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制冷機組是如何制冷的

作者：程力專用汽車股份有限公司 瀏覽次數(shù)：3666 發(fā)布時間：2013-01-05 10:31:00

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      制冷機組是如何制冷的，最簡單的制冷由四大要件組成：①壓縮機；②冷凝器；③節(jié)流閥；④蒸發(fā)器； 我們日常使用的電冰箱，正好由這四要件加上箱體組成，箱體就好像冷庫。不過電 冰箱上的③節(jié)流閥在技術上由相同作用的毛細管替代。首先講講什么叫制冷。制冷 兩字只能說是技術上的術語，嚴格講是錯誤的，世界上沒有那國的科學家能制造出 “冷”來。那到底什么是冷，先舉例說明：在寒冬臘月，氣溫降到－5℃，我們說 今天天氣真冷，可東北人說不冷；在大伏天，氣溫在＋32℃時，我們會說不算熱， 但氣溫突然降到＋25℃，我們會說太冷了；這冷是隨著人的常識來定的，在物理學 中沒有冷的定義。在工程中冷是跟著生產(chǎn)需要而定的。如老總問，冷庫打冷了嗎？ 你說打冷了，這個冷是指－18℃；老總問，水果庫溫度穩(wěn)定嗎？你說很穩(wěn)定，這回 答的含義是水果庫溫度穩(wěn)定在±0℃了，這是我們這個行業(yè)對冷的定義。但是我們 還是把這種利用機械設備把降溫對象降到所需溫度的方法叫制冷，這就是術語。 什么叫制冷，比如我們將裝有一公斤20℃冷水的水壺放到一塊燒到500℃的鐵板上， 沒有多久水就開了，如果不拿開水壺，不多久水就干了。大家和說鋼板在對水加熱， 反過來也可以說水在對鋼板降溫。而且，降了多少度，都可計算出來，因為一公斤 水從20℃升到100℃，它需要外界提供它80大卡熱量，水從100℃到燒干，它需要外 界提供539大卡熱量，也就是說一公斤20℃冷水燒到干，要外界提供619大卡熱量。 如果按制冷的角度它從外界或鋼板中提取了619大卡熱量而變成了水蒸汽，使鋼板 降溫了，這就是制冷，是利用水對鋼板制冷。如果將水倒在鋼板上，那就更直觀了。 在上述的制冷過程中，如果鋼板的大小一定，并排除外界空氣的降溫因素，那么鋼 板降了多少度，是可以精確計算出來的。在這里所述及到的‘熱量’、‘溫度’、 ‘大卡’、‘℃’等物理量，我想學過物理的人都能理解。 初中物理就講到，熱量總是通過傳導、對流、輻射，從溫度高的物體轉移到溫度低 的物體，絕不可能反過來進行。一個物體失去一些熱量后，它的溫度也會降低一些。 我們的目的就是通過制冷系統(tǒng)，將商品中和空氣中的熱量向比商品溫度更低的制冷 劑傳遞，達到降低商品溫度的目的。 我們的制冷系統(tǒng)與鍋爐的制熱系統(tǒng)在熱力學上來講是完全一樣的，它們的熱傳導公 式也完全一樣，我們先以鍋爐作比擬，進一步講講制冷劑在制冷時的作用。 上面講的燒水壺也可算是一只鍋爐，不過水燒開了，我們就灌熱水瓶了，如果我們 在壺嘴上套根管子，通到浴室，那就可以洗桑拿了，水壺就成小鍋爐了。