1、2016 年 制冷原理复习大纲 1、什么是制冷？制冷的应用领域有哪些？制冷技术的最新发展哪些？ 制冷 就是使自然界的某物体或某空间温度低于周围环境，并维持这个温度。 制冷技术 是为适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的。 应用领域： 1） 空气调节 2）食品的冷冻和冷藏 3）食品加工 4）工业生产及农牧业 5）建筑工程 6）能源与动力工程 7）国防工业 8）医疗卫生 制冷技术的最新发展： 1）热泵技术的发展（空气源热泵、水源热泵、水环热泵） 2）新材料的应用（相变材料、吸附材料） 3）机器、设备的发展（高效离心机） 4）新型制冷工质的研究 5）新的制冷理论及实践（吸附式制冷、热电制冷、相变
2、制冷、热声制冷、固体绝热去磁、气体绝热膨胀） 2、详细说明各类型制冷压缩机的特点、工作原理。 1） 活塞式 （即往复式）制冷压缩机： 特点： 能适应较广阔的压力范围和制冷量要求； 热效率较高，单位制冷量耗电量较少，加工比较容易，特别是在偏离设计工况运行时更为明显 对材料要求低，多用普通钢铁材料，加工比较容易，造价也比较低廉 技术上较为成熟，生产使用上积累了丰富的经验 装置系统比较简单 转速受到限制 输气不连续，气体压力有波动 工作原理： 四个过程：通过 压缩过程 将制冷剂的压力提高 通过 排气过程 ，制冷剂进入冷凝器 通过 膨胀过程 将制冷剂的压力降低 通过 吸气过程 将吸气腔中的制冷剂吸入气
3、缸 2）回转式制冷压缩机 滚动转子式 制冷压缩机 特点： 主轴平均每转一圈完成一个工作循环 滑板与进排气口之间有空隙，形成余隙容积，余隙系数较小，因而其容积系数高于往复式压缩机，在 0.7 0.9 范围内； 不需要将旋转运动转化为往复运动的转换部件，其零部件少、结构简单、体积小、重量轻；振动小、运转平稳，造价低可靠性较高 工作原理： 构造：有一圆筒形气缸其上部设有吸、排气孔，排气孔上装有排气阀，偏心主轴，其上装有可滚动的套筒状活塞，与气缸形成月牙形工作腔气缸上部纵向槽内装有滑板下端与滚动活塞紧密接触将气缸工作腔分为吸气腔和排气腔 图 3.9 滚动转子式制冷压缩机结构简图 图 3.10 涡旋式压
4、缩机压缩机构简图 1 排气管； 2 汽缸； 3 转子； 4 曲轴； 5 润滑油； 6 吸气管； 7 滑片； 8 弹簧； 9 排气阀 1 动盘； 2 静盘； 3 机体； 4 防转机构； 5 偏心轴； 6 进气口； 7 排气口 涡旋式制冷压缩机 特点： 容积效率高：工作工程吸气、压缩、排气基本是连需进行没有余隙容积，吸气与有害过热度小；没有吸气阀，阻力损失小；连续压缩腔两侧压差小，漏气少；因而其容积效率高，通常可达 0.95以上； 振动小、噪音低：偏心轴转矩变化小仅为往复式、滚动式的 1/10，使振动和噪音较低； 结构简单、可靠性高： 工作原理： 涡旋式空气压缩机是由函数方和型线的动、静涡旋相互齿
5、合而成。在吸气、压缩、排气工作过程中，静涡旋盘固定在机架上，动盘由偏心轴驱动并由防自动机构制约，围绕静盘基圆中心，作很小半径的平面转动，气体通过空气过滤芯吸入静盘的外围，随着偏心轴旋转，气体在动静盘齿合所组成的若干对月牙形压缩腔内被逐步压缩然后由静盘部位的轴向孔连续排出。 螺杆式制冷压缩机 特点： 螺杆工作时，油润滑油系统向螺杆工作面喷润滑油，进行冷却降温，因而排气温度低； 由于没有进、排气阀，也没有余隙容积，其容积效率高；压缩比大；不担心湿压缩； 空载启动，配用电机功率小； 通过滑阀控制进气量，实现无级调节； 体积小，重量轻，结构简单，没有易损件，运行周期长，维修简单； 供油系统复杂； 制造
