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冷链物流管理
Leng Lian Wu Liu Guan Li
制冷与制冷方法
目录
CONTENT
项目 二
任务一 认识制冷
任务二 熟悉制冷方法
认识制冷
目录
CONTENT
任务一
一、制冷的概念与分类
二、制冷剂
三、制冷设备
任务导入
古人如何在夏季吃到冰镇食物
古代无制冰设备，冰采自天然。早在商代，人们就掌握了窖冰技术，即用冰窖储藏冬天的冰块以备夏天时使用。每年12月至次年1月，人们到江面、湖面上采冰，然后将其封存在冰窖里。
……（详见教材）
问题：
（1）什么是制冷？
（2）古代冰鉴和现代冰箱有什么区别？
制冷是指用人工的方法，在一定时间内从一个物体或系统中移去热量而使其低于周围环境温度并维持低温的过程。
需要注意的是，制冷不同于自然冷却。自然冷却是一个自发过程，不需要额外消耗能量；而制冷是一个非自发过程，需要消耗能量。
一、制冷的概念与分类
（一）制冷的概念
按温度范围划分，制冷可分为以下四类：
（1）普通制冷：温度范围为环境温度～ 153.15℃（120 K）。
（2）深度制冷：温度范围为 153.15℃～ 253.15℃（120～20 K）。
（3）低温制冷：温度范围为 253.15℃～ 272.85℃（20～0.3 K）。
（4）超低温制冷：温度范围为 272.85℃（0.3 K）以下。
一、制冷的概念与分类
（二）制冷的分类
提示
开尔文简称“开”，是国际单位制基本单位中的热力学温度单位，符号为K。摄氏温度与热力学温度的计算起点不同，在一个标准大气压（101.325 千帕）下，纯水的冰点为0℃，而热力学温度以绝对零度为起点，即 273.15℃＝0 K，所以热力学温度=摄氏温度+273.15。
二、制冷剂
物质有固相、液相、气相三种状态。物质从一种相态转变为另一种相态的过程，称为相变。制冷就是通过制冷剂在液态和气态之间的相变来完成的。制冷剂是一种流体，在制冷系统中用于传递热量，在低温低压环境中吸收热量，在高温高压环境中放出热量。制冷机工作时，制冷剂由液态转变为气态，气态又冷凝为液态，不断反复进行。当液体制冷剂降压后转变为气态时，吸收四周热量，使周围环境温度降低。气态制冷剂经压缩、冷凝，放出所吸收的热量后，会转变为原来的液态。
（1）高温（低压）制冷剂：标准蒸发温度>0℃，冷凝压力≤0.3 MPa，常用的有R11、R113、R123等。
（3）低温（高压）制冷剂：标准蒸发温度≤ 60℃，冷凝压力>2 MPa，常用的有R13、R1150、R744等。
（2）中温（中压）制冷剂： 60℃<标准蒸发温度≤0℃，0.3 MPa<冷凝压力≤2 MPa，常用的有R717、R12、R22、R134a、R290等。
二、制冷剂
（一）制冷剂的分类
1．按标准蒸发温度分类
按标准蒸发温度（即一个标准大气压力下的蒸发温度）分类，可将制冷剂分为以下三类：
提示
R11、R113、R123等是制冷剂编号。其中，“R”是refrigerant（制冷剂）的首字母；自右向左第一位数字为化合物中氟（F）原子数，第二位数字为化合物中氢（H）原子数加1，第三位数字为化合物中碳（C）原子数减1（该数字为0时可不写），第四位数字为化合物中非饱和碳键的个数（该数字为0时可不写）。例如，R11表示三氯-氟甲烷（CCl3F）。
（1）无机化合物
二、制冷剂
2．按化学组成分类
按化学组成分类，可将制冷剂分为以下五类：
（2）饱和烃的卤化物（氟利昂）
（3）碳氢化合物
（4）共沸混合
制冷剂
（5）非共沸混合制冷剂
提示
共沸混合制冷剂是指由两种或更多种制冷剂组成的，其平衡蒸气相和液相成分在某一给定压力下相同，但在其他条件下可能不同的混合制冷剂。
非共沸混合制冷剂是指由两种或更多种制冷剂组成的其平衡蒸气相和液相成分在任何点都不同的混合制冷剂。
随着技术进步，制冷剂的种类不断增加。选用制冷剂时，应遵循以下原则。
（二）制冷剂的选用原则
二、制冷剂
（1）制冷剂的标准蒸发温度不能太高。
（2）制冷剂的冷凝压力不能太低。
1．热力学方面
二、制冷剂
2．物理和化学方面
（1）制冷剂黏度小，能有效减小自身在系统中的流通阻力。
（2）制冷剂的传热系数大，传热效率高，传热面积小。
（3）制冷剂与制冷系统所用材料相容性好。
（4）制冷剂具有一定的吸水性，能防止自身在制冷系统中形成“冰堵”。
（5）制冷剂化学性质稳定，使用过程中不燃烧，不爆炸，不发生分解或聚合反应，不变质。
二、制冷剂
?
