导图社区 制冷
空调用制冷思维导图,制冷一采用人工的方法,是某一物体或空间 达到比环境介质更低的温度,并保持这个低温。
编辑于2024-05-13 07:57:39制冷
绪论
制冷—采用人工的方法,是某一物体或空间 达到比环境介质更低的温度,并保持这个低温
人工冷源/天然冷源
普通制冷/低温制冷(120K)
q0=h1-h2=cp(T1-T2)
1)液体气化吸热效应实现制冷:蒸汽式制冷 蒸汽压缩式、蒸汽喷射式、吸收式
r=h2-h1=T(s2-s1) r:液体的气化潜热 h1,h2分别为饱和液体、饱和气体的比焓
制冷量q0=r(1-x) x:干度 x=(hx-hf)/(hs-hf)
2)利用气体膨胀产生冷效应实现制冷(气体膨胀制冷) 理想气体的逆向循环,最早采用定压循环 压缩机(等熵压缩)-空气冷却器-膨胀机(等熵膨胀)-冷室(定压)
3)利用半导体的热电效应实现制冷(热电制冷) 帕尔贴效应:用两种不同导体联接成闭合环路,并在环路中接入直流电源,当有电流通过环路时, 则一个联接点的温度就会降低成为吸热端(冷端),另一个联接点的温度就会升高成为(热端),
应用:
空气调节的冷源,食品工业,石油化学工业,产品性能试验及科学研究,医疗卫生方面
蒸汽压缩式制冷的热力学原理
热力学基本定律
第一定律:具有能量,传递过程能量数量不变
第二定律:机械能→热,热不能完全→机械能 低温→高温, 需要补偿(机械能,电能/热能)
逆卡诺循环
两个等温,两个绝热
制冷系数ε=q0/w0 ε影响因素:低温热源温度T0,高温热源温度Tk 被冷却物T0越高,冷却剂Tk越低,ε越高 T0变化比Tk变化影响大
供热系数μ=qk/w=ε+1
热力完善度:η=ε/εc(实际ε/可逆循环εc)
经济性比较: T0,Tc相同→ε,η等价 T0,Tc不同→η有意义
劳伦兹循环 (具有变温热源的理想制冷循环)
平均当量温度
单级蒸气压缩式制冷的理论循环
湿蒸气区域
理论循环存在问题
无温差传热难以实现 液体膨胀机所获的的膨胀功小,且难以制造 湿压缩
工作原理
压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器
压缩、放热、节流、吸热
压缩机是“心脏”:压缩输送制冷剂的目的 节流阀对制冷剂起节流降压作用,同时调节进入蒸发器的制冷剂流量 蒸发器是吸收热量(输出冷量)的换热设备 冷凝器是输出热量设备
理论循环
假设
压缩过程—等熵 无温差传热 无流动阻力损失 制冷剂流经节流阀,流速变小,与外界无热交换
理论循环与理想循环相比
1)节流阀代替膨胀机
节流损失(制冷系数下降) (随节流前后温差变化,与制冷剂物性有关)
节流损失越大
饱和液体线越平缓(液态制冷剂的比热容越大)
制冷剂得比潜热越小
冷凝压力pc接近临界压力pkr
2)干压缩代替湿压缩
制冷系数减小
过热损失
单级蒸汽压缩式制冷理论循环的热力计算
p-h图
过冷液体区 湿蒸汽区 过热蒸汽区
等压线、等焓线、等温线、 等熵线、等容线、等干度线
first:确定工作状态(蒸发温度te、冷凝温度tc, 液体节流前温度t3、压缩机吸气温度t1)
理想循环 热力计算
单位质量制冷量
q0=h1-h4=h1-h3
q0=rc(1-x4)rc:蒸发温度时的气化潜热;x4:节流后制冷剂蒸汽的干度
单位容积制冷量
qv=q0/v
单位理论压缩功
w0=wc=h2-h1
单位冷凝负荷
qc=h2-h3
制冷系数
ε0=q0/w0=(h1-h4)/(h2-h1)
质量流量/体积流量
qm=Q0/q0
qv=qmV1
冷凝器的热负荷
Qc=qmqc=qm(h2-h3)
压缩机所需的 理论功率
Pt=qmw0=qm(h2-h1)
