制冷循環(huán)原理

1、1制冷循環(huán)原理制冷循環(huán)原理黃永明黃永明需要掌握q各種制冷工作原理各種制冷工作原理q各種制冷工作過(guò)程及狀態(tài)變化各種制冷工作過(guò)程及狀態(tài)變化q看懂壓看懂壓-焓圖焓圖q簡(jiǎn)單熱力計(jì)算簡(jiǎn)單熱力計(jì)算q制冷劑制冷劑31 1、液體氣化制冷原理及實(shí)現(xiàn)、液體氣化制冷原理及實(shí)現(xiàn) 1、氣化及氣化潛熱q 氣化：液體轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的物態(tài)變化稱為氣化 ，有蒸發(fā)和沸騰兩種形式。液體氣化時(shí)需吸收氣化潛熱。 q 氣化潛熱：1kg液體氣化時(shí)所吸收的熱量。液體的壓力不同，其飽和溫度（即沸點(diǎn)）也不同（壓力越低，沸點(diǎn)越低，如氨在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，其沸點(diǎn)為33.4）。 因此，只要?jiǎng)?chuàng)造一定的低壓條件，利用液體的氣化即可獲取所需要的低溫。 42、液體

2、氣化制冷的制冷原理（工作過(guò)程）、液體氣化制冷的制冷原理（工作過(guò)程） 制冷劑流程q在蒸發(fā)器管間的制冷劑吸收由裝置返回鹽水的熱量后，沸騰蒸發(fā)（過(guò)程中溫度恒定），氟蒸汽被壓縮機(jī)吸入，經(jīng)四級(jí)壓縮變成高溫高壓氣體，然后進(jìn)入冷凝器，其熱量傳給管內(nèi)的冷卻水，自身冷凝成為高壓中溫的液體（氣液兩相），液體制冷劑再經(jīng)四級(jí)節(jié)流膨脹后，變成為低溫低壓的氣液兩相混合體進(jìn)入蒸發(fā)器，又開始下一個(gè)制冷循環(huán)。載冷劑流程q從化工生產(chǎn)裝置返回（0.080.2MPa,2左右的鹽水，進(jìn)入各制冷機(jī)的蒸發(fā)器內(nèi)，其熱量傳給蒸發(fā)器中的制冷劑，自身溫度降至-6以下之后排至鹽水槽匯總，再經(jīng)鹽水泵加壓至（0.450.55MPa），通過(guò)管網(wǎng)送往各化工

3、生產(chǎn)裝置（鹽水循環(huán)損失的部分，由鹽水池經(jīng)攪拌泵將補(bǔ)充鹽水打入鹽水槽）。q壓縮方式：q螺桿壓縮機(jī)q活塞式壓縮機(jī)q離心式壓縮機(jī)（軸流式）q驅(qū)動(dòng)方式：q蒸汽q電783、制冷系統(tǒng)的構(gòu)成、制冷系統(tǒng)的構(gòu)成 四大基本部件及對(duì)應(yīng)的熱力過(guò)程 壓縮機(jī)：蒸氣壓縮 （制冷劑）冷凝器：放熱冷凝 節(jié)流閥：節(jié)流降壓蒸發(fā)器：吸熱蒸發(fā) 93、制冷系統(tǒng)的構(gòu)成、制冷系統(tǒng)的構(gòu)成壓縮機(jī)壓縮機(jī)：從蒸發(fā)器中抽吸制冷劑蒸氣并進(jìn)行壓縮的設(shè)備。 其功能為：從蒸發(fā)器中抽取氣化的蒸氣，從而維持蒸發(fā)器內(nèi)一定的蒸發(fā)溫度和壓力；對(duì)吸入的蒸氣進(jìn)行壓縮，以維持冷凝器內(nèi)的高壓；輸送制冷劑，是系統(tǒng)中的循環(huán)動(dòng)力。 冷凝器冷凝器： 制冷劑與冷卻介質(zhì)進(jìn)行熱交換的設(shè)備，

