制冷系统原理及基础知识

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,制冷系统原理及基础知识,热力学第零定律,如果两个,热力学,系统中的每一个都与第三个,热力学,系统处于热平衡(温度 相同)，则它们彼此也必定处于热平衡,温度测量即应用此原理,热力学第一定律,热能可以从一个物体传递给另一个物体，也可以与机械能或其他能量相互转换，在传递和转换过程中，能量的总值不变,。,或者描述为“,一个物体内能的变化取决于它吸收多少热量并且对外界做了多少功”,E=Q W,功，热量，能量,内能,功：在力学上把力和力方向位移的乘积定义为功.,热量：热量是内能改变时，通过热传递方式转移的能量，是,内能的变化量,;,能量:是物质运动的量度,运动有各种不同的形态,相应就有,各种不同的能量,比如:机械能,内能,化学能,等等;,内能:也叫内热能,物体因其内部的,分子,原子等微粒不停地,运动而具有的能量;,W,蒸气压缩制冷循环原理图,温度控制器,过滤网,毛细管,干燥过滤器,室内热空气,热空气排向室外,压缩机,降温后的室内热空气排向室内,室外空气,离心风扇,电动机,蒸发器,冷凝器,轴流风扇,系统主要部件及作用,压缩机,：,它的作用是将蒸发器中的制冷剂蒸汽吸入,并将其压缩到冷凝压力,然后排至冷凝器.常用的压缩机有往复活塞式,离心式,螺杆式,涡旋式,滚动转子式和滑片式,冷凝器,：,它是一个换热器,它的作用是将来自压缩机的高压制冷剂蒸气冷却并冷凝成液体。,制冷时，向环境散热,；,制热时，从环境吸热,节流元件,：,制冷剂液体流过节流机构时,压力由冷凝压力降低至蒸发压力,大部分液体转化为蒸气,蒸发器,：,它也是一个换热器,它的作用是将经节流机构流入的制冷剂液体蒸发成蒸气,以吸收被冷却物体的热量。,制冷时，从室内吸热,；,制热时，向室内散热,制冷(热)量的测量方法,量热计法:,空调器室内侧制冷量,是通过测定用于平衡制冷量和除湿量所输入量热计室内侧的热量和水量来确定.,空气焓差法:,测量空调器室内侧进出风的焓的差值,乘以循环空气的质量流量,即的制冷量.,理论和实际制冷循环,理论制冷循环,1-2:,等熵压缩,2-3:,等压冷凝,3-4:,等焓膨胀,4-1:,等压蒸发,P h Diagram,实际制冷循环,1-2:,非等熵压缩,2-3:,冷凝过程有压降,3-4:,膨胀过程有焓增,4-1:,蒸发过程有压降,有过冷及过热,几个关键点的数据（制冷,参考,）,压缩机出口：温度85-90,冷,凝器,中,间,温度：48-51,蒸,发器,中,间,温度：8-10,回气：12-15,实际制冷循环-过热,过热,(1-1):气体的温度高于当前的压力下对应的饱和温度时称为过热.,如果吸入蒸气的过热发生在蒸发器的后部,则由于过热而吸收的热量来自被冷却的空间,因而产生了有用的制冷效果,称为有效过热.,制冷剂蒸气在被冷却空间以外吸取环境空气的热量而过热,称为无效过热.,过热而增加的制冷量:,实际制冷循环-过冷,液体过冷,(4-4):将节流前的制冷剂液体冷却到低于冷凝温度的状态,称为过冷.,因过冷而增加的,单位制冷量,q=h4h4,如果流量不变,则过冷度越大,制冷量越高,如果流量减小,过冷度增加,则制冷量可能增加也可能减小;,优化毛细管及,EEV,的过程及如此.,如果冷凝器出口没有过冷度,则可能会有气态,制冷剂进入节流装置,导致其工作不稳定,制冷剂,制冷剂是制冷机中的工作介质,它在制冷机系统中流动,通过自身热力状态的变化与外界发生能量交换,从而达到制冷的目的.