冰水机培训教材ppt课件.ppt

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1、郭富强制作制冷原理部分制冷方法概述要求掌握：“制冷”的定义；蒸气压缩式制冷的制冷方法和热力学原理，系统组成，制冷循环及制冷机特性的理论分析和计算。制冷技术是为适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的。制冷作为一门科学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，并保持这个低温。这里所说的“冷”是相对于环境而言的。热的铁块放在空气中，通过辐射和对流向环境传热，逐渐冷却到环境温度。它是自发的传热降温，属于自然冷却，不是制冷。制冷就是从物体或流体中取出热量，并将热量排放到环境介质中去，以产生低于环境温度的过程。机械制冷中所需机器和设备的总合称为制冷机。郭富强制

2、作制冷原理部分制冷方法概述制冷机中使用的工作介质称为制冷剂。制冷剂在制冷机中循环流动，同时与外界发生能量交换，即不断地从被冷却对象中吸取热量，向环境排放热量。制冷剂一系列状态变化过程的综合为制冷循环。为了实现制冷循环，必须消耗能量。所消耗能量的形式可以是机械能、电能、热能、太阳能或其它可能的形式.制冷技术的研究内容可以概括为以下三方面：研究获得低温的方法和有关的机理以及与此相应的制冷循环，并对制冷循环进行热力学的分析和计算。研究制冷剂的性质，从而为制冷机提供性能满意的工作介质。机械制冷要通过制冷剂热力状态的变化才能实现。所以，制冷剂的热物理性质是进行循环分析和计算的基础数据。此外，为了使制冷剂

3、能实际应用，还必须掌握它们的一般物理化学性质。研究实现制冷循环所必须的各种机械和技术设备，包括它们的工作原理、性能分析、结构设计，以及制冷装置的流程组织、系统配套设计。此外，还有热绝缘问题，制冷装置的自动化问题，等等。郭富强制作制冷原理部分物质相变制冷概述本章提示：重点掌握：蒸气压缩式制冷和蒸气吸收式制冷的热力学原理，系统组成，制冷循环及制冷机特性的理论分析和计算。一般掌握：蒸气喷射式、吸附式制冷的制冷方法。物质有三种集态气态、液态、固态。物质集态的改变称之为相变。相变过程中，由于物质分子的重新排列和分子热运动速度的改变，会吸收或放出热量。这种热量称作潜热。物质发生从质密态到质稀态的相变是将吸

4、收潜热；反之，当它发生有质稀态向质密态的相变时，则放出潜热。郭富强制作制冷原理部分物质相变制冷概述物质相变制冷是利用液体在低温下的蒸发过程及固体在低温下的熔化或升华过程向被冷却物体吸收热量-即制冷量。因此，相变制冷分为液体气化制冷与固体熔化与升华制冷，由于液体自身具有流动性，液体气化制冷是广泛应用的。液体汽化成蒸气的过程吸收热量，从而达到制冷的目的，为了使其连续不断地工作，成为一个循环，便必须使制冷剂在低压下蒸发汽化、蒸气升压、高压气体液化和高压液体降压。蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、蒸气喷射式和吸附式制冷都具备上述四个基本过程，属于液体汽化制冷。郭富强制作制冷原理部分物质相变制冷概述冰相变冷却

5、冰相变冷却冰相变冷却是最早使用的降温方法，现在仍在广泛应用于日常生活、农业、科学研究等各种领域。冰融化和冰升华均可用于冷却。实际主要是利用冰融化的潜热。常压下冰在0摄氏度融化,冰的汽化潜热为335kj/kg。能够满足0摄氏度以上的制冷要求。冰冷却时，常借助空气或水作中间介质以吸收被冷却对象的潜热。此时，换热过程发生在水或空气与冰表面之间。被冷却物体所能达到的温度一般比冰的溶解温度高5-10摄氏度。郭富强制作制冷原理部分物质相变制冷概述冰盐相变冷却冰盐相变冷却冰盐是指冰和盐类的混合物。用冰盐制作制冷剂可以获得更低的温度。冰盐冷却是利用冰盐融化过程的吸热。冰盐融化过程的吸热包括冰融化吸热和盐溶解吸

6、热这两种作用。起初，冰吸热在0摄氏度下融化，融化水在冰表面形成一层水膜；接着，盐溶解于水，变成盐水膜，由于溶解要吸收溶解热，造成盐水膜的温度降低；继而，在较低的温度下冰进一步溶化，并通过其表层的盐水膜与被冷却对象发生热交换。这样的过程一直进行到冰的全部融化，与盐形成均匀的盐水溶液。 冰盐冷却能到达的低温程度与盐的种类和混合物中盐与水的比例有关。工业上应用最广的冰盐是冰块与工业食盐的混合物。郭富强制作制冷原理部分物质相变制冷概述干冰相变冷却干冰相变冷却固态二氧化碳俗称干冰。二氧化碳的三相点参数为：温度-56摄氏度，压力0.52MPa。干冰在三相点以上吸热时融化为液态二氧化碳；在三相点和三相点一下

