制冷原理与设备(制冷相关)
《制冷原理制冷设备》ppt课件
汽车空调系统中，广泛采用 “全铝制管带式冷凝器〞。
蒸发式冷凝器
蒸发式冷凝器以水和空气作为冷却介质。利用水蒸发时吸 收热量，使管内制冷剂蒸气凝结。
水经水泵提升再由喷 嘴喷淋到传热管的外外表， 构成水膜吸收蒸发变成水 蒸气，然后被进入冷凝器 的空气带走。
未被蒸发的水滴那么 落到下部的水池内。
该冷凝器空气流量不 大，耗水量也很少；
ql s 0ft 0eqft 0
式中：αeq——当量传热系数， αeq= ηs α0
概述
制冷换热器的计算 给定两传热介质流量及其进出口温度，计算所需求的传热面积
和构造尺寸——设计计算； 对知热交换器在给定两种介质流量和进出口温度的情况下，计
算两传热介质的出口温度——校核计算；
概述
传热系数K随传热管的方式，介质的换热条件、管内外热阻 的大小不同而变化。根据热交换器管内、外传热量平衡的原那么：
Q A oK o tm A iK i tm
其中，Ki、Ko是分别以内外表、外外表为基准的传热系数。
Ki KA oA i o Kofifo
Kodo di
Ki
1
i
ri
1
fi fm
r0
1
0
fi fo
1
Ki
1
i
ri
fi fm
r0
1
0
fi fo
概述
常用制冷换热设备总传热系数K的大致范围
换热器名称及 传热系数/K/
其传热系数较空气自在流动型冷凝器的高，传热系 数约为15~17W/〔m2·K〕，适于中、小型氟利昂制冷安 装。
1-肋片 2-传热管 3-上封板 4-左端板 5-进气集管 6-弯头 7-出液集管 8-下封板 9-前封板 10-通风机 11-装配螺钉
制冷原理及设备课程设计
制冷原理及设备课程设计一、课程目标知识目标：1. 了解制冷原理的基本概念，掌握制冷循环的基本过程。
2. 学习制冷设备的主要组成部分及其功能，理解不同设备的工作原理。
3. 掌握制冷剂的选择原则，理解其对制冷效果的影响。
技能目标：1. 能够分析制冷循环中各个组件的作用，绘制简单的制冷循环图。
2. 能够运用所学知识，解释实际制冷设备中的常见问题，并提出解决方案。
3. 能够运用制冷剂的特性表，选择合适的制冷剂应用于特定制冷设备。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对制冷技术领域的兴趣，激发其探索科学技术的热情。
2. 增强学生的环保意识，理解制冷剂对环境的影响，培养其选择环保制冷剂的责任感。
3. 培养学生的团队协作精神，通过小组讨论和实验，学会与他人合作共同解决问题。
课程性质：本课程为应用科学课程，结合理论教学和实践操作，旨在使学生掌握制冷原理及设备的基本知识。
学生特点：学生处于好奇心强、动手能力逐渐增强的阶段，对实际应用有较高的兴趣。
教学要求：注重理论与实践相结合，提供丰富的实例和实验操作，使学生在实际情境中理解和应用制冷原理。
教学过程中，鼓励学生提问、讨论，培养其独立思考和解决问题的能力。
通过课程目标的分解与实现，为学生提供明确的学习方向和成果评估标准。
二、教学内容1. 制冷原理概述- 制冷的基本概念与制冷循环- 制冷剂的物性与选择原则2. 制冷设备结构与工作原理- 压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等主要组件的结构与功能- 不同类型制冷设备的优缺点及应用场景3. 制冷循环的实际应用- 热泵原理及其在空调、热水器等设备中的应用- 冷链设备中的制冷技术，如冷藏、冷冻等4. 制冷设备的维护与故障处理- 制冷设备常见故障分析及解决方案- 制冷设备的日常维护方法与注意事项5. 