比如,NH,3,CO,2,卤代烃(,R12,R22,R11),及某些碳氢化合物(甲烷,乙烷).,卤代烃也称氟利昂是链状饱和碳氢化合物的氟,、,氯,、,溴衍生物的总称.,CFC,S,:R11、R12、R13、R14,等分子中只有氟,、,氯,、,碳原子,这类氟利昂称氯氟烃;,;,HCFC,S,:,如果分子中除了氟,、,氯,、,碳原子,还有氢原子(如,R22),称氢氯氟烃;,;,HFCS:,如果分子中没有氯原子,而有氢,、,氟,、,碳原子,称氢氟烃.,因卤代烃中的氯原子会破坏大气臭氧层,故,CFC,S,及,HCFC,S,要被不含氯原子的其他制冷剂替代.,目前替代,R12,的主要为,R134a,替代,R22,的主要为,R407C,R410A,制冷剂-续,R22,是一种常用的中温制冷剂.无色,、,无味,、,不燃烧,、,不爆炸,毒性等级属于,A1,类.能够部分地与矿物油相互溶解,而且其溶解程度随着矿物油的温度而变.,制冷剂-续,R407C:,组分为52%,R134a/25%R125/23%R32,是一种三元,非共沸混合制冷剂,它是,R22,的替代物.在压力为标准大气压时,其泡点温度为-43.4,露点温度为-36.1,与,R22,的沸点(-40.8,),较接近.,R407C,不能与矿物油互溶,但能溶解于聚酯类合成油,.在空调工况下(蒸发温度约7,),下,R407C,单位容积制冷量以及制冷系数比,R22,约低5%.因此将,R22,的空调系统换成,R407C,只要将润滑油和制冷剂更换就可以了,而不需要更换压缩机,这是,R407C,作为,R22,替代物的最大优点.,但因,R407C,存在温度滑移,在制热工况时更易结霜.,制冷剂-续,R410A,的组分为:50%,R125/50%R32,是一种两元混合制冷剂,它的泡露点温差仅0.2,可称之为近,共,混合制冷剂.,R410A,不能与矿物油互溶,但能溶解于聚酯类合成油.,R410A,的容积制冷量在低温工况时比,R22,要高约60%,故压缩机的排气量要比,R22,小,体积也小;,R410A,制冷系数比,R22,高约5%;,R410A,不能直接用来替换,R22,的制冷系统,要用专门的压缩机,.,几个基本关系,制冷时：室内蒸发器吸热量（制冷量）压缩机消耗功率室外冷凝器散热量,制热时：室内蒸发器散热量（制热量）压缩机消耗功率室外冷凝器吸热量,几个基本概念,焓(h)：含热量 kJ/kg.K,干度(x),饱和压力、饱和温度,过热蒸气、饱和蒸气、饱和液体、过冷液体,过冷度：冷凝器出口温度与冷中温度的差值,过热度：蒸发器出口温度与蒸中温度的差值,冷中温度：冷凝器中部的温度,蒸中温度：蒸发器中部的温度,衡量循环优劣的几个参数,制冷量、制热量 Q,消耗功率 P,能效比（EER）,性能系数（COP）,传热强化的方法,采用扩展表面以增大换热面积,增大冷热物体间的温差,采用高导热系数的材料,提高流体流速以减低层流底层,增加流体的扰动或使流体旋转以破坏层流底层,采用机械震动，声波或超声波产生气流脉动及施加电磁场等,压缩机,它的作用是将蒸发器中的制冷剂吸入,并将其压缩到冷凝压力,然后排至冷凝器.,常用的压缩机有往复活塞式,离心式,螺杆式,涡旋式,滚动转子式和滑片式等.,左图为滚动转子式压缩机.,主要包括壳体,、,定子,、,转子,、,汽缸,、,活塞,、,储液器等组成,（,1,）构造一台完整的往复式压缩机组包括主机和辅机两部分。,主机包括机身、工作机构（气缸,活塞,气阀）及运动机构（曲轴,连杆,十字头等）。,辅机包括润滑系统、冷却系统、气路系统。,转盘形曲柄轴,1.,阀座,2.,连接螺栓,3.,阀片,4.,弹簧,5.,升程限制器,6.,螺母,7.,开口销,（,2,）工作过程,活塞式压缩机的工作过程是由连续的许多循环组成的，每一循环有吸气、压缩、排气、膨胀个过 程。