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製冷裝置

(機械工程學術語)

鎖定
作為製冷設計技術的一種應用,製冷裝置主要是研究和選用性能匹配的主機與輔機,並有不同的管道連接組成不同特性的製冷系統,它是用於與建築、結構、給排水、採暖通風、機械傳送、電力電照以及自動控制等多個工種密切組合的一種裝置,是多學科研究的結晶。 隨着國民經濟的持續增長、製冷裝置在工業、農業、商業、科學技術及人民生活等各方面都得到了廣泛的應用,特別是食品冷藏和空氣調節,直接關係到很多部門的工業生產和人民生活的需要。
中文名
製冷裝置
類    別
機械工程學術語

製冷裝置基本概念

製冷裝置 製冷裝置
★製冷設備(系統)和用冷、耗冷設備的組合。
★實現製冷循環壓縮、冷凝、膨脹、蒸發四個過程的設備、配件和管道等相互連接而組成的一個整體。(機械壓縮式,這種定義有失偏頗。)
★提供冷量或產生冷量並且重點研究使用,消耗冷量的系統。
常見製冷裝置分類和用途
製冷裝置是將製冷設備與消耗冷量的設備組合在一起的裝置。製冷裝置根據用户消耗的冷量
和冷量使用方式的不同,製冷裝置分為不同的的類型。使用比較廣泛的,大致有這樣
幾類:
一、冷凍冷藏裝t
這類製冷裝置主要用於食品的冷加工、冷藏及冷藏運輸,但一也用於貯存其他物品,如藥
品、疫苗等,其目的是為了保持食品的原有質量,以防其因生化或黴菌腐蝕而腐敗變質。冷
藏箱、冷櫃及冷庫是最常見的食品冷凍冷藏裝置。冷藏汽車、冷藏列車、冷藏船、平板凍結
器、流牀式凍結設備等也大量用於食品的冷凍冷藏。
二、空調用製冷裝t
採用人工的方法,創造或保持滿足一定要求的空氣環境,進行空氣調節的任務。對應於不
同的具休要求,採用製冷裝置型式也有所不同。房間空氣調節器,俗稱家用空調,是小型的
空調裝置。按結構型式分為整體式和分休式,其中整休式中的窗式機,·分體式中的掛壁機,
以及分體式中的落地式空調器(俗稱櫃機)最常用。中大型空調工程中以電動壓縮式冷
水(熱泵)機組為主,包括往復活塞式、螺桿式、渦旋式、離心式等。吸收式機組,尤其是
直燃式吸收式機組近年來在空調應用中發展較快。冰蓄冷技術在空調工程中也得到應
用,有利於避開用電高峯,在實行分時電價的地區,可取得較好的經濟效益。汽車空調用的
製冷裝置,在重量、休積、抗震性方而的要求則更高。
三、試驗用製冷裝1
它是用來創造低温和其他要求的環境,以專門進行產品的性能試驗及科學研究試驗,檢
查它們在低温條件下能否保證所規定的性能指標,能否正常工作。這類裝置有低温試驗箱
高低温環境試驗裝置、植物生長環境試驗裝置等。
四、工業與工程用製冷裝t
工業生產中常將製冷設備用於某些生產工藝流程,它隨服務對象的工藝過程而定,而且
往往是將蒸發器與生產設備合為一休,有時使用生產過程中的原料或產品作為製冷劑,並將
製冷系統與生產工藝流程結合起來。
在建築方而,澆製巨型混凝土大壩時,可用人工製冷方法來排除混凝土在凝固過程中析
出的熱量,以防壩體裂縫,並可提高混凝土的強度。片冰機在這些場合得到較多應用。在流
沙地區開掘礦井或隧道時,可先將其四周土壤凍結,然後在凍土中進行施工。此外尚可用人
工製冷方法建造人工冰球場及溜冰場等。 [1] 
各種不同分類方式
按製冷劑分類:氨、氟利昂、空氣、其他
氟利昂製冷系統:CFC HCFC HFC類物質。
其他工質製冷系統:CO2 H2O CH化合物等天然工質
按製冷原理分類:
機械蒸汽壓縮式、吸收式、蒸汽噴射式、熱電式、吸附式
按蒸發器供液方式分類:
直接膨脹供液(直流式供液)
重力供液製冷系統
液泵供液
直接供液:利用冷凝壓力和蒸發壓力的壓差,將液態製冷劑經節流閥降壓後直接送入蒸發器。
直接供液優缺點:
優點:供液方式簡單,不消耗其它動力;
缺點:供液量調節困難,尤其是當冷間負荷發生劇烈變化時,就會出現供液過多或過少的現象。
供液過少:製冷量不足,物體降温慢
供液過多:壓縮機的濕衝程
適用範圍:氟系統,由於氟系統使用熱力膨脹閥和回熱器,能較好地調節供液量和防止濕衝程
重力供液:這種方式必須在蒸發器的上方(冷間外)設立一個氨液分離器,使兩者之間形成一定的液位差,為低壓液體進入蒸發器提供動力
重力供液優缺點:
優點:1.蒸發器的供液和回氣都要經過氨液分離器,這樣就將節流後產生的閃發氣體和回氣攜帶的液滴分離掉,讓液體進入蒸發器,提高傳熱效果。
2.讓氣體回到壓縮機,可避免濕衝程。
3.與直接供液相比,重力供液更安全可靠。
缺點:1.動力小,液態工質的流速慢,放熱係數小;
2.需要為氨液分離器建造專門的閣樓而增加基建投資;
3.因為管道存在阻力,而使供液迴路的總長受到限制。
適用範圍:小型氨製冷系統。
液泵供液:主要用低壓循環桶代替氨液分離器和用氨泵供液。
液泵供液優缺點:
優點:1.低壓循環桶不必放置很高,只要桶內液麪高度滿足氨泵的吸入壓力即可,供液迴路可以更長。
2.製冷劑流量大,流速高,改善蒸發器的換熱。比直接供液25%~30%;比重力供液高10%
缺點:耗功,系統管徑較大。製冷系統動力增加1%~1.5%;
適用範圍:大中型冷庫,人工冰場等

