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1、制冷技术,一、基本概念 制冷：利用人工的方法，把某物体或某空间的温度降低到低于周围环境的温度，并使之维持在这一低温的过程。实质：将热量从被冷却对象中转移到环境中。制冷冷却（冷却：高温物体自发向低温物体放热）制冷机：实现制冷所需的机器和设备。特点：必须消耗机械功或高温热源提供的热量，从而实现热量的转移）。,制冷技术,制冷剂：制冷系统中把热量从被冷却介质传给外部环境介质的内部循环流动的工作介质。制冷循环：在制冷机中，制冷剂进行周而复始的吸热、放热的热力循环。,1、实现制冷的途径 利用天然冷源（如：深井水、天然冰等）特点：成本低廉，但受时间和地域的限制且不宜用于获取低于0的温度。利用人造冷源特点：采
2、用制冷装置，消耗机械功或高温热源提供的热量从而实现制冷。,制冷方法,制冷技术,2、人造冷源制冷技术 液体汽化制冷 气体绝热膨胀制冷 热电制冷,制冷技术,液体汽化制冷：利用液体气化需吸收气化潜热的原理实现制冷。如：蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷,制冷技术,制冷系统的构成,四大基本部件及对应的热力过程 压缩机：蒸气压缩 冷凝器：放热冷凝 节流阀：节流降压蒸发器：吸热蒸发,制冷系统的构成,压缩机：从蒸发器中抽吸制冷剂蒸气并进行压缩的设备。其功能为：从蒸发器中抽取气化的蒸气，从而维持蒸发器内一定的蒸发温度和压力；对吸入的蒸气进行压缩，以维持冷凝器内的高压；输送制冷剂，是系统中的循环动力。,
3、冷凝器：制冷剂与冷却介质进行热交换的设备，对外输出热量。制冷剂蒸气在其中冷却、冷凝，释放的热量由空气或水等介质带走。冷却介质：用于冷却制冷剂蒸气的介质称为冷却介质（冷却剂）；冷凝压力：冷凝器中制冷剂蒸气的压力称为冷凝压力；冷凝温度：冷凝压力对应的蒸气饱和温度称为冷凝温度。,制冷系统的构成,制冷系统的构成,蒸发器：制冷剂与冷冻水进行热交换的设备，对外输出 冷量。制冷剂从冷冻水中吸热，在蒸发器中产生气化，从而实现蒸发制冷。蒸发压力：蒸发器内的制冷剂蒸气压力称为蒸发压力。蒸发温度：蒸发压力对应的制冷剂饱和温度为蒸发温度。,制冷压缩机的分类,在蒸气压缩式制冷装置中，选用了各种类型的制冷压缩机。它们是装
4、置中的关键核心设备，对系统的运行性能、噪声、振动、使用寿命和节能有着决定性的作用。,根据蒸气压缩的原理，压缩机可分为容积型和速度型两种基本类型。容积型压缩机：通过对运动机构作功，减少压缩空间容积来提高蒸气压力，以完成压缩功能。速度型压缩机：则由旋转部件连续将角动量转换给蒸气，再将该动量转为压力，提高蒸气压力，达到压缩气体的目的。,图31 制冷和空调中常用压缩机的分类及结构示意图,容积型压缩机,容积型压缩机通过可变的工作容积来完成气体的压缩和输送过程。,根据压缩方式分,活塞式（往复式）,回转式,活塞式压缩机是最常用的一种容积式压缩机，但近年来回转式压缩机发展很快，特别在高效化、小型化、轻量化方面
5、，滚动活塞式（滚动转子式）、涡旋式和螺杆式等占有很大的优势。,从压缩机结构分,开启式,半封闭式,全封闭式,目前，开启式压缩机除了在氨制冷机、汽车空调器和发动机驱动等场合使用外，在其他的制冷和空调工程中，正逐步向半封闭式和全封闭式发展。全封闭式具有结构紧凑、密封性好、噪音低、运转平稳的优点，而且由于生产规模大、成本低，正越来越广泛地应用于制冷和空调的各个领域中。,转子式制冷压缩机,滚动转子压缩机属容积式工作腔：气缸中心主轴上设有偏心滚动转子，与顶端弹簧机构一同构成气缸内密封的吸气腔和排气腔1.工作原理2.结构组成3.特点：吸气、压缩过程在一转内同时进行，工作平稳。余隙小，流动阻力小，大压缩比下容
6、积效率高。体积小，重量轻，零部件少，振动小，噪声低。在同工况和同制冷量下，效率高于活塞式压缩机。对零部件材质和加工精度要求高。4.应用：应用于家用冰箱、空调等中小型制冷系统,滚动活塞制冷压缩机,7.2 滚动活塞式制冷压缩机 7.2.1 基本结构,转子的主轴在原动机拖动下旋转时，偏心转子紧贴着汽缸内壁面回转，成月牙状空间容积周期性的变化，完成吸排气和压缩过程。,滚动转子式压缩机是一种容积型回转式压缩机，气缸工作容积的变化，是依靠一个偏心装置的圆筒形转子在气缸内的滚动来实现的,滚动活塞制冷压缩机,7.2.2 工作过程,滚动活塞制冷压缩机,（1）立式全封闭滚动活塞式制冷压缩机,7.2.3 主要结构形