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VS
3．安全方面
制冷剂必须符合环保政策的相关规定，对人体健康无损害，并且无毒性、刺激性、腐蚀性。
4．经济方面
制冷剂能工业化生产，且价格低廉。
1．氟利昂
氟利昂是氟氯烃的商品名，又称氟氯烷，是一类含氟及氯的有机化合物，为无色、无毒、无味、无腐蚀性、易液化的气体。氟利昂可用作冰箱、空调的制冷剂，但是会破坏大气中的臭氧层，而且在缓慢氧化分解过程中，生成大量温室气体，加剧温室效应。氟利昂有R22、R141b、R142b和R123等。
国际上已规定控制并逐渐停止氟利昂的生产和使用，曾经用量最大、应用范围最广的R22已全面进入淘汰阶段。
（三）常用的制冷剂
二、制冷剂
制冷剂的种类有很多，常用的有氟利昂、R717、R744、R134a、R404A等。
2．R717
R717是氨制冷剂的编号，多用于大中型冷库。其优点是易获得、价格低廉、压力适中、单位容积制冷量大、放热系数高、几乎不溶于油、流动阻力小、泄漏时易发现，不会破坏大气中的臭氧层。其缺点是有刺激性臭味、有毒、易燃易爆、对铜及铜合金有腐蚀作用。R717具有很强的吸水性，遇水后会腐蚀铜及铜合金，且蒸发温度会略微提高。因此，使用R717的制冷系统中不能有铜及铜合金材料，且R717的含水量不应超过0.2%。
若以容积计，当空气中氨的含量达到0.5%时，人在其中停留半个小时就会中毒；当空气中氨的含量达到11%时，即可点燃；当空气中氨的含量达到16%时，遇明火就会发生爆炸。因此，使用R717的机房必须通风排气，并需经常排出制冷系统中的空气及其他不凝性气体。
二、制冷剂
3．R744
R744是二氧化碳制冷剂的编号，起源于19世纪80年代，在氟利昂被广泛应用后，被迅速取代。后来，由于氟利昂被限制使用，R744又一次引起了人们的重视。
R744有如下特点：
二、制冷剂
① 安全无毒，不可燃，ODP为0，GWP为1，对臭氧层无破坏作用；
② 具有与制冷循环和设备相适应的热物理性质，单位容积制冷量大，黏度小；
③ 具有优良的流动和传热特性。
提示
ODP（ozone depletion potential）即臭氧损耗潜值，用以表示化学物质对臭氧损耗的相对指数，ODP=1表示CFC-11所引起的臭氧损耗。ODP越小，表示制冷剂的环境特性越好。
GWP（global warming potential）即全球变暖潜值，表示大气中氯氟化碳物质对全球性气温变暖的影响能力，以R744的GWP为1。GWP越大，表示该制冷剂在单位质量、单位时间内产生的温室效应越大。
R744的高临界压力和低临界温度给它作为制冷剂带来了许多难题，无论是亚临界循环还是跨临界循环，二氧化碳制冷系统的运行压力都高于传统的制冷系统，这必然会给系统及部件设计带来许多挑战。此外，在使用R744时，需要考虑其泄漏带来的窒息风险。在特定的机房和应用场所内，应根据实际情况设置必要的二氧化碳浓度探测仪、排风装置、报警装置等。
二、制冷剂
4．R134a
R134a是一种新型环保制冷剂，对臭氧层没有破坏作用，无毒，不可燃，化学性质稳定。R134a是目前国际公认的替代R12的主要制冷剂之一，常用于车用空调、商业和工业用制冷系统中，也可用来配置其他混合制冷剂，如R404A、R407C等。
二、制冷剂
5．R404A
R404A是一种不含氯的非共沸混合制冷剂，常温常压下为无色气体，贮存在钢瓶中为压缩的液化气体。R404A具有清洁、低毒、不可燃、对臭氧层无破坏作用、制冷效果好等特点，主要用于中低温冷冻系统中。
三、制冷设备