製冷裝置系統及方式

分類
1.自然對流製冷劑直接蒸發冷卻
2.強制對流製冷劑直接蒸發冷卻
3.自然對流載冷劑間接冷卻
4.強制對流載冷劑間接冷卻
冷卻方式
製冷裝置的冷卻方式 製冷裝置的冷卻方式
製冷劑直接蒸發冷卻 ←↙自然對流
自然對流製冷劑直接蒸發冷卻: 系統比較簡單、節能
蒸發器安裝在用冷場合,利用製冷劑的蒸發來直接冷卻用冷場合的空氣,通過空氣再去冷卻被冷卻物體。
整個用冷場合的空氣流動是由於蒸發器周圍的空氣被冷卻以至於温度降低、密度變大後引起的。
強制對流製冷劑直接蒸發冷卻:
與前面的不同之處在於:用冷場合的空氣通過風機的作用強制流過蒸發器,並在用冷場合內循環流動。
優點:換熱係數高,總傳熱温差小,蒸發器換熱面積小,製冷劑衝注量小,金屬消耗量小,温度場均勻,冷卻速度快。
缺點:冷卻物品的幹損耗;
風機耗能,又將耗能轉變為熱量增加了蒸發器的負荷。
適用:間冷式冰箱,冷藏汽車冷藏船冷庫凍結間等。
在製冷系統規模較大,用冷場合比較分散的情況下,採用製冷劑蒸發冷卻物體,必然會導致如下狀況:
製冷劑循環管路長,製冷劑外泄的可能性增大;
優點:減少製冷劑泄露的可能性;
具有一定的蓄冷能力;
温度調節方便;
缺點:冷損大(傳熱級數多);
泵功耗;系統稍複雜
強制對流載冷劑間接冷卻:
優點:提高了冷卻盤管的傳熱性能,温度場分佈均勻
缺點:冷損大(傳熱級數多);
泵功耗,風機功耗;系統稍複雜
幹損耗。
融霜系統
結霜原因及霜的危害:
融霜系統 融霜系統
製冷裝置中蒸發器的外壁面温度低於0℃,該表面就會接霜。(水蒸氣
危害:傳熱係數下降,製冷量下降,功耗增加。
統計數據:鋼管,霜層厚度=蒸發器管壁厚度,霜層熱阻比鋼管熱阻大94~443倍(視久積還是新積而定)。
強制對流:如冷風機多用肋片管,接霜時,不但傳熱熱阻增大,而且使空氣流動阻力增大。
除霜的方法及各自優缺點、適用場合:
1.掃霜、水衝霜、
2.製冷劑過熱氣體融霜(熱氣融霜、反循環融霜)、
3.製冷劑過熱氣體和水結合融霜、
4.用電加熱器、蒸汽加熱器或温水加熱器融霜
(1)掃霜、水衝霜
掃霜:
不停機:不徹底,庫温影響不是太大,勞動強度大。
停機:較徹底,影響庫温和生產,強度大。
水衝霜:較簡單。控制水温25℃。
不停機:影響庫温不是太大,防止水對冷庫的危害。
停機:影響庫温和生產
(2)製冷劑過熱氣體融霜和水結合融霜
來自壓縮機過熱蒸汽通過接霜的蒸發器(相當於冷凝器,製冷劑由氣態變為液態,放熱給蒸發器外表面),使冰霜與蒸發器脱開,然後淋水,可以把霜除掉。
停水後,利用製冷劑過熱蒸汽“烘乾”蒸發器外表面(以免結冰)。
特點:速度快,效果好,操作複雜。
適用:大型及中型製冷裝置,一機多庫。常用在製冷劑直接蒸發冷卻系統
(3)電熱融霜
電熱融霜:在蒸發器下面裝電熱器,一般適用單個庫房或小型製冷裝置。
載冷劑系統多采用該形式。
用電加熱器、蒸汽加熱器或温水加熱器融霜雖然結構簡單,易於實現自動化,但要耗費電能,温度容易波動。
載冷劑間接冷卻系統的熱鹽水融霜
總結:
電熱融霜與熱氣融霜系統的根本不同點:
1.耗能方式;
2.被融霜的蒸發器內部製冷劑相變情況不同:熱氣融霜的蒸發器內製冷劑是被冷卻,由氣態變為液態,要注意排液或防止壓縮機的液擊
3.電熱融霜的蒸發器內製冷劑卻是被加熱,由液態變為氣態,要防止回氣壓力、蒸發温度和庫温過高。