要注意的 是這時水壺中的水永遠是100℃，水壺出口處的蒸汽溫度也是100℃，為什么不是 110℃，不是90℃？這是因為在一個大氣壓下水的沸騰溫度是100℃，這是水的物理 性能所決定了的。在青藏高原，大氣壓力較低，水70℃左右就開了，沒有高壓鍋就 只能吃夾生飯，而在高壓鍋里，溫度可達到110℃，因為高壓鍋排氣閥的重量，剛 好使鍋內壓力保持在1Kg/CM2表壓力（實際是2個大氣壓）。一般小型鍋爐可燒 4Kg/CM2表壓力蒸汽，蒸汽溫度也接近140℃，鍋爐中的水溫也與蒸汽溫度一樣也是 140℃。煤氣爐的火頭溫度可達1000℃左右，火頭將熱量傳遞給水，使水的溫度上 升直達沸點，一公斤水從沸點到燒干（全部變成蒸汽），將從煤氣火頭中帶走的熱 量與上面所講水壺給鋼板降溫是一樣的，接近壺底的火焰是一個降溫過程。鍋爐中 的煤燃燒溫度在1200℃左右，沒有鍋爐中水的降溫，鍋爐中的排管將被燒塌。從我 們的角度來講，在這里的水就是制冷劑。 反過來水蒸汽進了浴室馬上凝結成小水珠（霧氣），放出熱量使浴室內溫度上升， 同樣一公斤水燒成的一公斤蒸汽，汽在浴室里放出539大卡熱量后全部變成水，在 蒸汽變成水的時候，小水珠的溫度是100℃，這是一個冷凝過程。當然小水珠會繼 續(xù)放出熱量而降低溫度，等水珠變成水滴落到地上或附在墻壁上時，只有30℃左右 了，這就不是冷凝過程了，而只是普通降溫過程。同樣將鍋爐蒸汽通到室內熱水汀 （室內供熱排管）中，熱水汀對蒸汽來說就成了冷凝器，如果供應的蒸汽壓力是 1Kg/CM2表壓力（實際是2個大氣壓），熱水汀表面溫度就是110℃，熱水汀向室內 空氣散發(fā)熱量，使室內溫度上升，而蒸汽就在熱水汀內冷凝成水，如果向室內散發(fā) 了539大卡熱量，熱水汀內就冷凝下來1公斤水。按制冷角度來講，這整個過程就是 煤燃燒的熱量被水吸收而沸騰，成為蒸汽，蒸汽帶著吸收來的熱量來到熱水汀，熱 水汀的表面向空氣散發(fā)了熱量，蒸汽失去熱量后又從新冷凝成蒸餾水，這水可通過 設備回到鍋爐繼續(xù)使用。 現(xiàn)在回到制冷的四大要件： ①壓縮機，與空氣壓縮機原理一樣； ②冷凝器，可以理解為熱水汀或做酒業(yè)的蒸餾器（錫鍋）； ③蒸發(fā)器，可以理解為上面所講的水壺或鍋爐； ④節(jié)流閥，可以理解為從樓上高位的熱水汀到鍋爐之間，加一只閥，開小一點，讓 蒸餾下來的水流進鍋爐繼續(xù)使用，不讓熱水汀中的水流光了使鍋爐中的蒸汽反沖回 熱水汀，這一點與我們制冷不同，因為整個系統(tǒng)是均壓的，而制冷系統(tǒng)冷凝部分是 高壓的，節(jié)流閥是控制制冷劑合理分配給蒸發(fā)器，讓蒸發(fā)器處于正常的制冷工作狀 態(tài)。 在電冰箱上制冷的四大要件是： ①壓縮機，藏在冰箱后面，圓頭圓腦的家伙； ②冷凝器，就是在冰箱后面的散熱片； ③蒸發(fā)器，在初期的單門冰箱中的凍結框，可以看得很清楚，拆開無霜冰箱的內襯 也能看到冷風機一樣的翅片管； ④節(jié)流閥，在冰箱后面有一段繞成螺旋狀的細銅管，那就是毛細管。冰箱的外殼就 相當與冷庫外體。 