环保制冷剂的应用与发展趋势- 环保制冷剂的种类及其特性- 制冷剂替代技术的发展趋势与环保要求教学内容安排与进度：第一周：制冷原理概述，制冷剂的基本概念第二周：制冷设备结构与工作原理，分析主要组件的功能第三周：制冷循环的实际应用，探讨热泵技术及其应用第四周：制冷设备的维护与故障处理，分析常见问题及解决方法第五周：环保制冷剂的应用与发展趋势，关注制冷行业的发展动态教学内容与教材关联性：本教学内容基于教材中关于制冷原理及设备的相关章节，结合实际应用和环保要求，对教材内容进行梳理和拓展，确保学生掌握制冷技术的基本知识和实际应用能力。
制冷原理与设备
3
pk, TK 2’ 2
po, To
4
1
0
理论循环p-h图
h
式中： v1—压缩机入口处状态点1的比体积。
制冷剂的质量流量：
qmqvv1h kg/s 式中： qvh—压缩机的理论输气量，m3/s。
（2）压缩过程和比功
p
理论比功：
与制冷剂的种类和 工作条件有关
节流过程特点 ➢ 节流过程是不可逆过程。。 ➢ 节流时绝热膨胀，对外不作功。。
p
3
pk, TK 2’ 2
po, To
4
1
0
理论循环p-h图
h
➢ 节流前后焓值不变；但节流过程非等焓过程。 h4h3
➢ 整个循环比功与压缩机的理论比功相等。
（5）制冷系数： q0 h1h4
w h2h1
p
3
pk, TK 2’ 2
制冷系数： 制冷循环的重要参数是制冷系数，工程上也称之为制冷装置的工作性能系数，用符号COP表示
。在一定的环境温度下，冷库温度越低，制冷系数就越小。（因此为取得良好的经济效益，没有必 要把冷库的温度定得超乎寻常的低。这也是一切实际制冷循环遵循的原则。）
人工制冷的分类
制冷循环包括压缩式制冷循环、吸收式制冷循环、吸附式制冷循环、蒸气喷射制冷循环及半 导体制冷等。压缩式制冷循环又可分为压缩气体制冷循环和压缩蒸气制冷循环。目前世界上运行 的制冷装置绝大部分是压缩气体制冷循环。以往，制冷循环应用的制冷剂多半为商品名为氟利昂 的氯氟烃物质CFC、含氢氯氟烃HCFC和氨等。但由于日益严重的环境问题，CFC、HCFC正逐渐 被对环境友善的新型制冷剂替代。
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。
制冷原理与设备课件2.2
2.3 涡流管制冷
带回热器的涡流管冰箱系统 1－干燥器 2－冷（冰）箱 3－涡流管 4－喷射器 5－回热器
Department of Power Engineering
2.4 热电制冷
2.4 热电制冷 1、热电效应
热电制冷：也叫温差电制冷，或半导体制冷。 热电效应/帕尔帖效应：当有直流电通过两种不 同材料组成的电回路时，两个接点处分别发生了 吸、放热效应。
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2.2 气体膨胀制冷
空气膨胀制冷的特点
制冷工质环保、无相变 制冷温度范围宽（0~-140℃ ），低温下运 行性能良好（ -50~-100℃以下） 设备可靠性高，维护方便 目前主要用于飞机座舱的空调和获取–70℃ 以下的温度。
2.2 气体膨胀制冷
无回热定压循环气体制冷机的流程图
冷却器
冷 箱
定压循环空气制冷.swf
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2.2 气体膨胀制冷
压缩式空气制冷机的工作过程: 两个等压 和两个等熵过程（等熵压缩，等压冷却， 等熵膨胀、等压吸热）。 与蒸气压缩式制冷机的四个工作过程相 近，其区别在于工质在循环过程中不发生 相变。
