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制冷原理

2019-01-05 点击量:249
制冷原理

一、一般制冷原理
一般制冷机的制冷原理压缩机的作用是把较低的蒸汽压缩成较高的蒸汽,使蒸汽的体积减小,升高。

压缩机吸入从蒸发器出来的较低的工质蒸汽,使之升高后送入冷凝器,在冷凝器中冷凝成较高的液体,经节流阀节流后,成为较低的液体后,送入蒸发器,在蒸发器中吸热蒸发而成为较低的蒸汽,再送入蒸发器的入口,从而完成制冷循环。
1.蒸汽压缩式制冷原理

单级蒸汽压缩制冷系统,是由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和节流阀四个基本部件组成。它们之间用驻马店变压器依次连接,形成一个密闭的系统,制冷剂在系统中不断地循环流动,发生状态变化,与外界进行热量交换。

液体制冷剂在蒸发器中吸取被冷却的物体热量之后,汽化成低温的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热,冷凝为高压液体、经节流阀节流为低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化,达到循环制冷的目的。这样,制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。

在制冷系统中,蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必不可少的四大件,这当中蒸发器是输送冷量的设备。制冷剂在其中吸取被冷却物体的热量实现制冷。压缩机是心脏,起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。冷凝器是放出热量的设备,将蒸发器中吸取的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走。节流阀对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量,并将系统分为高压侧和侧两大部分。实际制冷系统中,除上述四大件之外,常常有一些辅助设备,如电磁阀、分配器、干燥器、集热器、易熔塞、驻马店变压器等部件组成,它们是为了提高运行的经济性,可靠性和安全性而设置的。

2. 制冷系统主要部件构成

空调机根据冷凝形式可分为:水冷式和空冷式两种,根据使用目的可分为单冷式和制冷制暖式两种,不论是哪一种型式的构成,都是由以下的主要部件组合而成的。

制冷系统主要部件有压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀(或毛细管、过冷却控制阀)、四通阀、复式阀、单向阀、电磁阀、驻马店变压器、熔塞、输出调节阀、驻马店变压器、贮液罐、热交换器、集热器、过滤器、干燥器、自动开闭器、截止阀、注液塞以及其它部件组成。
电气系统主要部件有电机(压缩机、风机等用)、操作驻马店变压器、电磁接触器、连锁继电器、过电流继电器、热动过电流继电器、温度调节器、湿度调节器、温度驻马店变压器(除霜、防止结冻等用)。压缩机曲轴箱加热器,断水继电器,电脑板及其它部件组成。
控制系统由多个驻马店变压器件组成,它们是:
制冷剂驻马店变压器:膨胀阀、毛细管等。

制冷剂回路驻马店变压器:四通阀、单向阀、复式阀、电磁阀。

制冷剂驻马店变压器:开闭器、输出调节阀、驻马店变压器。

电机保护器:过电流继电器、热动过电流继电器、温度继电器。 温度调节器:

温度位式调节器、温度比例调节器。 湿度调节器:湿度位式调节器。

除霜驻马店变压器:除霜温度驻马店变压器、除霜时间继电器、各种温度驻马店变压器。

冷却水控制:断水继电器、水量调节阀、水泵等。

报警控制:超温报警、超湿报警、欠压报警及火警报警、烟雾报警等。

其它控制:室内风机调速驻马店变压器、室外风机调速驻马店变压器等。

3 常用制冷剂及其性质

制冷剂的种类较多,现就氟里昂12和22作简要先容:

a. 氟里昂12(CF2Cl2)代号R12 氟里昂12是一种无色、无臭、透明、几乎无毒性的制冷剂,但空气中含量超过80%时会引起人的窒息。 氟里昂12不会燃烧也不会爆炸,当与明火接触或温度达到400℃以上时,能分解出对人体有害的氟化氢、氯化氢和光气(CoCl2)。 R12是应用较广泛的中温制冷剂,适用于中小型制冷系统,如电冰箱、冰柜等。 R12能溶解多种有机物,所以不能使用一般的橡皮垫片(圈),通常使用氯丁二烯人造橡胶或丁睛橡胶片或密封圈。

b. 氟里昂22(CHF2Cl)代号R22 R22不燃烧也不爆炸,其毒性比R12稍大,水的溶解度虽比R12大,但仍可能使制冷系统发生“冰塞”现象。 R22能部分地与润滑油互相溶解,其溶解度随着润滑油的种类及温度而改变,故采用R22的制冷系统必须有回油措施。