7、吸热时，则直接升华为二氧化碳蒸气。干冰是良好的制冷剂，它化学性质稳定，对人体无害。早在19世纪，干冰冷却就用于食品工业、冷藏运输、医疗、人工降雨、机械零件冷处理和冷配合等方面。郭富强制作制冷原理部分物质相变制冷概述其他固体升华冷却其他固体升华冷却近代科学研究中心为了冷却红外探测器、射线探测器、机载红外设备等的需要。采用了固态制冷剂升华的制冷系统。其制冷温度取决于固体的种类、系统中的压力和被冷却对象的热负荷。通过改变升华气体的流量来调节系统中的压力和温度，就可以保持一个特定的温度。这种制冷系统的工作寿命由固体制冷剂的用量和被冷却对象的热负荷决定，有达1年之久的。固体升华制冷的主要优点是升华潜热大

8、，制冷温度低，固体制冷剂的贮存密度大。郭富强制作制冷原理部分物质相变制冷概述液体蒸发制冷液体蒸发制冷液体气化形成蒸汽，利用该过程的吸热效应制冷的方法称液体蒸发制冷。当液体处在密闭的容器内时，若容器内除了液体和液体本身的蒸汽外不含任何其它气体，那么液体和蒸气在某一压力下将达到平衡。这种状态称饱和状态。如果将一部分饱和蒸汽从容器中抽出，液体就必然要再气化出一部分蒸汽来维持平衡。我们以该液体为制冷剂，制冷剂液体气化时要吸收气化潜热，该热量来自被冷却对象，只要液体的蒸发温度比环境温度低，便可使被冷却对象变冷或者使它维持在环境温度下的某一低温。郭富强制作制冷原理部分物质相变制冷概述液体蒸发制冷液体蒸发制

9、冷为了使上述过程得以连续进行，必须不断地从容器中抽走制冷剂蒸汽，再不断地将其液体补充进去。通过一定的方法将蒸汽抽出，再令其凝结为液体后返回到容器中，就能满足这一要求。为使制冷剂蒸气的冷凝过程可以在常温下实现，需要将制冷剂蒸气的压力提高到常温下的饱和压力，这样，制冷剂将在低温低压下蒸发，产生制冷效应；又在常温和高压下凝结向环境温度的介质排放热量。凝结后的制冷剂液体由于压力较高，返回容器之前需要先降低压力。由此可见，液体蒸发制冷循环必须具备以下四个基本过程：制冷剂液体在低压下气化产生低压蒸汽，将低压蒸汽抽出并提高压力变成高压气。将高压气冷凝为高压液体，高压液体再降低压力回到初始的低压状态。其中将低

10、压蒸汽提高压力需要能量补偿。制冷循环制冷循环郭富强制作制冷原理部分蒸气压缩式制冷机中的制冷剂 制冷剂是制冷机中的工作流体，它在制冷机系统中循环流动， 通过自身热力状态的循环变化不断与外界发生能量交换，达到制冷的目的。 习惯上又称制冷剂为制冷工作介质或简称工质。液体蒸发式制冷机中，制冷剂在要求的低温下蒸发，从被冷却对象中吸取热量； 再在较高的温度下凝结，向外界排放热量。所以，只有在工作温度范围能够汽化和 凝结的物质才有可能作为制冷剂使用。多数制冷剂在常温和常压下呈气态。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质 蒸汽压缩式制冷中的制冷剂有多种。按制冷剂的组成分，有单一制冷剂和混合 制冷剂； 按制冷剂物质

11、的化学类别分，主要有三种：无机物、氟利昂和碳氢化合物。 一一 制冷机剂的选用准则：制冷机剂的选用准则：1， 制冷性能 我们期望制冷剂的冷凝压力不太高，蒸发压力在大气压以上或不要比大气压低的太多，压力比较适中，排气温度不太高，单位容积制冷量大，循环的性能系数高。传热性好。 2， 实用性 制冷剂的化学稳定性和热稳定性好，在制冷循环过程中不分解，不变质。无毒，无害。来源广，价格便宜。 3， 环境可接受性 应满足保护大气臭氧层和减少温室效益的环境保护要求，制冷剂的臭氧破坏指数必须为0，温室效益指数应尽可能小。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质二二 临界温度：临界温度： 临界温度是物质在临界点状态时的温

12、度，用Tc表示。它是制冷剂不可能加压液化的最低温度，即在此温度以上，即使再怎么提高制冷剂气体的压力，也无法使它由气态变为液态。 三三 环境影响指标环境影响指标大气温室效应、平流层臭氧耗损和酸雨是三大环境公害。臭氧吸收太阳辐射中的紫外线， 对地球生物起保护作用。氟里昂中含氯（以及溴）的物质若其大气寿命长，则它在大气中的 逸散将上升至臭氧层，受紫外线激发分解出氯离子与臭氧结成氯的氧化物，致使臭氧衰减。 由此造成皮肤癌患者人数增加，并加剧温室效应。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质三三 环境影响指标环境影响指标考察物质对臭氧层的危害程度用臭氧衰减指数ODP表示；物质造成温室效应危害的程度用温室 指数

