有点罗嗦的制冷原理- -[米棵]
zht2004
zht2004 Lv.14
2005年10月04日 15:48:34
来自于制冷技术
只看楼主

有点罗嗦的制冷原理- - 最简单的制冷由四大要件组成:①压缩机;②冷凝器;③节流阀;④蒸发器;我们日常使用的电冰箱,正好由这四要件加上箱体组成,箱体就好像冷库。不过电冰箱上的③节流阀在技术上由相同作用的毛细管替代。首先讲讲什么叫制冷。制冷两字只能说是技术上的术语,严格讲是错误的,世界上没有那国的科学家能制造出“冷”来。 那到底什么是冷,先举例说明:在寒冬腊月,气温降到-5℃,我们说今天天气真冷,可东北人说不冷;在大伏天,气温在+32℃时,我们会说不算热,

有点罗嗦的制冷原理- -

最简单的制冷由四大要件组成:①压缩机;②冷凝器;③节流阀;④蒸发器;
我们日常使用的电冰箱,正好由这四要件加上箱体组成,箱体就好像冷库。不过电
冰箱上的③节流阀在技术上由相同作用的毛细管替代。首先讲讲什么叫制冷。制冷
两字只能说是技术上的术语,严格讲是错误的,世界上没有那国的科学家能制造出
“冷”来。 那到底什么是冷,先举例说明:在寒冬腊月,气温降到-5℃,我们说
今天天气真冷,可东北人说不冷;在大伏天,气温在+32℃时,我们会说不算热,
但气温突然降到+25℃,我们会说太冷了;这冷是随着人的常识来定的,在物理学
中没有冷的定义。在工程中冷是跟着生产需要而定的。如老总问,冷库打冷了吗?
你说打冷了,这个冷是指-18℃;老总问,水果库温度稳定吗?你说很稳定,这回
答的含义是水果库温度稳定在±0 ℃了,这是我们这个行业对冷的定义。但是我们
还是把这种利用机械设备把降温对象降到所需温度的方法叫制冷,这就是术语。

什么叫制冷,比如我们将装有一公斤20℃冷水的水壶放到一块烧到500℃的铁板上,
没有多久水就开了,如果不拿开水壶,不多久水就干了。大家和说钢板在对水加热,
反过来也可以说水在对钢板降温。而且,降了多少度,都可计算出来,因为一公斤
水从20℃升到100℃,它需要外界提供它80大卡热量,水从100℃到烧干,它需要外
界提供539大卡热量,也就是说一公斤20℃冷水烧到干,要外界提供619大卡热量。
如果按制冷的角度它从外界或钢板中提取了619 大卡热量而变成了水蒸汽,使钢板
降温了,这就是制冷,是利用水对钢板制冷。如果将水倒在钢板上,那就更直观了。
在上述的制冷过程中,如果钢板的大小一定,并排除外界空气的降温因素,那么钢
板降了多少度,是可以精确计算出来的。在这里所述及到的‘热量’、‘温度’、
‘大卡’、‘℃’等物理量,我想学过物理的人都能理解。

初中物理就讲到,热量总是通过传导、对流、辐射,从温度高的物体转移到温度低
的物体,绝不可能反过来进行。一个物体失去一些热量后,它的温度也会降低一些。
我们的目的就是通过制冷系统,将商品中和空气中的热量向比商品温度更低的制冷
剂传递,达到降低商品温度的目的。

我们的制冷系统与锅炉的制热系统在热力学上来讲是完全一样的,它们的热传导公
式也完全一样,我们先以锅炉作比拟,进一步讲讲制冷剂在制冷时的作用。

上面讲的烧水壶也可算是一只锅炉,不过水烧开了,我们就灌热水瓶了,如果我们
在壶嘴上套根管子,通到浴室,那就可以洗桑拿了,水壶就成小锅炉了。要注意的
是这时水壶中的水永远是 100℃,水壶出口处的蒸汽温度也是 100℃,为什么不是
110℃,不是90℃?这是因为在一个大气压下水的沸腾温度是100℃,这是水的物理
性能所决定了的。在青藏高原,大气压力较低,水70℃左右就开了,没有高压锅就
只能吃夹生饭,而在高压锅里,温度可达到 110℃,因为高压锅排气阀的重量,刚
好使锅内压力保持在1 Kg/CM2表压力(实际是2个大气压)。一般小型锅炉可烧
4Kg/CM2表压力蒸汽,蒸汽温度也接近140℃,锅炉中的水温也与蒸汽温度一样也是
140 ℃。煤气炉的火头温度可达1000℃左右,火头将热量传递给水,使水的温度上
升直达沸点,一公斤水从沸点到烧干(全部变成蒸汽),将从煤气火头中带走的热
量与上面所讲水壶给钢板降温是一样的,接近壶底的火焰是一个降温过程。锅炉中
的煤燃烧温度在1200℃左右,没有锅炉中水的降温,锅炉中的排管将被烧塌。从我
们的角度来讲,在这里的水就是制冷剂。