製冷裝置設計原則

設計基本原則
1.使用要求和使用條件
2.保證在一定工況範圍內的穩定性
3.性能指標和經濟指標優化
設計的一般步驟
1.確定裝置的類型和結構
2.確定設計工況、確定負荷
3.製冷系統各部件性能確定、形式與大 小的確定
4.非設計工況下的校核
得熱量與冷負荷
得熱量:進入建築(冷間內)的熱量
冷負荷:維持環境(室內、冷間內空氣温度達到所要求的值而需要的冷量)需取走的熱量
冷負荷一般不是恆定不變的。空調/冷庫設計負荷一般指的是冷負荷的最大值。
冷庫得熱量
1.圍護結構傳熱:包括玻璃
2.貨物熱(冷卻、凍結、冷加工)
3.換氣熱(空氣更換)
4.操作熱(人員操作、各種設備工作發熱、操作開門進氣)

製冷裝置冷庫

概念
冷庫 冷庫
冷庫是用人工的方法,達到在特定的温度和相對濕度條件下,加工和貯藏食品等物品的專用建築。
通常指機械製冷冷庫。是在利用良好隔熱材料建築的倉庫中,通過機械製冷系統的作用,將庫內的熱傳送到庫外,使庫內的温度降低並保持在有利於延長產品貯藏期的温度水平、濕度水平的一種貯藏方式。
分類
按其結構類別主要分:土建冷庫、裝配冷庫、覆土冷庫和山洞冷庫。
裝配式冷庫庫體為鋼框架輕質預製隔熱板裝配結構,其承重構件多為薄壁型鋼材製作。由於除地面外所有構件是按統一標準在專業工廠預製,在工地現場組裝,所以施工速度快,建設週期短。
冷藏庫容量分:大型冷庫(10000m)、大中型冷庫(5000~10000m)、中型冷庫(100~5000m)、小型冷庫(1000m以下)。
發展
國外冷庫近年來發展很快,在冷庫土建方面,對單層冷庫正在向預製裝配化發展,磚石工程僅限於地基和混凝土地面
隔熱也採用聚氨酯或聚苯乙烯預製和現場發泡兩種結構;
在冷庫自動控制方面,新建庫實現了機器設備運行自動化;
在製冷設備方面,由於螺桿式壓縮機具有操作方便、安全、易損件少、壽命長、維修方便及節能明顯等特點,因此螺桿式壓縮機正在逐步取代活塞式壓縮機
氣調庫作為特種冷庫,由於型式系列化、多樣化及節能上的主要特徵,在國外也得到了廣泛應用,並在裝配化方面發展很快。

