冷水机组制冷原理

,*,1,制冷原理,一、制冷基础知识,二、制冷剂、载冷剂、润滑油,三、制冷系统的组成,四、制冷机组工作循环,一、制冷基础知识,1,、制冷定义：,制冷是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将某物体或流体冷却，使其温度降到环境温度以下，并保持这个温度。,2,2,、空调定义：,空气调节简称空调。是研究造成室内空气环境符合一定的空气温度、相对湿度、空气的流动速度、空气的新鲜度、洁净度，并在允许范围内有一定波动的技术。,定义,1.,相关术语,1.1,温度,在法定计量单位中，采用热力学温度并允许摄氏温度同时使用。热力学温度符号用,T,表示，单位符号为,K,。工程上仍延用摄氏温度,(,公制,),和华氏温度,(,英制,),。摄氏温度用,t,表示，单位符号为；,华氏温度用,表示，单位符号为。三种温度之间的关系如下：,表示温度差和温度间隔时：,表示温度数值时：,3,物质由液态转变为气态的过程称为气化。气化有蒸发和沸腾两不同的方式。,A,、蒸发是指在任何温度下液体表面分子汽化成蒸气分子的过程。蒸发在任何压力、任何温度下都可能发生。,B,、沸腾是在一定温度和压力下，液态内部形成许多蒸气小泡，并迅速上升，突破液体表面而破裂转化成气体的过程，所以沸腾是液体表面和内部同时进行的剧烈汽化的现象。液态沸腾时的温度称为沸点。液体在沸腾过程中要吸取热量，并保持其湿度不变，要使沸腾过程连续进行，必须连续不断地自外界加入热量。,气化,4,气化,1.2,气化,焓是状态参数，在数值上等于系统的热力学能和压缩功之和。焓的符号为,H,，单位为,J,H,U+PV,式中,U-,内能,(J),，,P-,压力,(Pa),；,V-,容积,(m,3,),。,显然,P,、,V,及,U,均为状态参数，故,H,也是一个状态参数。,制冷系统的分析计算中常用比焓,(,质量焓,),。比焓是焓除以质量，符号为,h,，单位为,J/kg,焓值,5,1.3,焓值,潜热是指物质发生相变而温度不变时吸收或放出的,热量。一般潜热要比显热大得多。,制冷循环中，正是利用制冷剂由液体变为蒸气时，从周围物体或空间中吸取汽化潜热，从而实现制冷的。制冷剂在蒸发器内的汽化过程是沸腾过程，但是，人们习惯上称之为蒸发过程。,物质由气态转变为液态的过程称为凝结，因为凝结过程要放出汽化潜热，故通常又称为冷凝。,潜热,6,泡点温度、露点温度,在一定压力下，当溶液加热时，首先达到饱和液体点，此时所对应的状态为泡点，其温度称为泡点温度。,在泡点状态基础上，继续给溶液加热直至全部蒸发完，称为饱和蒸气，此时对应的状态为露点，其温度称为露点温度。,7,工质在热力过程中吸入或放出热量的计算和分析常常要涉及工质的比热容，比热容是工质重要的热力性质之一。,单位质量的物质温度升高,1,所需要的热量称为该物质的比热容，以符号,C,表示，单位是,J/(kgk),或,kJ/(kgk),比热容（比热）,8,4,、热力学第一定律,热力学第一定律是能量守恒和转换定律在具有热现象的能量转换中的应用。热力学第一定律指出：,自然界一切物质都有能量，它能够从一种形式转换为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转换和传递过程中能量的总量保持不变。对于任何系统，热力学第一定律一般可表示为：,进入系统的能量,-,离开系统的能量系统能量的变化,热力学第一定律,9,总结自然界中常发生的机械能与热能的相互转换以及热量传递现象，热力学第二定律可表述为：,机械能可以全部变为热，但热却不能无条件地全部转换成机械功。由此可知，利用一个热源,(,或冷源,),无法完成循环过程，也无法实现能量的连续转换。,热力学第二定律,10,5,、热力学第二定律,不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。它说明热从低温物体传到高温物体不能自发地进行，要使之实现，必须花费一定的“代价”或具备一定的“条件”,(,或者说要引起其他变化,),，在制冷机或热泵中，此代价就是消耗的功量或热量。