第十一章 船舶制冷装置(1)
11.01船舶制冷装置
第一节
船舶制冷装置
概述
制冷(Refrigeration)在船上的应用
1.伙食冷藏
2. 空气调节
3. 冷藏运输: 冷藏船、冷藏集装箱 4.其他: 渔船、液化气船、军舰等
一、食品冷藏条件 1.食品腐坏的原因 1)微生物(细菌、霉菌、酵母菌)活动的结果 食品保存方法： 盐腌、干制、熏腊、真空保藏、冷藏法等 温度 细菌繁殖 -20oC:10%汁; -60oC:全冻 冷却:0~5oC 冷冻:-10~-12oC(<三个月); -18~-20oC(6~12个月) 速冻:-23~-30oC,细胞膜不破损 2)蔬菜、水果呼吸熟烂 低温可抑制呼吸 气调储藏可抑制呼吸,延长库存时间0.5~1倍 CO2: 2~8%(大气中0.4%)、 O2: 2~5%
食品在冷藏期间会发生干缩现象。 影响因素: 温度、相对湿度、空气流速、食品 包装、进库热量(Ozone)在冷藏中的应用 抗霉剂 对冷库消毒、杀菌方法 消毒剂 臭氧发生器
作用机理： O3 O2 + [O]
强氧化剂,使微生物死亡
杀菌
作用
奶类、脂类制品(被氧化)
抑制水果呼吸
对鱼类除臭
禁用 绿叶菜(破坏维C) 3O2 2O3
产生： 臭氧发生器(高压放电):
三、机械制冷方法
气体膨胀制冷 机 械 制 冷 蒸发制冷 蒸气压缩式制冷 吸收式制冷 蒸气喷射式制冷 半导体制冷 潜艇、医疗器械、小型空调
飞机空调、气体低温液化
2.菜库(高温库)冷藏条件 温度:0~5oC
相对湿度:85~90% 太低,干耗大;太高,易霉 烂 温、湿度和气体成分宜均匀
果蔬冷藏舱、冷藏集装箱换气次数为每昼夜 2~4次(每换一个舱容新鲜空气为一次)
伙食冷库常存取食品,无需专门进行换气
制冷装置概述
第 1节 三、机械制冷方法
概述
武汉理工大学
1.蒸发压缩式制冷——利用液体蒸发气化时吸收气化潜热的原理来制冷， 并通过将气体压缩使其在环境温度下还原为液体，实现制冷循环。
武汉理工大学
2.吸收式制冷——利用液体蒸发气化时吸收气化潜热 的原理来 制冷，并用吸收剂将制冷剂还原为液体，实现制冷循环。 3.蒸气喷射式制冷——利用蒸气喷射器使水表面产生 极低压， 让水汽化吸热，实现制冷循环。
第 1节 二、食品的冷藏条件
概述
武汉理工大学
1. 果蔬及蛋乳类食品的冷却及其冷藏条件： 食品的冷却是使食品的温度降低到接近于冰点，以抑制微生物 的活动，并抑制水果、蔬菜的呼吸、延缓其成熟。 各种食品的贮藏温度、湿度要求不同，湿度过小会使食品干缩 湿度过大会使食品容易发霉腐坏。 船舶伙食的菜库和乳品库等习惯称为高温库。温度保持在0— 5℃之间，相对湿度85％～90％。温、湿度不宜有较大波动，库内各 处要求温度均匀。 为保持蔬菜和水果合适的气体成分，需要换气换气次数，以更换 了多少个舱室容积的新鲜空气来表示。 果蔬类舱或集装箱的换气次数为每昼夜2～4次。船舶伙食冷库 因经常存取食品，无需专门进行换气。
第 1节
概述
武汉理工大学
“气调储藏”法——对新鲜的水果和蔬菜采用 指在冷藏的同时将冷库内O2和CO2含量控制在规定的范围内 一般CO2浓度控制在2％～8％之间。O2浓度控制2％～5％之间其 储藏期比普通冷藏库延长0.5～1倍。 2．肉类食品的冻结和冷藏条件 冻结就是使其温度降低到大部分汁液冻结的程度，这样可更有效 地抑制微生物的活动冻结食品储藏期比冷却食品长得多 肉类食品冻结一般分为: 缓慢冻结——会使细胞膜内大部分水分冻结形成较大冰晶水 转变成冰时，体积增大，造成细胞膜破裂食品解冻时，冰晶融化成 水，食品汁液流失使食品失去或减少其原有的鲜味和营养价值 快速冻结——形成细小冰晶，对食品品质影响小保持冻结温 度为-23～-30℃，冻结速度为2～5cm／h，其冻结后品质与新鲜时 相近。
841第11章 船舶制冷装置
第11章船舶制冷装置第1节船舶制冷的理论知识106题考点1：冷库冷藏条件A.关于冷库冷藏的下列说法中错误的是_________。
