制冷原理完整版本

制冷原理

教學(xué)方針：《制冷原理》的教學(xué)，是為了提高維修人員故障分析的能力，以維修故障分析所需知識(shí)為教學(xué)中心，不作理論上過于深入的探討。教學(xué)規(guī)劃要點(diǎn)：一、了解制冷原理中的基本概念，和基本的制冷原理。二、結(jié)合制冷循環(huán)初步了解壓——焓圖的結(jié)構(gòu)以及一般工況在圖上的反映三、列舉一些典型故障，結(jié)合壓——焓圖進(jìn)行講解，初步了解壓——焓圖的應(yīng)用。四、了解壓縮機(jī)的制冷量與工況變化的關(guān)系。

（一）制冷原理的基本概念物態(tài)的變化及其熱量的轉(zhuǎn)移。（三角圖）顯熱、潛熱、蒸發(fā)、冷凝的概念和沸點(diǎn)與壓力的關(guān)系物體的內(nèi)能飽和的概念1.物態(tài)的變化及其熱量的轉(zhuǎn)移物態(tài)：固態(tài)液態(tài)汽態(tài)。物態(tài)變化時(shí)通常有熱量的轉(zhuǎn)移，（見三角圖）普通的制冷主要應(yīng)用液態(tài)、汽態(tài)的狀態(tài)變化一．制冷原理中的基本概念和最基本的制冷原理物態(tài)的變化及其概念

2.顯熱、潛熱、蒸發(fā)、冷凝的概念和沸點(diǎn)與壓力的關(guān)系

(以燒開水為例講解)

當(dāng)物體吸收（放出）熱量時(shí)，物態(tài)沒有改變，只是物體溫度改變，這些熱量稱為顯熱。當(dāng)物體吸收顯熱時(shí)，物體處于加熱狀態(tài)，當(dāng)物體放出顯熱時(shí)，物體處于冷卻狀態(tài)。當(dāng)物體吸收（放出）熱量時(shí)，物體溫度沒有改變，只是物態(tài)改變，這些熱量稱為潛熱。當(dāng)液體大量吸收潛熱，物體溫度不變，而液態(tài)不斷改變?yōu)槠麘B(tài)，這物理現(xiàn)象稱為沸騰（制冷行業(yè)習(xí)慣稱為蒸發(fā)）當(dāng)汽體大量放出潛熱，物體溫度不變，而汽態(tài)不斷改變?yōu)橐簯B(tài)，這物理現(xiàn)象稱為凝結(jié)。（冷凝器中的制冷劑包括冷卻和凝結(jié)兩過程）3.制冷原理簡(jiǎn)述

物體的內(nèi)能動(dòng)能：分子在不停運(yùn)動(dòng)而具有動(dòng)能，物體加熱時(shí)分子運(yùn)動(dòng)加劇，動(dòng)能增加，溫度升高。所以溫度：是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志。壓力：（1）是單位容器壁面受到的垂直作用力。（2）是分子對(duì)容器壁面撞擊的平均結(jié)果。

所以：溫度與壓力是一一對(duì)應(yīng)的。位能：液體加熱到沸騰時(shí)，繼續(xù)大量吸熱（潛熱），能量在增加，但溫度不改變，而是容積增大，即分子之間的距離加大，可見，能量都供給分子之間的距離的改變，可見分子之間的距離具有能量，稱為位能。物體的內(nèi)能＝動(dòng)能＋位能液體的分子距離小吸熱吸收了熱量，溫度并沒有升高，是位能增大了制冷劑絕熱壓縮的自熱現(xiàn)象:

當(dāng)壓縮制冷劑蒸氣，機(jī)械的因素使分子距離縮小，分子多出來的位能隨之要以熱能的形式減少，因壓縮時(shí)絕熱，熱量不能傳導(dǎo)出去，只能在制冷劑內(nèi)部轉(zhuǎn)化，減少的位能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，動(dòng)能增加，溫度隨動(dòng)能增加上升，壓力隨分子撞擊器壁效果增強(qiáng)而增大。這是制冷劑自熱現(xiàn)象。另外，壓縮輸入的機(jī)械功轉(zhuǎn)化的熱量也會(huì)使制冷劑升溫。

制冷劑絕熱膨脹的自冷現(xiàn)象:

毛細(xì)管內(nèi)流動(dòng)阻力大－－壓力逐段下降――制冷劑膨脹，分子距離擴(kuò)大――分子位能要增大（要吸熱）――因絕熱，無外熱傳入――只能靠制冷劑內(nèi)部能量轉(zhuǎn)化，使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為位能――動(dòng)能減少，溫度下降，撞擊器壁效果減弱，壓力下降。這是制冷劑自冷現(xiàn)象。制冷劑膨脹自冷示意圖靜態(tài)飽和