6、复杂，价格高； 螺杆机在部分负荷时的效率比离心机高 8% 10% 工作原理： 双螺杆（压缩机）是由一对相互啮合、旋向相反的阴、阳转子，阴转子为凹型，阳转子为凸型。随着转子按照一定的传动比旋转，转子基元容积由于阴阳转子相继侵入而发生改变。侵入段（啮合线）向排气端推移，于是封闭在沟槽内的气体容积逐渐缩小，压力逐渐升高，压力升高到一定值（或者说转子旋转到一定位置）时，齿槽 （密闭容积）与排气孔相通，高压气体排出压缩机，进入油分离器。 图 3.13 双螺杆式制冷压缩机 1 阳转子； 2 阴转子； 3 机体； 4 滑动轴承； 5 止推轴承； 6 平衡活塞； 7 轴封； 8 能量调节活塞； 9 卸载滑阀；
7、 10 排气口； 11 进气口 3）离心式制冷压缩机 特点： 单机制冷量大，在制冷量相同时它的体积小占地面积少，重量较活塞式轻 5 8 倍。 由于它没有汽阀活塞环等易损部件，又没有曲柄连杆机构，因而工作可靠、运转平稳、噪音小、操作简单、维护费用低。 工作轮和机壳之间没有摩擦，无需润滑。故制冷剂蒸汽与润滑油不接触，从而提高了蒸发器和冷凝器的传热性能。 能经济方便的调节制冷量且调节的范围较大。 对制冷剂的适应性差，一台结构一定的离心式制冷压缩机只能适应一种制冷剂。 由于适宜采用分子量比较大的制冷剂，故只适用于大制冷量，一般都在 25 30 万大卡 /时以上。如制冷量太少，则 要求流量小，流道窄，从
8、而使流动阻力大，效率低。但近年来经过不断改进，用于空调的离心式制冷压缩机，单机制冷量可以小到 10 万大卡 /时左右。 工作原理： 依靠动能的变化来提高气体的压力，由转子和定 子等部分组成。当带叶片的转子（工作轮）转动时，叶片带动气体运动，把功传递给气体，使气体获得动能。定子部分包括扩压器、弯道、回流器、涡壳等，它们是用来改变气流的运动方向及把速度能转变为压力能的部件。制冷剂蒸气由轴向吸入，沿半径方向甩出。 3、详细说明制冷系统对制冷工质的要求有哪些？ 热力学性质 1）制冷效率高 制冷剂的热力性质影响制冷效率；选用制冷效率高的制冷剂可以提高制冷系数； 2）压力适中 蒸发温度下的饱和压力最好接近
9、大气压力，并高于大气压力（低于大气压力空气易于渗入系统，增加压缩机耗功量），环境温度下冷凝压力也不应过高； 3）单位容积制冷能力大 可以减少压缩机尺寸； 标准大气压下沸点越低其单位容积制冷能力越大； 4）临界温度高 制冷循环的工作区越远离临界点，期一般也越接近逆卡诺循环；也便于用空气或冷却水冷却； 物理化学性质 1）与润滑油的互溶性 制冷剂与润滑油相互混合或吸收，形成制冷剂 润滑油溶液，润滑油与制冷剂一起渗透到压缩机的各个部件，为压 缩机提供良好的润滑条件。 根据制冷剂润滑油在润滑油中的溶解性，分为有限溶和无限溶与润滑油的制冷剂。 有限溶与润滑油的制冷剂，为防止在冷凝器、蒸发器等换热表面形成油
10、膜阻碍传热，制冷系统中需设置油分离器、集油器等，系统较为复杂。 2）导热系数、放热系数高 可以减少蒸发器、冷凝器换热面积，缩小设备体积； 3）密度、粘度小 减小流动阻力； 4）包容性好 对其他材料（如金属、橡胶、塑料）无腐蚀作用； 3、其他特性 无毒、不燃烧、不爆炸、环保、价廉易得； 4、简要说明影响制冷系数的主要因素有哪些？怎么提高制冷系数？ 1）蒸发温度的影响 蒸发温度主要取决于制冷对象的温度要求 ,不能变动 ,相同的冷凝温度下，蒸发温度越高，制冷系数越大，单位制冷量能耗越低。一般蒸发温度比冷库温度低 ,以保证传热需要。 2）冷凝温度的影响 冷凝温度取决于冷却介质（大气或冷却水等）的温度
11、,不能随意变动。相同的蒸发温度下，冷凝温度越低，制冷系数越大，越有利于节能。一般冷凝温度要高于冷却介质温度 ,以保证必要的传热温差。 3）热交换过程的传热温差 在蒸发器和冷凝器实际传热过程中，制冷剂与冷源和热源由于存在温差，使得制冷系数低于理想过程的制冷系数，传热温差越大，制冷系数降低越多。 5、制冷系统中冷凝器的种类有哪些？详细说明各自特点、使用领域。 1）水冷式冷凝器 这种型式的冷凝器用水作为冷却介质，带走制冷剂冷凝时放出的热量。冷却水可以一次性使用，也可以循环使用。用循环水时，必须配有冷却塔或冷水池，保证水不断得到冷却。根据其结构不同，主要有壳管式和套管式以及现在多用的板式换热器。 卧式
