制冷技术与设备

一、概述1、制冷的定义用人工的方法降低并维持某一对象低于环境温度的连续循环过程。实质：将热量从被冷却对象中转移到环境中2、制冷的温度区间•低温区：－120℃以下。主要用于气体分离、气体液化、超导和宇航。•中温区：－120～5℃。主要用于冷藏、冷冻、工业生产工艺过程。•高温区：5～80℃。主要用于空气调节、除湿、热泵蒸发、热泵干燥等。3、制冷方法（1）相变制冷•是利用某些物质在发生相变时的吸热效应进行制冷的方法。如蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷。（2）气体膨胀制冷•是基于压缩气体的绝热节流效应或压缩气体的绝热膨胀效应，从而获得低温气流来制取冷量的制冷技术。常用的有空气制冷循环等。（4）热电制冷利用某种半导体材料的热电效应。（5）其他固体吸附式制冷、气体涡流制冷二、制冷剂•制冷剂：制冷机中进行制冷循环的工作物质。•作用：在被冷却对象和环境介质之间传递热量，并最终把热量从被冷却对象传给环境介质。（一）对制冷剂的要求对环境友善对臭氧层无破坏作用、无温室效应。热力学性质满足制冷循环蒸发压力和冷凝压力适中；临界温度tc高，凝固温度低；绝热指数低。具有良好的物理化学性质流动性好（粘度小，密度小）；传热性好；安全性好；溶油性、溶水性（吸水性）合适。来源广，易制取（二）制冷剂的种类无机化合物烃类烷烃有机化合物烯烃卤代烃混合溶液1.无机化合物命名方法：R7**例：氨NH3——R717水H2O——R718二氧化碳CO2——R744**为无机物的分子量2.卤代烃（氟利昂）分子式：CmHnFxClyBrz（满足2m+2=n+x+y+z）1）命名法一：R(m-1)(n+1)(x)B(z)例：一氯二氟甲烷分子CHF2Cl------R22一溴三氟甲烷分子CF3Br--------R13B1四氟乙烷分子C2H2F4------------R134am-1=0时略z=0时与B一起略2）命名法2：区分氟利昂对大气臭氧层的破坏程度。CFC——氯氟化碳，不含氢，公害物，严重破坏臭氧层。禁用HCFC——氢氯氟化碳，含氢，低公害物质。属于过渡性物质。HFC——氢氟化碳，不含氯，无公害。可作为替代物，待研究开发。例：CF2Cl2——R12———CFC12CHF2Cl——R22———HCFC22C2H2F4——R134a——HFC134a《蒙特利尔议定书》1．对CFCs，包括CFC11、CFCl2，CFCll3、CFCll4、CFCll5等氯氟烃物质：（1）对发达国家，规定从1996年1月1日起完全停止生产与消费；（2）对发展中国家（CFCs人均消耗量小于0.3kg/年），最后停用的日期是2010年。2．对HCFCs，包括HCHC22、HCFCl42b、HCFCl23等：（1）对发达国家，从1996年起冻结生产量，2004年开始削减，至2020年完全停用；（2）对发展中国家，从2016年开始冻结生产量，2040年完全停用。3.烃类（碳氢化合物）烷烃类：甲烷CH4，乙烷C2H6，丙烷C3H8;烯烃类：乙烯C2H4，丙稀C3H6；◆烷烃类命名方法:与氟利昂相同(丁烷例外，为R600）CH4——R50，C2H6——R170，C3H8——R290；◆烯烃类命名方法：R后先写上“1”，再按氟利昂方法：C2H4——R1150，C3H6——R1270;4.混合溶液（混合制冷剂）概念：由两种(或以上)制冷剂按一定比例相互溶解而成的混合物。类型：①共沸溶液：定压下蒸发或冷凝时，相变温度固定不变，气液相组分相同。命名：R5**②非共沸溶液：定压下蒸发或冷凝时，相变温度改变，造成气液相组分不同。命名：R4****为发现的顺序：R400、R401、R402、…R411**为发现的顺序：R500、R501、R502……R507（三）常用制冷剂1、水H2O（R718）–优点：环保、安全易得、无毒无味；–缺点：比容大、qv小，凝固点高，制冷温度0℃。–适用：蒸汽喷射式制冷机、溴化锂吸收式制冷机。