A．高温库的相对湿度应比低温库大 B．菜、果库需要通风良好C．即使－18～－20℃低温，食品中的液体也未全部冻结D．漏入库内热量多，会导致冷藏食物损失水分多D.冷库的“换气次数”是指_________。
A．开门次数 B．风机启动次数 C．风机通风量/冷库容积 D．进库新鲜空气风量/冷库容积C.下列各库中对通风要求较高的是_________。
A．鱼库 B．肉库 C．菜库 D．干货库D.冷库内气体成分会影响食品保存时间的是_________库。
A．鱼 B．肉 C．蛋、奶 D．菜、果C.二氧化碳浓度对_________库食物保质时间有影响。
A．鱼 B．肉 C．菜 D．A和B和CD.长航线船舶鱼、肉库库温以_________为宜。
A．0℃以下 B．－8～－10℃ C．－10～－12℃ D．－18～－20℃C.短航线船舶鱼、肉库库温以_________为宜。
A．0℃以下 B．－8～－10℃ C．－10～－12℃ D．－18～－20℃D.在下列冷库中：Ⅰ.菜库、Ⅱ.鱼库、Ⅲ.肉库、Ⅳ.干货库，_________属“低温库”。
A．Ⅱ B．Ⅲ C．Ⅳ D．Ⅱ、ⅢD.在下列冷库中：Ⅰ.菜库、Ⅱ.鱼库、Ⅲ.肉库、Ⅳ.干货库，_________属“高温库”。
A．Ⅱ B．Ⅰ C．Ⅳ D．Ⅰ、ⅣD.关于食物冷藏，下列说法中不正确的是_________。
A．臭氧不适于油脂类食品 B．低温冷藏不能杀灭细菌C．湿度过高对0℃以上食品保存不利 D．对冷库湿度的要求与空调相似D.臭氧的杀菌消毒作用是因其_________。
A．毒性大 B．有强碱性 C．有强酸性 D．易分解出有强氧化作用的单原子氧C.臭氧是一种_________。
A．氧化物 B．氧的同位素 C．分子为O3的气体 D．带臭味的氧气D.冷库在需要时靠_________产生臭氧。
船舶制冷装置实例
11-9 船舶制冷装置实例(2)
当蒸发温度为一28℃，冷凝温度为40℃时每台机组 的制冷量为6．9kW 装置设计条件为气温35℃、冷却水温32℃ 压缩机用V型皮带传动，排气阀为环片阀 能量调节采用气动启阀式卸载机构，可调的各级能 量为100％—66％—33％—0％ 滑油泵为转子泵，正常工作时应保证油压比吸气压 力高0.3～0.5MPa 系统装有12L2 SHELL 32K冷冻机油 膨胀阀选用Danfoss TX2-0.7，R22专用，制冷量为 2．4kW
在冷凝器上设有应急释放阀兼安全阀
冷却水量调节阀装在冷凝器的出水管路上，使压缩机 的排气压力控制在1.0MPa以上 压缩机启停由低压继电器控制，系统中还设有高压保 护继电器和油压差继电器
11-9 船和莱库回气管上装有直动式蒸发压力调节阀 两个低温库回气管路上则装有止回阀 压缩机和滑油分离器装在冷凝器上，组成压缩冷凝 机组 冷却水由专用冷却水泵供给，应急时也可由海水压 力柜或主机冷却水系统供应 运行时可以一台工作一台备用，也可以两台同时工 作，压缩机排气温度控制在130℃以下 在各冷库蒸发器的供液管上都设有供液电磁阀，分 别由各库的RT34型温度继电器控制
11-9 船舶制冷装置实例(4)
该系统采用电热融霜，融霜的起始指令、融霜时间及 时间间隔由融霜定时器控制
为防止融霜时间过长，在融霜定时器中插人温控终止功能， 这样，在霜层较薄时可提前结束融霜,融霜时也可根据实际情 况进行手动操作 当机舱发生火灾时，可以及时将系统中的制冷剂释放到舷外， 以防爆炸和产生剧毒气体
第九节
船舶制冷装置实例
11-9 船舶制冷装置实例(1)
一、船舶伙食冷库制冷装置
《船舶制冷装置》课件
点是制 冷效率相对较低， 需要定期维护
工作原理：利用热电效应产生制冷效果 特点：结构简单，体积小，重量轻，易于安装和维护 应用范围：适用于小型船舶、游艇等 优点：无噪音，无振动，无污染，节能环保
工作原理：利用蒸汽喷射原理，将 低压蒸汽转化为高压蒸汽，实现制 冷效果
利用效率
环保性：减少 制冷装置对环 境的影响，符 合环保法规要
求
舒适性：保证 船舶内部环境 的舒适度，满 足船员和乘客
