/18732020/12/18742020/12/1875第五章節(jié)流機(jī)構(gòu)和輔助設(shè)備1.節(jié)流機(jī)構(gòu)

作用降壓降溫，保證壓差：PKP0，TKT0

調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的供液量。分類氨系統(tǒng)氟系統(tǒng)手動膨脹閥浮球式膨脹閥熱力膨脹閥毛細(xì)管電子膨脹閥直通式浮球膨脹閥非直通式浮球膨脹閥內(nèi)平衡式熱力膨脹閥外平衡式熱力膨脹閥2020/12/1876手動膨脹閥

由工作人員根據(jù)負(fù)荷大小，手動調(diào)節(jié)閥門開度，管理不方便；結(jié)構(gòu)同普通截止閥。2020/12/1877直通式浮球膨脹閥

依靠浮球室中的浮球受液面的影響，控制閥門的啟閉。直通式：構(gòu)造簡單，浮球受液面波動大，易損壞，下部供液。2020/12/1878非直通式浮球膨脹閥依靠浮球室中的浮球受液面的影響，控制閥門的啟閉。非直通式：液面平穩(wěn)，不易損壞，構(gòu)造、安裝較復(fù)雜2020/12/18792020/12/18802020/12/18812020/12/18822020/12/1883內(nèi)平衡式熱力膨脹閥

根據(jù)感溫包內(nèi)制冷劑的飽和壓力控制閥的開啟，自動調(diào)節(jié)供液量，以保證蒸發(fā)器的出口過熱度為3~5oC。內(nèi)平衡式：閥內(nèi)膜片下方承受的壓力為：E進(jìn)口壓力P0和彈簧作用力；2020/12/1884外平衡式熱力膨脹閥

根據(jù)感溫包內(nèi)制冷劑的飽和壓力控制閥的開啟，自動調(diào)節(jié)供液量，以保證E的出口過熱度為3~5oC。外平衡式：閥內(nèi)膜片下方承受的壓力為：E出口處壓力和彈簧作用力；2020/12/1885毛細(xì)管液體比氣體非常容易通過，氣體流動阻力>液體流動阻力。結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，無運動部件，不易出故障，有自補償特點，停機(jī)后，con與E內(nèi)壓力能很快自平衡。過冷度對毛細(xì)管的流量影響較大。合理選擇：在規(guī)定的TK、T0下，使毛細(xì)管的阻力足以在毛細(xì)管進(jìn)口處保持一個液封，而又無過多的液體存于冷凝器內(nèi)。2020/12/18862020/12/1887電子膨脹閥

由檢測、控制、執(zhí)行三部分組成。由檢測部分完成調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸入值（過熱度），控制系統(tǒng)由程序控制，根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)與規(guī)定數(shù)據(jù)的比較，調(diào)節(jié)閥門。電子膨脹閥對供液量調(diào)節(jié)范圍寬，調(diào)節(jié)反應(yīng)快，能保證蒸發(fā)器的出口過熱度穩(wěn)定在1～2oC內(nèi)，并能配合變頻調(diào)節(jié)。2020/12/1888毛細(xì)管熱力膨脹閥電子膨脹閥制冷劑與閥的選擇是否相關(guān)無關(guān)由感溫包充注的制冷劑決定無關(guān)制冷劑流量調(diào)節(jié)范圍小較大大流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)毛細(xì)管流動阻力調(diào)節(jié)閥開度調(diào)節(jié)閥開度調(diào)節(jié)控制信號過冷度蒸發(fā)器出口過熱度蒸發(fā)器出口過熱度調(diào)節(jié)方法回?zé)嵫h(huán)，降低毛細(xì)管出口段溫度檢測出口過熱度，控制調(diào)節(jié)閥開度檢測出口過熱度，控制調(diào)節(jié)閥開度對蒸發(fā)器過熱度控制偏差大較小，4~7°C，但蒸發(fā)溫度低時大很小，1~2°C流量調(diào)節(jié)特性補償困難困難可以調(diào)節(jié)的過渡過程特性不好較好優(yōu)允許負(fù)荷波動很小較大，但不適合于能量可調(diào)節(jié)系統(tǒng)很大，適合于能量可調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量前饋調(diào)節(jié)困難困難可以價格便宜較高高電子膨脹閥與毛細(xì)管、熱力膨脹閥的特點比較2020/12/18892.輔助設(shè)備

分油效果差，無法分離油蒸氣。利用冷卻水降低混合氣體溫度，使部分油蒸氣冷凝，提高了分油效果。2.1油分離器作用：分離壓縮機(jī)排氣中的潤滑油，以防止?jié)櫥瓦M(jìn)入冷凝器和蒸發(fā)器，形成油膜，降低其傳熱效果。原理及分類：