R22在标准大气下的对应蒸发温度为-40.8℃,常温下冷凝不超过15.68×105 Pa,单位容积制冷量与比R12大60%以上。在空调设备中,大都选用R22制冷剂由四大要件组成:①压缩机;②冷凝器;③节流阀;④蒸发器; 大家日常使用的电冰箱,正好由这四要件加上箱体组成,箱体就好像冷库。不过电 冰箱上的③节流阀在技术上由相同作用的毛细管替代。首先讲讲什么叫制冷。制冷 两字只能说是技术上的术语,严格讲是错误的,世界上没有那国的科学家能制造出 “冷”来。 那到底什么是冷,先举例说明:在隆冬腊月,气温降到-5℃,大家说 今天天气真冷,可东北人说不冷;在大伏天,气温在+32℃时,大家会说不算热, 但气温突然降到+25℃,大家会说太冷了;这冷是随着人的常识来定的,在物理学 中没有冷的定义。在工程中冷是跟着生产需要而定的。如老总问,冷库打冷了吗? 你说打冷了,这个冷是指-18℃;老总问,水果库温度稳定吗?你说很稳定,这回 答的含义是水果库温度稳定在±0 ℃了,这是大家这个行业对冷的定义。但是大家 还是把这种利用机械设备把降温对象降到所需温度的方法叫制冷,这就是术语。 什么叫制冷,比如大家将装有一公斤20℃冷水的水壶放到一块烧到500℃的铁板上, 没有多久水就开了,如果不拿开水壶,不多久水就干了。大家和说钢板在对水加热, 反过来也可以说水在对钢板降温。而且,降了多少度,都可计算出来,因为一公斤 水从20℃升到100℃,它需要外界提供它80大卡热量,水从100℃到烧干,它需要外 界提供539大卡热量,也就是说一公斤20℃冷水烧到干,要外界提供619大卡热量。 如果按制冷的角度它从外界或钢板中提取了619 大卡热量而变成了水蒸汽,使钢板 降温了,这就是制冷,是利用水对钢板制冷。如果将水倒在钢板上,那就更直观了。 在上述的制冷过程中,如果钢板的大小一定,并排除外界空气的降温因素,那么钢 板降了多少度,是可以精确计算出来的。在这里所述及到的‘热量’、‘温度’、 ‘大卡’、‘℃’等物理量,我想学过物理的人都能理解。 初中物理就讲到,热量总是通过传导、对流、辐射,从温度高的物体转移到温度低 的物体,绝不可能反过来进行。一个物体失去一些热量后,它的温度也会降低一些。 大家的目的就是通过制冷系统,将商品中和空气中的热量向比商品温度更低的制冷 剂传递,达到降低商品温度的目的。 大家的制冷系统与锅炉的制热系统在热力学上来讲是完全一样的,它们的热传导公 式也完全一样,大家先以锅炉作比拟,进一步讲讲制冷剂在制冷时的作用。 上面讲的烧水壶也可算是一只锅炉,不过水烧开了,大家就灌热水瓶了,如果大家 在壶嘴上套根管子,通到浴室,那就可以洗桑拿了,水壶就成小锅炉了。要注意的 是这时水壶中的水永远是 100℃,水壶出口处的蒸汽温度也是 100℃,为什么不是 110℃,不是90℃?这是因为在一个大气压下水的沸腾温度是100℃,这是水的物理 性能所决定了的。在青藏高原,大气较低,水70℃左右就开了,没有高压锅就 只能吃夹生饭,而在高压锅里,温度可达到 110℃,因为高压锅排气阀的重量,刚 好使锅内保持在1 Kg/CM2表(实际是2个大气压)。一般小型锅炉可烧 4Kg/CM2表蒸汽,蒸汽温度也接近140℃,锅炉中的水温也与蒸汽温度一样也是 140 ℃。煤气炉的火头温度可达1000℃左右,火头将热量传递给水,使水的温度上 升直达沸点,一公斤水从沸点到烧干(全部变成蒸汽),将从煤气火头中带走的热 量与上面所讲水壶给钢板降温是一样的,接近壶底的火焰是一个降温过程。锅炉中 的煤燃烧温度在1200℃左右,没有锅炉中水的降温,锅炉中的排管将被烧塌。从我 们的角度来讲,在这里的水就是制冷剂。 