13、GWP表示。R11的ODP和GWP值规定为1，即以R11为基准，其它物质的 和 是相对于R11 的比较值。下表给出一些氟里昂制冷剂的 和 值。制冷剂DOP值GWP值CFC1111CFC120.9-1.02.8-3.4HCFC220.04-0.060.32-0.37HCFC1230.013-0.0220.017-0.020HCF134a00.24-0.29郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质四四 热力性质及其对循环的影响热力性质及其对循环的影响 制冷剂的热力性质是指其热力参数之间的相互关系，诸如饱和蒸气压力与温度的关系，热力状态参数p, T, v, h,s之间的关系，还有与比热c，绝热指数k等的关

14、系。这些热力性质是物质固有的，一般由试验和热力学微分方程求得， 然后绘制成热力性质图表。工程计算使用时，可利用相应的图和表查取所需的热力 参数值，也可以根据制冷剂热力性质的数学模型，利用计算机计算行出。 在相同的工作温度下，不同制冷剂的制冷循环特性由它们的热力性质所决定。 (1)制冷剂的饱和蒸汽压力曲线纯质的饱和蒸汽压力是温度的单值函数，用饱和 蒸汽压力曲线可以描述这种关系。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质四四 热力性质及其对循环的影响热力性质及其对循环的影响 制冷剂在标准大气压(101.32kPa)下的沸腾温度称为标准蒸发温度或标准沸点，用ts表示。制冷剂的标准蒸发温度大体上可以反映用它制

15、冷能够达到的低温范围。ts越低的制冷剂,能够达到的制冷温度越低。所以，习惯上往往依据Ts的高低，将制冷剂分为高温、中温、低温制冷剂。由于各种物质的饱和蒸汽压力曲线的形状大体相似,在某一相同的温度下,标准蒸发温度高的制冷剂的压力低；标准蒸发温度低的制冷剂的压力高，即高温工质又 属于低压工质；低温工质又属于高压工质。 制冷剂的饱和蒸汽压力温度特性决定了给定工作温度下制冷循环的压力和压力比。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质(2)临界温度临界温度 临界温度是物质在临界点状态时的温度，用Tc表示。它是制冷剂不可能加压液化的最低 温度，即在该温度以上，即使再怎样提高压力，制冷剂也不可能由气体变成液体。

16、对于绝大多数物质，其临界温度与标准蒸发温度存在以下关系： Ts / T约等于0.66 (1) 这说明：标准沸点低的低温制冷剂的临界温度也低；高温制冷剂的临界温度也高。不可能找到一种制冷剂，它既有较高的临界温度又有很低的标准沸点。故对于每一种制冷剂，其工作温度范围是有限的。 另外，蒸发制冷循环应远离临界点。若冷凝温度tk超过制冷剂的临界温度Tc，则无法凝结；若Tk略低于Tc，则虽然蒸汽可以凝结，但节流损失大，循环的制冷系数大为降低。爱森曼(Eiseman)发现，当对比冷凝温度Tk/Tc 和对比蒸发温度To/Tc相同时,各种制冷剂理论循环的制冷系数大体相等。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质 特鲁

17、顿定律推导出了制冷剂基本性质对制冷循环特性影响的一些粗略规律：（一）标准沸点相近的物质，分子量大的，汽化潜热小；分子 量小的，汽化潜热大 .（二）同一蒸发温度下，压力高的制冷剂单位容积制冷量大；压力低 的制冷剂单位容积制冷量小。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质吸气温度吸气温度 吸气温度T2是实际制冷机中必须考虑的一个安全性指标。若制冷剂的 T2过高，有可能引起润滑油在高温 下分解、变质；并造成机器润滑条件恶化、润滑油结焦，甚至出现拉缸故障. T2与制冷剂气体的比热容有关。重分子的 T2低；轻分子的 T2高。在氟里昂制冷剂中，乙烷的衍生物 T2比甲烷的衍生物低。事实,许多乙烷衍生物饱和蒸汽等熵

18、压缩过程线进入两相区（即T2与T2相同），为了避免湿压缩，还必须设法使低压蒸汽过热后再压缩。常用的中温制冷剂R717和R22，其排气 温度较高，需要在压缩过程中采取冷却措施，以降低 T2 ；而R12，R502，R134a，R152a的T2较低，它们在全封闭式压缩机中使用，要比用R22好得多。 郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质五五 粘性和导热性粘性和导热性制冷剂的粘性和导热性对制冷机辅机（特别是热交换设备）的设计有重要影响。粘性反映流体内部分子之间发生相对运动时的摩擦阻力。粘性的大小与流体种类、温度、压力有关。 气体的导热系数一般很小，并随温度的升高而增大，在制冷技术常用的压力范围内，气体的导

19、热系数实际上随压力而变化。液体的导热系数主要受温度影响，受压力影响很小。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质六六 制冷剂与润滑油的溶解性制冷剂与润滑油的溶解性压缩式制冷机中，除了离心式制冷机外，制冷剂都要与压缩机润滑油相接触。两者的溶解性是个很重要的问题。这个问题对系统中机器设备的工作特性和系统的流程设计都有影响。制冷剂与油的溶解性分为有限溶解和完全溶解两种情况。完全溶解时，制冷剂与油的液体混合物成均匀溶液。有限溶解时，制冷剂与油的混合物出现明显分层。一层为贫油层（富含制冷剂）；一层为富油层（富含油）。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质六六 制冷剂与润滑油的溶解性制冷剂与润滑油的溶解性溶解度与温