4、對(duì)外輸出熱量。制冷劑蒸氣在其中冷卻、冷凝，釋放的熱量由空氣或水等介質(zhì)帶走。 冷卻介質(zhì)冷卻介質(zhì)：用于冷卻制冷劑蒸氣的介質(zhì)稱為冷卻介質(zhì)（冷卻劑）；冷凝壓力冷凝壓力：冷凝器中制冷劑蒸氣的壓力稱為冷凝壓力；冷凝溫度冷凝溫度：冷凝壓力對(duì)應(yīng)的蒸氣飽和溫度稱為冷凝溫度。3、制冷系統(tǒng)的構(gòu)成、制冷系統(tǒng)的構(gòu)成膨脹閥膨脹閥：一種節(jié)流機(jī)構(gòu)。其功能為： 經(jīng)冷凝器冷凝后的高壓液態(tài)（高溫高壓氣液兩相）制冷劑轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪旱囊后w，為制冷劑在低溫低壓下氣化創(chuàng)造條件； 調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的供液量（用于控制壓縮機(jī)入口處制冷劑蒸氣的過(guò)熱度）。3、蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)的構(gòu)成、蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)的構(gòu)成 3、蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)的構(gòu)成、蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)

5、的構(gòu)成 蒸發(fā)器蒸發(fā)器：制冷劑與冷凍水進(jìn)行熱交換的設(shè)備，對(duì)外輸出冷量。制冷劑從冷凍水（鹽水）中吸熱，在蒸發(fā)器中產(chǎn)生氣化，從而實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)制冷。蒸發(fā)壓力蒸發(fā)壓力：蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑蒸氣壓力稱為蒸發(fā)壓力。蒸發(fā)溫度蒸發(fā)溫度：蒸發(fā)壓力對(duì)應(yīng)的制冷劑飽和溫度為蒸發(fā)溫度。 制冷原理2021-7-61314一、逆卡諾循環(huán)（Reverse Carnot Cycle） 逆卡諾循環(huán)：在兩個(gè)恒溫?zé)嵩粗g進(jìn)行的理想循環(huán)。理想制冷循環(huán)理想制冷循環(huán) 膨脹機(jī)壓縮機(jī)蒸發(fā)器冷凝器WcWeq0qk2341逆卡諾循環(huán)制冷系統(tǒng) 熵、焓q熵：表征物質(zhì)的混亂度q焓：是狀態(tài)函數(shù)，它等于U（定容熱）+P（壓力）*V（體積） ,是廣度單位15逆卡諾循環(huán)

6、逆卡諾循環(huán)wT0TkTs0q0qk1243ab逆卡諾循環(huán)（Carnot Cycle）TS圖 1-2 ：等熵壓縮 （壓縮機(jī)） T0Tk， 耗功wc2-3： 等溫壓縮 （冷凝） 放熱 qk=Tk(sa-sb)3-4： 等熵膨脹 （節(jié)流膨脹） TkT0， 做功we4-1 ：等溫膨脹 （蒸發(fā)） 吸熱 q0=T0(sa-sb)逆卡諾循環(huán)結(jié)果 每一制冷循環(huán)，1kg制冷劑：q 從被冷卻介質(zhì)吸收的熱量為：q0 =T0(sa-sb)； q 向冷卻介質(zhì)放出的熱量為：qk Tk(sa-sb) ； q 循環(huán)凈耗功量為：wwcweqkq0 =Tk(sa-sb)T0(sa-sb) =(Tk-T0 )(sa-sb)一、逆卡

7、諾循環(huán)一、逆卡諾循環(huán)逆卡諾循環(huán)逆卡諾循環(huán)00000TTTqqqWqkkc制冷循環(huán)的性能指標(biāo)制冷循環(huán)的性能指標(biāo)：制冷系數(shù)制冷系數(shù)的定義：?jiǎn)挝缓墓α克@取的冷量，即 Wq0對(duì)于逆卡諾循環(huán)，制冷系數(shù)c :大小只取決于兩個(gè)熱源的溫度；大小只取決于兩個(gè)熱源的溫度； T0 或或T k ， c 逆卡諾循環(huán)逆卡諾循環(huán)制冷循環(huán)亦可用于供熱制冷循環(huán)亦可用于供熱，此時(shí)系統(tǒng)的性能指標(biāo)為供熱系數(shù)。供熱系數(shù)的定義：?jiǎn)挝缓墓α克@取的熱量量，即1)(00WqqqWqkk可見，用于供熱，供熱量永遠(yuǎn)大于所消耗的功量?？梢姡糜诠?，供熱量永遠(yuǎn)大于所消耗的功量。 第一節(jié) 制冷劑 制冷劑：在制冷循環(huán)中工作的物質(zhì)。一、作為制冷劑應(yīng)符

