一.制冷緒論
制冷就是用人工的方法使自然界的某物體或某空間達到低于周圍環(huán)境溫度，并使之維持這一溫度。而制冷裝置是為了適應(yīng)人們希望能人工改變局部環(huán)境溫度的需要而產(chǎn)生和發(fā)展的。作為制冷技術(shù)的一種應(yīng)用，制冷裝置主要是研究和選用性能匹配的主機與輔機，并由不同的管道連接組成不同特性的制冷系統(tǒng)，它是用于與建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、采暖通風(fēng)、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(xué)科研究的結(jié)晶。隨著國名經(jīng)濟的持續(xù)增長、科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，以及人民生活水平的不斷提高和現(xiàn)代工業(yè)的需要，制冷裝置在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、科學(xué)技術(shù)及人民生活等各個方面都得到了廣泛的應(yīng)用，特特別是食品收藏和空氣調(diào)節(jié)，直接關(guān)系到很多部門的工業(yè)生產(chǎn)和人民生活的需要。
二.制冷裝置的含義
制冷裝置是將制冷設(shè)備與消耗冷量的設(shè)備組合在一起的裝置。它不要研究用不同類型的制冷機械來供應(yīng)冷量，而且更重要的是研究和解決制冷裝置的類型和特性去滿足消耗冷量的用戶。隨著冷量使用方式的不同，制冷裝置的類型亦有各種各樣，發(fā)展十分迅速，新型制冷裝置愈來愈多，目前使用比較廣泛的大致有以下幾類：冷藏制冷裝置、速凍制冷裝置、空調(diào)制冷裝置、工業(yè)冷卻裝置、商用制冷裝置、液氮制冷裝置、真空冷凍制冷裝置、工程用制冷裝置、試驗用制冷裝置以及其他制冷裝置如采用風(fēng)能、海洋能、太陽能等物理化學(xué)能以及半導(dǎo)體制冷的裝置正在深入研究，并取得不少成果。另外，隨著大部分氟利昂家族被禁止使用，CFC的替代問題以及擴大R717的研究成果，都將促使開發(fā)其他制冷能源。
三.制冷裝置的基本原理
本篇全面介紹了氨壓縮式制冷裝置的基本原理、循環(huán)特性及其設(shè)計計算和優(yōu)化方法等。主要有庫房的冷負荷計算、制冷壓縮機及設(shè)備選型計算、庫房制冷工藝設(shè)計、機房設(shè)計、制冷系統(tǒng)管道設(shè)計、制冰與冰庫、氟利昂制冷裝置以及制冷裝置的調(diào)整。
制冷裝置在生活中的應(yīng)用越來越多，且與生活實際密切相關(guān)，這有利于實踐、參觀、實物展示、拆裝，由于新工藝、新技術(shù)、新材料的研究與應(yīng)用，高效、節(jié)能、環(huán)保、新功能的制冷裝置設(shè)備不斷出現(xiàn)，如、省電、數(shù)字溫控、自動除臭、模糊控制、神經(jīng)系統(tǒng)除霜冰箱，新型螺桿式、渦旋式、余擺線式壓縮機等。
四.制冷方案的設(shè)計
制冷方案設(shè)計是設(shè)計單位依據(jù)設(shè)計任務(wù)書提出的初步設(shè)想，是制冷裝置設(shè)計的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。制冷方案設(shè)計是依據(jù)設(shè)計任務(wù)書給出的制冷設(shè)置使用性質(zhì)、規(guī)模、工藝技術(shù)水平要求、冷卻水水質(zhì)、水量、制冷裝置所處的環(huán)境以及室外空氣溫濕度等進行確定，并從投資額、、實用、經(jīng)濟、發(fā)展等諸方面，對制訂的幾個方案通過技術(shù)經(jīng)濟性比較后，選擇設(shè)計方案。制冷裝置使用效果的好壞與所選用的制冷方案有著密切的關(guān)系。制冷方案設(shè)計的主要內(nèi)容有：制冷壓縮機型式和級數(shù)的確定、冷凝器類型的確定、冷間的冷卻方式確定、蒸發(fā)器類型的確定、蒸發(fā)器供液方式的確定、自動控制系統(tǒng)型式的確定。