12、壳管式冷凝器特点：传热系数高，冷却水用量少，操作管理方便；但是对冷却水水 质 要求高。目前大、中型制冷装置普遍采用这种装置。 套管式冷凝器多采用铜制高效冷凝管，且制冷剂同时传热管内冷却水和无缝钢管外空气冷却，故传热效果好；同时具有结构紧凑，制造简单，价格便宜，冷凝液体再冷度大冷却水秏量较少等优点；但流体流动阻力大，清除水垢困难。目前多用于单机制冷量小于 40kW 的小型氟利昂制冷机组中。 板式换热器具有体积小、重量轻、传热效率高、可靠性好、工艺过程简单、适合于批量生产，很受国内各制冷设备厂商的重视。目前已在国产模块化空调冷水机组和空气 -水热泵机组等装置上批量使用。 2）空气冷却 式冷凝器 这
13、种冷凝器以空气为冷却介质，制冷剂在管内冷凝，空气在管外流动，吸收管内制冷剂蒸气放出的热量。由于空气的换热系数较小，管外（空气侧）常常要设置肋片，以强化管外换热。分为空气自由流动和空气强制流动两种型式。 空气自由流动的空冷冷凝器：该冷凝器利用空气在管外流动时吸收制冷剂排放的热量后，密度发生变化引起空气的自由流动而不断地带走制冷剂蒸气的凝结热。它不需要风机，没有噪声，多用于小型制冷装置。目前应用非常普遍的是丝管式结构的空气自由运动式冷凝器。 空气强制流动的空冷冷凝器：它由一组或几组带有肋片的蛇管组成 。制冷剂蒸气从上部集管进入蛇管，其管外肋片用以强化空气侧换热，补偿空气表面传热系数过低的缺陷。在结
14、构方面，沿空气流动方向的管排数愈多，则后面排管的传热量愈小，使换热能力不能得到充分利用。为提高换热面积的利用率，管排数以取 4-6 排为好。 在冷却水充足的地方水冷式设备的初投资和运行费用均低于风冷式； 由于夏季室外空气温度较高，冷凝温度一般可达 50，为了获得同样的制冷量，风冷式设备制冷压缩机的容量约需增大 15%； 采用风冷式冷凝器的制冷设备系统组成简单，可缓解水源紧张； 3）蒸发式冷凝器 蒸发式冷凝器以水和空气作为冷却介质。它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表面，形成水膜一部分吸热蒸发变成水蒸汽，然后被进入冷凝器的空气带走。未被蒸发的水滴则落
15、到下部的水池内。箱体上方设有挡水栅。用于阻挡空气中的水滴散失。 特点： 利用水汽化带走冷凝热，其所消耗的冷却水量只是补给的散失水量，冷却水耗量少，从理论上讲只是水冷式耗水量的 1/98-1/73，由于水的散失和更换水槽中的水，设计补充的水量约为水冷式的1/50-1/25； 蒸发式冷凝器进口空气湿球温度对换热 量影响很大。同样的冷凝温度和风量，进口湿球温度越小，冷却水蒸发量越大，冷凝效果越好； 蒸发式冷凝器耗水量小，所需空气量不足风冷式 1/2，因此特别适合于干燥缺水地区； 6、制冷系统中蒸发器的种类有哪些？详细说明各自特点、使用领域。 1）满液式蒸发器 按其结构分为卧式壳管式、水箱直管式、水箱
16、式等几种结构型式。它们的共同特点是在蒸发器内充满了液态制冷剂，运行中吸热蒸发产生的制冷剂蒸气不断地从液体中分离出来。由于制冷剂与传热面充分接触，沸腾换热系数更高。但不足之处是制冷剂充注量大，液柱静压会给蒸发温度造成不良影响；若采用能溶于润滑油的制冷剂，润滑油难以返回压缩机。 2）干式壳管式蒸发器 特点： 能保证进入制冷系统的润滑油顺利返回压缩机； 所需要的制冷剂充注量较小，仅为同能力满液式蒸发器的 1/3； 用于冷却水时，即使蒸发温度达到 0，也不会发生冻结事 故； 可采用热力膨胀阀供液，这比满液式的浮球阀供液更加可靠。 7、简要说明制冷机组的定义和分类，说明各类特点及应用领域有哪些？ 制冷机
