制冷原理的学习与应用（转载）

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学习制冷原理是从蒸汽压缩式制冷循环开始的，教材编排一般先介绍理想循环，再介绍理论循环，再介绍实际循环，再介绍回热循环及双级压缩制冷循环和复叠式制冷循环。对于基础差的初学者，看了这些循环概念就绕的头疼，要搞懂就有点不容易了。那么怎样才能学懂制冷原理呢，下面我来谈谈制冷原理的学习方法。我认为，学习制冷原理最基本的是要搞清楚热量是怎么从低温环境转移到高温环境的，即热量转移的道理，然后搞懂如何提高制冷效率。

一、热量是怎样转移的
热量能自发的从高温系统向低温系统转移，而不需要附加任何条件，比如：热水可以自然的放凉。但热量不能自发的从低温系统向高温系统转移，一杯凉水放在桌子上不会自发的热起来。这是自然规律。人工制冷的目的是使热量从低于环境温度的被冷却对象中转移到环境冷却介质中去，并在必要长的时间内维持这个低温。简单的说是要使热量从低温环境向高温环境转移，这个过程不能自发的完成，必须付出一定代价，即要消耗一定的能量，要有一个能量补偿过程。热水可以放凉，但不能凉到比环境温度还低。那么热量怎样才能从低温环境向高温环境转移呢，这主要利用了物质发生相变时伴有吸放热现象的自然物理规律。液体汽化要吸收热量，气体液化要放出热量。正是利用了液体汽化吸热达到了使被冷却物体降温的目的。自然界里一些物质在标准大气压下的沸腾温度一般在0℃以上，但有些合成物质在标准 大气压下的沸腾温度能达到零下几十摄氏度，比如R12的标准沸点为-29.8℃，R22的标准沸点为-41.2℃,R717的标准沸点为-33.4℃,这就为降温到零下温度创造了条件。我们把这类用来蒸发制冷，实现 热量转移的物质叫制冷剂。为了把被冷却物质温度降低，我们把制冷剂节流降压，使其蒸发吸热，这样就达到了降温的目的。但这些制冷剂的合成有一定的成本，释放到大自然也会造成污染和危害，不能使用一次就排放掉，所以要回收，要想办法让其循环制冷，要循环制冷必须让它再液化，这就要用制冷机。蒸汽压缩式制冷机由四大部件构成，分别为压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器。四大部件分别完成四大过程，即压缩过程、冷凝过程、节流过程、蒸发过程。四大部件用管道连接成一个封闭系统，制冷剂在制冷机里面循环流动，通过控制它的状态变化实现热量转移。在蒸发器里降压后的制冷剂液体吸热蒸发变成低温低压蒸气，吸热过程使被冷却物质温度降低，制冷剂蒸汽经压缩机吸入加压后变成高温高压蒸汽送到冷凝器，在冷凝器中对外放热，高温高压蒸汽经冷却冷凝变成高压常温液体，这种高压液体经节流阀节流降压后再送到蒸发器中循环使用。制冷剂在蒸发器中由液体汽化吸收热量，在冷凝器中由蒸汽变为液体放出热量，通过这两个相变过程实现了热量转移，把热量从低温系统转移到了高温系统。可以说，制冷机耗功工作推动制冷剂循环，是实现热量转移的基本条件，制冷剂是热量转移的载体。上述描写应该说清楚了热量是怎样转移的这个问题。