的需求
可维护性：便 于制冷装置的 维护和维修， 降低维护成本
适应性：适应 不同船舶类型 和航行环境的 需求，提高制 冷装置的通用
性
优化制冷剂选择：选择高效、环保的制冷剂，提高制冷效率 优化制冷系统设计：合理设计制冷系统，提高制冷效率和稳定性 优化制冷设备选型：选择高效、节能的制冷设备，降低能耗
特点：结构紧凑、 体积小、重量轻、 安装方便、运行 稳定、效率高、 噪音低、使用寿 命长。
应用范围：广泛 应用于船舶、汽 车、空调等领域。
发展趋势：随着 科技的发展，压 缩式制冷装置的 性能和效率不断 提高，应用范围 也越来越广泛。
工作原理：利用吸 收剂和制冷剂的相 互作用，实现制冷 效果
特点：结构简单， 运行稳定，噪音 低，节能环保
船员生活区：提供舒适的生活环境
船舶空调系统：提供舒适的船内环境
船员工作区：提供适宜的工作环境
船舶冷冻系统：提供冷冻食品的储存和 运输
节能环保：采用高效节能的制冷技术和设 备，降低能耗和污染排放
智能化：实现制冷系统的智能化控制，提 高运行效率和可靠性
模块化：采用模块化设计，便于安装、维 护和升级
绿色制冷剂：采用环保型制冷剂，减少对 环境的影响
冷凝器：将高温高压的制冷 剂冷却成低温高压的液体
船舶制冷装置
§2、单级蒸汽压缩式制冷循环 §3、制冷剂 §4、载冷剂
§5 活塞式制冷压缩机 §6、船舶制冷装置的自动化元件
1
§1 制冷概述
制冷就是创造一个人工冷却工况，在一定时间和空间内将物体 或流体冷却，使其温度降到环境温度以下，并保持恒定低温状 态。制冷的温度范围如下：
1．120K以上，普通制冷。 2．120-20K，深度制冷。
2 2’ 1 1’
h
19
主讲 赵伟
19
实际循环与理论循环的比较图
中回
p
降热 压器
经排气阀的压降过程
冷凝器中压降冷却
3
2
多变压
4
1
缩过程
有压力损失和传热温差
经吸气阀的压降 和加热过程
吸气管与回热器中有压降及过h热
20
主讲 赵伟
20
§3、制冷剂
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。
3．通风因素
对于冷藏温度在冰点以上的食品，特别是新鲜的蔬菜和水果，
它们在贮运中不断散发水分和二氧化碳等气体，为保持库内合适
的湿度和气体成分，并使库内各处温度和湿度分布均匀， 则需
要通风换气。（气调储存）增加ＣＯ２ ２～８% 减少Ｏ２ ２～５%，
菜、果库每天换气2～4次，（换气一个舱容为一次），通风机使空气浓度均
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。
第十一章 船舶制冷装置
第十一章
第五节 制冷装置热交换器及附属设备
1-压缩机；2-冷凝器；3-贮液 器；4-热力膨胀阀；5-蒸发器； 6-干燥器；7-气液换热器；8滤器；9-压力继电器；10-电 磁阀；11-温度继电器；12-吸 入截止阀；13-排出截止阀； 14-水量调节阀；15-背压阀； 16-滑油分离器；17-浮球式自 动回油阀；18-手动回油阀； 19-冷剂钢瓶；20-冷凝器出液 阀；21-贮液器出液阀；22-充 剂阀；23-冷剂钢瓶阀；24-止 回阀； 25-吸入截止阀上的多 用通道；26-排出截止阀上的 多用通道；27-冷凝器进口； 28-安全阀；29-平衡管
第十一章
第二节 制冷剂、载冷剂和冷冻机油
一、制冷剂
制冷剂又称制冷工质，它是在制冷系统中不断循环并通过 其本身的状态变化以实现制冷的工作物质。
氨
氟利昂
船舶常用制冷剂
第十一章
第二节 制冷剂、载冷剂和冷冻机油
二、载冷剂
在以间接冷却方式工作的制冷装置中，将被冷却物体的热 量传给正在蒸发的制冷剂的物质称为载冷剂。
第十一章
第五节 制冷装置热交换器及附属设备
一、冷库冷却方式
直接冷却
蒸发器由装在冷库 四周和悬挂在舱顶的蒸 发盘管组成，冷剂液体 经膨胀阀流入盘管，在 其中蒸发吸热，直接对 冷库空间进行冷却。