20、度有关，所以上面所说的有限溶解与完全溶解可以相互转化。下图示出制冷剂的溶油性临界曲线。图中曲线包围的区域为有限溶油区；曲线上方为完全溶油区。例如：R22与油的混合物，含油浓度20，温度为18，该状态处于图中A点，在临界曲线之上，所以这时混合物是互溶的，不出现分层。但若温度降到-5，如图中B点所示。B状态进入有限溶油区，故液体混合物将出现分层。过B点作水平线与临界曲线有两个交点 和 ，它们所对应的横坐标植分别代表了贫油层中的油浓度和富油层中的油浓度。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质六六 制冷剂与润滑油的溶解性制冷剂与润滑油的溶解性R134a与酯基油SE55的油溶解性曲线 郭富强制作制冷原理部分

21、制冷剂的性质六六 制冷剂与润滑油的溶解性制冷剂与润滑油的溶解性氨与油是典型的有限溶解。氨在油中的溶解度不超过1%(wt)。氨比油轻，混合物分层时，油在下部。所以可以很方便地从下部将油引出（回油或放油）。氟里昂制冷剂若溶油性差，则会带来种种不利。因为氟里昂一般都比油重，发生分层时，下部为贫油层。这样，对满液式蒸发器而言，油浮在上面，造成机器回油困难；另外，上面的油层影响蒸发器下部制冷剂的蒸发。对于干式蒸发器而言，因为制冷剂是在管内沿程蒸发的，靠制冷剂气流裹挟油滴回油。回油情况好坏取决气流速度和油粘性。制冷剂溶油越充分，才越容易将油带回压缩机。对压缩机而言，运行时曲箱处于低压高温，制冷剂在油中的溶

22、解度大；停机压力平衡时，油池中制冷剂含量增多，出现分层，下部分贫油层，再开机时会造成油泵吸入管中的为贫油液体，压缩机供油不充分，影响润滑。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质六六 制冷剂与润滑油的溶解性制冷剂与润滑油的溶解性所以，氟里昂制冷机中要求采用与制冷剂互溶性好的润滑油。制冷剂的溶油性被认为是决定系统特性和机器寿命的至关重要的问题。传统氟里昂(R12,R22)的冷冻机油为烷基苯油。但这类油对不含氯的氟里昂制冷剂（HFC类）的溶解性很差。目前在更新制冷剂的工作中同时也必须相应地更新润滑油。当前有关新冷冻油的研究表明：与HFC类制冷剂的互溶性以酯类润滑油（Ester）最好；其次是聚烯醇类润滑油

23、（PAG）和氨基油。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质七七 其它物理、化学性质其它物理、化学性质(1)(1)电绝缘性电绝缘性在全封闭和半封闭式压缩机中，电动机的绕组与制冷剂和润滑油直接接触。因此，要求制冷剂和润滑油较好的电绝缘性。通常制冷剂和润滑油的电绝缘性都能满足要求。不过，需要注意：微量杂质和水分的存在，均会造成冷冻机油和制冷剂电绝缘性降低。(2)(2)燃烧性和爆炸性燃烧性和爆炸性为了使用安全，制冷剂应不具有易燃、易爆性。若不得不使用有燃、爆性的制冷剂时，必须具备可靠的防火、防爆设施。制冷剂的燃烧性用燃点表示。它是制冷剂蒸气与空气混合后能产生闪火并继续燃烧的最低温度。制冷剂的爆炸性用爆炸极

24、限表示。它是制冷剂蒸气与空气混合比例的一个范围，制冷剂在空气中的含量超过该范围时，则气体混合物遇到明火将发生爆炸。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质(3)(3)毒性毒性制冷剂的毒性用豚鼠做实验，按它在制冷剂蒸汽中造成重伤或死亡的时间来划分毒性等级。美国将制冷剂毒性划分为6个基本等级。从1级到6级，毒性逐次递减。每相邻两级之间还有a,b,c等作更细的划分。目前，国际性研究项目PAFA（替代物氟里昂毒性研究）尚在对新制冷剂R123，R124，R125，R134a和R141b进行期毒性研究。该项目始于1988年，现仍在进行中。需要说明，有些制冷剂虽然无毒，但在空气中若浓度高到一定程度，会由于缺氧窒息

25、成对人体的伤害。另外，R11，R12，R21，R22等遇到明火时会分解出剧毒的光气。这些都必须在使用中注意防范。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质(4)(4)制冷剂的溶水性制冷剂的溶水性氟里昂和烃类物质都很难溶于水；氨易溶于水。对于难溶于水的制冷剂，若系统中的含水量超过制冷剂中水的溶解度，则系统中存在游离态的水。当制冷温度到达0以下时水便会结冰，堵塞膨胀阀或其它狭窄流道。这种冰堵现象将使制冷机无法正常工作。对于溶水性强的制冷剂，尽管不会出现上述冰堵问题，但制冷剂溶水后发生水解作用，生成的物质对金属材料会有腐蚀危害。所以，制冷系统中必须严格控制含水量，勿使超过规定的限制值。郭富强制作制冷原理部分