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2.2 气体膨胀制冷
Байду номын сангаас
无回热定压循环气体制冷机的流程图及温－熵图 a) 系统流程图 b) 循环温－熵图 1－压缩机 2－冷却器 3－膨胀机 4－冷箱
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2.2 气体膨胀制冷
定压回热气体制冷机的流程图及温－熵图 a) 系统流程图 b) 循环温－熵图 A－透平压缩机 B－冷却器 C－透平膨胀机 D－冷箱 E－回热器
制冷原理及设备--思考题
思考题1．什么是制冷？制冷技术领域的划分.答:用人工的方法在一定时间和一定空间内将物体冷却，温度降到环境温度以下，并保持这个温度.120k以上,普通制冷 120—20K深度制冷 20-0.3K低温制冷 0.3K以下超低温制冷2．了解各种常用的制冷方法。
答：1、液体气化制冷:利用液体气化吸热原理.2、气体膨胀制冷：将高压气体做绝热膨胀,使其压力、温度下降，利用降温后的气体来吸取被冷却物体的热量从而制冷.3、热电制冷:利用某种半导体材料的热电效应。
4、磁制冷：利用磁热效应制冷3．液体气化为什么能制冷？蒸气喷射式、吸附式属于哪一种制冷方式?答：液体气化液体汽化时,需要吸收热量；而吸收的热量是来自被冷却对象,因而被冷却对象变冷。
蒸气喷射式、吸附式属于液体气化制冷4．液体气化制冷的四个基本过程。
答：压缩过程、冷凝过程、膨胀过程、蒸发过程5．热泵及其性能系数。
答：热泵:以环境为低温热源，利用循环在高温下向高温热汇排热，收益供热量，将空间或物体加热到环境温度以上的机器。
用作把热能释放给物体或空间,使之温度升高的逆向循环系统称作热泵。
（当使用目的是向高温热汇释放热量时，系统称为热泵。
)热泵的性能系数COP=Qa/W供热量与补偿能之比。
2、制冷机的性能系数：COP=Q/W7．单级蒸气压缩制冷循环的四个基本部件答：压缩机：①提高制冷剂的压力；②形成输送制冷剂的动力冷凝器：制冷剂高压蒸气与环境温度介质充分热交换膨胀阀: ①使高压常温制冷剂节流膨胀降压;②调节进入蒸发器的制冷剂流量蒸发器：提供低压制冷剂与冷却空间充分热交换的场所,使制冷剂不断吸热汽化。
10．在压焓图上,随压力或温度变化，制冷剂的比体积如何变化?答：制冷剂的比体积随着压力或温度的升高而升高11．蒸气压缩式制冷循环中,当制冷剂确定后,冷凝温度、蒸发温度由什么因素决定？答：由冷凝压力和蒸发压力决定16．以单级蒸气压缩制冷循环为例，试述蒸发温度和冷凝温度对制冷循环性能的影响。
制冷原理与设备(第4章两级压缩制冷循环)
qmg
(h2
h3) (h5 h3
h7 ) (h3 h6
h6 )
qmd
h2 h3
h7 h6
qmd
中冷器热平衡方程
因为 h5=h6 h7=h8
制冷原理及设备
4 双级压缩和复叠式制冷循环
高压级吸入的质量流量：
qmg
(h3
h2 h7 h6 )(h1
h7 )
Q0
3）系统的总耗功率
Pth = Pthd
4.2.1一级节流、中间完全冷却的双级压缩制冷循环
1、流程和特点 （多了压缩机，节流阀和中间冷却器）
1）由冷凝器流出的液体分为两路：
a.经膨胀阀1节流至Pm进入中冷器， 利用它的吸热来冷却低压级排气 和盘管中高压液体。蒸发了的蒸 汽同低压压缩机排气一起进入高 压级；
b.液体在中冷器盘管中被冷 却后，经膨胀阀2节流到P0， 在蒸发器中蒸发制冷。
2）.制冷剂To↓Po↓，如R12 to=-67℃, Po=0.149bar 空气易渗入 系统，破坏循环正常运行。
3）Po↓V1↑qv↓，势必要求压缩机体积流量很大。
2、.使用条件