2、氨NH3（R717）–优点：环保、热力性质好、工作压力适中、粘性小，密度小，流动阻力小、传热性能好、溶水性好、不会“冰塞”。–缺点：毒性大、有刺激性臭味、易燃易爆、一旦泄漏，将污染空气、食品，并刺激人，微溶于润滑油，易有油膜。–适用：大中型工业制冷装置（-65℃以上）和大中型冷库3、氟利昂–优点：无味、不易燃易爆、毒性小、等熵指数小、排气温度低，不腐蚀金属，分子量大。–缺点：密度大、粘性大、流动阻力大，渗透性强，易于泄漏而不被发现，含氟原子的氟利昂与明火接触能分解出剧毒的光气COCl2，价格高。三、载冷剂载冷剂（冷媒）：将制冷装置的制冷量传递给被冷却介质的媒介物质。（一）对载冷剂的要求1.工作温度范围内始终呈液态，不凝固、不汽化；2.无毒、无刺激性，环保、安全，腐蚀性小；3.比热大，同样质量则载冷量大，传热性好；4.流动性好，密度小，粘度小，流动阻力小；5.来源广泛，价低易得。（二）常用的载冷剂1.水：空调系统中常用的载冷剂但只能做0℃以上的载冷剂2.盐水溶液：NaCl、CaCl2、MgCl2–盐水凝固点取决于盐的种类，且与一定的含盐量相对应。–优点：原料充沛、成本低、凝固点可调。–适用：工作温度在-50℃～5℃之间的中温制冷装置中作载冷剂。–注意问题：合理选择盐水浓度；采取防腐措施。3.有机物及其水溶液–优点：无腐蚀性，凝固温度低；–适用：低温制冷装置中；–常用：甲醇、乙二醇、丙三醇。1、润滑油的作用–减少运动部件机械磨损，保证压缩机正常运转；–冷却降温；–密封活塞与气缸、轴封摩擦面等间隙；–控制卸载机构。四、润滑油2、制冷循环系统对润滑油的性能要求–优良的与制冷剂共存时的热稳定性；–有极好的与制冷剂的互溶性；–良好的润滑性；–优良的低温流动性；–无蜡状物絮状分离；–不含水和优良的绝缘性能。第2节冷库制冷技术一、冷库的类型与系统1、冷库的类型（1）按生产用途分为–生产性冷库–分配性冷酷–零售消费性冷酷（2）按围护结构分为–土建式冷库：土木建筑，以稻壳软木、硬聚苯乙烯（PE）或硬聚氨脂（PU）作隔热材料。–装配式冷库：用预制隔热板拼装而成。（3）按温度分为–高温冷库（±5℃）：适合果品蔬菜类保鲜；–中温冷库（－10℃~－5℃）：适合冻结后的食品冷藏；–低温冷库（－20℃~－10℃）：适合冻结后的水产、禽肉类食品的冷藏；–冻结冷库（－23℃以下）：适合在鲜品冷藏前的快速冻结（4）按容积分为–小型冷库：＜500m3–中型冷库：500~1000m3–大型冷库：＞1000m32、冷库制冷系统的组成（1）基本组成部分冷冻压缩机、冷凝器、蒸发器、油分离器、储液器、中间冷却器、水冷却塔、阀门等。水冷式小型氟利昂冷库制冷系统流程图1－蒸发器；2－分液头；3－热力膨胀阀；4－低压表；5－压力控制器；6－压缩机；7－高压表；8－油分离器；9－热气冲霜管；10－截止阀；11－冷却塔；12－冷却水泵；13－冷却水量调节阀；14－冷凝器；15－干燥过滤器；16－回热器；17－电磁阀•压缩机（最关键配件）一般情况下，小型冷库选用全封闭压缩机。中型冷库一般选用半封闭压缩机。大型冷库选用半封闭压缩机。在选用时，也可考虑选用氨制冷压缩机，因为氨制冷压缩机功率大，并可一机多用，但安装及管理比较烦琐。•蒸发器：一般情况下，高温库选用风机为蒸发器，其特点是降温速度快，但易造成冷藏品的水分损耗；中、低温冷库选用无缝钢管制作的蒸发排管为主，其特点是恒温效果好，并能适时蓄冷。•冷凝器：冷凝器有空气冷却、水冷却和空气与水结合的冷却方式。空气冷却只限于在小型冷库设备中应用，水冷却的冷凝器则可用于所有形式的制冷系统。分液头使制冷剂均匀地分配到蒸发器的各路管组中。压力控制器压缩机工作时的安全保护控制装置。油分离器把润滑油分离出来，并返回到曲轴箱去。热气冲霜管定期加热蒸发器而除霜。冷却塔利用空气使冷却水降温，循环使用，节约用水。冷却水泵冷却水循环的输送设备干燥过滤器除去冷凝器中的水份和杂质，防止膨胀阀冰堵或堵塞。回热器过冷液体制冷剂，提高低压蒸汽温度，消除压缩机的液击。