图11-14 直接冷却式制冷装置
1-冷库；2-蒸发盘管；3-压缩机； 4-冷凝器；5-膨胀阀
第十一章
第五节 制冷装置热交换器及附属设备
在一定压力下，温度低于相应饱和温度的液体。
6. 过冷度：饱和蒸汽温度ts- 过冷液体温度t。 7. 汽化潜热 (latent heat) ：
第十一章
第三节 蒸汽压缩制冷工作原理
船舶辅机教案10-船舶制冷装置(上)
再其后介绍冷冻机油的作用和要求。
最后介绍制冷压缩机，包括活塞式和螺杆式制冷压缩机，可以回顾先前所讲的空压机及螺杆泵，进行对比讲解。
本次课由于部分内容在其他专业课学过，并且和学生生活很贴近，所以可以采用较多的互动、提问及让学生上台讲授的方式进行，充分调动学生的学习热情。
教学后记：
船舶制冷装置的内容很多，既有专业理论的分析，又有机械装置的具体结构学习，其中单级蒸气压缩制冷还在工程热力学中学过，因此，在课堂上要规划好上课的内容和时间配置，做到张驰有度。
教学方法
辅助教学
时间分配
教学方法
教学进程
备注
10mins
5 mins
30mins
20 mins
25 mins
互动
提问
图片
1.船舶制冷装置概述
2.蒸气压缩式制冷装置的工作原理
3.制冷剂、载冷剂和冷冻机油
4.制冷压缩机
教学重点和难点：
重点1：压焓图及图上各种参数线
重点2：单级蒸气压缩式制冷的理论循环和实际循环的区别
重点3：单级制冷压缩机的工况和特性
难点1：压焓图及图上各种参数线
难点2：制冷压缩机工况参数对制冷工作的影响
难点3：螺杆式制冷压缩机的工作原理
授课内容
船舶制冷装置（上）
周次
授课时间
授课课时
班级
授课地点
教学课型
课堂教学目标和要求（掌握、熟悉、了解、自学）：
1.了解食品的冷藏条件和机械制冷的方法
掌握蒸气压缩式制冷的工作原理
3.了解制冷剂、载冷剂和冷冻机油的要求、种类和理化性质
4.了解活塞式制冷压缩机和螺杆式制冷压缩机的结构和工作原理
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第十一章船舶制冷装置marine refrigerating plant 第一节概述
第二节蒸汽压缩式制冷装置的工作原理
第三节制冷剂、载冷剂和冷冻机油
第四节制冷压缩机
第五节冷凝器、蒸发器和附件
第六节附属设备
第七节制冷装置自动化控制及控制元件
第一节概述
一、制冷在船上的应用
制冷：用人工方法从被冷却对象中移出热量，使其温度降低到环境温度以下。
⏹伙食冷藏：延长食品储存时间，保证质量
⏹空气调节：空调装置冷源
⏹冷藏运输：冷藏船、冷藏集装箱
⏹专门用途：渔船、海上作业船、军舰等
二、合适的温度条件
1、水果、蔬菜和乳品——冷藏
温度0～5℃
2、肉类——冷冻
温度-23℃～-30℃冻结速度2～5cm/h
船舶伙食冷库低温库-18℃～-20℃
可保存6个月
3、鱼肉、蛋类、菜类——速冻
长航线船-18℃～-20℃可保存6个月
短航线船-10℃～-15℃可保存2、3个月
三、合适的湿度条件
鲜肉蛋白类70%～80%，蔬菜70%～90%，水果90%左右，
冻鱼，冻肉70%～100%
四、二氧化碳和氧气浓度
二氧化碳浓度控制在2%～8%之间，氧气浓度控制在2%～5%之间
五、臭氧浓度
水果、蔬菜、肉类舱，臭氧连续供给浓度应控制在
0.3~0.4毫克每立方米,供臭氧时间为15min,鱼和其他有气味货物舱，臭氧连续供给浓度应控制在0.4~0.8毫克每立方米,供臭氧时20min
抗霉剂Array
消毒剂
第二节蒸气压缩式制冷装置的工作原理
一、压缩制冷的工作原理
蒸汽压缩制冷装置是由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和节流
阀四个基本部件组成。
它们之间用管道依次连
接，形成一个密闭的系
统，制冷剂在系统中不
断地循环流动，发生状
态变化，与外界进行热
量交换。
其工作过程如
图所示：
1、压缩机制冷工作原理
Compressor Conde n-sation Liquid