1.壓縮機的型式和級數(shù)
確定制冷壓縮機型式是根據(jù)制冷裝置使用的制冷劑種類、使用規(guī)模和性質(zhì)綜合考慮的。目前冷庫中常用的制冷壓縮機為活塞式和螺桿式壓縮機。活塞式制冷壓縮機生產(chǎn)工藝成熟、成本低、操作經(jīng)驗豐富、熱力性能好、目前被廣泛采用。螺桿式制冷壓縮機體積小、工作周期長、排氣溫度低、易損件少、維修方便，中大型冷庫使用越來越多，有的已建成的冷庫在改造時將活塞式制冷壓縮機換成螺桿式制冷壓縮機。制冷壓縮機
制冷壓縮機級數(shù)的確定：由于余隙容積和排氣溫度的影響，當(dāng)蒸發(fā)溫度低時，應(yīng)采用雙級壓縮，一般規(guī)定，當(dāng)冷凝壓力pk和蒸發(fā)壓力po之比，對于氨制冷系統(tǒng)pk/po≥8，氟利昂制冷系統(tǒng)pk/po≥10時應(yīng)采用雙級壓縮。
2.冷凝器型式的確定
根據(jù)冷卻介質(zhì)，冷凝器分為水冷式、風(fēng)冷式、淋激式和蒸發(fā)式。冷庫制冷系統(tǒng)多用水冷式冷凝器和蒸發(fā)式冷凝器，風(fēng)冷式和淋激式使用較少。確定冷凝器的型式應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)厮Y源條件，缺水地區(qū)考慮采用蒸發(fā)式，水源豐富的地區(qū)根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)、水溫、可以采用臥式殼管式、立式殼管式或套管式水冷冷凝器。
3.冷間的冷卻方式
冷庫中的冷藏間、冷凍間等庫房統(tǒng)稱冷間，根據(jù)制冷系統(tǒng)是否采用載冷劑又分為直接冷卻式和間接冷卻式。冷庫冷藏間多采用直接冷卻式，即制冷劑進入冷間的蒸發(fā)器，冷卻冷間的空氣或直接冷卻食品。鹽水制冰間采用的是間接冷卻式，即鹽水池中的蒸發(fā)器先將鹽水冷卻，鹽水再去冷卻冰桶中的水以制取冰。
4.蒸發(fā)器型式的確定
冷庫中采用的蒸發(fā)器成為冷卻設(shè)備。根據(jù)被冷卻介質(zhì)的不同，蒸發(fā)器型式有冷卻空氣型和冷卻液體型。冷藏間的蒸發(fā)器又有冷風(fēng)機和冷卻排管兩類，不同的冷藏間使用的型式不同。
5.蒸發(fā)器供液體方式的確定
蒸發(fā)器的供液方式有三種，直接供液方式、重力供液方式和液泵供液方式。直接供液方式即制冷劑從節(jié)流裝置節(jié)流后直接進入蒸發(fā)器，適用于單一節(jié)流裝置控制單一蒸發(fā)回路、負荷穩(wěn)定的小型制冷裝置中。重力供液方式是制冷劑從節(jié)流裝置節(jié)流后，經(jīng)氣液分離器對節(jié)流后的蒸汽和低溫液體進行氣液分離，低溫液體依靠重力進入蒸發(fā)器進行制冷的供液方式，它適于500t以下的冷庫。液泵供液方式是制冷劑從節(jié)流裝置節(jié)流后，經(jīng)低壓循環(huán)桶對節(jié)流后的蒸汽和低溫液體進行氣液分離，低溫液體依靠液泵增壓進入蒸發(fā)器進行制冷的供液方式，它在500t以上冷庫中廣泛使用。
6.自動控制系統(tǒng)型式的確定
冷庫的自動化程度可分為五類，它們分別是：機器、設(shè)備的安全保護、局部自動控制、半自動控制、全自動控制以及工況調(diào)節(jié)（它主要是利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對冷凍、冷藏制冷系統(tǒng)實行實時監(jiān)控，自動調(diào)節(jié)生產(chǎn)過程，使制冷裝置在、的工況下運行，達到保持產(chǎn)品質(zhì)量，同時節(jié)約能源，降低經(jīng)營管理費用的目的）。