反之热从高温物体传到低温物体可以自发地进行，直到两物体达到热平衡为止。,a:,正向循环（热机原理）,b:,逆向循环（制冷、热泵原理）,热力学第二定律,11,压力类型及换算关系,6,、常用压力类型及换算关系,12,功率单位及换算关系,7,、功率常用单位及换算关系,13,摄氏温度与华氏温度,F=1.8*+32 =(F-32)/1.8,绝对压力,=,表压,+,大气压力,压力,0.1MPa=100Kpa=1.0bar=14.5PSI=1kg/cm2,热量,1kw=860cal/h,1RT(,美国）,=3024kcal/h=3.516kw,14,常用单位及换算,二、制冷剂、载冷剂、润滑油,15,字母“,R”,和它后面的一组数字或字母表示制冷剂，根据制冷剂分子组成按一定规则编写,1,、制冷剂命名,1,、无机化合物,简写符号规定为,R7()(),括号中填入的数字是该无机物分子量的整数部分。,2,、氟里昂和烷烃类,CmH(2m+2),简写符号规定为,R(m-1)(n+1)(x)B(z),数值为零时省去写，同分异构体则在其最后加小写英文字母以示区别。,正丁烷和异丁烷例外，用,R600,和,R600a(,或,R601),表示,制冷剂种类,16,3,、非共沸混合工质,简写符号为,R4()(),括号中的数字为该工质命名的先后顺序号，从,00,开始若构成非共沸混合工质的纯物质种类相同，但成分含量不同，则分别在最后加上大写英文字母以示区别,4,、共沸混合工质,简写符号为,R5()(),括号中的数字为该工质命名的先后顺序号，从,00,开始,5,、环烷烃、链烯烃以及它们的卤代物,简写符号规定：环烷烃及环烷烃的卤代物用字母“,RC”,开头，链烯烃及链烯烃的卤代物用字母“,R1”,开头，其后的数字排写规则与氟里昂及烷烃类符号表示中的数字排写规则相同。,制冷剂种类,17,制冷剂符号举例,制冷剂符号举例,18,、热力学性质方面,工作温度范围内有合适的压力和压力比。,单位制冷量,q,0,和单位容积制冷量,qv,较大。,比功,w,和单位容积压缩功,wv,小，循环效率高。,等熵压缩终了温度不能太高，以免润滑条件恶化或制冷剂自身在高温下分解。,、迁移性质方面,粘度、密度尽量小。,导热系数大，可提高传热系数，减少传热面积。,蒸发压力大气压力,冷凝压力不要过高,冷凝压力与蒸发压力之比不宜过大,制冷剂的选择原则,19,1.3,、制冷剂的选择原则,制冷剂的性质,制冷剂对金属、非金属的作用：氨对钢铁无腐蚀作用，对铜、铝或铜合金有轻微腐蚀作用，但如果,NH3,中有水存在，则对铜及铜合金（磷青铜除外）有强烈的腐蚀作用；卤代烃含水时会腐蚀金属，故含水的制冷剂和润滑油的混合物能够溶解铜，然后沉积在温度较高的钢铁部件上，形成一层铜膜，这就是所谓的镀铜现象。它会影响压缩机运动部件的配合间隙以及吸排气阀的密封，严重时使压缩机无法工作。,制冷剂的电绝缘性：在封闭式压缩机中，电机的线圈与制冷剂直接接触，要求制冷剂应具有良好的电绝缘性能。,目前常用的制冷剂有：,R22,、,R134a,、,R407C,等。,20,制冷剂的性质,稳定性,与水的溶解性：,NH3,易溶于水，其水溶液凝固点低于,0,，故,NH3,系统中不会出现冰堵现象，但其对金属有腐蚀性；氟系统有水会产生冰堵，另外还会发生水解现象，生成酸性物质，腐蚀金属，降低绕组的电气绝缘性能，故系统中不允许有水。,与润滑油的溶解性：不同制冷剂与润滑油的溶解性不同。,NH3,与润滑油几乎不溶；,R22,与矿物油部分互溶，在高温时完全互溶，低温时分层，一层含油多，一层含油少；,R12,与矿物油完全互溶；,R134a,与合成油互溶，而与矿物油难溶。,制冷剂与润滑油互溶时，可随制冷剂一起渗透到各个部件，形成良好的润滑，但溶解制冷剂后的油的粘度下降。