在制冷行業(yè)中，制冷劑可以是水、氨、F12、F22、F502、液氮等等?？照{用溴化鋰 吸收式制冷機，就是以水作為制冷劑使用。電冰箱中使用的是F12，在大冷庫的制 冷系統(tǒng)中用的是液態(tài)氨（不是氨水），液態(tài)氨的性質在氨的物理性能表上可以查到， 它在一個大氣壓下的蒸發(fā)溫度是－33.3℃。如果將液氨從常溫的鋼瓶中放出，一出 鋼瓶它立即變?yōu)椋?3.3℃的液氨（因為外界是一個大氣壓），如果流到水泥地上， 水泥地的溫度立刻使它沸騰，這是水泥地的熱量傳給了液氨，使液氨蒸發(fā)成汽態(tài)氨， 水泥地的局部也很快降到－30℃左右，如果流到水泥地上的液氨正好是一公斤，要 使液氨全部蒸發(fā)光，他必需從水泥地上吸收326大卡熱量，吸收多少，蒸發(fā)多少， 吸不足326大卡熱量，就一定有液氨殘留下來。如果將液氨放在一個金屬盆里，再 將金屬盆底接觸水面，水的熱量立刻傳給液氨，液氨受熱沸騰，水也很快結冰；如 果將盆懸掛在空中，盆底周圍的空氣立即因熱量傳給了液氨而失去熱量而降溫，降 了溫的空氣在下降，周圍熱空氣立即來補充，在盆下面可以看到帶著霧的冷空氣在 緩緩降下。這個盆就是‘蒸發(fā)器’。 至于蒸餾器，有人看過，有人沒看過，但是大家都看過茶缸蓋凝結水的現(xiàn)象，或者 農(nóng)村吊酒的錫鍋，原理是一樣的。缸蓋里面是熱騰騰的水蒸汽，缸蓋外是冷空氣， 水蒸汽通過缸蓋將熱量傳遞給了冷空氣，失去了一定熱量的水蒸汽，在缸蓋里表面 凝結成水，這就是冷凝器的原理，上面講的熱水汀也是同樣原理。 現(xiàn)在講庫房里的制冷進行過程：液態(tài)氨在蒸發(fā)器（排管）中如果處于0.3Kg/CM2表 壓力狀態(tài)（應該是0.03Mpa表壓力，出于習慣的方便，還是用Kg/CM2），它的沸騰 溫度應該是－28℃；而蒸發(fā)器外是－18℃的冷庫，如果有高于－18℃的商品進庫， 商品中的熱量很快傳給了空氣，使空氣溫度上升到比如－15℃，－15℃的空氣又將 從商品中傳來的熱量傳給了－28℃的液氨，液氨吸收了熱量溫度不會上升，而是沸 騰蒸發(fā)為氣體（氨蒸汽），這樣空氣來來回回的傳送，商品中的熱量逐步減少，溫 度逐步降低，最后降到－18℃，制冷就可以結束了，這是蒸發(fā)器的工作任務，庫內 空氣向蒸發(fā)器傳遞多少熱量，蒸發(fā)器內的液氨就蒸發(fā)掉相應的重量。當然除了商品 中的熱量外，還有外界氣溫中的熱量通過圍護結構傳進來的熱量，開門時空氣帶進 的熱量，使庫溫不時的上升，所以需要定時開機降溫。 但是如果沒有壓縮機的參與，蒸發(fā)器的工作是不能持久的，因為液氨受熱蒸發(fā)成為 氨蒸汽，氨蒸汽逐步擠占蒸發(fā)器的空間，蒸發(fā)器中的壓力也就逐步升高，壓力升高， 液氨的沸騰溫度就會上升，最后壓力升到1Kg/CM2表壓力時，溫度也上升到－18℃ 左右，液氨與冷庫的溫度相同，由于溫度平衡，熱量就無法向液氨傳遞了，制冷也 就停止了。