二、如何提高制冷效率的问题
投入一块钱能产生几块钱的效益，这是效率问题，做任何事都讲效率，制冷机的工作也不例外。
1、关于理想循环和理论循环由于一些因素的影响，使制冷机工作过程产生一些损耗，制冷量达不到理想效果，那么什么是理想效果呢？为了便于分析制冷循环过程，我们把一些影响因素忽略不计，这就引出了理论循环的概念，理论循环是认为压缩过程中气体与汽缸壁等没有热交换是等熵过程，吸排气阀片没有压力损失，冷凝过程和蒸发过程中没有压力损失是等压过程，节流过程中没有热损失是等焓过程，在这种假设条件下，只要知道蒸发温度和冷凝温度就很容易在压焓图上画出单级压缩制冷循环过程图，查出各状态点的焓值、比容、密度、温度压力等参数，据此计算出单位质量制冷量、冷凝热、压缩功等指标，用制冷量除以压缩功得出制冷系数，这是个理论能效比，而实际过程有一系列损失，用理论制冷量乘以一个折扣系数得出实际制冷量。这是为什么要提出理论制冷循环的原因。那么为什么要提出理想循环概念呢？因为理论循环的制冷系数还不是最大制冷系数，只有按逆卡诺循环方式进行的制冷循环也就是理想循环得到的制冷系数才是最大制冷系数。用理论循环制冷系数除以理想循环制冷系数得出热力完善度这个指标。它是为了说明理论循环接近理想循环的程度。这就是提出理想循环概念的原因，就是为了得出热力完善度这个指标。综上所述，教材介绍理想循环和理论循环是为了进行效率分析。看实际循环接近理论循环和理想循环到什么程度，比如一份试卷满分是100分，实际上你做不到100分，但你与100分有多大距离看得出来，当然越接近越好，那么导出理想循环和理论循环是为了得出一个比较标准。
2、关于回热循环
  那么回热循环是怎么回事呢？简言之，回热循环是为了提高制冷机的工作效率。所谓回热循环是指用节流前的常温制冷剂液体与压缩机吸入前的低温制冷剂回汽进行热交换，使压缩机吸气的有害过热变成有用过热。节流前的制冷剂液体温度越低，节流过程的闪发损失越小，单位质量制冷量就越大，制冷系数就越高。而制冷剂蒸汽离开蒸发器后，进入压缩机之前与室外大气进行热交换所吸收的热量是无效制冷量，因此而产生的耗功属于浪费，那么用这种低温回气与节流阀前的制冷剂液体进行热交换，就把这部分损耗的冷量进行了有效利用，变有害过热为有用过热。也就是进行冷量回收，这可以提高制冷效率。
3、关于双级压缩制冷循环
双级压缩制冷循环又是怎么回事呢？压缩机的压缩比越小，其排气量就越大，制冷量就越大，反之，制冷量变小。当压缩比大到一定程度的时候，制冷系数就太小了，机组运行能耗大，产冷量小，不划算，这个时候就用两台压缩机接力来升高排气压力，低压级压缩机将蒸发器中的低温低压蒸汽先压缩到中间压力，冷却后高压级压缩机再吸入中间压力蒸汽压缩到冷凝压力。也就是说从蒸发压力到冷凝压力经过了两次压缩。每一级的压缩比降低，提高了制冷系数。得到比较高的能效比。蒸发压力不变，夏季环境温度高了后，冷凝压力升高，使压缩比升高，一般氨机绝对压力比高于8，氟机高于12时，就要采用两级压缩制冷循环。双级压缩制冷循环一般适用于降温要求在-18度以下的制冷系统。这样才能提高制冷机的工作效率。
4、关于复叠式制冷循环
那么复叠式制冷循环是怎么回事呢？ 日常生活中，我们一般的低温要求在零下二三十摄氏度就可以了，使用是中温中压制冷剂，如果要求降温到-70℃以下，对于中温中压制冷剂，就接近其凝固点了，制冷剂凝固了，就无法完成制冷循环了。此外，中温中压制冷剂即使不凝固的，在-70℃以下其蒸发压力也是负压，工作起来压缩比很大。就无法满足制冷要求了。这时候要想其他办法降温。  

我们先谈谈制冷剂的分类，制冷剂按工作温度压力分为三大类，即低温高压制冷剂，中温中压制冷剂，高温低压制冷剂。就是说制冷剂的标准沸点越低，在常温下其冷凝压力越高。那么要想得到很低的蒸发温度，中温中压制冷剂办不到，使用低温高压制冷剂，其蒸发温度是很低，但在常温下，其冷凝压力高得不得了。导致压缩比很高，制冷效率低，即使采用多级压缩，压力容器的安全也是问题。为了解决这个问题，科学家发明了复叠式制冷循环。所谓复叠式制冷循环，就是为了得到更低的蒸发温度，使用两套制冷机组叠加起来使用，用低温高压制冷剂机组作低温级机组，用中温中压制冷剂作为高温级机组。低温高压制冷剂能得到很低的蒸发温度，但常温下冷凝压力太高，想办法降低其冷凝温度就可以降低其冷凝压力，用中温中压制冷剂机组的蒸发器制冷为低温高压制冷机组的冷凝器降温，低温级的冷凝压力就降下来了，从而达到低温制冷的目的。这就是复叠式制冷循环。

三、围绕提高制冷效率的制冷机维护问题
制冷机组设计完成后在使用过程中，在工况不变的情况下，按说理论上其制冷效率就一定了，但制冷机组的使用条件随时会发生变化，这必然会引起工作效率的变化，日常维护就是要保持其稳定的工况，使其制冷效率维持最高。通过制冷循环压焓图来分析，当蒸发压力一定时，冷凝压力升高，单位质量制冷量下降，冷凝压力降低，单位质量制冷量上升。当冷凝压力一定时，蒸发压力上升单位质量制冷量上升，蒸发压力下降则单位质量制冷量下降。也就是说在保证降温工艺要求的情况下，蒸发压力越高越好，冷凝压力越低越好。反之，则制冷效率下降。那么制冷机在工作过程中，什么因素会导致蒸发压力降低，冷凝压力升高呢？这要将蒸发过程和冷凝过程分开来分析。在蒸发过程中，为了达到降温要求有个设定的蒸发温度和对应的蒸发压力，但当蒸发器工作不正常时，蒸发压力会降低，主要有下列因素：
1、制冷剂供液不足；
2、蒸发器外部结冰、结霜或积灰；
3、蒸发器内部有油；
4、对于强制对流降温系统，载冷剂流量不足，如冷风机风量不足，盐水池盐水流动量太小；
5、其它  
在冷凝过程中，导致冷凝压力升高主要有下列因素：
1、冷凝器中流动的冷却介质进入温度太高，流量不足；
2、冷凝器中有空气；
3、冷凝器中存有太多的制冷剂或润滑油，导致冷凝面积减小；
4、冷凝器表面有灰或水垢；
5、其它。
蒸发过程和冷凝过程的维护主要围绕上述环节展开。此外压缩机高低压窜气、余隙容积过大、吸排气压力损失太大都会使功耗增加而制冷量下降。导致工作效率降低。学习制冷原理是为了应用。

转载自互联网

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谢楼主，学习了。

xuxinxuexi

学习了，谢谢楼主分享。