4）对制冷循环压力比的限制 5）受活塞式压缩机阀门结构特性的 限制
－60~－80℃ －80~－100℃ －100～－130℃
度和蒸发温度，单位均为℃。
– 上式不只适用于氨，在－40～40℃温度范围 内，对于R12也能得到满意的结果。
制冷原理及设备
4 双级压缩和复叠式制冷循环
• 4.3.3 温度变动时制冷机特性
• 双级蒸气压缩式制冷循环的比较分析
– （1）中间不完全冷却循环的制冷系数要比中间完全冷却循环 的制冷系数小
– （2）在相同的冷却条件下，一级节流循环要比二级节流循环 的制冷系数小 • 1）一级节流可依靠高压制冷剂本身的压力供液到较远的 用冷场所，适用于大型制冷装置。 • 2）盘管中的高压制冷剂液体不与中间冷却器中的制冷剂 相接触，减少了润滑油进入蒸发器的机会，可提高热交换 设备的换热效果。 • 3）蒸发器和中间冷却器分别供液，便于操作控制，有利 于制冷系统的安全运行
制冷原理及设备题库(含答案)
填空题1．制冷是指用人工的方法将被冷却物的热量移向周围环境介质，使其低于环境介质的温度，并在所需时间内维持一定的低温。
2．制冷是一个逆向传热过程，要实现必须满足热力学第二定律。
3．最简单的制冷机由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器四个部件并依次用管道连成封闭的系统所组成。
4．蒸气压缩式制冷以消耗机械功为补偿条件，借助制冷剂的气化（相变）将热量从低温物体传给高温环境介质。
恒温热源间的理想制冷循环是由绝热膨胀、吸热膨胀、绝热压缩、放热压缩，四个过程组成的逆向循环。
已知氨制冷剂进行理论制冷循环（如图），其状态点参数如下：其单位质量制冷剂的压缩机耗功率为161.6KJ/Kg ，制冷系数为6.665．吸收式制冷以消耗热能为补偿条件，借助制冷剂的气化将热量从低温物体传给高温环境介质。
6．小型氟利昂空调装置一般不单独设回热器，而是将供液管与吸气管包扎在一起，起到回热效果。
7．节流前液体制冷剂的过冷会使循环的单位质量制冷量增大；单位理论压缩功不变。
8．制冷机的工作参数，即蒸发温度、冷凝温度、过热温度、过冷温度，常称为制冷机的运行工况。
9．单级蒸气压缩式制冷循环对压缩比的要求主要有压缩比：≥3 和不宜过大。
10．空调用制冷系统中使用的制冷剂可分为无机化合物、碳氮化合物、氟利昂混合溶液三类。
11．制冷剂氨的代号为R717，其中7表示无机化合物，17表示分子量（17）；水的制冷剂代号为 R718 。
12．制冷剂对环境的影响程度可以用ODP破换臭氧层潜能和 GWP温室效应潜能两个指标表示。
13．根据工作原理，制冷压缩机的型式有容积式制冷压缩机和离心式制冷压缩机两大类。
14．活塞式压缩机按密封方式可分为开启式、半封闭式和全封闭式三类。
15．活塞式制冷压缩机结构包括机体、活塞及曲轴连杆机构、气缸进排气阀组卸载装置等几大部分。
16．活塞式压缩机主要由机体、活塞、汽缸套、连杆、曲轴和排气阀等组成。
17．活塞式制冷压缩机卸载装置包括顶杆启阀机构、油压推杆和机构等三部分。
制冷原理与装置-制冷设备
制冷装置热交换设备的结构
第二节 制冷装置的换热设备
水冷式冷凝器 工作原理：用水作为冷却介质，带走制冷剂冷凝时放出的热量。
（一）冷凝器
特点：水在管内流动，制冷剂蒸气在管外凝结。 壳管式冷凝器的形式及适用场合： 立式壳管式冷凝器，适用于大型氨制冷装置； 卧式壳管式冷凝器，普遍使用大、中型氨或氟利昂制冷装置中。
干式壳管式蒸发器的特点是：
墙排管 顶排管 搁架式排管
冷却空气的干式蒸发器： 冷却自由运动空气的蒸发器：
2)冷却强制流动空气的蒸发器（又称冷风机）：
套片管
管：φ7～16mm紫铜管