制冷系统是指按照制冷循环，通过管道密封连接，并充注制冷剂，依次连接起来的机械和设备组成的整体，包括原动机在内。制冷系统的类型很多，按所使用的制冷剂分类，有氨制冷系统、氟利昂制冷系统、二氧化碳制冷系统等；按工作原理分类，有蒸气压缩式制冷系统、蒸气吸收式制冷系统、蒸气喷射式制冷系统等。下面主要介绍蒸气压缩式制冷系统的组成设备，包括主要设备和辅助设备两类。
在蒸气压缩式制冷系统中，压缩机、冷凝器、蒸发器、节流设备是主要设备，缺一不可。
三、制冷设备
（一）主要设备
1．压缩机
压缩机是制冷系统的心脏，是一种压缩和输送制冷剂蒸气，使之达到制冷循环所需动力的机械设备。选择压缩机时，要考虑制冷系统的类型、成本和客户的使用偏好、所在区域的维修资源、所在区域的气候与水资源条件等因素。
压缩机常见问题——结霜
三、制冷设备
各类压缩机的工作原理和优缺点
类型 工作原理 优点 缺点
往复式制冷压缩机 靠活塞的往复运动来改变压缩腔内部的容积 ① 热效率高、单位耗电量低； ② 制造工艺成熟，对材料要求低，造价低； ③ 装置系统较简单； ④ 应用范围广 ① 具有较多的运动部件，维护要求较高；
② 转速受限制；
③ 噪声大；
④ 控制系统落后，不能采用无人值守和连锁控制方式
回转式制冷压缩机 靠部件的旋转运动来完成压缩腔内部容积变化 构造简单、容积效率高、运转平稳、容易实现高速化和小型化，普遍应用于商用制冷装置中 依靠各摩擦面的滑动进行密封，故而对零部件的加工精度与装配间隙的要求较高，发展受制约
2．冷凝器
冷凝器的功能是将高温高压的制冷剂蒸气冷凝为液体制冷剂，并向外散热。根据冷却介质和冷却方式不同，冷凝器可分为风冷式冷凝器（空气冷却式冷凝器）、水冷式冷凝器和蒸发式冷凝器三种类型。
三、制冷设备
冷凝器的选择取决于当地的水源、水质和压缩机的容量、使用场合等诸多因素。在缺水地区或移动式冷藏装置中，宜选用风冷式冷凝器；在水源充足、水质较好的地区，宜选用水冷式冷凝器；在缺水或空气湿度、温度较低的地区，宜选用蒸发式冷凝器。
提示
类型 工作原理 特点
风冷式冷凝器 制冷剂在冷凝器内冷凝，空气在冷凝器外流动，以吸收冷凝器内制冷剂放出的热量 以空气为冷却介质，传热系数较小，不需要冷却水系统和接水管，造价低，安装、维修简便
水冷式冷凝器 制冷剂放出的热量被冷却水带走。冷却水可以只使用一次，也可以循环使用 以水为冷却介质，需设置冷却塔、循环水池、水处理装置，造价和运行费用较高
蒸发式冷凝器 利用水蒸发带走制冷剂蒸气冷凝过程中放出的热量 以水和空气为冷却介质，结构简单，便于安装，经济高效，节能
三、制冷设备
各类冷凝器的工作原理和特点
3．蒸发器
蒸发器的作用是使低温低压的液体制冷剂通过吸收设施内（室内）的热量蒸发为气体。蒸发器和冷凝器都属于换热设备，不同的是蒸发器吸热，冷凝器放热。蒸发器应安装在设施内的合适位置。
三、制冷设备
类型 构造 特点
管板式蒸发器 将直径为6～8 mm的蛇形紫铜管或铝管焊在铜板或薄钢板上制成，制冷剂在紫铜管或铝管内蒸发汽化 制造工艺简单，成本较低，传热性较差。常用于冷板冷藏车中，安装在车壁或顶板上。可单个使用也可组合使用，还可作为冷藏室的货架、隔板等的组成部分
吹胀式蒸发器 将铝-锌-铝复合板吹胀成型，外表面经氧化处理，以提高耐腐蚀性 制造工艺复杂，形式多样，散热性好
各类冷凝器的工作原理和特点
类型 构造 特点
单脊翅片盘管式蒸发器 由经过特殊加工的带有一个翅片的铝管或铜管经弯曲加工而成 制造工艺简单，传热性好，一般用在直冷式双门电冰箱的冷藏室中
翅片盘管式蒸发器 在盘管上穿套翅片，经膨胀焊接而成，一般配有风扇 制造工艺复杂，热传递面积大，传热效率高，一般用于间冷式电冰箱中
冷风机 由壳体、管板、风机、水循环系统等组成 结构紧凑，冷却空间的降温速度快、温度分布较均匀。霜层积累太厚时，会影响其传热性
三、制冷设备
（续）
4．节流设备