反过来水蒸汽进了浴室马上凝结成小水珠(雾气),放出热量使浴室内温度上升, 同样一公斤水烧成的一公斤蒸汽,汽在浴室里放出 539大卡热量后全部变成水,在 蒸汽变成水的时候,小水珠的温度是 100℃,这是一个冷凝过程。当然小水珠会继 续放出热量而降低温度,等水珠变成水滴落到地上或附在墙壁上时,只有30℃左右 了,这就不是冷凝过程了,而只是普通降温过程。同样将锅炉蒸汽通到室内热水汀 (室内供热排管)中,热水汀对蒸汽来说就成了冷凝器,如果供应的蒸汽是 1 Kg/CM2表(实际是2个大气压),热水汀表面温度就是110℃,热水汀向室内 空气散发热量,使室内温度上升,而蒸汽就在热水汀内冷凝成水,如果向室内散发 了539大卡热量,热水汀内就冷凝下来1公斤水。按制冷角度来讲,这整个过程就是 煤燃烧的热量被水吸取而沸腾,成为蒸汽,蒸汽带着吸取来的热量来到热水汀,热 水汀的表面向空气散发了热量,蒸汽失去热量后又从新冷凝成蒸馏水,这水可通过 设备回到锅炉继续使用。 现在回到制冷的四大要件: ①压缩机,与空气压缩机原理一样; ②冷凝器,可以理解为热水汀或做酒业的蒸馏器(锡锅); ③蒸发器,可以理解为上面所讲的水壶或锅炉; ④节流阀,可以理解为从楼上高位的热水汀到锅炉之间,加一只阀,开小一点,让 蒸馏下来的水流进锅炉继续使用,不让热水汀中的水流光了使锅炉中的蒸汽反冲回 热水汀,这一点与大家制冷不同,因为整个系统是均压的,而制冷系统冷凝部分是 高压的,节流阀是控制制冷剂合理分配给蒸发器,让蒸发器处于正常的制冷工作状 态。 在电冰箱上制冷的四大要件是: ①压缩机,藏在冰箱后面,圆头圆脑的家伙; ②冷凝器,就是在冰箱后面的散热片; ③蒸发器,在初期的单门冰箱中的冻结框,可以看得很清楚,拆开无霜冰箱的内衬 也能看到冷风机一样的翅片管; ④节流阀,在冰箱后面有一段绕成螺旋状的细铜管,那就是毛细管。冰箱的外壳就 相当与冷库外体。 在制冷行业中,制冷剂可以是水、氨、F12、F22、F502、液氮等等。空调用溴化锂 吸取式制冷机,就是以水作为制冷剂使用。电冰箱中使用的是 F12,在大冷库的制 冷系统中用的是液态氨(不是氨水),液态氨的性质在氨的物理性能表上可以查到, 它在一个大气压下的蒸发温度是-33.3℃。如果将液氨从常温的钢瓶中放出,一出 钢瓶它马上变为-33.3℃的液氨(因为外界是一个大气压),如果流到水泥地上, 水泥地的温度立即使它沸腾,这是水泥地的热量传给了液氨,使液氨蒸发成汽态氨, 水泥地的局部也很快降到-30℃左右,如果流到水泥地上的液氨正好是一公斤,要 使液氨全部蒸发光,他必需从水泥地上吸取 326大卡热量,吸取多少,蒸发多少, 吸不足 326大卡热量,就一定有液氨残留下来。如果将液氨放在一个金属盆里,再 将金属盆底接触水面,水的热量立即传给液氨,液氨受热沸腾,水也很快结冰;如 果将盆悬挂在空中,盆底周围的空气马上因热量传给了液氨而失去热量而降温,降 了温的空气在下降,周围热空气马上来补充,在盆下面可以看到带着雾的冷空气在 缓缓降下。这个盆就是‘蒸发器’。 至于蒸馏器,有人看过,有人没看过,但是大家都看过茶缸盖凝结水的现象,或者 农村吊酒的锡锅,原理是一样的。缸盖里面是热腾腾的水蒸汽,缸盖外是冷空气, 水蒸汽通过缸盖将热量传递给了冷空气,失去了一定热量的水蒸汽,在缸盖里表面 凝结成水,这就是冷凝器的原理,上面讲的热水汀也是同样原理。 现在讲库房里的制冷进行过程:液态氨在蒸发器(排管)中如果处于 0.3Kg/CM2表 状态(应该是0.03Mpa表,出于习惯的方便,还是用 Kg/CM2),它的沸腾 温度应该是-28℃;而蒸发器外是-18℃的冷库,如果有高于-18℃的商品进库, 商品中的热量很快传给了空气,使空气温度上升到比如-15℃,-15℃的空气又变压器厂家将 从商品中传来的热量传给了-28℃的液氨,液氨吸取了热量温度不会上升,而是沸 腾蒸发为(氨蒸汽),这样空气来来回回的传送,商品中的热量逐步减少,温 度逐步降低,******降到-18℃,制冷就可以结束了,这是蒸发器的工作任务,库内 空气向蒸发器传递多少热量,蒸发器内的液氨就蒸发掉相应的重量。