管间距：25mm～35mm
翅片：铝箔，
δ＝0.1～0.4mm
翅片间距：2～4mm
风速：2.5～3.5m/s
传热系数：
节流机构的种类： 手动调节的节流机构 用液位调节的节流机构 用蒸汽过热度调节的节流机构 用电子脉冲调节的节流机构 不调节的节流机构 手动膨胀阀 手动调节的节流机构：一般称做手动节流阀。以手动方式调整阀孔的流通面积来改变向蒸发器的供液量，其结构与一般手动阀门相似。多用于氨制冷装置。
02
对于制冷剂液体主要在高压侧（冷凝器或高压贮液器）的制冷机，采用高压浮球阀。它的浮球感受冷凝器或高压贮液器的液位。当液位升高时，阀开大，增大蒸发器供液量；当液位降低时，阀关小，减少供液量。
水冷冷凝器计算举例
例：现有一台配用612.5FG压缩机的冷水机组，制冷剂为R22。额定工况t0＝2℃，冷凝温度tk＝40℃，冷却水进口温度tw1＝31℃，制冷量Q0＝340KW，试为该机组设计一台卧式水冷冷凝器。
01
02
03
04
05
例：制冷量Q0＝2.8KW，空气的进口参数：干球温度t1＝27℃，
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目录 1、蒸汽压缩式制冷原理与设备
2、吸收式制冷原理与设备
1、蒸汽压缩式制冷原理与设备
蒸汽压缩式制冷原理与设备
●制冷工质（制冷剂、冷媒、雪种）； 常用有：氨（R717）、氟里昂等； 氟里昂：R11： 一氟三氯甲烷 R22： 二氟一氯甲烷 R23： 三氟 甲烷 R134a：四氟乙烷； R123：三氟二氯乙烷；
蒸汽压缩式制冷原理与设备
什么是熵？
熵，热力学中表征物质状态的参量之一，用符号S表示，其物理意义是体系 混乱程度的度量。熵越大说明物质内部越混乱。
蒸汽压缩式制冷原理与设备
制冷剂的状态图
压-焓图 温-熵图
p
hT
c
s
v
x p
0
压力-比焓图
h
Ts c
p v
h T
蒸汽压缩式制冷原理与设备
制冷系数： 制冷循环的重要参数是制冷系数，工程上也称之为制冷装置的工作性能系数，用符号COP表示
。在一定的环境温度下，冷库温度越低，制冷系数就越小。（因此为取得良好的经济效益，没有必 要把冷库的温度定得超乎寻常的低。这也是一切实际制冷循环遵循的原则。）
人工制冷的分类
制冷循环包括压缩式制冷循环、吸收式制冷循环、吸附式制冷循环、蒸气喷射制冷循环及半 导体制冷等。压缩式制冷循环又可分为压缩气体制冷循环和压缩蒸气制冷循环。目前世界上运行 的制冷装置绝大部分是压缩气体制冷循环。以往，制冷循环应用的制冷剂多半为商品名为氟利昂 的氯氟烃物质CFC、含氢氯氟烃HCFC和氨等。但由于日益严重的环境问题，CFC、HCFC正逐渐 被对环境友善的新型制冷剂替代。
5态
未饱和液体，饱和液体，湿饱和蒸汽，
干饱和蒸汽，过热蒸汽。
蒸汽压缩式制冷原理与设备
6等参数线簇(压-焓图）
等压线--- 水平线； 等焓线--- 垂直线；
p
hT
c
s
T
s
c
p
v
v h
T
x p x
0
压力-比焓图
h
0
温度-比熵图
s
等温线--- 液相区：几乎为垂直线，
两相区：水平线，
气相区：向下方弯曲的倾斜线；
各主要部件作用： ●压缩机：压缩制冷剂，向制冷剂压缩做功， 为整个制冷循环提供动力。 ●冷凝器：冷凝器是一个热交换设备，作用 是利用环境冷却介质(空气或水)，将来自压缩 机的高温高压制冷蒸气的热量带走，降低制 冷剂温度至环境温度。 ●膨胀阀：节流原件---将高压常温的制冷剂 液体通过膨胀阀降压，得到低温低压制冷剂。 ●蒸发器：蒸发器也是一个热交换设备。节 流后的低温低压制冷剂液体在其内蒸发变为 蒸气，吸收被冷却物质的热量，使物质温度 下降，达到冷冻、冷藏食品的目的。