反过来水蒸汽进了浴室马上凝结成小水珠(雾气),放出热量使浴室内温度上升,
同样一公斤水烧成的一公斤蒸汽,汽在浴室里放出 539大卡热量后全部变成水,在
蒸汽变成水的时候,小水珠的温度是 100℃,这是一个冷凝过程。当然小水珠会继
续放出热量而降低温度,等水珠变成水滴落到地上或附在墙壁上时,只有30℃左右
了,这就不是冷凝过程了,而只是普通降温过程。同样将锅炉蒸汽通到室内热水汀
(室内供热排管)中,热水汀对蒸汽来说就成了冷凝器,如果供应的蒸汽压力是
1 Kg/CM2表压力(实际是2个大气压),热水汀表面温度就是110℃,热水汀向室内
空气散发热量,使室内温度上升,而蒸汽就在热水汀内冷凝成水,如果向室内散发
了539大卡热量,热水汀内就冷凝下来1公斤水。按制冷角度来讲,这整个过程就是
煤燃烧的热量被水吸收而沸腾,成为蒸汽,蒸汽带着吸收来的热量来到热水汀,热
水汀的表面向空气散发了热量,蒸汽失去热量后又从新冷凝成蒸馏水,这水可通过
设备回到锅炉继续使用。

现在回到制冷的四大要件:
①压缩机,与空气压缩机
zht2004
2005年10月04日 15:48:47
2楼
现在讲库房里的制冷进行过程:液态氨在蒸发器(排管)中如果处于 0.3Kg/CM2表
压力状态(应该是0.03Mpa表压力,出于习惯的方便,还是用 Kg/CM2),它的沸腾
温度应该是-28℃;而蒸发器外是-18℃的冷库,如果有高于-18℃的商品进库,
商品中的热量很快传给了空气,使空气温度上升到比如-15℃,-15℃的空气又将
从商品中传来的热量传给了-28℃的液氨,液氨吸收了热量温度不会上升,而是沸
腾蒸发为气体(氨蒸汽),这样空气来来回回的传送,商品中的热量逐步减少,温
度逐步降低,最后降到-18℃,制冷就可以结束了,这是蒸发器的工作任务,库内
空气向蒸发器传递多少热量,蒸发器内的液氨就蒸发掉相应的重量。当然除了商品
中的热量外,还有外界气温中的热量通过围护结构传进来的热量,开门时空气带进
的热量,使库温不时的上升,所以需要定时开机降温。

但是如果没有压缩机的参与,蒸发器的工作是不能持久的,因为液氨受热蒸发成为
氨蒸汽,氨蒸汽逐步挤占蒸发器的空间,蒸发器中的压力也就逐步升高,压力升高,
液氨的沸腾温度就会上升,最后压力升到 1 Kg/CM2表压力时,温度也上升到-18℃
左右,液氨与冷库的温度相同,由于温度平衡,热量就无法向液氨传递了,制冷也
就停止了。压缩机的任务就是要把蒸发器中产生的氨蒸汽抽走,使蒸发器中的压力
一直保持在我们生产需要的0.3 Kg/CM2表压力状态。这时候蒸发器中的压力叫蒸发
压力,蒸发器中的液氨温度叫蒸发温度。压缩机抽出的氨蒸汽并不是排到大气中去
的,而是排到冷凝器中,氨蒸汽被压缩到冷凝器后,冷凝器的压力会逐步升高,而
后就是冷凝器的任务了。我们知道氨蒸汽是带着冷库中的热量的,氨蒸汽被压缩机
从蒸发器抽出,而后压缩到冷凝器中,那么压缩机就完成了输送热量的任务。