Coolin g Superheat Removal
Condenser Evaporator L.P . Liquid Liquid
& Gas G
a
s Suction to Compressor Compressor Delivery
Expansion Valve
原理：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。
2、压焓图
lgp
等压线
等温线
等干度线
等熵[Entropy]线等比容线
h
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；
临界点K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=1。
这两条粗实线将图分为三个区域：
a、饱和液体线的左边为过冷液体区，过冷液体的温度
低于相同压力下饱和液体的温度；
b、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；
c、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（湿蒸气区）。
制冷剂的压焓图
①
⑤④③
②
二、蒸汽压缩式制冷循环的工况分析
1.其他条件不变，蒸发温度t 0变化(降低)的影响：h 1256t k t 034
2´6´t ´01´w ´0w 0蒸发温度降低，单位质量制冷量和制冷系数均减小，而
单位绝热压缩功增大，这是由于增发压力相应降低，液态冷
剂流经膨胀阀节流降压时，增发量增大，在增发器中的吸热量减小，而压缩比的增大却提高了单位绝热压缩功。
由于吸气压力的降低，使装置中冷剂的循环量G 减小，故装置的制冷量Q 和制冷系数会明显下降。
2.其他条件不变，冷凝温度t k变化(升高)的影响：
h p
冷凝温度t
k
时：1-2-3-4-5-6-1
冷凝温度升高为t´
k 时：1-2´-3´-4´-5´-6´-1
1
2
5 6
t k
t0
3
4
t´k
5´4´3´2´6´
3、其他条件不变，冷凝温度t k 变化(升高)的影响h
p
1
2
56t k t 0
34t
´k 5´4´3´2´
6´q ´0q 0
不变单位制冷量q 0输气系数 吸气比容v q
v
Q 0
4、其他条件不变，冷凝温度t k 变化(升高)的影响
h
p
1256t k t 034
t ´k 5´4´
3´2´6´w 0
w ´
0不变单位压缩功w 0吸气比容v w v
P 制冷系数0w q =ε
第三节制冷剂、载冷剂和冷冻机油
一、船舶常用制冷剂及其性质
1、氨的（R717）的特性
氨是温制冷剂之一，其增发温度为-33.4 ℃，使用范围是+5℃到-70 ℃，当冷却水温度高达30℃时，冷凝器中的工作压力一般不超过1.5MPa.氨的临界温度较高。
单位制冷量也大。
纯氨对钢铁无腐蚀作用，氨的蒸汽无色，有强烈的刺激臭味。
氨对人体有较大的毒性，甚至引起爆炸。
2、氟利昂的特性
氟利昂是一种透明、无味、无毒、不易燃烧爆炸和化学性稳定的制冷剂。
3、氟利昂134a
它是一种较新型的制冷剂，其蒸发温度为-26.5 ℃，不水破坏空气中的臭氧层，
二、制冷剂与环境保护
1、臭氧层破坏和温度效应
温室效应因为空气的污染，一方面使得大气密集在地球周围以至地表温度上升，导致了气候的变化；另一方面污染又使得大气臭氧层产生空洞，造成地球直接暴露在太阳光的有害辐射之下。
含氯的氟里昂(CFC、HCFC)在高空分离出Cl离子，破坏臭氧层，使太阳光紫外线失去对臭氧层的屏蔽作用。
对臭氧层破坏性的强弱用臭氧消耗潜能值ODP表示。
产生温室效应的影响大小用全球变暖潜能值GWP表示。
2、制冷剂的替代
目前还没有研究开发出在热力性能、安全性、价格等综合性方面优于氟利昂的替代制剂。
三、冷冻机油
冷冻机油的功用是：
润滑
冷却
密封
兼作压缩机卸载-能量调节的液压动力油。