利用流通截面積的突然擴(kuò)大，降低氣流速度來分離油滴。外加冷卻水套的干式氨油分離器干式氨油分離器

改變氣體流向or利用離心力將油滴從制冷劑中甩出。離心式氨油分離器分油效果好于干式油分離器。2020/12/1890

在氨干式油分離器的基礎(chǔ)上，在進(jìn)氣管下端加設(shè)過濾器，實現(xiàn)雙重作用。其下部設(shè)有自動回油的浮球閥。

采用液體制冷劑對含油的制冷劑蒸氣洗滌分油洗滌式氨油分離器不僅使油蒸氣凝結(jié)，而能分離出油滴。分油效果較好。

通過過濾層分油濾過式氨油分離器高效油分離器

氟利昂油分離器選擇計算：式中dy－油分離器直徑(m)；λ－氨壓縮機(jī)的容積效率；

V－氨壓縮機(jī)的理論排氣量(m3/h)；

wy－油分離器中的氣體速度(m/s)，wy=0.8~1.0m/s。2020/12/18912020/12/18922020/12/18932020/12/18942.2集油器（僅用于氨系統(tǒng)）

收集油分離器中分離出來的潤滑油，以及殘留在冷凝器、蒸發(fā)器、貯液器等容器中的潤滑油。在壓縮機(jī)吸氣作用下，能分離油中混合的制冷劑，使操作安全、方便。集油器應(yīng)安裝在整個制冷系統(tǒng)的最低處。高壓側(cè)、低壓側(cè)應(yīng)各自使用一個集油器，不能混用。2020/12/18952.3氣液分離器工作原理：利用制冷劑蒸氣流速的急劇降低和流向的急劇改變，實現(xiàn)：分離蒸發(fā)器回氣中的液體制冷劑，防止壓縮機(jī)濕壓縮。分離進(jìn)入蒸發(fā)器供液中的閃發(fā)蒸氣，提高蒸發(fā)器的傳熱效果。右圖為：氨液分離器2020/12/18962020/12/18972.4貯液器按用途和所承受的壓力貯存冷凝器排出的高壓制冷劑液體，以供應(yīng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)供液量貯存氣液分離器分離出的氨液，位于氣液分離器后用于氨泵供液制冷系統(tǒng)，作氣液分離器和低壓貯液桶用，為氨泵提供所需的低壓氨液維修和檢修設(shè)備以及設(shè)備沖霜時，貯存設(shè)備排出的制冷劑高壓貯液器低壓貯液器循環(huán)貯液桶排液桶貯液器的貯液容量按整個系統(tǒng)制冷劑小時循環(huán)量的1/3~1/2選取貯液器貯存制冷劑的最大允許容量為本身容量的80%貯存制冷劑的最大允許容量為本身容量的70~80%臥式循環(huán)貯液桶的液面不應(yīng)超過其直徑的1/3立式循環(huán)貯液桶的液面不應(yīng)超過其桶高的1/4最大氨液貯存容積不小于氨泵每小時循環(huán)量的30%2020/12/18982020/12/1899貯液器2020/12/18100循環(huán)貯液桶2020/12/18101排液桶2020/12/181022.5空氣分離器作用：原理：

在低溫下，制冷劑會冷凝，而空氣不冷凝。將混合氣體在冷凝壓力下降溫到一值，使混合氣體中的大部分制冷劑冷凝為液體，而分離出空氣，將空氣排出。

由于高壓貯液桶出液管的液封作用，所以都聚積在冷凝器和高壓貯液桶中，故空氣分離器連接在冷凝器和高壓貯液器上。排出制冷系統(tǒng)的不凝性氣體2020/12/18103套管式空氣分離器套管式空氣分離器2020/12/18104立式空氣分離器2020/12/181052.6緊急泄氨器2.7過濾器緊急情況時，防止氨系統(tǒng)發(fā)生爆炸，將氨液加以稀釋后排入消防允許的下水道內(nèi)；與貯氨量較多的容器相連液體過濾器氣體過濾器安裝在節(jié)流閥前，氨泵進(jìn)液管上安裝在壓縮機(jī)的吸氣管上濾網(wǎng)鐵絲網(wǎng)銅絲網(wǎng)氨系統(tǒng)氟系統(tǒng)2020/12/181062.8干燥過濾器2.9氣液熱交換器干燥劑：硅膠orCaCl2分子篩經(jīng)冷凝后的液體在交換器內(nèi)的蛇形管內(nèi)流動；由E出來的蒸氣在交換器內(nèi)的蛇形管外流動；逆向流動2020/12/18107第六章雙級蒸氣壓縮制冷為什么使用雙級壓縮？com的壓力差超過允許值，導(dǎo)致機(jī)件損壞；壓力比過大，排氣溫度升高，導(dǎo)致潤滑油稀化，增加潤滑油的消耗；導(dǎo)致潤滑油的碳化，引起潤滑不良；壓力比過大，導(dǎo)致容積效率ηV和制冷量?0大大降低。下表列出常用制冷劑在Pk/P0=10時的最低蒸發(fā)溫度：