,当活塞在最高点向下运动时吸气阀打开，气体从吸入阀流入气缸，充满气缸与活塞端面之间的整个容积，吸气过程完成。,当活塞从最低点又向上运动时，吸气阀关闭，气体被封闭在气缸的密封空间。,活塞继续向上，迫使这个空间越来越小，气体压力达到工作数值，压缩过程完成。,排气阀被迫打开，气体在该压力下被排出，直到活塞运行到最高点为止，排气过程完成。,往复式压缩机的构造及工作过程,涡旋式,压缩工作原理,一、实际输气量,(,简称输气量,),在一定工况下,单位时间内由吸气端输送到排气端的气体质量称为在该工矿下的压缩机质量输气量。,二、容积效率,压缩机的容积效率是实际输气量与理论输气量之比值,它是用以衡量容积型压缩机的气缸工作容积的有效利用程度。,三、制冷量,制冷压缩机是作为制冷机中一重要组成部分而与系统中其它部件，如热交换器，节流装置等配合工作而获得制冷的效果。因此，它的工作能力有必要直观地用单位时间内所产生的冷量,制冷量来表示，它是制冷压缩机的重要性能指标之一。为了便于比较和选用，有必要根据其不用的使用条件规定统一的工况来表示压缩机的制冷量。根据标准规定，吸气工质过热所吸收的热量也应包括在压缩机的制冷量内。,四、排热量,排热量是压缩机的制冷量和部分压缩机输入功率的当量热量之和，它是通过系统中的冷凝器排出的。这个参数对于热泵系统中的压缩机来讲是一个十分重要的性能指标；在设计制冷系统的冷凝器时也是必须知道的。,五、指示功率和指示效率,单位时间内实际循环所消耗的指示功就是压缩机的指示功率,它是用以评价压缩机气缸或工作容积内部热力过程完成的完善程度。,制冷压缩机的基本性能参数,六轴功率、轴效率和机械效率,由原动机传到压缩机主轴上的功率称为轴功率,Pe,单位为,kW,，它的一部分，即指示功率,Pi,直接用于完成压缩机的工作循环，另一部分，即摩擦功率,Pm,，单位为,kW,用于克服压缩机中各运动部件的摩擦阻力和驱动附属的设备，如润滑用液压泵等。,七电功率和电效率,输入电动机的功率就是压缩机所消耗的电功率,Pel,，单位为,kW,。电效率*是等熵压缩理论功率与电功率之比，它是用以评定利用电动机输入功率的完善程度。,八性能系数,为了最终衡量制冷压缩机的动力经济性，采用性能系数,COP,（,Cofficientofperformance,）,它是在一定工况下制冷压缩机的制冷量与所消耗功率之比。,空调性能测试报告样本,压缩式制冷饮水机,当按下压缩式制冷饮水机制冷开关，制冷绿色指示灯亮，压缩机启动运行，将蒸发器中已吸热气化的制冷剂蒸汽吸回，并随之压缩成高温、高压气体，送至冷凝器，经冷凝器向外界空气中散热冷凝成高压液体，再经毛细管节流降压流入蒸发器内，吸收冷胆热量而使水温下降，然后被压缩机吸回。如此循环，达到降温的目的。当水温随时间降到设定温度时，制冷温控器触点断开，制冷绿色指示灯熄灭，压缩机停转，转入保温工况。断电后水温逐渐回升，当升到设定温度时，制冷温控器触点动作闭合，接通电源绿色指示灯亮，压缩机运行。如此循环，将水温控制在,4-12,之间。按下制热开关，加热电路接通，红色加热指示灯点亮，电热管发热，当水温升到设定温度时，自动复位温控器动作，切断电源，红色加热指示灯熄灭，转入保温工况。断电后水温逐渐下降，当降到设定温度时，温控器触点动作闭合，接通电源，红色加热指示灯亮，电热管再次发热升温。如此循环，将水温控制在,85-95,之间。该类饮水机中保险器温度保险丝以及手动复位温控器是保护装置，当电路出现过热、过载时自动熔断或断开电路，起到安全保护作用。,