热力完善度
η=ε0/εc=(h1-h4)/(h2-h1)×(Tc-Te)/Te
比焓、比熵基准:0℃饱和液体比焓h=200kJ/kg,比熵s=1.00kj/(kg·K)
液态制冷剂的过冷 和回气过热
过冷
节流前后温度差(蒸发器/冷凝器温度差)→节流损失→制冷系数降低
过冷→减小节流损失(再冷却器)
ε0g=ε0+(cp△tg)/(h2-h1) ε0g—过冷循环制冷系数 cp—制冷剂液体的平均定压热容 △tg—再冷温度,与外部条件有关 cp/(h2-h1)—与制冷性质有关
过热 (蒸气有害过热)
单位理论功增加 单位制冷量相同 进入压缩机比体积增大→质量输气量减小,单位制冷量不变→单位容积制冷量,制冷系数下降 单位冷凝负荷增加 压缩机排气温度升高
实际中:适当的过热度,防止湿压缩
回热循环
回热器(气液换热器)
只有Te·cp>q0才能提高经济性
对于R12和R290制冷剂回热循环是有利的 对于氨、R21和R134a等制冷装置,经济性反而降低
优点:①防止液击②提高吸气温度,减轻或避免吸气的有害过热, 减轻吸入蒸气与气缸壁之间的热交换,提高输气系数 ③对于低温下的压缩机,可以改善润滑条件
单级蒸汽压缩机制冷的实际循环
实际循环不是绝热过程 冷凝和蒸发过程都是在有传热温差下进行 制冷剂通过管道、吸排气阀门和其他设备时存在压力损失
工作参数的确定
制冷量Q0
蒸发温度te
冷凝温度tc
过冷温度tg
压缩机吸气温度t1
制冷剂与载冷剂
制冷剂
要求
对热力学性质要求
蒸发压力和冷凝压力适中
单位容积制冷量qv要大
临界温度高,凝固温度低
等熵指数宜低一点
相对分子质量(离心式—稍大)
对物理化学性质要求
溶油性
溶水性(冰塞)
制冷剂的密度、粘度要小
制冷剂的热导率和表面传热系数要高
具有化学稳定性
其他要求
对人可好生态环境无危害,不具有毒性、窒息性和刺激性
制冷剂应价格便宜且易于获得
种类及代号
四类:无机化合物、烃类、卤代烃、混合工质
GB 7778—2001→字母R表示制冷剂
无机化合物:R+7+相对分子质量的整数部分
卤代烃:
饱和碳氢化合物通式:CmH2m+2
氟利昂分子通式:CmHnFxCIyBrz 2m+2=n+x+y+z R+(m-1)+(n+1)+x+B+z
混合工质
共沸混合工质
R+5+使用顺序编号
非共沸混合工质
R+4+先后顺序编号
烃类
烷烃类与氟利昂相同
对于乙烯,丙烯等R+1+与氟利昂相同
高温(低压)制冷剂、中温(中压)制冷剂、低温(高压)制冷剂
常用制冷剂及性质
氨
良好的热力性能
较强的溶水性
微溶于润滑油
定期排油
对臭氧层无破坏
缺点:毒性较大、可以燃烧、爆炸
适用:大型冷藏库
氟利昂
无味、不易燃烧、毒性小
含氯氟利昂与明火接触,能分解剧毒
渗透性强、易于泄露
传热性能差
密度大、粘度大、流动性差
等熵指数小,压缩终温低
单位容积制冷量小
大多溶油不溶水
防止“冰塞”,设置干燥器
对金属无腐蚀,对天然橡胶和塑料有浸蚀作用
制冷剂
概念:中间物质,在蒸发器内被冷却降温,利用它去冷却被冷却物
要求
在使用温度范围内应不凝固、不气化
无毒、化学稳定性好、对金属不腐蚀
比热容大
密度小、粘度小
热导率大
来源广泛、价格低廉
水
盐水溶液
冰盐合晶点
冰和盐共同达到的最低共熔温度
通常对应的凝固温度比制冷剂的蒸发温度低5℃
防腐剂+缓蚀剂 1m3氯化钙盐水溶液+1.6kg重铬酸钾+0.45kg氢氧化钠 1m3氯化钠盐水溶液+3.2kg重铬酸钾+0.89氢氧化钠
有机化合物的水溶液
制冷压缩机
活塞式制冷压缩机
工作原理
压缩、排气、膨胀(余隙容积内气体膨胀)、吸气
分类
按制冷量大小:大、中、小型