當(dāng)壓力差（Pk-P0）＞12~14和壓力比Pk/P0＞8~10時，單級壓縮機(jī)會發(fā)生：制冷劑

冷凝溫度（°C）3035404550R717-30.5-27.3-24.4

—

—R22-37.2-34.2-31.5

—

—R12-36.8-33.8-31.1-28.3-25.42020/12/18108

由于環(huán)境溫度、壓力差（Pk-P0）和壓力比Pk/P0的限制，單級壓縮機(jī)不能達(dá)到很低的蒸發(fā)溫度，為了獲得更低的蒸發(fā)溫度，就需要使用多級壓縮。

§6-1.雙級壓縮制冷循環(huán)與系統(tǒng)組成雙級壓縮制冷循環(huán)僅壓縮過程為兩級壓縮，其他與單級相同：低溫低壓制冷劑蒸氣中間壓力下過熱蒸氣低壓級com過熱蒸氣被冷卻中間冷卻器冷凝壓力下過熱蒸氣高壓級com單機(jī)雙級系統(tǒng)：氣缸數(shù)比常為1:3or1:2雙級制冷系統(tǒng)組成雙機(jī)雙級系統(tǒng)兩臺壓縮機(jī)一臺壓縮機(jī)，高、低壓氣缸中間冷卻程度中間完全冷卻中間不完全冷卻低壓級com排氣在中間冷卻器中被冷卻到中間壓力下的飽和溫度。用于氨系統(tǒng)低壓級com排氣與中間冷卻器中蒸發(fā)的蒸氣相混合，被冷卻到某一過熱點。用于氟利昂系統(tǒng)2020/12/18109

兩級節(jié)流中間完全冷卻原理圖兩級節(jié)流中間完全冷卻lgP-h圖雙級壓縮氨制冷循環(huán)1.1.1雙級節(jié)流中間完全冷卻循環(huán)節(jié)流級數(shù)雙級單級采用兩個節(jié)流閥，制冷劑經(jīng)過兩次節(jié)流采用一個節(jié)流閥，制冷劑經(jīng)過一次節(jié)流MR2MR1MR1MRMRMR1MR1MRMR32020/12/181101.1.2兩級節(jié)流中間完全冷卻制冷循環(huán)流量計算

?

由總流量與各分流量關(guān)系得：

MR=MR1+MR2+MR3(6-1)

其中：MR1—蒸發(fā)器中氣化的制冷劑流量；

MR2—中間冷卻器冷卻初級排氣而氣化的制冷劑流量；

MR3—一級節(jié)流氣化的制冷劑流量。

?

由中間冷卻器熱平衡方程得：

MR1(h2,-h3)=MR2(h3-h4)(6-2)

?

一級節(jié)流氣化的制冷劑流量MR3為：

MR3=MR(h10-h4)/(h3-h4)(6-3)

?

蒸發(fā)器中氣化的制冷劑流量MR1為：

MR1=?0/(h1-h5)(6-4)

?

求解(6-1)、(6-2)、(6-3)、(6-4)式組成的方程組，即可求得各流量值。2020/12/181111.2.1一次節(jié)流中間完全冷卻循環(huán)一次節(jié)流中間完全冷卻雙級壓縮系統(tǒng)圖一次節(jié)流中間完全冷卻雙級壓縮lgP-h圖M1MDMGM1MDMGMD2020/12/181121.2.2一次節(jié)流中間完全冷卻制冷循環(huán)流量計算

?

由總流量與各分流量關(guān)系得：

MG=M1+MD(6-5)

其中：MG—高級壓縮機(jī)的制冷劑流量；

M1—中間冷卻器冷卻初級排氣而氣化的制冷劑流量；

MD—低級壓縮機(jī)的制冷劑流量。

?

由中間冷卻器熱平衡方程得：

M1(h3-h10)=MD(h9-h4,)+MD(h2-h3)(6-6)

又∵h(yuǎn)10=h9(6-7)

?