现在氨蒸汽被聚集在冷凝器中(带着大量冷库中的热量),压力不断升高,温度也
随着压力的升高而升高,比如说压力升高到表压力14 Kg/CM2,温度也就对应升到
+39℃,如果在冷凝器管外供给+34℃的冷却水,那冷凝器中的氨蒸汽就会向水传
送出热量,每向冷却水送出 264大卡热量,冷凝器中就有一公斤重的氨蒸汽凝结成
液态氨,并让出原来氨蒸汽占领的大部分空间来。如果热量没有出路,那冷凝器中
的压力就继续升高,到冷凝器爆炸或跳安全阀为止。但是实际上压缩机的排出温度,
在表压力14公斤/平方公分时,不是+39℃,而是+100℃以上。这是因为电动机带
动压缩机的活塞对氨蒸汽进行压缩时做的功,转换成热量的缘故,也即热功当量,
这可以在我们给自行车打气时,打气筒底部和皮管会发烫的原理是一样的。压缩机
对氨蒸汽做了1KW的功,就对氨蒸汽附加了860大卡的热量,这一部分热量是显热,
它加热了氨蒸汽,使氨蒸汽温度上升,这种热量传送给冷却水后,不会被冷却水冷
凝成液氨,只会降低温度,只有当氨蒸汽温度降到+39℃时,才进行真正的冷凝工
作,在冷凝工作连续进行时,只要压力不变,温度也不会改变。这时的温度叫冷凝
温度,这时的压力叫冷凝压力。这就是冷凝器的工作任务。

冷凝器中冷凝下来的液氨,可以送到蒸发器中继续使用,但必需用节流阀进行控制,
要不冷凝器中的来不及冷凝的氨蒸汽会窜到蒸发器中,那就乱套了。节流阀必需调
节到蒸发器中有确当的液氨补充,这就是节流阀的工作任务。

总结一下:首先液态氨在蒸发器中吸收了制冷对象的热量,蒸发成氨蒸汽;氨蒸汽
包含着吸收来的热量被压缩机抽送到冷凝器,并压缩成高压、高温的氨蒸汽,这时
候氨蒸汽中又加进了电动机的热功当量所附加的热量;冷凝器中的氨蒸汽,将热量
传送给温度较低的冷却水,失去热量的氨蒸汽被冷凝成为液态氨;节流阀将冷凝下
来的液氨再有节制的补充给蒸发器,使蒸发器能够连续地工作;整个工作过程就是
将低于-18℃的制冷对象中的热量,强制送到+30多℃的冷却水中去,使制冷对象
失去热量,温度降到我们所需要的-18℃;而冷却水吸收了热量后,又通过水蒸汽
的蒸发,将热量传送给了大气,或者说是风将热量吹走了。这就是制冷全过程。

现将几个重要概念说明一下:
一、热量只能从温度高的物体向温度低的物体传送,绝对不会从低温传向高温;

二、氨的热力性能表是以绝对压力为标准,压力表上所指示的压力(表压力)与绝
对压力,永远相差一个大气压,即绝对压力减去1 Kg/CM2才是表压力。现在表上所
使用的标准是Mpa,0.1Mpa近似等于1 Kg/CM2,因为一个大气压力等于0.10133Mpa,
或者等于1.0133 Kg/CM2,那 0.133 g/CM2就忽略不计了,因为2.5级的压力表,本
来就有2.5%的允许误差。

三、在热量的传递过程中,空气的传热效果较慢较差,水的传热较快较多,所以冷
凝器大都用水来冷却。

四、显热和潜
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quandunhai
2005年10月04日 15:54:09
3楼
张兄灌的东西够多了的,总是见不灌则已,一灌就给灌满了.值得我学习.
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cuiguangy
2005年10月08日 21:05:05
4楼
嗬嗬,形象。
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zdm6060
2005年10月27日 14:19:06
5楼
值得学习!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
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wynf3
2005年10月27日 20:38:37
6楼
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acr
2005年10月28日 10:36:48
7楼
深入浅出啊,佩服!
提个吹毛求疵的意见:就是能不能把单位统一一下啊,压力和热量.
另外,kg/cm2是kgf/cm2?
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anfl2004
2005年10月28日 15:26:30
8楼
靠,这也能注意到
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syktz
2005年10月29日 09:44:18
9楼
有意思,够形象的!
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quandunhai
2005年10月29日 11:08:14
10楼
总是有着特需的奉献,我们张兄就是每一次讲解都是深入浅出.
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coolheating
2005年11月01日 10:54:28
11楼
这是别人讲的,只是转贴而已,而并非楼主所原创
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