在制冷系统中，供给蒸发器液体制冷剂的量直接影响蒸发器的工作效率。若供给量不足，则会引起蒸发器制冷量减少；若供给量过大，同样会使制冷量减少，还可能使压缩机产生液击危险。为保证制冷系统正常运行，必须对蒸发器的制冷剂供给量进行调节，这就需要用到节流设备。节流设备的作用是为蒸发器提供适量的液体制冷剂，同时维持系统高压侧和低压侧的压力差，保证蒸发器中的蒸发压力适宜。
三、制冷设备
液击主要出现在压缩机中，由于液体制冷剂（或润滑油）被压缩机吸入，造成压缩机的异常冲击事故。
提示
在制冷系统中，常见的节流设备主要是膨胀阀。膨胀阀是指用以调节流向蒸发器的液体制冷剂的压力和流量的调节阀。膨胀阀本身不能控制压力和温度，但可通过对压力和温度的感应控制进入蒸发器的制冷剂的量。
三、制冷设备
1．润滑油的分离和收集设备
在蒸气压缩式制冷系统中，经压缩后的制冷剂蒸气处于高压高温状态。汽缸壁上的部分润滑油受高温的作用，会变成油蒸气及油滴微粒与制冷剂蒸气一同排出。对于氨制冷系统来说，氨与油不互溶，润滑油在随制冷剂蒸气一起进入冷凝器和蒸发器时，会在传热壁上凝成一层油膜，导致冷凝器和蒸发器的传热效果降低。因此，必须在压缩机与冷凝器之间设置润滑油的分离和收集设备，将混在制冷剂蒸气中的润滑油分离并收集起来，以保证制冷系统安全、高效地运行。
三、制冷设备
（二）辅助设备
蒸气压缩式制冷系统的辅助设备主要有润滑油的分离和收集设备、制冷剂的分离和存储设备、制冷剂的净化设备等。
2．制冷剂的分离和存储设备
制冷剂的分离和存储设备主要有气液分离器、贮液器等。
（1）气液分离器。气液分离器是将混在制冷剂蒸气中的液体与混在制冷剂液体中的气体进行分离的设备。
（2）贮液器。贮液器又称贮液桶，按工作压力不同，可分为高压贮液器和低压贮液器。
三、制冷设备
（二）辅助设备
高压贮液器一般与冷凝器安装在一起，其作用是储存从冷凝器中流出的制冷剂液体，使冷凝器传热更充分，并且能有效防止高压制冷剂蒸气窜至低压系统管路中。低压贮液器仅在大型氨制冷系统中使用，主要用来收集氨液分离器分离出来的低压氨液。
三、制冷设备
三、制冷设备
制冷剂的净化设备主要有空气分离器、过滤器、干燥器等。
3．制冷剂的净化设备
（1）空气分离器。空气分离器又称不凝性气体分离器，用于清除制冷系统中的空气及其他不凝性气体，起到净化制冷剂的作用，主要应用在大中型制冷系统中。空气分离器的类型有卧式空气分离器和立式空气分离器两种。
（2）过滤器。压缩机的进气口处应安装过滤器，防止铁屑等污物进入压缩机，损伤阀片和气缸。膨胀阀等调节控制阀前也应安装过滤器，防止污物阻塞阀孔或损坏阀芯。
（3）干燥器。干燥器可将制冷剂中的水分吸收干净，防止水分进入制冷系统。
提示
在一些制冷系统中，过滤器和干燥器通常组合在一起使用，称为干燥过滤器。
课堂小结
课堂作业
说一说，你还能想到哪些制冷的应用呢？
任务实施
认识常用的制冷设备
1．任务描述
参观校内制冷实训室或者企业冷库，认识常用的制冷设备。
2．任务目的
（1）认识常用的制冷设备。
（2）熟悉制冷设备的安全知识。
任务实施
3．任务分工
学生自由分组，每组4～6人，从中选出组长，由组长进行任务分工，然后将分工情况填入表中。
班级 组号 指导教师
小组成员 姓名 学号 任务分工 组长 组员
任务实施
4．实施步骤
（1）教师对学生进行安全教育，讲解制冷设备的安全知识等。
（2）各小组参观校内制冷实训室或者企业冷库，了解所用制冷设备的名称、型号、功能、工作原理等。
（3）各小组根据实地参观情况并通过网络搜集资料，详细列出制冷设备的名称、型号、功能、工作原理等，然后制作PPT。
（4）每组派一名代表上台讲解本组制作的PPT。
THANK YOU！
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