17、组 就是将制冷系统中设备配套组装在一起，成为一个整体。这种机组结构紧凑，使用灵活、便于安装与管理。 压缩 冷凝机组 是将压缩机、冷凝器组装在一起成为一个整体，可为各种蒸发器连续供应液态制冷剂，蒸发制冷； 冷（热）水机组 是将压缩机、冷凝器、节流机构、蒸发器、辅助设备及自控元件组装为一个整体，专门为空调末端或其他工艺过程输送不同温度的冷（热）水； 空气调节机组 则是由压缩机、冷凝器、节流机构、直接蒸发式空气冷却器及通风机、空气过滤器组成，直接向空调房间输送所要求参数的空气。 8、水源热泵机组特点及分类有哪些？ 水源热泵以水为低位热源 . 特点： 利用地下水、江、河、湖水或工业余热作为热源，供采暖
18、和空调系统使用，采暖运行时性能系数 COP 一般大于 4，节能效果明显；调节运转灵活方便，便于管理； 水源热泵系统 分类 ： 根据水源供给方式：直接供水、间接供水 根据水源侧系统形式：开式系统、闭式系统 水环热泵空调系统 9、水冷冷水机空调系统的主要设备有哪些？说说各自的作用。 主要设备 （ 1）冷水机组 （ 2）冷却塔 （ 3）冷冻水泵 （ 4）冷却水泵 （ 5）补水泵 （ 6）电子水处理仪或全自动软化水处理装置 （ 7）水过滤器 （ 8）膨胀水箱 （ 9）末端装置（空气处理机组、风机盘管等） 10、地源热泵机组特点及分类有哪些？ 地源热泵特点 1）属可再生能源利用技术 地源热泵是利用了地球
19、表面浅层地热资源（通常小于 400 米深）作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能（ Earth Energy），是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了 47的太阳能量，比人类每年利用能量的 500 倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。 2）属经济有效的节能技术 地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性
20、使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高 40%，因此要节能和节省运行费用 40%左右。 另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。据美国环保署 EPA 估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户 30 40的供热制冷空调的运行费用。 3）一机多用，应用范围广 地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用；可应 用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，并适合于别墅住宅的采暖、空调。此外，机组使用寿命长，均在 15 年以上；机组紧凑、节省空间；维护费用低；自动控制程度高，可无人值守。但其应用也会受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的
21、影响；一次性投资较高，运行费用会随着用户的不同而有所不同；采用地下水的利用方式，会受到当地地下水资源的制约，地源热泵所采用地下水需要全部回灌，还应考虑对水质产生污染。 地源按室外换热方式不同可分为三类： 1.土壤埋盘管系统 2.地下水系统 3.地表水系统 11、空气源热泵有哪些设 备组成，特点有哪些？ 设备组成： 压缩机、水冷换热器、室外风冷换热器、制热热力膨胀阀、制冷热力膨胀阀、四通阀等。 特点： 单机容量小；性能系数低，对机组变工况要求高，冬季制热工况运行时机组的性能系数与制热量随室外的温度的降低而下降，需要辅助电加热；低温环境下制热时结霜，需要定期除霜；价格高； 12、制冷装置的容量调节