五.制冷裝置的應(yīng)用
在當(dāng)代社會，隨著制冷工業(yè)的發(fā)展，制冷裝置的應(yīng)用也日益廣泛，現(xiàn)已滲透到人們生活、生產(chǎn)、科學(xué)研究活動的各個領(lǐng)域，并在改善人類的生活質(zhì)量方面發(fā)揮著巨大的作用，從日常的衣、食、住、行，到科學(xué)技術(shù)都離不開制冷裝置，制冷工業(yè)的水平是一個國家現(xiàn)代化的標志。
1.冷藏鏈的形成
冷藏鏈主要是指易腐食品從產(chǎn)地進行冷加工后冷藏運輸至冷藏庫儲存，然后通過冷藏銷售柜由市場進入家用冰箱。世界各國都十分重視食品冷藏鏈，它是表示易腐食品在從生產(chǎn)到消費各環(huán)節(jié)中，不斷采用冷藏方法來保存食品。這種易腐食品從采集、加工、冷凍、運輸、儲藏、零售到消費者等各個環(huán)節(jié)構(gòu)成了完整的食品冷藏鏈，它的各個環(huán)節(jié)均需要不同型式的制冷裝置。一個國家其冷藏鏈的完善程度，從客觀上標志這個國家的農(nóng)、林、牧、副、漁業(yè)發(fā)展的態(tài)勢。冷藏鏈過程中新采用的各種型式的制冷裝置越說明其冷凍、冷藏事業(yè)越發(fā)達。相對而言，我國冷藏鏈的形成還比較落后，這主要是由于我國還未真正形成冷藏鏈，致使每年變質(zhì)的食品達30%以上，有些食品在樹上、海上由于沒有冷加工、冷儲藏能力而就地處理，或由于沒有專用制冷裝置造成嚴重的經(jīng)濟損失，這些情況屢見不鮮。因此，大力發(fā)展農(nóng)、林、牧、副、漁業(yè)的同時還應(yīng)開發(fā)更多的制冷裝置使冷藏鏈早日完善。
2機械冶金工業(yè)
精密機床油壓系統(tǒng)利用制冷裝置來控制油溫，可穩(wěn)定油膜剛度，使機床能正常工作；對鋼進行低溫處理可改善鋼的性能，提高鋼的硬度和強度，延長工件的使用壽命；機器裝配時，利用制冷裝置提供的低溫進行零部件間的過盈配合等。
3.醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)
血漿、疫苗及某些特殊***品需要低溫保存，低溫冷凍骨髓和外周血干細胞；低溫麻醉、低溫手術(shù)及高燒患者的冷敷降溫等也需制冷裝置；在生物技術(shù)的研究和開發(fā)中制冷起著舉足輕重的作用，冷凍醫(yī)療正在蓬勃發(fā)展。
4.工業(yè)冷卻
在化工石油、激光電子、生物制***、儀器儀表、紡織、建筑等行業(yè)中，許多生產(chǎn)工藝過程都需要在低溫條件下進行才能保證生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。如在化學(xué)工業(yè)中用于合成氨、苯膠等生產(chǎn)過程及溶液的濃縮等；石油化學(xué)工業(yè)中，用于合成塑料、合成纖維、合成橡膠等；煉油及天然氣工業(yè)中用于石油脫蠟、油品精煉、石油氣的液化及分離等；棉紡車間對空氣溫濕度的要求；在澆灌巨型混凝土大壩防壩體裂縫、提高混凝土強度、要排除混凝土凝固過程中析出的熱量；在凍土中開掘隧道，建造人工冰場，鋼材和機械零件裝配冷處理和冷環(huán)境；儀器儀表的標定以及航空航天工業(yè)的凈化、制造人工氣候室等，另外，在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)愈來愈廣泛地應(yīng)用制冷裝置來提高產(chǎn)品質(zhì)量。
5.創(chuàng)造舒適環(huán)境
在加快人們生活節(jié)奏的改革開放時代，為了提高工作效率，需要有一個舒適的環(huán)境和娛樂場所。因此在賓館、飯店、茶樓、舞廳、酒吧、影劇院、體育館、大會堂、圖書館、辦公樓、醫(yī)院、學(xué)校、商店以及民用住宅，都采用各種不同的制冷裝置，如空調(diào)、冷飲制冷裝置等。