26、制冷剂的性质(5)(5)热稳定性与化学稳定性热稳定性与化学稳定性热稳定性 在普通制冷温度范围内，制冷剂是稳定的。制冷剂的最高温度不允许超过其分解温度。例如，氨的最高温度（压缩终温）不得超过150；R22和R502不允许超过145。制冷剂对金属的作用 重要的是制冷剂对金属构件的腐蚀性。烃类制冷剂对金属无腐蚀。纯氨对钢铁无腐蚀；对铝、铜或铜合金有轻微腐蚀。但若氨中含水，则对铜和几乎所有铜合金（磷青铜除外）产生强烈腐蚀作用。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质(5)(5)热稳定性与化学稳定性热稳定性与化学稳定性氟里昂几乎对所有金属都无腐蚀，但对镁和含镁2%以上的铝合金是例外。氟里昂中含水时，将水解生成

27、酸性物质，对金属产生腐蚀作用。氟里昂与润滑油的混合物能够溶解铜，被溶解的铜离子随着制冷剂循环再回到压缩机并与钢或铸铁件相接触相，又会析出并沉积在这些钢铁构件表面上，形成一层铜膜，这就是所谓镀铜现象。这种现象随系统中水分含量的提高和温度的升高而加剧，特别是在轴承表面、吸排气阀、气缸壁、活塞环等光洁而又经常摩擦的表面比较明显。镀铜会破坏轴封的密封性、影响阀隙流道、影响气缸与活塞的配合间隙，对制冷机的运行极为不利。郭富强制作制冷原理部分制冷剂的性质(5)(5)热稳定性与化学稳定性热稳定性与化学稳定性制冷剂对非金属的作用 氟里昂制冷剂是一种良好的有机溶剂，它很容易溶解天然橡胶和树脂材料；氟里昂对高分子

28、化合物虽不溶解，但却能使之变软、膨胀和起泡，即对高分子化合物具有所谓的膨润作用。所以在选择制冷系统的密封材料和封闭式压缩机的电器绝缘材料时，必须注意不可使用天然橡胶和树脂化合物，而应该采用耐氟材料，如：氯丁乙烯、氯丁橡胶、尼龙或其它耐氟的塑料制品。氯化物制冷剂还会吸收木材、纤维及一些电器绝缘物中的水分，使这些材料收缩；在低温下，被氯化物溶解和抽取的物质又会析出并沉淀，有可以在系统的流道狭窄处造成堵塞，或者在蒸发器表面上形成附着，影响蒸发器的传热效果。郭富强制作制冷原理部分混合制冷剂 混合制冷剂是由两种或两种以上纯制冷剂组成的混合物。由于纯制冷剂在品种和性质上的局限性，采用混合物做制冷剂为调制制

29、冷剂的性质和扩大制冷剂的选择方面提供了更大的自由度。混合物按其定压下相变时的热力学特征分为共沸混合物与非共沸混合物。一一.共沸混合制冷剂：共沸混合制冷剂： 已发现具有共沸特征的混合物不到50种。其中满足作为制冷剂性质要求的仅十种。在所列共沸制冷剂中，已有显著商业应用的只有三种：R500，R502和R503。采用共沸混合制冷剂的好处是：它几乎具有纯制冷剂的所有特征，可以象纯质一样使用方便。共沸混合制冷剂中标准沸点比构成它的组分物质的标准沸点都低，因而蒸发压力比其组分的蒸发压力高，可以扩大应用温度范围和提高单位容积制冷量。郭富强制作制冷原理部分混合制冷剂一一.共沸混合制冷剂：共沸混合制冷剂：至于混

30、合物其它性质方面的调制，取决于其组分物质的性质。关于这一点，无论对共沸还是非共沸混合物都是一致的。例如，稳定性好的组分对混合物性质的贡献是改善稳定性；不可燃组分对混合物性质的贡献是抑制可燃性；重分子组分对混合物性质的贡献是降低排气温度；溶油性好的组分对混合物的性质贡献是改善溶油性；等等。非共沸混合制冷剂在使用上的一个麻烦是：系统泄漏会引起混合物成分的变化。而近供沸混合物制冷剂似能兼有共沸与非共沸二者之长：选择范围大，使用大致与纯制冷剂一样方便，系统泄漏对混合物成分的影响不会太厉害。目前对非共沸和近共沸混合物还在研究中。郭富强制作制冷原理部分润滑油润滑油的作用：润滑油的作用：保证压机长期安全有效