22、方法有哪些？举 2 个方法详细说明一下； 制冷装置的容量调节包括压缩机、冷凝器、蒸发器、节流机构的容量调节。通过容量调节，以保证被控参数的要求和制冷系统高效节能运行。 压缩机容量调节 （ 1）运转速度调节：通过改变压缩机驱动电动机的极对数或运转频率（调压调频），以调节单位时间内通过压缩机的制冷剂质量流量。 （ 2）机械式容量调节 控制运转台数：对于配置多台制冷压缩机的制冷装置，通过启停部分压缩机以控制系统的制冷量。 吸气节流：在压缩机吸气管上设置调节阀，通过节流阀的节流作用降低吸气压力和吸气密度，以减少吸气量。 排气旁通：在压缩机进、排气管之间设置一根带有能量调节阀的旁通管，通过调节旁通阀的开
23、度，将部分高压侧气体直接旁通至低压侧，以改变制冷系统的制冷能力。 可变行程：对于汽车空调采用可变行 程的变排量压缩机。 吸气旁通：对于滚动转子式、螺杆式、涡旋式等回转式压缩机可以通过压缩机的内部机构，将压缩过程中的气体旁通至吸气腔，以减少通过压缩机的制冷剂流量。 卸载控制：是吸气旁通的特殊形式，是将整个压缩气体旁通至吸气腔的调节方式。多用于活塞式制冷压缩机，及数码涡旋式变容量压缩机。 冷凝压力调节 制冷装置运行时，冷凝压力对系统性能有很大影响，冷凝压力偏高，压缩比增大，容积效率减小，制冷量下降，耗功率增加，排气温度升高；对全年影响的系统，冬季运行时，又有可能冷凝压力过低的现象，使得膨胀阀前后压
24、差小，导致供 液不足 ,制冷量大幅下降。 通过调节冷凝器容量（即热交换能力）可以实现压力调节。 增大冷凝器容量，冷凝压力下降；减小冷凝器容量冷凝压力升高；采用以下方法可以调节冷凝压力： 调节冷凝器冷却介质的温度及流量 调节冷凝器传热面积 （ 1）冷却剂流量调节方法 冷却介质的温度受环境限制，常采用冷却剂流量调节方法，对于水冷式冷凝器，采用水流量调节阀调节冷凝压力，通过压力或温度信号进行比例调节调节阀开度，冷凝压力越高开度越大，冷凝压力越低开度越小，但开度减小到阀的开启压力以下时，阀门自动关闭，切断冷却水供应，此后冷凝压力将上 升，直至阀门自动打开；风冷式冷凝器，改变风量调节，通过改变风机的转速
25、、台数及设置风量调节阀以环境温度为信号进行风量调节。 （ 2）冷凝器传热面积调节方法 具有多组冷凝器时，可以通过串联在各组冷凝器通道上的电磁阀的开闭状态，以改变冷凝器的传热面积，在多联机组上多有采用。 （ 3）蒸发压力调节 负荷变化时，会引起制冷装置的蒸发压力（蒸发温度）的变化。蒸发压力过低将导致系统能效降低、蒸发器结霜、冷冻水冻结等故障；蒸发温度过高，又会出现压缩机过载等现象。 蒸发压力控制可以通过蒸发压力调节阀来控制。根据蒸发压力高低自动调节阀的开度，控制从蒸发器流出的制冷剂的质量流量，以维持蒸发压力的恒定。 13、画出一套蒸气压缩式制冷系统的系统原理图，写出各主要部件名称、在系统中的作用、并写出系统工作过程。最后写出该系统的主要应用领域、发展前景。 14、画出一套蒸气吸收式制冷系统的系统原理图，写出各主要部件名称、并写出各部件的作用，并写出系统工作过程。最后写出该系统的主要应用领域、发展前景。 系统原理图 单效溴化锂吸收式制冷机工作原理图 1 发生器； 2 冷凝器； 3 节流阀； 4 蒸发器； 5 蒸发泵； 6 吸收器； 7 吸收泵； 8 发生泵； 9 溶液热交换器 各主要部件 发生器、冷凝器、节流阀、蒸发器、蒸发泵、吸收器；吸收泵、发生泵、溶液热交换器 各部件的作用 系统工作过程 主要应用领域、发展前景