製冷裝置氣調冷庫

氣調貯藏是調節氣體成分貯藏的簡稱,英文為Controlled Atmosphere Storage,簡稱CA貯藏或稱CA庫,這是人為改變貯藏環境中氣體成分的貯藏方法。
機械冷藏同氣調貯藏相結合就是氣調冷藏庫,它是同時控制貯藏環境的温度、濕度、氣體組成各個環境因素來貯藏物品的方法。
大氣中氧氣含量20.9% 氮氣含量78% 二氧化碳0.03%
氣調庫設計參考數據如下
1、温度:t=-2~+10℃可調,波動幅度△t<±0.5℃;
2、相對濕度:=80~95%可調;
3、含O2量(體積分數):2~5%可調,首次降氧時間單間960m3<120h;
4、含CO2量(體積分數):1.0~5%可調;
5、含乙烯量:10×10-6以下
6、氣密性指標:正壓測試,限度壓力的半壓降時間:
庫內壓力由300Pa降至150Pa時間≮30min
庫內壓力由200Pa降至100Pa時間≮20min
庫內壓力由100Pa降至50Pa時間≮10min
7、温濕度檢測:自動控制,自動顯示自動記錄
三種氣調控制方法:1、普通氣調貯藏
2、機械氣調(CA)貯藏法。
3、普通CA與機械氣調混合法
依據制氮設備的工作原理,可以將其分為三種類型:吸附分離式制氮類型、膜分離制氮類型和燃燒降氧制氮類型。

製冷裝置運輸與冷藏櫃

合格的冷藏運輸設備必須滿足以下的技術要求:
(1)隔熱結構要求高。車、船體的金屬骨架深入隔熱結構產生熱橋,導致熱量滲入增加,一般在深入隔熱層的金屬骨架處至少需要相當於50mm厚的軟木隔熱層,以防止表面凝水和減少冷量損耗。
(2)應有良好的防潮措施。由於裝卸貨物週期短,艙箱內的空氣容易受到外界空氣影響而使温度和濕度均上升,使冷藏室內水蒸氣分壓力高於隔熱層內水蒸氣分壓力,而使水蒸氣深入隔熱層內。
(3)製冷裝置應適應運輸工具的特點。只能採用風冷冷卻。
(4)負荷變化大,設計時應考慮製冷機的餘量。
(5)運輸式冷藏裝置在重量、體積、安全性及自動化方面的要求比陸用冷藏裝置要高。
食品冷藏鏈
是建立在食品冷凍工藝學的基礎上,以製冷技術為手段,使易腐農產品從生產者到消費者之間的所有環節,即從原料(採摘、收購等環節)、生產、加工、運輸、貯藏、銷售流通的整個過程中,始終保持合適的低温條件,以保證食品的質量,減少損耗。這種連續的低温環節稱為冷藏鏈(Cold Chain)。
食品冷藏鏈由冷凍加工、冷凍貯藏、冷藏運輸和冷凍銷售四個方面構成。
陸上冷藏運輸
陸上冷藏運輸分為公路冷藏運輸鐵路冷藏運輸
鐵路冷藏車的分類
· 加冰冷藏車
· 機械冷藏車
· 冷凍板式冷藏車
· 無冷源保温車
· 液氮乾冰冷藏車
商用冷凍冷藏櫃
1.陳列櫃的分類
· 按銷售方式分:開啓式、封閉式、半封閉式及組合式。
· 按壓縮機放置方式分:內藏式、分體式。
· 按使用温度分:冷藏式、冷凍式、雙温式。
· 按結構型式分:島式、貨架式、平式、組合式、拉門式、後補式。
2.島式陳列櫃、開式陳列櫃和閉式陳列櫃
· 島式陳列櫃:指在櫃的四周都可取貨的陳列櫃。
· 開式陳列櫃:通常的使用條件下,取貨部位敞開,顧客能自由地接觸櫃內食品的陳列櫃。
· 閉式陳列櫃:在通常的使用條件下,取貨部位以門或蓋關閉的陳列櫃

