制冷专业基础知识培训资料.docx
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1、制冷专业基础知识培训资料制冷就是人为地使某一范围内的温度低于范围外的温度。制冷又分为热电制冷、半导体制冷、磁制冷、核制冷等,我们通常用的是液体气化制冷,还有少量的气体膨胀制冷。与制冷相关的常用名词有温度、热量、比热、显热、潜热、压力,蒸发 与沸腾、导热系数、对流换热系数、传热系数、密度和比热、湿度、烙、 嫡、制冷量,还有压焰图。1、温度又分为摄氏温度、华氏温度。F、热力学温度二开尔文温度K。其中开尔文温度是以以绝对零度作为计算起点的温度,即以零度的水的 温度作为273.16O需要注意的是:理想气体状态方程PV = nRT在做温度换算的时候,那 个用的温度T为理想气体的绝对温度,并不是摄氏度。绝
2、对温度,因为分子已经停止运动了,所以说现实中是不存在的。2、热量的内容就不说了,单位有两个:一个是卡(cal)通常也叫卡路 里,这个另一个是焦耳(J ) , lcal=4.1868Je通常卡分为小卡(cal)和大卡(Cal或者Kcal) , 1000 cal = lCalo 制冷系统的工况参数:对于制冷系统,工况包括冷凝温度(压力)、蒸 发温度(压力)、过冷度、过热度等等;同时对于双级系统或复叠系统, 还有中间温度、中间压力等参数,根据具体情况会有不同。17、过热和过热度:过热表示一种状态,意思是在某一压力下,蒸气实际的温度高于这个压 力下蒸气的饱和温度,参考昨天压烙图内容,饱和气体线上任意一
3、点对 应的温度是相对压力的饱和温度,从这一点水平往右区域内任意一点表 示的状态都是过热状态。过热度:表示过热状态的程度,是实际蒸气温度和同压力下饱和温度的 差值。有效过热:在蒸发器里得到的过热叫有效过热,因为过热会产生制冷, 在蒸发器过热,这部分制冷量会被利用,因此叫有效过热。但是量很少, 因为是显h树奂热。无效过热:发生在管路上的过热是无效过热,因为这部分过热获得的制 冷量没有被利用,散失到环境里去了。但是如果利用回气管去给节流阀 前面的液体降温,这时候回气管的过热也是有效过热(回热系统)。过热的意义:过热会减小制冷量,因为吸气温度高,气体密度小,压缩 机体积流量不变(吸入同样体积制冷剂),
4、但制冷剂质量流量已经减少(之前有讨论),因此制冷量下降;但仍然保留过热度的原因是防止制 冷剂液滴出现,引发液击。一般过热度留5左右(实际120。(:皆可,只要能连续、稳定即可)。18、类似过热和过热度,过冷是一种状态,某一压力下液体温度低于同 温度下液体饱和温度的状态叫过冷。过冷度:表示过冷状态的程度,是实际液体温度和同压力下饱和温度的 差值。注:过冷的另一概念:物质凝固以后继续冷却,实际温度和结晶温度的 差也叫过冷。如标准状态水的凝固温度为0,冷却水到0时水开始 结冰,完全结冰后温度继续下降,如-1水的过冷度也为,但是相 对凝固状态的过冷。举例:一个标准大气压下,水的饱和温度为100 z加热
5、产生10FC水 蒸气,就是过热蒸气,过热度为;冷却后水温到99,就是过冷状 态的水,过冷度为lo19、冷冻冷藏实际上都是给物品降温,二者主要区别是降温过程中含不含有潜热。冷冻是指降温过程中液体变成了固体,是一个相变的过程。例如片冰机,2(rc的水变成-5的冰,水的比热为4.2。对于2CTC的 水,4.2x20=84kj/kg ,水的潜热是335kj/kg ,冰的比热是10.5 (冰 的热负荷2.lx5=10.5kj/kg ),总和为 84+335+10.5=430 335/430=78%也就是说在整个制冷过程中,潜热部分耗能最大,大约 占80%。这个例子说明在整个冻结过程中潜热的负荷占据80%
6、 ,也就 是在计算时,主要计算潜热的负荷,其他的可以影响可以大体估一下, 影响不是很大,在没有比热情况下,根据含水量多少,估一下就可以。冷藏就是将物品温度降低,但是没有发生相变。冷藏也分两种,一个是冰点上的冷藏就是所谓的高温库,另一种冰点下 的冷藏就是所谓的低温库。高温库主要是果蔬的冷藏,也包括一些鲜鱼 鲜肉的冷藏。低温库是生鲜品、水产品、速冻产品的冷冻。对于冷冻,我们最关心的是如何缩短冻结时间。这里就要涉及到之前所 讲过的传热系数,传热系数有三部分组成:一部分为制冷剂的放热系数; 另一部分为货物本身导热系数的影响;最后一部分为空气放热系数的倒 数。参考下面公式,大同小异!则冷凝器的总传热系数