7、式与特点,滚动活塞制冷压缩机,制冷压缩机,2）卧式全封闭滚动活塞式制冷压缩机,轴功率、摩擦功率与机械效率,由原动机传到压缩机曲轴上的功率称为轴功率,轴功率一部分用于克服曲柄连杆等运动机构摩擦阻力，这部分功率称为摩擦功率,轴功率的一部分直接用于压缩气体，称为指示功率,机械效率：,（32）,压缩机的摩擦功率可分为两部分，即往复运动摩擦功率(活塞、活塞环与气缸间)和回转运动摩擦功率，前者约占7080，后者约占2030。,摩擦功率与压缩机的结构有关，也与润滑油温度及转速有关。,制冷压缩机的指示效率与机械效率的乘积称为压缩机的总效率，即,制冷压缩机的总效率,约等于0.650.72。,三、压缩机所需电动机
8、的功率,当压缩机用皮带与电动机相联接时，这时电动机轴上的功率,要比压缩机的轴功率,大，两者之间的关系可用传动效率,表示，即：,（311）,或,（312）,值一般为：三角皮带传动,=0.970.98，,平皮带传动,=0.96。,高效压缩机的技术路线,高效电机压缩机绝热效率的提高压缩机和电机性能的合理匹配,实际COP理论COP电机效率绝热效率,影响压缩机绝热效率的因素,绝热效率ad机械效率m容积效率v指示效率i,降低摩擦损失，提高机械效率,曲轴,活塞,叶片,气缸,上下缸盖，中间板,影响摩擦损失的因素,决定润滑状态的参数为油的粘度、摩擦副间的相对运动速度、载荷、摩擦副的表面精度、供油量等。,Stri
9、beck曲线和润滑状态图,超精磨,普通平磨,降低摩擦损失之提高部品精度,影响容积效率的因素,过热损失吸气压损结构损失泄漏损失,影响指示效率的因素,吸气损失,多变损失,过压缩损失,测试系统,试验台,叶片位置,回转速度,吸气压力,排气压力,吸气温度,排气温度,A/D converter,A/D converter,CHARGE METER,CHARGE METER,示波仪,压力信号,pressure gauge,输出,压力脉动测试系统,交流变频,异步电动机基本原理：异步电动机的电磁转矩是由定子主磁通和转子电流相互作用而产生的。定子绕组渡过电流时产生旋转磁场，在转子绕组内感应出电动势，因而产生了感应
10、电流，该电流与定子旋转磁场相互作用，便产生了磁场力；V/F变频控制：说明：要保持 恒定，即要保持U1/f恒定，改变频率f的大小时，电机定子电压U1必须随之同时发生变化，即在变频的同时也要变压,直流变频,直流变频概念 我们把采用无刷直流电机作为压缩机的空调器称为“直流变频空调”从概念上来说是不确切的，因为我们都知道直流电是没有频率的，也就谈不上变频，但人们已经形成了习惯，对于采用无刷直流压缩机的空调器就称之为直流变频空调。*无刷直流电机 1、无刷直流电机的转子是由稀土材料的永久磁钢构成，2、定子采用集中绕线，无刷直流电机既克服了传统的直流电机的一些缺陷，如电磁干扰、噪声、易产生火花、可靠性差、寿
11、命短，又具有交流电机所不具有的一些优点，如运行效率高、调速性能好、无涡流损失。所以，直流变频空调相对与交流变频空调而言，具有更大的节能优势。,转子位置检测 由于无刷直流电机在运行时，必须实时检测出永磁转子的位置，从而进行相应的驱动控制，以驱动电机换相，才能保证电机平稳地运行。实现无刷直流电机位置检测通常有两种方法，1、利用电机内部的位置传感器（通常为霍尔元件）提供的信号；2、检测出无刷直流电机相电压，利用相电压的采样信号进行运算后得出。在无刷直流电动机中总有两相线圈通电，一相不通电。一般无法对通电线圈测出感应电压，因此通常以剩余的一相作为转子位置检测信号用线，捕捉到感应电压，通过专门设计的电子
12、回路转换，反过来控制给定子线圈施加方波电压；,直流变频空调与交流变频空调的电控区别,交流变频空调的变频模块按照SPWM调制方法，通过三极管的通断，给压缩机三相线圈同时通电，压缩机为一三相交流压机。直流变频空调的变频模块每次导通二个三极管（A+、A-不能同时导通，B+、B-不能同时导通，C+、C-不能同时导通），两相线圈通以直流电，驱动转子运转，另一相线圈不通电，但有感应电压，根据感应电压的大小可以判断出转子的位置，进而控制绕组通电顺序。直流变频相比交流变频多一位置检测电路。,能效等级划分,能效5级为限定值；2级是节能评价值也是现在实施的能效限定值,高效压缩机的技术路线,高效电机压缩机绝热效率的
13、提高压缩机和电机性能的合理匹配,实际COP理论COP电机效率绝热效率,交流感应电机 交流变频电机 铁氧体DCBL电机 钕铁硼DCBL电机 集中绕线电机,电机技术的小型化和高效化,各种电机的效率及特点,采用钕铁硼的、集中绕线式电机是目前最先进的空调压缩机电机技术,分布绕线,集中绕线,集中绕线稀土磁铁电机,压缩机特性曲线,常用制冷剂,（1）R22（二氟一氯甲烷 CHF2Cl）,(2)R290（丙烷 C3H8）,沸点和凝固点比R600a低，蒸气压较高和容积制冷量比R600a大，其他制冷特性及安全特性均与R600a相似。,R600a（异丁烷 i-C4H10）,(5)R134a（四氟乙烷 CH2FCF3）,冷媒的合理选择,
