基本介绍
制冷设备是制冷机与使用冷量的设施结合在一起的装置。设计和建造制冷装置,是为了有效地使用冷量来冷藏食品或其他物品;在低温下进行产品的性能试验和科学研究试验;在工业生产中实现某些冷却过程,或者进行空气调节。
物品在冷却或冻结时要放出一定的热量,制冷装置的围护结构在使用时也会传入一定的热量。因此为保持制冷装置中的低温条件,就必须装设制冷机,以便连续不断地移去这些热量,或者利用冰的熔化或干冰的升华吸收这些热量。
发展及历史
在人工制冷开始发展以前,人类已经知道利用天然冰雪在简易的设备中保持低温条件,即利用天然冷源。在中国,约在3000年前已使用天然冰保藏食品,公元前七世纪《诗经》中就有关于采集、贮存和用天然冰冷藏食品的诗句。直到现代,人们仍然在应用冰、雪和地下水等天然冷源。用天然冰或人造冰冷却的冷藏装置,只能达到有限的低温,技术条件和卫生条件较差,难以满足多方面的要求。现代的制冷装置都是应用制冷机来冷却。
1834年,美国的J.珀金斯试制成功人力转动的用乙醚为工质的可以连续工作的制冷机。1844年,美国的J.戈里试制了用空气为工质的制冷机,用在医院中制冰和冷却空气。1872~1874年,D.贝尔和C.von林德分别在美国和德国发明了氨压缩机,并制成了氨蒸气压缩式制冷机,这是现代压缩式制冷机的发端。19世纪50年代,法国的卡雷兄弟先后研制成功以硫酸和水为工质的吸收式制冷机和氨水吸收式制冷机。1910年出现了蒸汽喷射式制冷机。1930年出现了氟利昂制冷剂,促进了压缩式制冷机的迅速发展。1945年,美国研制成功溴化银吸收式制冷机。
冷却方式
制冷设备的冷却方式有直接冷却和间接冷却两种。直接冷却是将制冷机的蒸发器装设在制冷装置的箱体或建筑物内,利用制冷剂的蒸发直接冷却其中的空气,靠冷空气冷却需要冷却的物体。这种冷却方式的优点是冷却速度快,传热温差小,系统比较简单,因而得到普遍应用。制冷设备间接冷却是靠制冷机蒸发器中制冷剂的蒸发,从而使载冷剂(例如盐水)冷却,再将载冷剂输入制冷装置的箱体或建筑物内,通过换热器冷却其中的空气。这种冷却方式冷却速度慢,总传热温差大,系统也较复杂,故只用于较少的场合,如盐水制冰和温度要求恒定的冷库等。
按照冷却目的和冷量利用方式的不同,制冷装置大体可分为冷藏用制冷装置、试验用制冷装置、生产用制冷装置和空调用制冷装置四类。
冷藏用制冷装置主要用于在低温条件下贮藏或运输食品和其他货品,包括各种冰箱、冷库、冷藏车、冷藏船和冷藏集装箱等。
冷凝器
是将压缩机送出的高压高温的制冷剂蒸气冷凝成液体。常用的冷凝器有三类:①水冷式。以水作为冷却剂,有管式冷凝器、套管式冷凝器及螺旋板式冷凝器。②喷淋式。同时以水和空气作为冷却剂,有喷淋式冷凝器(空气为自然对流)和蒸发式冷凝器(空气为强制对流)。③空冷式。以空气作为冷却剂,即空气冷凝器。
制冷系统的高温高压氟里昂从压缩机出来后进入冷凝器中,向冷却介质释放出大量热量,被冷却液化。那么,冷凝器按其冷却形式可分为三大类型:水冷式、风冷式、蒸发式及淋水式。
2-1、水冷式:
在水冷式冷凝器中,制冷剂放出热量被冷却水带走。冷却水可以一次流过,也可以循环使用。当使用循环水时,需要有冷却水塔或冷水池。水冷冷凝器有壳管式、套管式、沉浸式等结构形式。
水冷式冷水机用的冷凝器常用的是壳管式冷凝器,外壳采用5mm以上厚度之钢管制成,经防锈处理,耐压20Kg/平方厘米。热交换管采用高效率之高效无缝紫铜管,耐压10 Kg/平方厘米,两端盖可互换以变更接水管方向,水管流程多回路,各台冷凝器者与压缩机容量互相配合,其总热传导系数应能容许0.00005Kcal/h.平方厘米℃-1结垢因子,冷凝器水压降不超过6.5mAq,直通式水管易清洗维护保养。
2-2、风冷式:
在风冷式冷凝器中,制冷剂放出的热量被空气带走。它的结构形式主要为若干组铜管所组成,由于空气传热性能很差,故通常都在铜管外增加肋片,以增加空气侧的传热面积,同时采用通风机来加速空气流动,使空气强制对流以增加散热效果。
2-3、蒸发式及淋水式:在这类冷凝器中,制冷剂在管内冷凝,管外同时受到水及空气的冷却。
发展历程
在二十世纪六,七十年代,美国地区发生罕见的干旱天气,为解决干旱缺水地区的空调冷热源问题,美国率先研制出风冷式冷水机,用空气散热代替冷却塔,其英文名称是:Air cool Chiller,简称为Chiller。
在空调历史中,美国已经发展和改进了有风管的中央单元式系统,并得到了正在现场安装和修理有风管的单元式空调系统的空调设备分销商和经销商的强力支持。WRAC是最简单和最便宜的系统,能够很容易的在零售商店中购得,并在持续高温来的时候自己安装。同时,无风管的SRAC和SPAC自70年代起在有别于美国市场的动力下在日本得到发展和改进。之后,设备设计和制造技术在90年代被转让到中国,这是通过与当地公司(包括主要元件如压缩机、热交换器、电劝机、精细阀和电子控制器的本地制造商)组成的合资公司进行的。在90年代中国也从其它先进国家吸收了较大型空调设备的先进高新技术,并与多数是美国的大公司组成合资企业。现今,中国已是一个顶级国家,她的当地主要工厂和合资企业制造了大量SRAC和SPAC以满足增长的国内市场和出口需要。日本过去几年在把SRAC和SPAC机组出口到中国、欧洲和中东以建立新的市场。但是中国现今已是最大的空调出口国,在2001年出口的WRAC,SRAC和SPAC机组总数达500万台,2002年预计有750或800万台机组出口,而日本正在失去出口的地位。