8、合的基本要求 1.熱力學(xué)性質(zhì)方面 (1) 工作溫度范圍內(nèi)有合適的壓力。 蒸發(fā)壓力大氣壓力冷凝壓力不要過(guò)高 為什么？A：因?yàn)楫?dāng)蒸發(fā)器中制冷劑的壓力低于大氣壓力時(shí)，外部的空氣就有可能從密封不嚴(yán)處進(jìn)入制冷系統(tǒng)，降低制冷效率。B：因?yàn)檫@樣可以降低制冷設(shè)備承受的壓力，減少制冷劑向外泄漏的可能性。 (2) 單位容積制冷量qv較大。 為什么？因?yàn)樵赒0一定時(shí)，單位容積制冷量越大，所需的壓縮機(jī)尺寸越小。(3)絕熱指數(shù)要小為什么？等熵壓縮終了溫度t2不能太高，以免潤(rùn)滑條件惡化或制冷劑自身在高溫下分解。(4)臨界溫度要高，凝固溫度要低。 為什么？臨界溫度高，便于用常溫水或空氣進(jìn)行冷凝液化，凝固溫度低，可以工作在較

9、低的蒸發(fā)溫度下。2.物理與化學(xué)性質(zhì)方面 (1) 粘度、密度盡量小。以減少流動(dòng)阻力。 (2) 導(dǎo)熱系數(shù)大，可提高蒸發(fā)器與冷凝器的傳熱系數(shù)，減少兩者的傳熱面積。 (3)化學(xué)穩(wěn)定性。制冷劑應(yīng)不燃燒、不爆炸、高溫下不分解，對(duì)金屬和其他材料不產(chǎn)生腐蝕作用。3.其它 (1)原料來(lái)源充足，制造工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜。(2)對(duì)大氣環(huán)境無(wú)破壞作用。(3)無(wú)毒。二、 制冷劑分類與命名制冷劑按其化學(xué)組成主要有五類 無(wú)機(jī)化合物 氟里昂 飽和碳?xì)浠衔?非飽和碳?xì)浠衔锛捌潲u素衍生物共沸溶液字母“R”和它后面的一組數(shù)字或字母 表示制冷劑 根據(jù)制冷劑分子組成按一定規(guī)則編寫 1.無(wú)機(jī)化合物 簡(jiǎn)寫符號(hào)規(guī)定為R7( )( )括號(hào)中

10、填入的數(shù)字是該無(wú)機(jī)物分子量的整數(shù)部分。編寫規(guī)則制冷劑的簡(jiǎn)寫符號(hào)例：氨-R717 二氧化碳-R744 水-R718 二氧化硫-R7642.氟里昂含義：主要指甲烷和乙烷的鹵素衍生物，即甲烷、乙烷中的H原子部分或全部被鹵素(F、CL、Br)取代后的產(chǎn)物。符號(hào)規(guī)定為R(m-1)(n+1)(x)B(z) 數(shù)值為零時(shí)省去寫(注意)，同分異構(gòu)體則在其最后加小寫英文字母以示區(qū)別。設(shè)氟里昂的通式為CmHnFxCLyBrzn+x+y+z=2m+2化合物名稱化合物名稱分子式分子式m、n、x、y、z值值符號(hào)符號(hào)一氟三氯甲烷一氟三氯甲烷CFCl3m=1,n=0,x=1,y=3R11二氟二氯甲烷二氟二氯甲烷CF2Cl2m

11、=1,n=0,x=2,y=2R12二氟一氯甲烷二氟一氯甲烷CHF2Clm=1,n=1,x=2,y=1R22三氟二氯乙烷三氟二氯乙烷C2HF3Cl2m=2,n=1,x=3,y=2R123四氟乙烷四氟乙烷C2H2F4m=2,n=2,x=4,y=0R134a 3.烷烴(飽和碳?xì)浠衔?如甲烷、乙烷符合規(guī)定同氟里昂。例：化合物名稱化合物名稱分子式分子式m、n、x、y、z值值符號(hào)符號(hào)甲烷甲烷CH4m=1,n=4,x=0,y=0R50乙烷乙烷C2H6m=2,n=6,x=0,y=0R170丙烷丙烷C3H8m=3,n=8,x=0,y=0R290正丁烷和異丁烷例外，用R600和R600a表示.4.非飽和碳?xì)浠?/p>