31、的运行。主要作用如下：1. 润滑压机运动件摩擦表面，改善摩擦表面的工作条件。2.运行中不断冲洗摩擦表面，带走摩削，减少摩擦件的磨损。3.带走摩擦件热量，冷却摩擦件。4.渗入摩擦件密封面形成油封，阻止制冷剂泄露。5.能量调节，郭富强制作制冷原理部分润滑油性质与要求：性质与要求： 润滑油的质量直接影响润滑效果，为保证压机的正常工作，使用的润滑油应具备符合一定要求的性质。1.粘度： 润滑油的粘度用运动粘度表示，单位是st（斯）或cst（厘斯）润滑油粘度应满足压机磨檫部位工作条件的需要，使用与制冷剂互相溶解的润滑油，如制冷剂为R12时，应选用高粘度润滑油，防止润滑油变稀。粘度过小，影响磨檫表面建立正常

32、的油膜。而粘度过大，会增加压机的摩擦功率和摩擦热，加大启动力矩。 活塞式氟利昂压机采用运动粘度为1115、1822、2529cst的13# 、18#、 25#冷冻油。离心式压机采用3065cst的30#、冷冻油。郭富强制作制冷原理部分润滑油凝固点：凝固点：制冷压机用冷冻油的凝固点越底越好，一般应底于制冷剂最低蒸发温度度。采用不同制冷剂的压机工作条件不同，对润滑油凝固点的要求也不同。一般与压机的润滑油凝固点应低于-度，而压机润滑油的凝固点就应低于-度。闪点：闪点：润滑油被加热到其蒸汽与明火接触即发生闪火的最低温度，称为闪点制冷机用润滑油的闪点应比排气温度高-度，以免引起润滑油的燃烧和结焦。与和压

33、机用润滑油闪点应在-度以上。郭富强制作制冷原理部分润滑油化学稳定性与抗氧化性：化学稳定性与抗氧化性：润滑油应具有良好的化学稳定性，对零部件不腐蚀。纯净的润滑油对铜铸铁钢及合金等金属不腐蚀，但当润滑油中含水分或制冷剂时，会发生腐蚀作用。润滑油的酸碱性要小。在高温条件下与水、金属、空气、制冷剂、密封垫等接触时应不起分解、聚合、氧化等反应，防止润滑金属表面结焦，影响阀门工作，堵塞油滤器、油路、及各阀门通道。电绝缘性：电绝缘性：半封闭和全封闭制冷压机要求润滑油具有良好的电绝缘性，其击穿电压高于.以上。郭富强制作制冷原理部分润滑油含水量和机械杂质：含水量和机械杂质： 冷冻油不应含水和机械杂质。因为油中有

34、水会破坏油膜，还会导致制冷系统冰塞，加剧油的化学变化和引起金属腐蚀等。润滑油中含机械杂质会使运动件的磨损加剧，堵塞过滤器和润滑油路。润滑油的规格与选用：润滑油的规格与选用： 根据国家工业部标准，国内生产和普通使用的制冷机润滑油有13#、18#、25#、三种规格。 R717机采用13#，R12机多采用18#，R22多采用25#冷冻油。郭富强制作制冷原理部分润滑油油系统温度、压力控制：油系统温度、压力控制：A. 油温：油温：制冷压缩机工作中润滑油的油温直接影响其润滑效果。油温过底，粘度过大，则难以建立油压。油温过高，粘度过小，则产生结焦和油的化学性质变化，影响正常油膜的形成。制冷机的油温一般情况下

35、比环境温度高20-40度。R-12、22的油温一般不超过70度。B.油压：油压：郭富强制作制冷原理部分润滑油郭富强制作制冷原理部分润滑油郭富强制作制冷原理部分润滑油郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识制冷的基本热力学原理： 从热力学角度说，制冷系统是利用逆向循环的能量转换系统。按补偿能量的形式（或驱动方式），制冷方法归为两大类：以机械能或电能为补偿的和以热能为补偿的。前者如蒸气压缩式、热电式制冷机等；后者如吸收、蒸气喷射、吸附式制冷机等。两类制冷机的能量转换关系如下图所示。郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识制冷机的能量转换关系：(a) 以电能或机械能驱动的制冷机(b) 以热能驱动的制冷机郭富强制

36、作制冷原理部分制冷基础知识 热力学关心的是能量转换的经济性，即花费一定的补偿能，可以收到多少制冷效果（制冷量）。为此，对于机械或电驱动方式的制冷机引入制冷系数 来衡量；对于热能驱动方式的制冷机，引入热力系数COP来衡量。式中 Q0 - 制冷机的制冷量； W - 冷机的输入功； Qg - 驱动热源向制冷机输入的热量。 国外习惯上将制冷系数和热力系数统称为制冷机的性能系数COP(Coefficience of Performance)。我们要研究一定条件下COP的最高值。（COP）（1）（2）郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识 对于电能或机械能驱动的制冷机，参上图(a)。制冷机消耗功w实现从低温热

37、源（被冷却对象，温度Tc）吸热，向高温热源（通常为环境，温度Ta）排热。假定两热源均为恒温热源，向高温热源的排热量为Qa，由低温热源的吸热量（即制冷量）为Q0，制冷机为可逆循环。由热力学第一定律有 由热力学第二定律，在两个恒温热源间工作的可逆机，一个循环的熵增等于零，即（3）（4）郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识将式(3)代入式(4)得即由定义式(1)，则可逆制冷的制冷系数为（5）（6）郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识式(6)说明：两恒温热源间工作的可逆制冷机，其制冷系数只与热源温度有关，而与制冷机使用的制冷剂性质无关。Ec的值与两热源温度的接低程度有关，Tc与Ta越接近（Tc/ Ta越小