7、:O.OOO35 O M 刈WgM瘦於原依管班片MID片.曾照IB气假2於旗故F.MOI M.OMM4X0.M=29.3W Am2- K)0.034因为制冷剂的放热系数,主要是由制冷剂和蒸发器形式决定的,这个与 蒸发器的材料结构有关,我们对他改变不了很多,所以研究制冷的放热 系数意义不大。食品的导热主要与食品的物性有关,但是跟食品的厚度成反比;越厚, 传热系数越小,越薄越大。所以冻结的时候一般把食品冻得薄一点。空气的放热系数是最容易改变的,比如改变风机的风压,风量,来提高 风速。这个最容易实现的。冷冻方式有两种:一种是直接冷冻,直接冷冻又包括两种,一种是浸入 式,直接浸入到载冷剂中,比如食盐,
8、乙二醇,丙三醇,酒精等,由于 食品与盐水是直接接触的,即使有包装,如果发生包装泄露也会污染食 品,所以用处不多。另一种直接冻结的,比如液氮,二氧化碳(干冰), 这种形式需要大量消耗东西,所以造价高,常规的产品也不适合,所以 也不详细说干冰和液氮这一块。间接式冻结主要通过空气对流,当然也可能有水,其主要分为四种: 第一种是自然对流,比如家里的冷冻柜,冰柜,盘管的冷冻库。第二种是强制对流,其实际上是在自然对流的基础上用引入外界动力, 如冷风机、水泵,主要是冷风机式的冷冻库,还有就是各种速冻机:螺 旋速冻机、网带速冻机、流态化速冻机IQF。第三种是接触式,常见的是平板速冻机。第四种是半接触式,常见的
9、是搁架,有一部分导热,一部分对流。另外, 板带速冻机也算是半接触式。以后在讲蒸发器具体形式时候,可以再讲下各种蒸发器。自然对流特点是:慢,劳动强度大;好处是便宜,结构简单,故障率低、 省电。缺点是周转率低,融霜不太方便,可能停机融霜或人工扫霜。强制对流冻结速度快,劳动强度小,有连续性的强制对流半连续的强 制对流,连续的有各种速冻机等。半连续的有台车速冻机,需要靠一部 分人工。还有一种强制对流,介质不是空气而是盐水。比如冰池(产生 块冰),先通过蒸发器给把盐水降温,再把冰桶浸入盐水中,给冰桶内 的淡水制冷。在蒸发面积要满足需要的前提下,冻吉时间主要由块冰的 厚度决定,当然,对流情况即盐水循环程度
10、也至关重要)。接触式冻结特点完全靠导热,不能有空气层,有空气的话效果几乎要 打对折,因为空气不流动,传热系数很小。这种冻结方式对厚度要求也 很主要,一般在60120mm之间,再厚不经济,再薄了适合各种速冻 机。具体冻结时间跟蒸发面积和产品厚度都有关系,不能自己设定。其 特点是紧凑能耗低,除了液压装置外几乎不需别的用电设备。半接触式例如搁架,下面是接触,上面通过风机对流。效果主要跟蒸发 器形式有关,圆管不如方管效果好,也有在管上铺一些铝板或不锈钢板 增加导热对其影响,产量比较大。在保证蒸发面积、风机风量前提下, 这种形式还是比较通用的,但是要对风机风量蒸发面积要有经验,比如 风机风量:通常100
11、0kg货物10000m3/h的风量。冷藏:冷藏分为高温库、低温库。高温库用于冷却蔬菜水果,计算时除 了常规的热量外还要考虑呼吸热。再就是常规的鲜肉和鲜鱼,鲜鱼这块 用的上瞰多的为近海的冰鲜船。出海时候船上带着冰,捕到鱼的时候一 层鱼一层冰,跟市场上卖鱼的形式差不多。冷藏也是与物品形状、厚度、空气侧换热系数、温差有关。温差大了效 果好,但是会造成库房内的温差大,风机进出口温度偏大,近风侧的物 品可能会冻坏,所以小心。库温和蒸发温度温差一般为10-15e 当然也与蒸发器形式有关,也不是一概而论的。因为冷藏时很多东西可能已经包装,只改变空气侧的放热系数,箱内一 些情况是改变不了的。因为物品外面有袋,