,21,1.,无机物,沸点,-33.3,，凝固点,-77.9,单位容积制冷量大粘性小，传热性好，流动阻力小,毒性较大，有一定的可燃性，安全分类为,B2,氨蒸气无色，具有强烈的刺激性臭味,氨液飞溅到皮肤上会引起肿胀甚至冻伤,氨系统中有水分会加剧对金属腐蚀同时减小制冷量,以任意比与水互溶但在矿物润滑油中的溶解度很小,系统中氨分离的游离氢积累至一定程度遇空气爆炸,氨液比重比矿物润滑油小，油沉积下部需定期放出,在氨制冷机中不用铜和铜合金材料,(,磷青铜除外,),氨,常用制冷剂,氨,22,2,、氟利昂,(1)R134a,（四氟乙烷,CH2FCF3,）,无毒，不可燃，安全。,与矿物润滑油不相溶，但能完全溶解于多元醇酯类。,化学稳定性很好，溶水性比,R12,强得多，对系统干燥和清洁性要求更 高，用与,R12,不同的干燥剂。,(2)R22,（二氟一氯甲烷,CHF2Cl,）,沸点,-40.8,，凝固点,-160,。,无毒，无色无味，不燃不爆，安全。,溶水性稍大于,R12,，系统内应装设干燥器。,部分与矿物润滑油互溶。,化学性质不如,R12,稳定，对有机物的膨润作用更强。,对金属与非金属的作用以及泄漏特性都与,R12,相似。,属于,HCFC,类制冷剂，也要被限制和禁止使用。,常用制冷剂,氟利昂,23,共沸制冷剂,一定蒸发压力下蒸发时具有几乎不变的蒸发温度，而且蒸发温度一般比组成它的单组分的蒸发温度低。,一定蒸发温度下，共沸制冷剂单位容积制冷量比组成它的单一制冷剂的容积制冷量要大。,共沸制冷剂化学稳定性较组成它的单一制冷剂好。在全封闭和半封闭压缩机中，采用共沸制冷剂可使电机得到更好的冷却，电机绕组温升减小。,混合制冷剂,24,常用混合制冷剂的特性,非共沸制冷剂,R401A,和,R401B,可作为过度性替代物,性能与,R12,较接近。,2),非共沸制冷剂,R407C,三元非共沸混合制冷剂,能溶于聚醇类和聚酯类润滑油。泡露点温差大，使用时最好将热交换器作成逆流形式,；,低温工况下，容积制冷量比,R22,要低得多。不能与矿物润滑油互溶，但能溶于聚酯类合成润滑油,3),非共沸制冷剂,R410A,两元混合制冷剂,泡露点温差仅,0.2,，可称之为近共沸混合制冷剂。,不能与矿物润滑油互溶，但能溶于聚酯类合成润滑油。,具有与共沸混合制冷剂类似的优点。,不能直接用来替换,R22,的制冷系统。,混合制冷剂特性,25,定义：被冷却物体或空间中的热量是通过一种中间介质传给制冷剂，此中间介质称为载冷剂,（一）选择载冷剂时，应考虑下列一些因素：,在工作温度下应处于液体状态；凝固温度应低于工作温度，沸点应高于工作温度；,比热容大，在传递一定的冷量时，可使流量减小，因而可以提高循环的经济性；,密度小，粘度小，以降低流动阻力，提高传热效果，减少能耗；,化学稳定性好。在工作温度下不分解，不与空气中的氧气起化学反应，不发生物理化学性质的变化；,无毒、无味、不易燃易爆，化学稳定性好，对金属不腐蚀，不污染环境；,价格低并易获得。,2.,载冷剂,26,常用的载冷剂有空气、水、盐水、有机化合物及其水溶液等。,1,、空气：,价格低，易获得，但比热容小（约,1kj/kg.K,），热导率小，影响使用范围。,2,、水：,空调系统适宜的载冷剂，优点是比热容大，热导率大，价格低、易得，但凝固点低，,0,时就会凝固。因此不能用于,0,以下的制冷系统,3,、盐水：,盐类，如氯化钠、氯化钙等的水溶液，称为盐水。盐水的冰点比纯水低，因此在蒸发温度低于,0,的装置中可用做载冷剂。他主要缺点是对一些金属材料产生腐蚀性。,4,、有机载冷剂：,乙二醇、丙三醇、丙三醇的水溶液都是性能较好的低温载冷剂。这些水溶液的冰点都比水的冰点低，对管道、容器等金属材料无腐蚀作用。其中，乙二醇水溶液是使用最为广泛的有机制冷剂。,5,、冰蓄冷系统中常用,25%,乙二醇水溶液。,常用载冷剂的特点,27,盐水溶液选用原则,1,、盐水溶液的使用原则是：保证蒸发器中的盐水不结冰，盐水溶液的凝固点不应选的过低，因这样会使密度增加，流动阻力增加，而且比热容减小，输送相同的冷量所需的循环量要增加，使耗功增加。一般盐水溶液的凝固点温度比制冷剂蒸发温度低,5,左右。,2,、盐水溶液对金属有强烈的腐蚀作用，会腐蚀管道和设备，为减小其腐蚀