12、物及其鹵素衍生物如：乙烯、丙烯等符號(hào)：R1+同氟里昂例：乙烯C2H4-R1150 丙烯C3H6-R12705.共沸溶液 簡(jiǎn)寫符號(hào)為R5( )( ) 括號(hào)中的數(shù)字為該工質(zhì)命名的先后順序號(hào)，從00開始 含義：由兩種或兩種以上單一制冷劑組成的混合物，它在某一壓力下沸騰時(shí)，具有恒定沸點(diǎn)且組分不變。幾種共沸制冷劑的組成和沸點(diǎn) 代號(hào)代號(hào)組分組分質(zhì)量成分質(zhì)量成分 分子分子量量沸點(diǎn)沸點(diǎn)()共沸共沸溫度溫度各組分的各組分的沸點(diǎn)沸點(diǎn)()R500 R12/152a73.8/26.299.3-33.50-29.8/-25R501R22/1284.5/15.593.1-41.5-41-40.8/-29.8R502 R2

13、2/11548.8/51.2111.6 -45.419-40.8/-38R503R23/1340.1/59.987.6-88.088-82.2/-81.5R504 R32/11548.2/51.879.2-59.217-51.2/-38R505R12/3178.0/22.0103.5-30115-29.8/-9.8R506 R31/11455.1/44.993.7-12.518-9.8/3.5R507 R125/143a 50.0/50.098.9-46.7-48.8/-47.7三、制冷劑的物理化學(xué)性質(zhì)1.與水的溶解性“冰堵現(xiàn)象” 當(dāng)制冷劑與水的溶解性較差時(shí)，且溫度降到0以下時(shí)，水結(jié)成冰而堵塞

14、節(jié)流閥或毛細(xì)管的通道形成“冰堵”，致使制冷機(jī)不能正常工作。特點(diǎn)：反復(fù)發(fā)生。措施：系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置干燥器。 2.泄漏性(檢漏)氨有強(qiáng)烈臭氣，靠嗅覺(jué)易判是否泄漏;易溶于水且呈堿性，用酚酞試劑和試紙檢漏 氟利昂無(wú)色無(wú)臭，肥皂水、鹵素噴燈和電子檢漏儀檢漏3.與潤(rùn)滑油的溶解性根據(jù)制冷劑在潤(rùn)滑油中的可溶性，可分為有限溶于潤(rùn)滑油和無(wú)限溶于潤(rùn)滑油兩種。無(wú)限溶于潤(rùn)滑油的制冷劑：優(yōu)點(diǎn)：潤(rùn)滑油隨制冷劑一起滲透到壓縮機(jī)的各個(gè)部件，壓縮機(jī)潤(rùn)滑良好，并不會(huì)在冷凝器、蒸發(fā)器的表面上形成油膜而影響傳熱。缺點(diǎn)：蒸發(fā)溫度升高，制冷量減少，蒸發(fā)器液面不穩(wěn)定。有限溶于潤(rùn)滑油的制冷劑：分層(一層為少油層，一層為多油層)，需設(shè)置油分離器，并定

15、期放油。注意：1.隨著溫度的不同，無(wú)限溶解可以轉(zhuǎn)變?yōu)橛邢奕芙狻?.隨著潤(rùn)滑油的品種不同，制冷劑與潤(rùn)滑油的溶解性也會(huì)發(fā)生變化。表110 水分在一些制冷劑中的溶解度（25） 制冷劑制冷劑代代 號(hào)號(hào)溶解度溶解度(質(zhì)量質(zhì)量%)制冷劑制冷劑代代 號(hào)號(hào)溶解度溶解度(質(zhì)量質(zhì)量%)制冷劑制冷劑代代 號(hào)號(hào)溶解度溶解度(質(zhì)量質(zhì)量%)R110.0098R1240.07R290naR120.01R1250.07R5000.05R220.13R134a 0.11R5020.06R230.15R142b 0.05R600anaR320.12R143a 0.08R1230.08R152a 0.17注：na表示沒(méi)有找到可用的