按压缩机的级数:单级/多级压缩
按气缸的布置形式:卧式、直立式、角度式
按电动机和压缩机的组合形式:开启式、封闭式(半封闭/全封闭)
构造
机体、电机、活塞及曲轴连杆机构、气缸套及进排气阀组、润滑系统、容量调节装置
润滑油→减少摩擦、带走摩擦热、减少泄漏
供油方式:飞溅式供油、压差式供油、离心式供油、油泵供油
性能及计算
理想过程 理论输气量
没有余隙容积 吸、排气没有损失 压缩过程,气体与气缸壁没有热量交换 没有泄露
实际工作过程 输气系数
有余隙容积 吸、排气有损失 压缩过程,气体与气缸壁有热量交换 部分泄露
λ=qV,s/qV,th(实际/理论)
λ=λvλpλTλm λv—余隙系数—与余隙容积和(p2/p1)有关 λp—节流系数—吸、排气阀阻力影响 λT—预热系数—Te/Tc λm—气密系数 经验公式p64
制冷量 耗功率
Q0=(λqV,th/v1)q0
η=Pt(理论)/Pl(实际)
特性及工况
COP:单位轴功率制冷量 COPe=Q0/Pe=(Q0/Pt)η1ηm
讨论λ=1,η1=ηm=1—理论循环,冷凝温度/蒸发温度→影响压缩机
结论:对于活塞式压缩机:降低冷凝温度或提高蒸发温度总是有利的
离心式制冷压缩机
原理:依靠气体动能的改变来提升压力
组成:叶轮、扩压器、蜗壳、吸气室
分类:开启式/封闭式
特性
能量调节
特点
螺杆式制冷压缩机
工作原理:容积变化—转子旋转运动
构造:转子、机体、吸排气端座、滑阀、主轴承、轴封、平衡活塞
能量调节
特点
缺点
滚动转子式、涡旋式及斜盘式制冷压缩机
冷凝器和蒸发器
冷凝器
水冷式
卧式壳管式冷凝器 立式壳管式冷凝器 套管式冷凝器
空气冷却式 (风冷式冷凝器)
自然对流
强迫对流
蒸发式
传热平均温差
△tm=(t2-t1)/In(tk-t1)/(tk-t2)
蒸发器
种类(制冷剂的供液方式)
满液式
立管式
螺旋管式
卧式壳管式
非满液式
干式壳管式、直接蒸发式空气冷却器、冷却排管
循环式
氨泵供液冷藏库制冷系统用
淋激式
吸收式制冷用
种类(被冷却介质种类)
卧式壳管式蒸发器
干式壳管式
水箱式蒸发器
冷却空气蒸发器
冷却排管
冷风机蒸发器
传热分析
表面式换热设备Q=KA△tm
冷凝器
影响制冷剂侧蒸汽凝结传热的因素
制冷剂蒸汽流速和流向
传热壁面粗糙度的影响
制冷剂蒸汽中含空气或其他不凝性气体影响
制冷剂蒸气中含油对凝结传热的影响
冷凝器构造形式的影响
影响冷却介质侧传热因素
冷却介质种类
流速
油污、泥沙等
蒸发器
制冷剂液体的物理性质
热导率、密度、粘度、表面张力等—对沸腾传热系数有直接关系
制冷剂液体润湿能力的影响
制冷剂沸腾温度的影响
蒸发器构造的影响
节流装置和辅助设备
节流装置
作用:
将冷凝器或贮液器中冷凝压力下的饱和液体, 节流后降至蒸发压力和蒸发温度
根据负荷的变化,调节进入蒸发器制冷剂的流量
节流机构
手动节流阀 (手动调节阀/膨胀阀)
浮球节流阀
直通式
非直通式
热力膨胀阀
原理:蒸发器出口处制冷剂蒸气过热度的变化调节
内平衡
外平衡
热电膨胀阀
毛细管
辅助设备
润滑油的分离及收集设备
油分离器
洗涤式
离心式
填料式
过滤式
集油器
只适用于氨制冷剂系统
制冷剂的贮存及分离设备
贮液器
高压贮液器:与冷凝器安装一起,贮存冷凝器来的高压液体
低压贮液器:仅用于大型氨制冷装置使用 一种用于蒸发器融霜或制冷设备检修 另一种为氨泵供液
气液分离器
立式
卧式
制冷剂的净化设备及安全设备
不凝气体来源
安装或检修制冷设备后,系统抽空不彻底
补充润滑油、制冷剂或者更换干燥剂、 清洗过滤器时,空气混入
蒸发压力低于大气压,空气渗入
制冷剂及润滑油在高温下分解
金属材料被腐蚀
不凝气体分离器
套管式