12、所以只改变空气的放热系数 对综合导热系数影响不是很大,所以不要一味地考虑提高空气侧的风速。 选择降温时间时要注意,欲速则不达,一味地提高风速不但不经济,还 可能造成食品干耗大,使食品的品质降低。冷藏方法通常冷风、冷水、碎冰、真空预冷。冷风常见的是冷风机,特点是干耗大,但是无论是电除霜还是制冷剂除 霜,容易实现自动化。冷水包括侵入式、洒水式、淋水式。基本常见就是肉鸡屠宰预冷线,肉 鸡屠宰完冷水逆流,肉鸡的温度降到5。(:左右,水的温度从23。(:度升 到常温排放,水是消耗品。优点是:没有干耗;缺点是:所有的东西混 合在一块容易交叉感染。可以处理一些初级产品。碎冰包括淡水片冰、海水片冰还有块冰经过
13、粉碎后的。适合特殊的场合 或小规模的场合。抽真空原理是利用水份蒸发吸收热量、降温。这种方式降温速度快,但 是由于水份大量蒸发,干耗大,能耗大。这种方式适合价值高的蔬菜类, 平时应用不多。低温库的冷藏,也就是冻藏。因为都是在冰点下,所以没有水份的导热, 降温的时候只考虑冻品的传导。由于只是一味地传导,中心温度与外表 面温度有一定的温差,冻品的大小也不一样,所以温差不能忽略,一般 检测时也是检测中心温度。另外由于冻品外表面的水份有一定的蒸发, 会产生干耗,所以现在一般用多镀冰衣,防止外表面裸露防止蒸发干耗。 制冷剂:制冷剂相当于制冷系统的血液,是在制冷系统中通过相变转移热量的载 体(原话是传递),
14、通常也被称作工质,南方有称之为雪种。特点低温低压下吸热,高温高压下放热。单质制冷剂分类:大概分两类,有机物和无机物。无机物包括氨、水、二氧化硫、二氧化碳等,一般命名为R7XX , XX 表示物质的分子量,如水(R718 )/氨(R717 ),其中氨应用比较广泛;有机物:也可大致分两类-:碳氢类,成分里由碳和氢组成,如常见烷煌和烯煌,烷煌类如甲、 乙、丙、丁烷,解煌类如乙烯、丙烽等。此类制冷剂不会与臭氧发生反 应,不消耗臭氧层,性质稳定,但具有一定的温室效应,很多自然物质 会有温室效应,不需要太夸大,同时安全方面,碳氢类属于易燃易爆物 质,因此在防爆要求上应该注意,毒性方面,此类一般有麻醉的作用
15、, 但不会很严重,离开后一会儿就恢复。二:氟利昂类,是烷煌里的氢原子被卤族元素氯原子和氟原子部分或全 部取代的物质。大致可分三种,一类是烷粒里全部氢原子被卤族元素替代,叫氯氟粒(CFCs ),代表 有R1L R12、R13,是早期应用的一些制冷剂,但化学性质不够稳定, 破坏臭氧层,现已经停用。二类是烷煌中部分氢原子被卤族元素替代,是碳氢氟氯类制冷剂(HCFCs ),代表是R22 ,它稳定性更好,但仍然有破坏臭氧的作用和 产生温室效应,发达国家已经淘汰,发展中国家至2030年停用。三类是氢氟麻类(HFC ),它们中部分氢原子只被氟离子替代,不含氯 离子,代表有R23、R134a ,它们毒性更小,
16、性能稳定,不会破坏臭氧 层。同时强调氯离子滞IJ冷剂中存在氯离子时,在高温或燃烧时会产生光气, 是有剧毒的,应该注意。以上为单一成分的制冷剂,还有一种是由多种有机物混合而成的混合制 冷剂。混合制冷剂:由两种或两种以上工质混合的制冷剂,也可以分为两类, 一类是共沸制冷剂,一类是非共沸制冷剂。共沸制冷剂:混合后的制冷剂的沸点是单一的,跟普通单质物质一样沸 点是稳定的但混合后有更好的性能或更环保这类制冷剂命名是R5XX , 其中XX从00开始,按照制冷剂发明顺序排列,如R500、R501R507。 非共沸制冷剂:混合后的制冷剂的沸点不是稳定的,这种制冷剂在加热 沸腾状态温度会继续上升,沸点温度是一个
17、范围,或者说具有温度滑差, 即沸点上线跟下线的差值。这类制冷剂用R4XX表示,跟共沸制冷剂一 样按照发明顺序命名,同时在后面加大写字母,表示不同的配比,如 R407A、R407B和R407C ,表示组分相同但各组分所含比例不同。这种非共沸的制冷剂,缺点是如果一旦泄露,尤其漏的为气体时,他的 组分会发生变化,物性也会发生变化,漏的比较少的话,可能能继续使 用,漏的数量比较多,甚至漏了接近一半,这种制冷剂就不能继续使用, 需要全部更换。且非共沸的制冷剂填加制冷剂的时候必须保证加的是液 体,不能加气液混合物或气体,加完之后罐中剩的气体也不能要,因为 它的成分已经发生了很大的变化。非共沸制冷剂,蒸发温