16、數(shù)據(jù)。氟里昂溶油的臨界曲線：1、臨界曲線以上，制冷劑可以無(wú)限溶于潤(rùn)滑油，曲線下面所包括的區(qū)域?yàn)橛邢奕芙鈪^(qū)。例如，圖中A點(diǎn)含油濃度為20，潤(rùn)滑油完全溶解在制冷劑中；含油濃度不變，溫度降低，如圖中B點(diǎn)，對(duì)氟里昂114和12來(lái)說(shuō)，仍處于完全溶解狀態(tài)，而對(duì)于氟里昂22來(lái)說(shuō)，則處于有限溶解狀態(tài)，制冷劑與潤(rùn)滑油分為兩層，少油層為狀態(tài)B，多油層為狀態(tài)B；溫度下降，如如圖中C點(diǎn)，氟里昂12也將轉(zhuǎn)變?yōu)橛邢奕芙?，一部分為狀態(tài)C ，另一部分幾乎是純潤(rùn)滑油。由于氟里昂12在低溫-40條件下，仍呈完全溶解狀態(tài)，因此一般認(rèn)為氟里昂12在低溫下也能和潤(rùn)精油很好的溶合在一起。氟里昂溶油的臨界曲線R22溶油的臨界曲線：從圖中可

17、看出，氟里昂22較易溶于環(huán)烴族潤(rùn)滑油中，其臨界溫度低于石蠟族潤(rùn)滑油。1、2一環(huán)烴族潤(rùn)滑油；3-環(huán)烴-石蠟潤(rùn)滑油；4-石蠟族潤(rùn)滑油 沸點(diǎn)沸點(diǎn)-33.4-33.4，凝固點(diǎn)，凝固點(diǎn)-77.7-77.7； 氨蒸氣無(wú)色，具有強(qiáng)烈的刺激性臭味；氨蒸氣無(wú)色，具有強(qiáng)烈的刺激性臭味； 對(duì)人體有危害；對(duì)人體有危害； 以任意比與水互溶；以任意比與水互溶； 但在礦物潤(rùn)滑油中的溶解度很小，但在礦物潤(rùn)滑油中的溶解度很小， 氨液比重比礦物潤(rùn)滑油小，油沉積下部需定期放出。氨液比重比礦物潤(rùn)滑油小，油沉積下部需定期放出。 4.常用制冷劑性質(zhì)1)氨2)氟利昂(1) R12（二氟二氯甲烷 CF2Cl2）沸點(diǎn)-29.8，凝固點(diǎn)-158

18、。 無(wú)色，有較弱芳香味，毒性小，不燃不爆，安全。系統(tǒng)里應(yīng)嚴(yán)格限制含水量，一般規(guī)定不得超過(guò)0.001% 常用溫度范圍內(nèi)能與礦物性潤(rùn)滑油以任意比互溶 不腐蝕一般金屬但能腐蝕鎂及含鎂量超過(guò)2%鋁鎂合金。 (2) R134a（四氟乙烷 CH2FCF3）毒性非常低，不可燃，安全。 與礦物潤(rùn)滑油不相溶，化學(xué)穩(wěn)定性很好，溶水性比R12強(qiáng)得多，對(duì)系統(tǒng)干燥和清潔性要求更高，用與R12不同的干燥劑。 (3) R11（一氟三氯甲烷 CFCl3）沸點(diǎn)23.8，凝固點(diǎn)-111。 毒性比R12更小，安全。水在R11中的溶解能力與R12相接近。對(duì)金屬及礦物潤(rùn)滑油的作用關(guān)系也與R12大致相似。 (4) R22（二氟一氯甲烷

19、CHF2Cl）沸點(diǎn)-40.8，凝固點(diǎn)-160。 毒性比R12略大，無(wú)色無(wú)味，不燃不爆，安全。 。 部分與礦物潤(rùn)滑油互溶。溶水性稍大于R12，系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)裝設(shè)干燥器。 3)碳?xì)浠衔?1) R600a（異丁烷 C4H10）(2) R290（丙烷 C3H8）沸點(diǎn)和凝固點(diǎn)比R600a低，容積制冷量比R600a大，其他制冷特性及安全特性均與R600a相似。 沸點(diǎn)-11.73，凝固點(diǎn)-160。 毒性非常低，在空氣中可燃，應(yīng)注意防火防爆。 與礦物潤(rùn)滑油能很好互溶，與水的溶解性很差。小結(jié)：高溫、中溫、低溫制冷劑根據(jù)制冷劑在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下的沸點(diǎn)來(lái)分：高溫制冷劑：t0例：R11、R21、R113應(yīng)用：離心式冷水機(jī)組中溫制冷劑：-60t 0例：R717、R12、R22、R502應(yīng)用：一般冷水機(jī)組低溫制冷劑：tHCFCHFC2.替代物的選擇原則：H