人工制冷
人工制冷概述
是通过制冷工质（也称制冷剂、雪种）将热量从低温物体（如冷库等）移向高温物体（如大 气环境）的循环过程，从而将物体冷却到低于环境温度，并维持此低温，这一过程是利用制冷装置 来实现的。
由热力学第二定律可知，热量从低温物体移向高温物体不可能自动、无补偿地进行，因此必须 提供机械能（或热能等），以确保包括低温冷源、高温热源、功源（或向循环供能的源）在内的孤 立系统的熵不减小
等熵线--- 向右上方倾斜的实线； 等容线--- 向右上方倾斜的虚线，比等熵线平坦； 等干度线--- 只存在于湿蒸气区。
蒸汽压缩式制冷原理与设备
压焓图的结构如下图所示。以绝对压力为纵坐标（为了缩小图的尺寸，提高低压 区域的精度， 通常纵坐标取对数坐标），以焓值为横坐标。
R-134a（1，1，1，2-四氟乙烷）是一种不含氯原子，对臭氧层不起破坏作用，具有良好的安全 性能（不易燃、不爆炸、无毒、无刺激性、无腐蚀性）的制冷剂，其制冷量与效率与R-12（二氯 二氟甲烷，氟利昂）非常接近，所以被视为优秀的长期替代制冷剂。R-134a是目前国际公认的R12最佳的环保替代品。完全不破坏臭氧层，是当前世界绝大多数国家认可并推荐使用的环保制冷 剂，也是目前主流的环保制冷剂，广泛用于新制冷空调设备上的初装和维修过程中的再添加 。 R134a的毒性非常低，在空气中不可燃，安全类别为A1，是很安全的制冷剂。
蒸汽压缩式制冷原理与设备
什么是焓？
焓的表达式：H=U+PV 物理意义：工质所处状态具有的总能量。 根据它的 表达式，可以知道是焓是一个状态参数。 在热力设备中，工质总是不断地 从一个地方流到另一个地方，随着工质不断地流动，所转移的能量就是焓。 这就是为什么引入焓这个概念的原因，因为每次计算的时候总是要写U+PV。 所以后来干脆就把U+PV定义为焓。简而言之，引入焓就是为了方便分析， 简化计算
制冷原理与设备
制冷技术
1
目录 1、制冷概念
2、常用制冷原理与设备
制冷的概念
制冷：
即致冷，又称冷冻，将物体温度降低到或维持在自然环境温度温度以下。 实现制冷的途径有两种，一是天然冷却，一是人工制冷。天然冷却利用天然冰或深 井水冷却物体，但其制冷量（即从被冷却物体取走的热量）和可能达到的制冷温度往往 不能满足生产需要。天然冷却是一传热过程。人工制冷是利用制冷设备加入能量，使热 量从低温物体向高温物体转移的一种属于热力学过程的单元操作。
蒸汽压缩式制冷原理与设备
系统组成： 压缩机，节流阀，蒸发器和冷凝器等主要设备及辅助设备（过滤器，油分
离器，储液器）。
3
膨 胀 阀
4
冷却介质
冷凝器 蒸发器
2
压缩机
1
被冷却介质
蒸气压缩式制冷的基本系统图
蒸汽压缩式制冷原理与设备
3
膨 胀 阀
4
冷却介质
冷凝器 蒸发器
2
压缩机
1
被冷却介质
蒸气压缩式制冷的基本系统图
压-焓图： 1点，2线，3区，5态，6等参数线簇。
1点
临界点 (critical point)
2线
下临界线 : 不同压力下饱和液体状态 上临界线：不同压力下干饱和蒸汽状态
液相区 (liquid region)
3区
汽液两相区(liquid-vapor region)
汽相区 (vapor region)
●载冷剂 传递冷量的物质，空调一般是用水做载冷剂。
●制冷量 单位——千瓦（Kw）、 大卡（Kcal）、冷吨（Rt）； 1千瓦（Kw）= 860大卡（Kcal）； 1 冷吨（Rt）= 3.517 Kw = 3024 Kcal ; 100Rt = 351.7 K w = 30万Kcal
●冷凝温度 气体液化时的温度（在一定压力下）同一物质冷凝温度是随压力变化而变化。