求解(6-5)、(6-6)、(6-7)式組成的方程組，即可求得:

MG=MD(h2-h4,)/(h3-h9)(6-8)2020/12/181131.2.3雙級壓縮氨制冷系統(tǒng)一次節(jié)流中間完全冷卻雙級壓縮氨制冷系統(tǒng)圖MGM1MDMD2020/12/181141.3.1一次節(jié)流中間不完全冷卻制冷循環(huán)（雙級壓縮氟利昂制冷循環(huán)）一次節(jié)流中間不完全冷卻原理圖一次節(jié)流中間不完全冷卻LgP-h圖MGM1MDM1MDMG2020/12/181151.3.2一次節(jié)流中間不完全冷卻流量計算

?

由總流量與各分流量關(guān)系得：

MG=M1+MD(6-8)

其中：MG—高級壓縮機(jī)制冷劑流量；

M1--中間冷卻器使飽和液體過冷而氣化的制冷劑流量；

MD--低級壓縮機(jī)的制冷劑流量。

?

由中間冷卻器熱平衡方程得：

M1(h3-h10)=MD(h9-h4,)(6-9)

又∵h(yuǎn)10=h9(6-10)

?

求解(6-8)、(6-9)、(6-10)式組成的方程組，即可求得:

MG=MD(h3-h4,)/(h3-h9)(6-11)

另外，6點的壓力為中間壓力PZ，焓值h6應(yīng)由熱平衡求得，才能確定6點的位置：

(MG-MD)(h6-h3)=MD(h2-h6)

∴h6=[MG?h3+MD?(h2-h3)]/MG

=h3+(h3-h9)(h2-h3)/(h3-h4’)(6-12)2020/12/18116M1M1MDMDMG2020/12/18117肉類生產(chǎn)性冷藏庫平面類型之一:1-凍結(jié)間；2-常溫脫盤、脫鉤間；3-走道；4-凍結(jié)物冷藏間；5-貯冰間；6-快速制冰間；7-值班室；8-站臺；9-機(jī)房及設(shè)備間；10-配電室；11-露天變壓器；12-機(jī)修間。2020/12/18118肉類生產(chǎn)性冷藏庫平面類型之二：1-凍結(jié)間；2-凍結(jié)物冷藏間；3-貯冰間；4-制冰間；5-機(jī)房；6-常溫脫盤、脫鉤間；7-常溫穿堂；8-電梯；9-貯藏室；10-值班室；11-工人休息室；12-回鉤廊；13-公路站臺；14-鐵路站臺；15-聯(lián)系廊。2020/12/18119§7-9制冷系統(tǒng)的自控裝置

1.自動控制的組成和原理

所有自動控制裝置都由傳感器（或變送器）、調(diào)節(jié)器（或控制器）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。其流程如下：2.電腦自動控制的組成和原理電腦在自動控制裝置中的作用相當(dāng)于上述的“比較→調(diào)節(jié)器”的作用。電腦能顯示、貯存數(shù)據(jù)，但自控裝置要增設(shè)“數(shù)／模轉(zhuǎn)換器”。其自動控制流程如下：2020/12/18120

數(shù)／模轉(zhuǎn)換器，又稱變送器，或A/D、D/A變送器。其作用是：把模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔X認(rèn)識的數(shù)字信號，并傳輸給電腦：把電腦發(fā)出的控制指令（數(shù)字信號）轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量，并傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。工業(yè)控制要求可靠，同時還要求在中央和現(xiàn)場都能控制，因此工業(yè)控制系統(tǒng)一般如下：2020/12/18121工業(yè)自控系統(tǒng)框圖2020/12/181223.自控元件的功能

冷庫用的自控元件可分為六類：自動融霜控制。TDS-04、TDS-05型融霜時間程序控制器時間控制類按冷庫負(fù)荷變化，對壓縮機(jī)的產(chǎn)冷量進(jìn)行定點延時分級調(diào)節(jié)。TDF-01、TDF-02型分級步進(jìn)調(diào)節(jié)器。能量調(diào)節(jié)類控制容器中制冷劑的液位。UQK-40、UQK-41~43型浮球液位控制器等。液位控制類現(xiàn)場控制庫溫。壓力式溫度控制器（WTQK、WTZK型）、TDW-12型溫度調(diào)節(jié)器等。溫度控制類壓力保護(hù)，壓力調(diào)節(jié)，壓力變送。YWK型壓力控制器、CWK型壓差控制器、YSG-01電感壓力變送器等。壓力控制類通過控制管道中制冷劑的通斷，控制壓力，調(diào)節(jié)流量。電磁閥、恒壓閥、主閥、組合式主閥、水電磁閥、止回閥、自動旁通閥、氨熱力膨脹閥等。流通控制類主要功能控制元件名稱及型號類別2020/12/18123電磁閥2020/12/18124繼動電磁閥液用常閉型電磁主閥2020/12/18125氣用常開型電磁主閥2020/12/18126恒壓閥2020/12/18127主閥2020/12/18128閥門符號等效線路