壓縮機的任務就是要把蒸發(fā)器中產(chǎn)生的氨蒸汽抽走，使蒸發(fā)器中的壓力 一直保持在我們生產(chǎn)需要的0.3Kg/CM2表壓力狀態(tài)。這時候蒸發(fā)器中的壓力叫蒸發(fā) 壓力，蒸發(fā)器中的液氨溫度叫蒸發(fā)溫度。壓縮機抽出的氨蒸汽并不是排到大氣中去 的，而是排到冷凝器中，氨蒸汽被壓縮到冷凝器后，冷凝器的壓力會逐步升高，而 后就是冷凝器的任務了。我們知道氨蒸汽是帶著冷庫中的熱量的，氨蒸汽被壓縮機 從蒸發(fā)器抽出，而后壓縮到冷凝器中，那么壓縮機就完成了輸送熱量的任務。 現(xiàn)在氨蒸汽被聚集在冷凝器中（帶著大量冷庫中的熱量），壓力不斷升高，溫度也 隨著壓力的升高而升高，比如說壓力升高到表壓力14Kg/CM2，溫度也就對應升到 ＋39℃，如果在冷凝器管外供給＋34℃的冷卻水，那冷凝器中的氨蒸汽就會向水傳 送出熱量，每向冷卻水送出264大卡熱量，冷凝器中就有一公斤重的氨蒸汽凝結成 液態(tài)氨，并讓出原來氨蒸汽占領的大部分空間來。如果熱量沒有出路，那冷凝器中 的壓力就繼續(xù)升高，到冷凝器爆炸或跳安全閥為止。但是實際上壓縮機的排出溫度， 在表壓力14公斤/平方公分時，不是＋39℃，而是＋100℃以上。這是因為電動機帶 動壓縮機的活塞對氨蒸汽進行壓縮時做的功，轉換成熱量的緣故，也即熱功當量， 這可以在我們給自行車打氣時，打氣筒底部和皮管會發(fā)燙的原理是一樣的。壓縮機 對氨蒸汽做了1KW的功，就對氨蒸汽附加了860大卡的熱量，這一部分熱量是顯熱， 它加熱了氨蒸汽，使氨蒸汽溫度上升，這種熱量傳送給冷卻水后，不會被冷卻水冷 凝成液氨，只會降低溫度，只有當氨蒸汽溫度降到＋39℃時，才進行真正的冷凝工 作，在冷凝工作連續(xù)進行時，只要壓力不變，溫度也不會改變。這時的溫度叫冷凝 溫度，這時的壓力叫冷凝壓力。這就是冷凝器的工作任務。 冷凝器中冷凝下來的液氨，可以送到蒸發(fā)器中繼續(xù)使用，但必需用節(jié)流閥進行控制， 要不冷凝器中的來不及冷凝的氨蒸汽會竄到蒸發(fā)器中，那就亂套了。節(jié)流閥必需調 節(jié)到蒸發(fā)器中有確當?shù)囊喊毖a充，這就是節(jié)流閥的工作任務。 總結一下：首先液態(tài)氨在蒸發(fā)器中吸收了制冷對象的熱量，蒸發(fā)成氨蒸汽；氨蒸汽 包含著吸收來的熱量被壓縮機抽送到冷凝器，并壓縮成高壓、高溫的氨蒸汽，這時 候氨蒸汽中又加進了電動機的熱功當量所附加的熱量；冷凝器中的氨蒸汽，將熱量 傳送給溫度較低的冷卻水，失去熱量的氨蒸汽被冷凝成為液態(tài)氨；節(jié)流閥將冷凝下 來的液氨再有節(jié)制的補充給蒸發(fā)器，使蒸發(fā)器能夠連續(xù)地工作；整個工作過程就是 將低于－18℃的制冷對象中的熱量，強制送到＋30多℃的冷卻水中去，使制冷對象 失去熱量，溫度降到我們所需要的－18℃；而冷卻水吸收了熱量后，又通過水蒸汽 的蒸發(fā)，將熱量傳送給了大氣，或者說是風將熱量吹走了。這就是制冷全過程
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