当然除了商品 中的热量外,还有外界气温中的热量通过围护结构传进来的热量,开门时空气带进 lcjyg.com的热量,使库温不时的上升,所以需要定时开机降温。 但是如果没有压缩机的参与,蒸发器的工作是不能持久的,因为液氨受热蒸发成为 氨蒸汽,氨蒸汽逐步挤占蒸发器的空间,蒸发器中的也就逐步升高,升高, 液氨的沸腾温度就会上升,******升到 1 Kg/CM2表时,温度也上升到-18℃ 左右,液氨与冷库的温度相同,由于温度平衡,热量就无法向液氨传递了,制冷也 就停止了。压缩机的任务就是要把蒸发器中产生的氨蒸汽抽走,使蒸发器中的 一直保持在大家生产需要的0.3 Kg/CM2表状态。这时候蒸发器中的叫蒸发 ,蒸发器中的液氨温度叫蒸发温度。压缩机抽出的氨蒸汽并不是排到大气中去 的,而是排到冷凝器中,氨蒸汽被压缩到冷凝器后,冷凝器的会逐步升高,而 后就是冷凝器的任务了。大家知道氨蒸汽是带着冷库中的热量的,氨蒸汽被压缩机 从蒸发器抽出,而后压缩到冷凝器中,那么压缩机就完成了输送热量的任务。 现在氨蒸汽被聚集在冷凝器中(带着大量冷库中的热量),不断升高,温度也 随着的升高而升高,比如说升高到表14 Kg/CM2,温度也就对应升到 +39℃,如果在冷凝器管外供给+34℃的冷却水,那冷凝器中的氨蒸汽就会向水传 送出热量,每向冷却水送出 264大卡热量,冷凝器中就有一公斤重的氨蒸汽凝结成 液态氨,并让出原来氨蒸汽占领的大部分空间来。如果热量没有出路,那冷凝器中 的就继续升高,到冷凝器爆炸或跳安全阀为止。但是实际上压缩机的排出温度, 在表14公斤/平方公分时,不是+39℃,而是+100℃以上。这是因为电动机带 动压缩机的活塞对氨蒸汽进行压缩时做的功,转换成热量的缘故,也即热功当量, 这可以在大家给自行车打气时,打气筒底部和皮管会发烫的原理是一样的。压缩机 对氨蒸汽做了1KW的功,就对氨蒸汽附加了860大卡的热量,这一部分热量是显热, 它加热了氨蒸汽,使氨蒸汽温度上升,这种热量传送给冷却水后,不会被冷却水冷 凝成液氨,只会降低温度,只有当氨蒸汽温度降到+39℃时,才进行真正的冷凝工 作,在冷凝工作连续进行时,只要不变,温度也不会改变。这时的温度叫冷凝 温度,这时的叫冷凝。这就是冷凝器的工作任务。 冷凝器中冷凝下来的液氨,可以送到蒸发器中继续使用,但必需用节流阀进行控制, 要不冷凝器中的来不及冷凝的氨蒸汽会窜到蒸发器中,那就乱套了。节流阀必需调 节到蒸发器中有确当的液氨补充,这就是节流阀的工作任务。 总结一下:首先液态氨在蒸发器中吸取了制冷对象的热量,蒸发成氨蒸汽;氨蒸汽 包含着吸取来的热量被压缩机抽送到冷凝器,并压缩成高压、高温的氨蒸汽,这时 候氨蒸汽中又加进了电动机的热功当量所附加的热量;冷凝器中的氨蒸汽,将热量 传送给温度较低的冷却水,失去热量的氨蒸汽被冷凝成为液态氨;节流阀将冷凝下 来的液氨再有节制的补充给蒸发器,使蒸发器能够连续地工作;整个工作过程就是 将低于-18℃的制冷对象中的热量,强制送到+30多℃的冷却水中去,使制冷对象 失去热量,温度降到大家所需要的-18℃;而冷却水吸取了热量后,又通过水蒸汽 的蒸发,将热量传送给了大气,或者说是风将热量吹走了。这就是制冷全过程。



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