制冷原理

第三章 制冷循环与冷冻冷藏的基本概念

目的：了解单级压缩循环、双级压缩循环的特点；

了解冷冻冷藏的基本概念；

合理的操作制冷系统、科学管理冷库。

第一节 单级压缩蒸汽式制冷循环

1、 单级压缩制冷循环原理图：可以简单地用图1-9来表示。

制冷剂在制冷系统内相继经过压缩、冷凝、节流、蒸发四个过程，便完成单级压缩制冷循环，即达到制冷的目的。

2、 单级压缩制冷循环的主要设备：

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在制冷循环中，蒸发器、压缩机、冷凝器、节流阀是必不可少的四大部件：

1）蒸发器：制冷剂在低压（蒸发压力）下以较低 的温度（蒸发温度）蒸发，吸收被冷却物质的热量实现制冷，是向外输送冷量的设备。

2）压缩机：是系统的心脏，起到输送制冷剂蒸汽 的作用，同时保证蒸发器在低压下运行、冷凝器在高压（冷凝压力）下运行。是输入功的设备。

3）冷凝器：制冷剂蒸汽在高压下将从蒸发器吸收 的热量以及压缩功转化的热量传递给冷却介质，冷凝成温度较高的（冷凝温度）液体。是放出热量的设备。

4）节流阀：将从冷凝器冷凝的制冷剂液体节流降 压（降到蒸发压力）后进入蒸发器，同时控制和调节制冷剂的流量，并将系统分为高压侧和低压侧两部分。

在实际的制冷系统中，为了提高运行的经济性、可靠 性和安全性，还设有一些辅助设备，如气液分离器、油分离器、油冷却器、空气分离器、贮液器、集油器、过滤器以及安全附件、阀门等。

3、 实际运行中的影响因素：

1）液体过冷对循环性能（制冷效率）的影响

获得液体过冷的方法很多，但可能增加设备或运行成本，所以通过提高过冷度来提高循环经济性应进行综合考

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虑。

2）吸气过热对循环性能的影响

有一定的吸气过热度是压缩机安全运行的条件。 吸气过热度过大会引起排气温度过高。增加压缩机耗电、增加冷凝器热负荷。

3）热交换及压力损失对循环性能的影响 减少管道、阀门的压力损失；

减少低温管道、低温设备的冷量损失（保温）； 4）不凝性气体对循环性能的影响

一般来说，空气等不凝性气体都存积在冷凝器的上 部，占据一定的冷凝空间，减小换热面积，同时，使冷凝压力提高，压缩机功耗增加，冷量减小。对氨系统增加爆炸的可能性。所以，要及时排放系统中的不凝性气体。

氨系统采取空气分离器放空气。

小型的氟系统通过冷凝器上的放空气阀进行排放。

4、 运行工况与经济性

1）蒸发温度不变，冷凝温度变化

冷凝温度升高，制冷量减少，功率增加，经济性降低。反之亦然。

2）冷凝温度不变，蒸发温度变化

蒸发温度降低，制冷量降低；经济性降低。反之亦然。

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根据上面的分析，要提高制冷系统运行的经济性， 在运行时要尽量降低冷凝温度（但要作整体的经济性分析）和提高蒸发温度（但要能满足被冷却物的温度要求）。

5、 单级制冷循环适用的范围（参考）

活塞机：冷凝温度不超过40℃，蒸发温度不低于-25℃；压比不超过8。

螺杆机：冷凝温度不超过43℃，蒸发温度不低于-40℃。

遵守产品使用说明书的规定。

从经济性上考虑一般推荐：冷凝温度不超过40℃，蒸发温度不低于-25℃。

第二节 两级（双级）压缩蒸汽式制冷循环

1 为什么要采用双级压缩

在制冷循环中，单级制冷系统用于低蒸发温度时，压缩比增大。当压比过大时：

压缩机压缩过程中内部泄漏增加，输气系数明显降低。

对于活塞压缩机，由于余隙容积的存在，当压比达到20时，压缩机几乎不吸气。

耗功增加，排气温度升高。

节流损失增大，压缩机制冷量减小。

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排气温度高，润滑油变稀，润滑条件减弱，甚至油会出现结碳现象。

排气温度高是限制活塞压缩机压缩比的最大因素。 排气温度高，使冷冻机油汽化、油蒸气大量进入系统，影响换热器的换热效果。

一般来说，单级氨制冷压缩机压比不超过8，氟机不超过10。

若要达到比较低的蒸发温度，就要采用双级压缩甚至多级压缩。

2 双级压缩制冷循环的原理

双级压缩制冷循环是将压缩过程分为两个阶段进行。来自蒸发器的低压气体（压力为P0）先经过低压级压缩机压缩至中间压力（Pm），经过中间冷却器冷却后再进入高压级压缩机，压缩到冷凝压力（Pk）排入到冷凝器中。两个阶段的压缩比各自都保持在10以内。

例如-35/+35℃系统：蒸发温度-35℃，蒸发压力（绝对压力）0.093Mpa；冷凝温度+35℃，冷凝压力（绝对压力）1.353Mpa；

采用单级循环：压比 1.353/0.093 = 14.55； 采用双级循环：中间压力取为：0.355Mpa（绝对压力）； 压比：高压级 1.353/0.355 = 3.81；

低压级 0.355/0.093 = 3.82。

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双级压缩制冷循环由于节流级数和中间冷却方式不同而有不同的循环形式。有两级节流和一级节流，中间完全冷却和中间不完全冷却。下面介绍两种常用双级压缩循环。

3 一级节流中间完全冷却双级循环

通常双级压缩氨制冷系统采用中间完全冷却循环。

其中：A—低压级压缩机 B—高压级压缩机

C—冷凝器 D—中间冷凝器 E—蒸发器 F、G—节流阀

4 一级节流中间不完全冷却双级循环

通常双级压缩R22系统采用中间不完全冷却。 单级螺杆压缩机的经济器系统可以看作中间不完全冷却双级循环。

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5 实现双级压缩的办法

1）多台压缩机组成的双级系统（双级配搭），其中一台或几台作为低压级，一台作为高压级；

2）由一台压缩机组成的单机双级系统，如单机双级活塞制冷压缩机和单机双级螺杆制冷压缩机。

3）通常高、低压级的体积排气量之比为1：2或1：3。并以Pm=√P0×Pk 时最为经济。

6 采用双级压缩制冷循环的特点

由于各级压比均减小，压缩机的输气系数大大提高。 采用中间冷却，降低了高压级排气温度，改善了压缩机润滑条件。

功耗降低。例如，t0=-30℃,tk=30℃时，采用双级压 缩的功耗要比采用单级压缩减少功耗12 %。

采用双级压缩要比单级压缩多一台压缩机、一个中间

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冷却器、一只节流阀，投资成本增加。因此，只有在低蒸发温度时采用双级压缩才较为合理。

第三节 食品冷冻、冷藏的基本概念

食品冷冻、冷藏的目的：保鲜、防止腐败变质。 引起腐败的因素：酶、微生物共同作用，分解食物 中的蛋白质、脂肪、糖类等营养成分，最终使食物营养成分降低、产生对人体有害的物质并产生异味。酶和微生物对温度很敏感，温度越低，活性越低。

食品分类：

a) 植物类：活体，能够呼吸，消耗水分、养分，但能 够抑制酶和微生物的活动，温度不能太低，防止冻伤改变营养及口感。

b) 动物类：非活体，不呼吸，不能够抑制酶和微生物 的活动，本身不消耗水分及养分，温度越低越好。

注意食品冷冻冷藏的“干耗”问题。

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