38、），则Ec越大；反之Ec越小。实际制冷机制冷系数E随热源温度的变化趋势与可逆机是一致的。郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识蒸汽压缩式制冷系统： 蒸汽压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成，用管道将它们连接成一个密封系统。制冷剂液体在蒸发器内以低温与被冷却对象发生热交换，吸收被冷却对象的热量并气化，产生的低压蒸汽被压缩机吸入，经压缩后以高压排出。压缩机排出的高压气态制冷剂进冷凝器，被常温的冷却水或空气冷却，凝结成高压液体。高压液体流经膨胀阀时节流，变成低压低温的气液两相混合物，进入蒸发器，其中的液态制冷剂在蒸发器中蒸发制冷，产生的低压蒸汽再次被压缩机吸入。如此周而复始，不断循环。蒸汽

39、压缩式制冷原理蒸汽压缩式制冷原理郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识逆卡诺制冷循环： 定义：设有恒温热源和恒温热汇，其温度分别为TL 和TH ，在这两个温度 之间的可逆制冷循环是卡诺制冷循环。卡诺制冷循环的原理图如下所示：郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识劳伦茨循环： 劳仑兹循环热源的热容量是有限的，在与制冷工质进行热量交换过程中， 热源的温度也将发生变化，即被冷却物体（冷源）的温度将逐渐下降，环境介质（热源） 的温度将逐渐上升。为了达到变温条件下耗功最小的目的，应使制冷工质在吸、 排热过程中其温度也发生变化，而且变化趋势与冷、热源的变化趋势完全一样， 使制冷工质与冷、热源之间进行热交换过程中的

40、传热温差始终为无限小，没有不可逆换热损失， 另外两个过程仍分别为可逆绝热压缩与可逆绝热膨胀过程，如下图2所示：郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识劳伦茨循环： 这样， 1-2-3-4-1即为一个变温条件下的可逆逆向循环-劳仑兹循环。显然，实现这一循环所消耗 的功为最小，制冷系数达到在给定条件下的最大值。 郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识劳伦茨循环： 为了表达变温条件下可逆循环的制冷系数，可采用平均当量温度这一概念。若用T0m0m表示工质的 平均吸热温度，用Tm表示工质的平均放热温度，则： 其大小分别可用面积41562和23652表示，平均吸热温度 T0m0m与平均放热温度 Tm就是以熵差为底、

41、面积分别等于41564和23652的矩形的高度。变温情况下可逆循环的制冷系数可表示为：郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识劳伦茨循环：即相当于工作在T0m，Tm 之间的逆卡诺循环的制冷系数。 劳伦茨循环如图2所示，循环由两个变温过程和两个等熵过程组成。 郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识单级蒸气压缩混合工质制冷循环： 制冷机在实际工作过程中，冷却介质和被冷却物体的温度将发生变化，冷凝器和蒸发器中也不可 避免地存在因温差传热而引起的不可逆损失。为了减少这种不可逆损失，制冷工质和传热介质之间应 保持尽可能小的传热温差。 非共沸混合制冷剂在等压下冷凝或蒸发时温度均发生变化，冷凝时温度由Tk k 逐渐降

42、低至Tk k， 蒸发时温度由T0 0逐渐升高至T00 ，我们利用这一特性，采用非共沸混合工质就可以达到减少传热温差的目的， 如下图3所示。极限情况下循环即变为劳仑兹循环。 郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识图3 变温热源时逆卡诺循环：郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识非共沸混合制冷剂单级蒸气压缩制冷循环的T-S图及p-h 图如下图4所示。它与纯制冷剂循环的区别仅 在于制冷剂在冷凝和蒸发晨温度在不为断地变化。图4 非共沸混合制冷剂单级蒸汽压缩制冷循环的T-S图及p-h图：采用非共沸混合工质不仅可以达到节能，而且可以扩大温度使用范围。 郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识单级蒸气压缩制冷： 单级蒸气

43、压缩式制冷系统由压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成。其工作过程如下:制冷剂在压力温度下沸腾，低于被冷却物体或流体的温度。压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸气，并将它压缩到冷凝压力，然后送往冷凝器，在压力下等压冷却和冷凝成液体，制冷剂冷却和冷凝时放出的热量传给冷却介质(通常是水或空气)，与冷凝压力相对应的冷凝温度一定要高于冷却介质的温度，冷凝后的液体通过膨胀阀或其他节流元件进入蒸发器。郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识单级蒸气压缩制冷： 在整个循环过程中，压缩机起着压缩和输送制冷级蒸气并造成蒸发器中的低压力，冷凝器中的高压力的作用，是整个系统的心脏;节流阀对制冷剂起节流降压作用并调节进入蒸发器的制