在靜置的密封容器內(nèi)，液體溫度總會(huì)達(dá)到與環(huán)境溫度相同，－―分子具有該溫度下的動(dòng)能－－分子逸出液體填充密封容器內(nèi)的空間――隨著逸出分子數(shù)量增加，分子碰撞機(jī)會(huì)也增加――因碰撞減速，動(dòng)能減少而掉回液體的分子數(shù)量逐漸增加――氣態(tài)的分子數(shù)量達(dá)到飽和――稱為飽和狀態(tài)――所對(duì)應(yīng)的溫度為飽和溫度；所對(duì)應(yīng)的壓力為飽和壓力。

當(dāng)環(huán)境溫度升高，分子動(dòng)能加大，逸出分子數(shù)量有所增加，同時(shí)動(dòng)能加大，所以對(duì)容器壁形成的壓力也有所加大。密封容器內(nèi)的飽和是靜態(tài)飽和，靜態(tài)飽和壓力是由溫度決定的。動(dòng)態(tài)飽和在非密封的蒸發(fā)器內(nèi)，產(chǎn)生的蒸汽不斷地被抽走，又有不斷流進(jìn)來的制冷劑吸熱蒸發(fā)，總是不能達(dá)到蒸發(fā)器外部溫度所對(duì)應(yīng)的靜態(tài)飽和壓力，蒸發(fā)器內(nèi)壓力是由產(chǎn)氣量和抽氣量達(dá)到平衡時(shí)形成的，這是就是蒸發(fā)壓力。由這個(gè)壓力產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)溫度。（當(dāng)液體受到的壓力變化時(shí)，分子逸出液體要具有的動(dòng)能（溫度）也要隨之變化，所以蒸發(fā)溫度主要是由蒸發(fā)壓力形成的。這與靜態(tài)飽和相反。改變產(chǎn)氣量或抽氣量會(huì)形成新的平衡壓力，這動(dòng)態(tài)的平衡稱為動(dòng)態(tài)飽和。蒸發(fā)器內(nèi)部的初始?jí)毫κ怯擅?xì)管（膨脹閥）與壓縮機(jī)匹配形成的。飽和狀態(tài)是溫度、壓力達(dá)到物態(tài)變化條件的階段，是汽、液共處的狀態(tài)。對(duì)吸熱的液體，飽和狀態(tài)是沸騰狀態(tài)；對(duì)放熱的汽體，飽和狀態(tài)是凝結(jié)狀態(tài)。過熱：當(dāng)已經(jīng)汽化了的汽體繼續(xù)吸熱，進(jìn)入了加熱狀態(tài),吸收的是顯熱,其溫度會(huì)上升，使溫度高于飽和溫度，稱為過熱。過冷：當(dāng)已經(jīng)液化了的液體繼續(xù)放熱，進(jìn)入了冷卻狀態(tài),其溫度會(huì)在飽和溫度點(diǎn)下降，使溫度低于飽和溫度，稱為過冷對(duì)熱平衡公式的認(rèn)識(shí)對(duì)熱平衡公式的認(rèn)識(shí)：Q=K×F×△tQ――熱交換器每小時(shí)換熱量，單位：KJ/hK――傳熱系數(shù)，銅管內(nèi)外溫差1度時(shí)，每平方米銅管面積每小時(shí)所傳遞的熱量。單位：KJ/m2.K.hF――熱交換器散熱面積（銅管表面積）單位：m2△t――銅管內(nèi)外實(shí)際溫差，單位：K只要系統(tǒng)未出現(xiàn)保護(hù)停機(jī)，熱交換器的熱交換時(shí)，方程兩邊總是平衡的（如：從壓縮機(jī)送入冷凝器的冷凝熱負(fù)荷Qk,與冷凝器總散熱量K×F×△t總是相等的。）。制冷系統(tǒng)高壓側(cè)的熱平衡公式左邊的冷凝熱負(fù)荷Qk主要取決于低壓側(cè)的工況，而右邊的散熱量主要取決于高壓側(cè)的工況冷凝器熱交換時(shí)的熱平衡

冷凝器的熱交換時(shí)，從壓縮機(jī)送入冷凝器的冷凝熱負(fù)荷Qk,與冷凝器總散熱量（K×F×△t）總是相等的?？捎脽崞胶夤絹肀硎?/p>

Q=K×F×△tQ――熱交換器每小時(shí)換熱量，單位：KJ/hK――傳熱系數(shù)，銅管內(nèi)外溫差1度時(shí)，每平方米銅管面積每小時(shí)所傳遞的熱量。單位：KJ/m2.K.hF――熱交換器散熱面積（銅管表面積）單位：m2（翅片面積不計(jì)入銅管散熱面積，翅片可提高傳熱系數(shù)）