盘管式
直立安装
水平安装
过滤器
气体过滤器
安装:压缩机吸气管路或压缩机的吸气腔
液体过滤器
安装:一般装在调节阀或自动控制阀前
干燥器
只用于氟利昂制冷系统
制冷剂含水过多引起水解,金属腐蚀, 产生污垢,使润滑油乳化
“冰塞”
安装于节流阀前
安全设备
安全阀
易熔塞
应用于氟利昂制冷设备或容积较小的压力容器
紧急泄氨器
其他辅助设备
液流指示器
回热器
中间冷却器
过冷器
制冷系统的控制器件及其自动控制
制冷系统的自动阀门
电磁阀
直动式电磁阀
导动式电磁阀
主阀
液体常闭型主阀
气体常闭型主阀
气用常开型主阀
恒压阀
正恒阀
反恒阀
冷却水量调节
止回阀
电动调节阀
制冷系统常用控制器
温度控制器
压力控制器
压差控制器
液位控制器
水流控制器
自动控制
蒸发器供液量自动控制
温度的自动调节
制冷系统自动保护及安全控制
排气、吸气压力保护
油压保护控制
端水保护控制
电动机保护控制
空调用制冷系统自动控制
冷藏库的库温调节与控制
两级压缩和复叠式制冷
压缩比增大引起问题:
1)压缩机的输气系数降低,压缩机不能吸入气体
2)压缩机排气温度升高,润滑条件变坏,增加润滑油的消耗 当排气温度接近润滑油的闪点温度,部分润滑油碳化
3)节流损失增大,单位制冷制冷量和制冷系数降低
两级压缩循环
一、蒸发器中的制冷剂蒸气先在低压级压缩机中压缩, 当被压缩到中间冷却器压力时,在中间冷却器中冷却
二、再进入高压级压缩机压缩到冷凝压力
种类
一级节流
两级节流
中间完全冷却
中间不完全冷却
一级节流中间完全冷却的两级压缩制冷循环
一级节流中间不完全冷却的两级压缩制冷循环
热力计算
1)制冷剂及循环型式的选择—蒸发压力不能太低, 冷凝压力不能太高—NH3,R22
2)工作参数的确定
3)热力计算
复叠式制冷
吸收式制冷
适用:余热可利用的场合
工质:两种沸点相差较大的组织组成的二元溶液 低沸点的物质—制冷剂,高沸点物质—吸收剂
“工质对” 1)氨吸收式制冷装置,工质为:氨-水溶液;氨为制冷剂,水位吸收剂 2)溴化锂吸收式制冷装置,工质为:溴化锂-水溶液;水为制冷剂,溴化锂为吸收剂
溴化锂吸收式制冷装置
溴化锂主要特点: 1):溴化锂水溶液具有很强的吸湿性 2)溴化锂水溶液的温度过低或溴化锂的质量分数过高,均容易发生结晶 3)溴化锂溶液对一般金属材料具有较强的腐蚀性,且产生不凝气体 4)溴化锂水溶液具有无毒、入口有咸味,对人体无损害的特点
原理:利用溴化锂水溶液具有在常温下强烈的吸收水蒸气, 在高温下有能将吸收的水分释放出来的特性, 以及水在真空状态下蒸发时, 具有较低的蒸发温度和吸热效应来实现制冷
设备:发生器、冷凝器、节流阀、蒸发器、吸收器等设备组成
制冷机循环/吸收剂循环
热力计算
附加措施
防腐蚀技术措施
能量增强技术措施
辅助设备
溶液换热器
抽气装置
屏蔽泵
U形管
三通阀
自动溶晶管
种类
按用途分
冷水机组
冷热水机组
热泵机组
按驱动热源分类
蒸汽型
直燃型
热水型
按驱动热源的利用方式分类
单效
双效
多效
按溶液循环流程分类
串联流程
并联流程
串并联流程
按机组结构分类
单筒型
双筒型
三筒或多筒型
几种形式
单效溴化锂吸收式制冷装置
双效溴化锂吸收式制冷装置
直燃式溴化锂吸收式冷热水机组
溴化锂吸收式制冷装置特点
水为制冷剂,溴化锂为吸收剂
对热源要求不高
运行平稳
结构简单、制造方便
真空状态运行,无爆炸危险
操作简单,维护保养方便,易于实现自动化运行
在10~100%范围内实现自动、无极调节
对密封要求严格
热力系数低
溴化锂价格昂贵,初投资高
一般只能制取5℃以上的冷水, 多用于空气调节及一些生产工艺用冷冻水
对外界排热量大,冷却水消耗量大