44、冷剂流量;蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量，从而达到制取冷量的目的;冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸取的热量连压缩机消耗的功转化的热量在冷凝器中被冷却介质带走。郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识单级蒸汽压缩制冷的理论循环： 单级蒸气压缩式制冷系统如下图所示。它由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成。郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识单级蒸汽压缩制冷的理论循环： 其工作过程如下：制冷剂在蒸发压力下沸腾， 蒸发温度低于被冷却物体或流体的温度。压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸气，并将它压缩到冷凝压力， 然后送往冷凝器，在冷凝压力下等压冷却和冷凝成液体，制冷剂冷却和冷凝时

45、放出的热量传给冷却介质（通常是水或空气） 与冷凝压力相对应的冷凝温度一定要高于冷却介质的温度，冷凝后的液体通过膨胀阀或其它节流元件进入蒸发器。郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识单级蒸汽压缩制冷的理论循环： 当制冷剂通过膨胀阀时，压力从冷凝压力降到蒸发压力，部分液体气化，剩余液体的温度降至蒸发温度，于是离开膨胀阀的制冷剂变成温度为蒸发温度的两相混合物。 混合物中的液体在蒸发器中蒸发，从被冷却物体中吸取它所需要的气化潜热。混合物中的蒸气通常称为闪发蒸气，在它被压缩机重新吸入之前几乎不再起吸热作用 。郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识单级蒸汽压缩制冷的理论循环： 在整个循环过程中，压缩机起着压缩和输

46、送制冷剂蒸气并造成蒸发器中低压力、冷凝器中高压力的作用，是整个系统的心脏； 节流阀对制冷剂起节流降压作用并调节进入蒸发器的制冷剂流量；蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量，从而达到制取冷量的目的； 冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器中吸取的热量连同压缩机消耗的功所转化的热量的冷凝器中被冷却介质带走。根据热力学第二定律， 压缩机所消耗的功（电能）起了补偿作用，使制冷剂不断从低温物体中吸热，并向高温物体放热，从而完整个制冷循环。郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识各部件的作用： 压缩机: 压缩和输送制冷蒸汽，并造成蒸发器中低压、冷凝器中高压，是整个系统的心脏。冷凝器: 是输出热

47、量的设备，将制冷剂在蒸发器中吸收的热量和压缩机消耗功所转化的热量排放给冷却介质。节流阀: 对制冷剂起节流降压作用，并调节进入蒸发器的制冷剂流量。蒸发器: 是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象的热量，从而达到制冷的目的。郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识压焓图： 压焓图的结构如下图所示。以绝对压力为纵坐标（为了缩小图的尺寸，提高低压区域的精度， 通常纵坐标取对数坐标），以焓值为横坐标。郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识压焓图： 图中临界点K左边的粗实线为饱和液体线，线上的任何一点代表一个饱和液体状态，干度 x=0。 右边的粗实线为饱和蒸气线，线上任何一点代表一个饱和蒸气状态，干度 x

48、=1。这两条粗实线将图分 为三个区域：饱和液体线的左边为过冷液体，过冷液体的温度低于相同压力下饱和液体的温度；饱和蒸气线的 右边是过热蒸气区，该区域内的蒸气称为过热蒸气，它的温度高于同一压力下饱和蒸气的温度； 两条线之间的区域为两相区，制冷剂在该区域内处于气、液混合状态（湿蒸气状态）。郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识压焓图：图中共有 六种等参数线簇：等压线-水平线；等焓线-垂直线；等温线-液体区几乎为垂直线。两相区内，因制冷剂状态的变化是在等压、等温下进行，故等 温线与等压线重合，是水平线。过热蒸气区为向右下方弯曲的倾斜线；等熵线-向右上方倾斜的实线；等容线-向右上方倾斜的虚线，比等熵线平坦

49、；等于度线-只存在于湿蒸气区域内，其方向大致与饱和液体线或饱和蒸气线相近，视干度大小而定。郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识各部件的作用 制冷循环过程在压焓图上的表示： 单级蒸气压缩制冷理论循环工作过程可清楚地表示在压焓图上，如下图所示。郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识各部件的作用 制冷循环过程在压焓图上的表示： 对于最简单的理论循环（或称简单的饱和循环），离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气是处于蒸发 压力下的饱和蒸气； 离开冷凝器和进入膨胀阀的液体是处于冷凝压力下的饱和液体；压缩机的压缩过程为等熵压缩； 制冷剂通过膨胀阀节流时，其前、后焓值相等；制冷剂在蒸发和冷凝过程中没有压力损失； 在各

50、设备的连接管道中制冷剂不发生状态变化；制冷剂的冷凝温度等于冷却介质温度， 蒸发温度等于被冷却介质的温度。郭富强制作制冷原理部分制冷基础知识各部件的作用 制冷循环过程在压焓图上的表示： 显然，上述条件与实际循环是存在着偏差的， 但由于理论循环可使问题得到简化，便于对它们进行分析研究，而且理论循环的各个过程均是 实际循环的基础，它可作为实际循环的比较标准，因此仍有必要对它加以详细的分析。现将上图中各状态点及各个过程叙述如下：点1表示制冷剂进入压缩机的状态。它是对应于蒸发温度T0的饱和蒸气。根据压力与饱和温度的对应关系，该点位于 的等压线与饱和蒸气线（x=1）的交点上。郭富强制作制冷原理部分制冷基础