△t――銅管內(nèi)外實(shí)際溫差，單位：K（絕對(duì)溫度）熱平衡公式左邊的冷凝熱負(fù)荷Qk主要取決于制冷系統(tǒng)低壓側(cè)的工況，例如：蒸發(fā)器制冷量減少，會(huì)使冷凝熱負(fù)荷Qk減少，而右邊的散熱三因素主要取決于高壓側(cè)的工況，例如：翅片臟堵使傳熱系數(shù)K值下降，散熱量不能適應(yīng)冷凝熱負(fù)荷時(shí)，制冷劑會(huì)自熱，使△t提高，散熱量增加，達(dá)到新的熱量相等，方程兩邊是自動(dòng)平衡的的。冷凝溫度的形式（以空冷冷凝器為例）

蒸氣經(jīng)過壓縮，先是出現(xiàn)制冷劑自熱現(xiàn)象，能量轉(zhuǎn)化，動(dòng)能增加，溫度、壓力不斷增大，當(dāng)制冷劑的溫度高于環(huán)境溫度時(shí)，熱量可通過冷凝器向外放出，進(jìn)入非絕熱狀態(tài)。

在冷凝器向外放出熱量尚小于冷凝熱負(fù)荷Qk時(shí)，制冷劑會(huì)繼續(xù)自熱。

不斷提高溫度、壓力隨之升高，當(dāng)放熱量剛好等于冷凝熱負(fù)荷Qk時(shí)，自熱現(xiàn)象停止，溫度和壓力就不會(huì)上升，而是穩(wěn)定下來，形成冷凝溫度tk。t

k與冷凝銅管外環(huán)境溫度的溫差就是△t。

蒸發(fā)器制冷量的變化，會(huì)引起冷凝熱負(fù)荷Qk的變化，而由于制冷劑有自熱和自冷的特性，Qk的變化又使溫差△t變化，使熱負(fù)荷與散熱量總是相等，方程兩邊會(huì)自動(dòng)平衡。蒸發(fā)溫度的形成

蒸發(fā)器內(nèi)的溫度是由壓力決定的，而蒸發(fā)器內(nèi)的蒸發(fā)壓力是由產(chǎn)氣量與輸氣量決定的，當(dāng)蒸發(fā)器的產(chǎn)氣量＝壓縮機(jī)的輸氣量時(shí)，會(huì)形成一

個(gè)蒸發(fā)壓力P0和對(duì)應(yīng)的蒸發(fā)溫度和t0。若產(chǎn)氣量增加，會(huì)使P0和t0上升，若輸氣量減少，會(huì)使P0和t0下降。另外若輸氣量增加，會(huì)使P0和t0下降，若輸氣量減少，會(huì)使P0和t0上升，毛細(xì)管通過影響供液量來影響產(chǎn)氣量，庫房溫度變化，蒸發(fā)器風(fēng)扇的風(fēng)量變化等因素都會(huì)通過對(duì)蒸發(fā)器的供熱量；來影響產(chǎn)氣量，另外，蒸發(fā)器的蒸發(fā)空間也會(huì)影響產(chǎn)氣量。供液、供熱、蒸發(fā)空間同時(shí)影響P0和t0壓縮機(jī)直接影響輸氣量，壓縮機(jī)的大小、磨損程度，壓縮比變化，即時(shí)工況，

都會(huì)影響壓縮機(jī)的輸氣量。進(jìn)而影響蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度P0和t0，所以，制冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度會(huì)在初始蒸發(fā)壓力和蒸發(fā)溫度上波動(dòng)，出現(xiàn)工況的變化。不管系統(tǒng)處于什么工況，蒸發(fā)器的產(chǎn)氣量＝壓縮機(jī)的輸氣量是不變的，當(dāng)出現(xiàn)產(chǎn)氣量和輸氣量的改變時(shí)，改變的是產(chǎn)氣量與輸氣量的平衡點(diǎn)，影響

的是蒸發(fā)器中的P0和t0

基本制冷系統(tǒng)和制冷循環(huán)循環(huán)過程1.在蒸發(fā)器內(nèi)：蒸發(fā)汽化（等溫等壓）――吸熱（制冷）――距離加大――位能增加2.在壓縮機(jī)內(nèi)：絕熱壓縮――距離縮短――部分位能轉(zhuǎn)為動(dòng)能――溫度升高――壓力升高。3.在冷凝器內(nèi)：高溫蒸氣進(jìn)入冷凝器放熱――先冷卻――后凝結(jié)液化4.在毛細(xì)管內(nèi)：絕熱膨脹：毛細(xì)管內(nèi)流動(dòng)阻力大－－壓力逐段下降――絕熱膨脹――分子距離加大――位能要增加――因絕熱，無外熱傳入――部分動(dòng)能轉(zhuǎn)為位能――動(dòng)能減少，溫度下降。直至設(shè)計(jì)預(yù)定的P0和t0低溫液體又進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā)汽化――如此循環(huán)制冷。壓縮機(jī)制冷量與工況的關(guān)系壓縮機(jī)輸氣系數(shù)λ=實(shí)際輸氣/理論輸氣=VS/VP則VS＝VPλλ＝λVλPλTλL

