壓縮機製冷原理

壓縮 壓縮機    時間:2014-03-13 02:53:22
壓縮機製冷原理簡介
    最簡單的製冷由四大要件組成:①壓縮機;②冷凝器;③節流閥;④蒸發器;        ……
壓縮機製冷原理正文

    

最簡單的製冷由四大要件組成:①壓縮機;②冷凝器;③節流閥;④蒸發器;   

    首先講講什麼叫製冷。製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製造出“冷”來。那到底什麼是冷,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,水果庫溫度穩定嗎?你說很穩定,這回答的含義是水果庫溫度穩定在±0℃了,這是我們這個行業對冷的定義。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製冷,這就是術語。什麼叫製冷,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,不多久水就幹了。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℃到燒乾,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。如果按製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,這就是製冷,是利用水對鋼板製冷。如果將水倒在鋼板上,那就更直觀了。  

   在上述的製冷過程中,如果鋼板的大小一定,並排除外界空氣的降溫因素,那麼鋼板降了多少度,是可以精確計算出來的。在這裡所述及到的‘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製冷系統,將商品中和空氣中的熱量向比商品溫度更低的製冷劑傳遞,達到降低商品溫度的目的。 
       我們的製冷系統與鍋爐的制熱系統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,進一步講講製冷劑在製冷時的作用。上面講的燒水壺也可算是一隻鍋爐,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℃,為什麼不是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乾(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,在這裡的水就是製冷劑。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。當然小水珠會繼續放出熱量而降低溫度,等水珠變成水滴落到地上或附在牆壁上時,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,如果向室內散發了539大卡熱量,熱水汀內就冷凝下來1公斤水。按製冷角度來講,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使用。
現在回到製冷的四大要件:
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的蒸餾器(錫鍋);
③蒸發器,可以理解為上面所講的水壺或鍋爐;
④節流閥,可以理解為從樓上高位的熱水汀到鍋爐之間,加一隻閥,開小一點,讓蒸餾下來的水流進鍋爐繼續使用,不讓熱水汀中的水流光了使鍋爐中的蒸汽反衝回熱水汀,這一點與我們製冷不同,因為整個系統是均壓的,而製冷系統冷凝部分是高壓的,節流閥是控制製冷劑合理分配給蒸發器,讓蒸發器處於正常的製冷工作狀態。
在電冰箱上製冷的四大要件是:
①壓縮機,藏在冰箱後面,圓頭圓腦的傢伙;
②冷凝器,就是在冰箱後面的散熱片;
③蒸發器,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節流閥,在冰箱後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。
    在製冷行業中,製冷劑可以是水、氨、F12、F22、F502、液氮等等。空調用溴化鋰吸收式制冷機,就是以水作為製冷劑使用。電冰箱中使用的是F12,在大冷庫的製冷系統中用的是液態氨(不是氨水),液態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,一出鋼瓶它立即變為-33.3℃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,使液氨蒸發成汽態氨,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,要使液氨全部蒸發光,他必需從水泥地上吸收326大卡熱量,吸收多少,蒸發多少,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;如果將盆懸挂在空中,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‘蒸發器’。至於蒸餾器,有人看過,有人沒看過,但是大家都看過茶缸蓋凝結水的現象,或者農村吊酒的錫鍋,原理是一樣的。缸蓋裡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。現在講庫房裡的製冷進行過程:液態氨在蒸發器(排管)中如果處於0.3Kg/CM2表壓力狀態(應該是0.03Mpa表壓力,出於習慣的方便,還是用Kg/CM2),它的沸騰溫度應該是-28℃;而蒸發器外是-18℃的冷庫,如果有高於-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,最後降到-18℃,製冷就可以結束了,這是蒸發器的工作任務,庫內
空氣向蒸發器傳遞多少熱量,蒸發器內的液氨就蒸發掉相應的重量。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,蒸發器的工作是不能持久的,因為液氨受熱蒸發成為氨蒸汽,氨蒸汽逐步擠占蒸發器的空間,蒸發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,最後壓力升到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,由於溫度平衡,熱量就無法向液氨傳遞了,製冷也就停止了。壓縮機的任務就是要把蒸發器中產生的氨蒸汽抽走,使蒸發器中的壓力一直保持在我們生產需要的0.3Kg/CM2表壓力狀態。這時候蒸發器中的壓力叫蒸發壓力,蒸發器中的液氨溫度叫蒸發溫度。壓縮機抽出的氨蒸汽並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,而後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器抽出,而後壓縮到冷凝器中,那麼壓縮機就完成了輸送熱量的任務。現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氨,並讓出原來氨蒸汽佔領的大部分空間來。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,可以送到蒸發器中繼續使用,但必需用節流閥進行控制,要不冷凝器中的來不及冷凝的氨蒸汽會竄到蒸發器中,那就亂套了。節流閥必需調節到蒸發器中有確當的液氨補充,這就是節流閥的工作任務。


    總結一下:首先液態氨在蒸發器中吸收了製冷對象的熱量,蒸發成氨蒸汽;氨蒸汽包含著吸收來的熱量被壓縮機抽送到冷凝器,並壓縮成高壓、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氨;節流閥將冷凝下來的液氨再有節制的補充給蒸發器,使蒸發器能夠連續地工作;整個工作過程就是將低於-18℃的製冷對象中的熱量,強制送到+30多℃的冷卻水中去,使製冷對象失去熱量,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,將熱量傳送給了大氣,或者說是風將熱量吹走了。


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