製冷裝置食品凍結裝置

凍結
凍結就是將食品温度降低至食品汁液的凍結點以下某一指定温度,使食品中所含的水分變為冰。
國內凍結間的設計室温一般採用-23℃,目前趨向採用-30~-40℃或更低的温度。
食品凍結裝置:
1、擱架式排管凍結裝置
2、吹風凍結裝置
3、螺旋帶式凍結裝置
4、平板凍結器
5、流牀式凍結設備
6、其他凍結設備
凍幹
真空冷凍乾燥,簡稱凍幹。由於物質的乾燥是在真空和低温凍結狀態下進行,凍結制品中的固態水分在共晶點温度以下,從真空系統中直接汽化脱水,故又名昇華乾燥。
真空冷凍乾燥裝置包括以下部分:真空冷凍乾燥箱、水冷凝結器,真空系統、製冷系統、加熱系統。

製冷裝置空調製冷裝置

組成與分類
按空氣處理設備的設置,空調裝置可分:
(l)集中式系統:所有的空氣處理設備,包括風機、冷卻器加濕器、過濾器等,都集中在一個空調機房內,通常冷、熱源也是集中的。集中式的空調系統一般用於較大面積的建築,所需冷量大,故採用容量較大的冷水機組
(2)半集中式系統:除了有集中空調機房外,還有分散在被調房間內的冷熱交換器,主要是對進入被調房間之前的由集中處理設備來的空氣/冷媒水再進行一次處理。誘導器系統,風機盤管系統等均屬此類。
(3)全分散式系統:這是指將空氣處理設備分散在被調房間內的系統。房間空調器汽車空調屬於此類。這種系統不需要空調機房,一般也沒有輸送空氣的長的風道。
中央空調系統組成
被調對象、空氣處理系統、空氣輸送系統、空氣分配系統。
蓄冷空調系統
按蓄冷介質的不同,大致可以分為水蓄冷系統、冰蓄冷系統共晶鹽蓄冷系統。
全部蓄冷設計模式和部分蓄冷設計模式
熱泵
熱泵:既可製冷又可制熱的機組。
空氣源熱泵:
在夏季室內蒸發器吸收房間冷負荷製冷,而向室外空氣排出熱量;在冬季通過機組四通換向閥換向,室外換熱器吸收空氣熱量,由室內換熱器放熱而向房間供熱。
優缺點:
使用方便,應用廣泛;
在冬季機組存在結霜現象,熱泵機組性能下降;
熱泵供熱量與建築物需熱量之間有矛盾,通常需要輔助熱源。
在夏季室內蒸發器吸收房間冷負荷製冷,冷負荷與壓縮機耗功形成的熱量通過冷凝器排入水源中;在冬季通過機組四通換向閥換向,室外換熱器吸收水源的熱量,由室內換熱器放熱而向房間供熱。
優缺點:
水温穩定,普遍較室外空氣高;
地下水、地表水或工業廢(污)水水質需處理;
回灌技術難度大。
地源熱泵:
通過地埋管換熱器中循環液的流動將熱量帶入大地(夏季),或從大地(土壤)中吸收熱量(冬季),同時依靠四通換向閥換向實現房間的製冷與制熱。
優缺點:
地温波動小並有延遲,機組工作條件好;
在冬夏季季冷熱負荷不等的情況下存在土壤温度逐年變化的情況;
土壤導熱係數小,土壤換熱器面積大。

製冷裝置裝置節能

1.冰箱設計的節能途徑
採用高效壓縮機
兩器(蒸發器、冷凝器)與壓縮機、用冷場合需冷量之間合理的匹配;
減少冷量損失(加厚發泡層、改善門封結構、改進除霜方式);
採用節能工質;
採用先進循環。
2.製冷機的選用原則
(1)應考慮建築物全年空調負荷的變化規律及製冷機部分負荷的調節性能。合理選擇機型、單機容量、台數和全年運行方式,以便提高製冷系統在部分負荷時的運行效率,從而降低年運行費用。
(2)從提供相同冷量、消耗一次能源的角度來説,電力驅動的製冷機比吸收式製冷機能耗要低。但對當地電力供應緊張,或有現成的熱源,特別是有餘熱、廢熱可利用的場合,應優先選用吸收式製冷機。
(3)從能耗、單機容量和調節等方面考慮,選擇電力驅動冷水機組時,當單機空調製冷量大於1160kw時宜選用離心式;製冷量為580~1160kW時,宜選用螺桿式或離心式;製冷量小於580kw時,宜選用活塞式或渦旋式。
(4)選擇製冷機時,應考慮對環境的影響,如噪聲、振動等。從對大氣臭氧層的破壞與否來考慮,吸收式製冷機有明顯的優點;從温室效應考慮吸收式製冷機CO2排放量比電驅動製冷機大,因而就要綜合考慮。
參考資料