电磁阀压缩机停机后自动切断输液管路，起保护压缩机的作用。•中间冷却器的作用中间冷却器是用以冷却两个压缩级之间被压缩的气体或蒸气的设备。制冷系统的中间冷却器能降低低压级压缩机的排气温度（即高压级的吸气温度），以避免高压级压缩机的排气温度过高；还能使进入蒸发器的制冷剂液得到过冷，减少管中的闪发气体，从而提高压缩机的制冷能力。（2）中间冷却器装置在双级氨制冷装置的低压和高压缸之间，使由低压缸排出的热气在经过本器时达到冷却的目的。同时使自贮氨器流经本器中盘管的氨液过冷以增加制冷效应。氟用中间冷却器（3）油分离器•工作的基本原理如下：–利用油的密度与制冷剂气体密度的不同，进行沉降分离。–利用扩大通道截面降低气体流速，造成轻与重的物质易分离。–迫使气体流动方向改变，使重的油与轻的气进行分离。–气体流动撞击器壁，由于粘度不同、质量不同产生的反向速度也不同，促使油的沉降分离。•1）洗涤式油分离器通常用于小型氟里昂制冷系统中2）过滤式或填料式油分离器3）离心式油分离器在筒体上部设置有螺旋状导向叶片，进气从筒体上部沿切线方向进入后，在离心力的作用下，进气中的油滴被分离出来，沿筒体内壁流下，制冷剂蒸汽由筒体中央的中心管经三层筛板过滤后从筒体顶部排出。二、冷库的保温与隔热•冷库的保温材料•聚苯乙烯：墙板•硬聚氨酯：墙板、库门•聚乙烯泡沫塑料板：地坪三、冷库制冷设备的试运转与调试1、准备工作•检查冷凝器冷却系统运行情况•检查压缩机润滑系统•短时间开机检查•检查确认正常后进行试运转2、试运转•试运转应注意的项目：–压缩机的排气压力和排气温度；–制冷剂系统的吸气温度；–压缩机的运转声音；–管路和阀门系统是否有泄漏。3、制冷设备的调试•调试的作用：调整系统运行参数至要求的工作范围。•调试的主要参数：–蒸发压力和蒸发温度–冷凝压力和冷凝温度–压缩机的吸气温度和排气温度–膨胀阀前的制冷剂温度四、冷库制冷设备的操作1、设备启动前的准备2、制冷设备的运行设备运行必须注意观察和记录的事项（p.25）五、冷库制冷设备的安全管理1、安全规范–岗位资格、建立健全制度、熟悉流程、明确标志等（p.26）。2、安全操作•阀门：缓开缓闭，不可满开；液态制冷剂管路两端阀门严禁同时关闭以防“液爆”。•设备检修第3节蒸气压缩式制冷设备一、单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理1.单级蒸气压缩式制冷系统的基本组成•单级蒸气压缩式制冷系统由压缩机，冷凝器，膨胀阀和蒸发器组成。单级蒸气压缩式制冷循环的概念制冷剂在变为蒸气之后，需要对它进行压缩、冷凝、继而进行再次汽化吸热。对制冷剂蒸气只进行一次压缩，称为蒸气单级压缩。压缩：制冷剂蒸气压缩高温高压制冷剂蒸气2.制冷循环过程冷凝：高温高压制冷剂蒸气冷凝成高压常温液体，放出热量2.制冷循环过程节流：冷凝后的制冷剂流经节流元件，压力降低，以利于在低温下蒸发。2.制冷循环过程蒸发：低压湿蒸汽在蒸发器中吸收冷环境热量蒸发形成高温低压蒸气，然后进入压缩机压缩，进入下一轮循环。2.制冷循环过程压缩制冷剂蒸气，提高压力和温度制冷剂液体吸热、蒸发、制冷3、蒸气压缩式制冷系统各部件的主要作用放热，使高压高温制冷剂蒸气冷却、冷凝成高压常温的制冷剂液体得到低温低压制冷剂4、制冷剂的变化过程二、制冷压缩机•制冷压缩机的分类•活塞式制冷压缩机•回转式制冷压缩机•离心式制冷压缩机（一）制冷压缩机的分类1、分类根据蒸气压缩的原理，压缩机可分为容积型和速度型两种基本类型。•容积型压缩机：通过对运动机构作功，减少压缩空间容积来提高蒸气压力，以完成压缩功能。•速度型压缩机：由旋转部件连续将角动量转换给蒸气，再将该动量转为压力，提高蒸气压力，达到压缩气体的目的。2、压缩机的功率和效率•压缩机的指示功率和指示效率：由于压缩机的实际过程和理论过程之间有偏差，实际压缩过程中气缸内所消耗的功率Pi（称为指示功率）比绝热压缩所需之功率Pa要大，两者之间的关系可用指示效率ηi（又称绝热效率）来表示，即：iatPP