18、度是两个值,是一个区间,这个区间叫做温度滑 差,这个滑差通常只有几摄氏度,一般小于7。匚 比如R404A,他的滑 差是0.5o还有一种制冷剂叫做近共沸制冷剂,处于二者之间,这种温度滑差小于 3 ,接近于共沸,但是没有共沸的效果好。制冷剂其实还有几种不常用的,有兴趣的可以自己看一看。顺便谈一下制冷剂中字母大、泻的含义:3、比热:比热的定义,就是一克水温度上升1所需要的热量,定义 为 4.1868J。比热是物质的固有属性,就是说单位物质温度上升,或者下降所吸 收或放出的热量。比热是个变量,就是温度不同,比热的值也会发生微调,所以说在以后 的制冷量计算用比热的时候,用的这个比热值,只是一个大概的,不
19、是 很准确,而焙差是比较准确的,所以说真正制冷计算的时候,用焙差来 计算制冷量准一些,用比热计算的只是一个参考值。4、显热:热量变化温度也发生变化,物态不变,不管是固体、液体, 物态还是那样,只不过是温度发生了变化。最直观的显热就是水加热以后,温度从常温逐渐升到40、50直到 100 ;5、潜热:热量变化后温度不变化,物态发生改变,比如由固体变为液 体,液体变为气体;最直观的潜热就是水烧开了以后,即使再加热,只能还是100 ,不会 再高了。但是,水会有一部分由液态变成气态;又或者是水温度下降到 0以后,不论水如何被制冷,但是那个水温仍然是0,只不过有一 部分水变成了冰,一直到全部水变成冰以后,
20、温度才会继续下降,而此 后的热量又属于显热。R407A/B/C z不同字母大写,表示其混合物质的组分相同,但各组分 所含的百分百不同故此用A/B/C表示组分含量不同。比如R407 A/B/C : 都是由R32 + R125 + R134a组成的,但是各组分的含量不同,所生产的 混合物的物性也有所差异。还有一种比如134a , a小写表示烷烧中被卤族元素所取代的H原子的 位置不同,相当于是同素异构体。以后写制冷剂时务必注意,R400以上的制冷剂里面的ABC 一定要大写, 表示组分不同。像134a , a小写表示取代的位置不同。如何选择制冷剂虽然任何物质都没有那么好的条件兼备,但是选择制冷剂的时候
21、这是一 个方向。L选制冷剂首先要考虑安全性,无毒,无刺激性气味,不燃烧,不爆 炸,2、另外要考虑环保,包括对臭氧层的破坏,用ODP表达,还有一种 对温室效应(GWP )的影响,现在对温室效应关心不用太多,科学现 在也没有定论,因为水蒸气,二氧化碳对温室效应都有作用,所以温室 效应这块不用着重考虑着重考虑对臭氧层的破坏,也就是ODP指标, 普通的氟利昂对臭氧层破坏很大,碳氢类的,不含氯离子的相对来说会 好一些。3、还有选择制冷剂要考虑流动性和传动行,二者好了之后,在系统中流动传动阻力小,损失少,整个设备选型的时候会小一点4、热力学物性要好一点,比如冷凝压缩不太高,蒸发压力不太低,压 力比别太大,
22、太大对选择压缩机不好选,但是高压太高,对管路要求太 高,也不好。另外汽化潜热大一点,由液体变成气体的时候吸收的热量 多一点,相当于制冷量大一点。排气温度相对低一点,否则对油选择有 难度。沸点低一点,制取的温度范围也可以低一点。物质的密度要稍微 大一点,密度太小比如氨来说,相对制冷量稍小一点,设备可能要偏大 一点。但是密度太大也不好,太大会造成粘度太高,不利于流动。5、另外稳定性要好一点,与其他物质不容易发生化学反应,如不能与 水、与油发生反应。还有在高温时也要不容易分解,分解之后产生一些 不凝气体会影响制冷性能。6、还有价格便宜,容易获得。7、还有因为制冷系统中有管路,阀门,容易漏的地方比较多
23、,无论安 装时如何严谨,运输、使用过程中的震动还是会组成泄露,一旦泄露, 要容易被检测出。8、还有一个是与油的溶解性要好一些,但这个也是比较矛盾的,溶油 性好,与油互溶,系统设置时就不太用考虑回油,氟利昂与油始终是混 合的,润滑性能也比较好一些,但是参与系统循环的油比较多,在蒸发 器里当制冷剂沸腾的时候油也会变成泡沫,也会影响传热。溶油性好还 有一个问题是油和工质互溶以后相当于油里有制冷剂,参与润滑的油里 有制冷剂,可能会影响润滑效果。但是如果溶油性不好,与油几乎不容,油在换热器的表面会形成油膜, 也会影响传热。9、还有就是电气绝缘性,半封和全封压缩机尤其重要,因为电机与制 冷剂直接接触,这时
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