λV－－積容系數(shù)λP－－壓力系數(shù)

λT－－溫度系數(shù)λL－－泄漏系數(shù)積容系數(shù):余隙氣體膨脹對(duì)輸氣的影響壓力系數(shù)：高低壓差以及吸排氣閥門彈簧對(duì)吸排氣起始的影響。它對(duì)輸氣影響最大溫度系數(shù)：氣體流進(jìn)氣缸過程中氣體受熱容積增大對(duì)輸氣的影響冷凝壓力越高氣缸溫度越高，影響越大。泄漏系數(shù)：氣缸活塞、閥門等間隙泄漏對(duì)輸氣的影響。三、壓縮機(jī)的制冷量與工況變化的關(guān)系。壓－－焓圖正常制冷循環(huán)在壓－－焓圖上的反映

思考:1.蒸發(fā)器內(nèi)的溫度?壓力?狀態(tài)?2.正常工況時(shí),制冷劑出了蒸發(fā)器還含有液體嗎?溫度會(huì)上升嗎?3.對(duì)蒸發(fā)氣體壓縮,時(shí)制冷劑的壓力?溫度?4.物態(tài)變化時(shí),液化是吸熱還是放熱,氣體壓縮是能液化嗎?5.冷凝器與蒸發(fā)器不同,是等壓不等溫,呈三段式溫度分布.6.制冷劑在通過毛細(xì)管或膨脹閥時(shí)有熱交換嗎?其溫度和壓力有變化嗎?工況分析正常工況在壓－－焓圖上的表現(xiàn)制冷循環(huán)在壓－－焓圖上的描繪實(shí)際的制冷循環(huán)對(duì)排氣溫度的認(rèn)識(shí)排氣溫度對(duì)判斷制冷工況和故障十分重要壓－－焓圖查到的排氣溫度是汽缸壓縮終了時(shí)的溫度，而我們能測(cè)到的是排氣出來以后的溫度經(jīng)常有壓－－焓圖查到的與實(shí)際測(cè)到排氣溫度很不對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象壓－－焓圖查到的排氣溫度與實(shí)測(cè)的排氣溫度相差的情況，很能反映制冷工況問題正常工況下，整個(gè)蒸發(fā)器內(nèi)的制冷劑都處于飽和階段嗎？忽略管道壓降，蒸發(fā)器的進(jìn)口處和出口處的溫度相等嗎？正常工況下，當(dāng)P0低于零度時(shí)，整個(gè)蒸發(fā)器表面結(jié)霜應(yīng)該均勻嗎？回氣管內(nèi)的制冷劑溫度與正常工況下，整個(gè)冷凝器內(nèi)的制冷劑都處于飽和階段嗎？冷凝器的進(jìn)口處和出口處的溫度相等嗎？為什么要對(duì)蒸發(fā)汽體進(jìn)行壓縮？汽體壓縮以后為什么溫度會(huì)升高？為什么要對(duì)冷凝液體進(jìn)行膨脹？液體膨脹以后為什么溫度會(huì)降低？什么是顯熱、潛熱？為什么不用水作制冷劑，如果一定要用用水作制冷劑，要有什么相應(yīng)措施？

（二）基本的制冷系統(tǒng)和制冷原理1.相關(guān)知識(shí)制冷劑的自冷和自熱現(xiàn)象制冷劑絕熱壓縮的自熱現(xiàn)象:

當(dāng)壓縮制冷劑蒸氣，分子距離縮小，分子位能要減少（要放熱），因絕熱，熱量無處傳導(dǎo)出去，只能在制冷劑內(nèi)部轉(zhuǎn)化，使動(dòng)能增加，溫度上升，撞擊器壁效果增強(qiáng)，壓力增大。這是制冷劑自熱現(xiàn)象。另外，壓縮輸入的機(jī)械功轉(zhuǎn)化的熱量也會(huì)使制冷劑升溫。制冷劑絕熱膨脹的自冷現(xiàn)象:

毛細(xì)管內(nèi)流動(dòng)阻力大－－壓力逐段下降――制冷劑膨脹，分子距離擴(kuò)大――分子位能要增大（要吸熱）――因絕熱，無外熱傳入――只能靠制冷劑內(nèi)部能量轉(zhuǎn)化，使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為位能――動(dòng)能減少，溫度下降，撞擊器壁效果