6科學(xué)研究
許多科研課題的研究，如氣象中所需的云霧室、高寒地區(qū)農(nóng)作物的培育等等都需要制冷裝置。
六.制冷裝置存在的問題
1.制冷劑破壞臭氧層問題
制冷劑是制冷裝置運行中的工作介質(zhì)，在系統(tǒng)中循環(huán)流動。它在低溫下吸收熱化，再在高溫下凝結(jié)放熱。由于制冷裝置廣泛采取的CFC與HCFC類物質(zhì)對臭氧層有破壞作用以及產(chǎn)生溫室效應(yīng)，所以CFC與HCFC的替代已成為當(dāng)前國際性的熱門話題，該領(lǐng)域的研究和發(fā)展還在熱烈進行中。但從目前情況分，CFC與HCFC的替代工具有許多種。潛在的綠色環(huán)保替代物有合成的和天然的兩大類。合成的替代物有HFC；天然的有氨、二氧化碳、水、碳氫化合物等。
2.制冷裝置的能耗問題
據(jù)統(tǒng)計我國的人均能源占有量相對不足，僅為世界平均水平的40%~50%。能源問題是制約我國現(xiàn)代化建設(shè)的關(guān)鍵之一。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，制冷裝置的應(yīng)用越來越廣泛。而目前我國所采用的制冷裝置消耗電能非常大，據(jù)報道，北京、深圳夏季集中空調(diào)用電量已占全市總用電量的三成。因此，制冷裝置的能耗問題急需解決。
七.制冷裝置的發(fā)展趨勢
伴隨著科技的進步，節(jié)能、環(huán)保、智能控制已成為制冷裝置發(fā)展的大趨勢
1.節(jié)能型制冷裝置
節(jié)能已成為制冷技術(shù)進步的重要標志，特別是運用變頻器技術(shù)的制冷裝置節(jié)能效率顯著增強。如志高變頻空調(diào)制冷裝置就采用日本三菱電機壓縮機，從而實現(xiàn)主機自動無級變速，使節(jié)能效率顯著增強。另外冷藏雙效制冷裝置的開發(fā)使得冷庫中的制冷量隨庫房負荷的變化實施自動調(diào)節(jié)，從而達到節(jié)約能量，提高凍品質(zhì)量和凍結(jié)速度的目的。節(jié)能型制冷裝置越來越顯示出強大的優(yōu)勢。
2環(huán)保型制冷裝置
臭氧層的破壞和氣候變化，是當(dāng)前所面臨的主要環(huán)境問題。而我國大部分裝置均采用氟制冷系統(tǒng)，隨著氟制冷裝置被禁止使用，我國制冷裝置的發(fā)展曾一度陷入迷惘狀態(tài)和苦思之中，但制冷裝置的發(fā)展是與整個國民經(jīng)濟發(fā)展命脈相承的。于是人們極力尋求替代工質(zhì)，發(fā)展環(huán)保型制冷裝置。隨著我國環(huán)保部門關(guān)于限制并逐步禁止使用氟利昂22制冷政策的推出，加上無氟技術(shù)和新冷媒在制冷裝置中的不斷應(yīng)用，環(huán)保型制冷裝置已成為一大趨勢。
3.自動化制冷裝置
由于計算機技術(shù)和現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)了制冷裝置的自動化，包括運行工況調(diào)節(jié)、蒸發(fā)器供熱量調(diào)節(jié)、冷凍溫度及蒸發(fā)溫度調(diào)節(jié)、自動融霜、冷凝壓力自動調(diào)節(jié)、制冷機自動啟停及能量調(diào)節(jié)，制冷輔助設(shè)備的自動控制等，均需要采用數(shù)字化、電子化技術(shù)、模糊邏輯技術(shù)、傳感器技術(shù)、變頻技術(shù)來控制制冷裝置系統(tǒng)并使其智能化，這些不僅使制冷裝置節(jié)能，而且還趕超水平。
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