食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 6 页 ，共 33 页 1- 2 线工质作绝热压缩（等熵） 2-3 线工质作等温压缩（等熵） 3- 4 线工质作绝热膨胀（等熵） 4- 1 线工质作等温膨胀（等熵） （4）制冷系数 制冷系数定评价某具体制冷循环经济性的一项指标。它是衡量制冷机工作 的重要指标。 它表示制冷循环中的制冷量 q 。与该循环消耗的外功 W 之比，即： w q0 = 换言之，制冷循环的制冷系数ε是表示消耗单位外功所能获得的制冷量。 对于逆卡诺循环的理想制冷系数εi 应有： h c c h c c h i T T T T S S T S S T s s q q q w q − = − − − − = − = = ( ) ( ) ( ) 1 4 1 4 1 4 0 0 0 可见，逆诺循环的制冷系数仅取决于热源温度 Th 和冷源温度下 Tc，而与工 质（制冷剂）的性质无关。而热源温度 Th 愈多，冷源温度 Tc愈低，则制冷系数 愈小。这个结论在制冷技术上有着十分重要的指导意义。 实际制冷循环的制冷系数要低于上述的理想制冷数值。即逆卡循环的制冷 系数最高，制冷最为经济。 实际上，为了提高制冷系数，要适当地使制冷机在较小温度范围内工作， 因此，就必须尽可能地在放热侧采用较冷的冷却剂来冷却制冷剂，同时在吸热侧 也不希望制冷剂达到不必要的过低温度。 第二节 压缩制冷循环 以下介绍在工业上应用最为广泛的蒸汽压缩式制冷循环。 一、单级蒸汽压缩制冷理论循环 前已述及，蒸汽压缩式制冷循环由压缩机，冷凝器，膨胀机和蒸发器组成， 这种制冷循环模式只是非常理想的情况。实际上，由于存在下列原因，蒸汽压缩 式制冷循环必须具备更为切合实际的组成部分和操作条件： （1）因为膨胀机的构造复杂，且收效不大，实际中以构造简单，操作方便 的节流阀代替。工质经过节流阀是一个等焓变化，所以制冷量相应地减小
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 6 页 ，共 33 页 1- 2 线工质作绝热压缩（等熵） 2-3 线工质作等温压缩（等熵） 3- 4 线工质作绝热膨胀（等熵） 4- 1 线工质作等温膨胀（等熵） （4）制冷系数 制冷系数定评价某具体制冷循环经济性的一项指标。它是衡量制冷机工作 的重要指标。 它表示制冷循环中的制冷量 q 。与该循环消耗的外功 W 之比，即： w q0 = 换言之，制冷循环的制冷系数ε是表示消耗单位外功所能获得的制冷量。 对于逆卡诺循环的理想制冷系数εi 应有： h c c h c c h i T T T T S S T S S T s s q q q w q − = − − − − = − = = ( ) ( ) ( ) 1 4 1 4 1 4 0 0 0 可见，逆诺循环的制冷系数仅取决于热源温度 Th 和冷源温度下 Tc，而与工 质（制冷剂）的性质无关。而热源温度 Th 愈多，冷源温度 Tc愈低，则制冷系数 愈小。这个结论在制冷技术上有着十分重要的指导意义。 实际制冷循环的制冷系数要低于上述的理想制冷数值。即逆卡循环的制冷 系数最高，制冷最为经济。 实际上，为了提高制冷系数，要适当地使制冷机在较小温度范围内工作， 因此，就必须尽可能地在放热侧采用较冷的冷却剂来冷却制冷剂，同时在吸热侧 也不希望制冷剂达到不必要的过低温度。 第二节 压缩制冷循环 以下介绍在工业上应用最为广泛的蒸汽压缩式制冷循环。 一、单级蒸汽压缩制冷理论循环 前已述及，蒸汽压缩式制冷循环由压缩机，冷凝器，膨胀机和蒸发器组成， 这种制冷循环模式只是非常理想的情况。实际上，由于存在下列原因，蒸汽压缩 式制冷循环必须具备更为切合实际的组成部分和操作条件： （1）因为膨胀机的构造复杂，且收效不大，实际中以构造简单，操作方便 的节流阀代替。工质经过节流阀是一个等焓变化，所以制冷量相应地减小
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 7 页 ，共 33 页 单级压缩制冷压焓图和温熵图 （2）为了增加制冷量，提高制冷系数，制冷剂在冷凝器中冷凝成饱和液体 后，再经过冷器冷却而冷凝成饱和液体后，再经过冷器冷却成过冷液体。图中 3-3`表示。于是节流膨胀过程即转化为 3-4 线所代表的过程。由图可显然看出， 制冷量因此增加了 4-4 以下的一块矩形面积。 （3）在理想循环中，进入压缩机的是湿蒸汽状态的制冷剂，压缩过程是在 湿蒸汽区域内进行，称为“湿法压缩”。湿法压缩中，由于液滴的不可压缩性， 就会产生液击危险，对压缩性，就会产生液击的危险（敲缸），对压缩机和原动 机均不利。因此，在实际过程中，须加装液体分离器，将湿蒸汽中的液体分离出 来，保证压缩机吸入的为干饱和蒸汽，这样，压缩机的压缩过程就不是 1 ‘ -2 ‘线， 而是在过热区进行的 1-2 线，称为“干法压缩”。由此可见，实行干法压缩虽增 加了 1 ‘ -1 线所代表的制冷量，另一方面却增加了 1-2-2 ’ -1 所代表的 功耗。而且功耗增加要比制冷量增加为大，所以制冷系数 w q = 总的是减小了。 但考虑到上述湿法压缩的严重危险，采用干法压缩势在必行。 考虑了上述诸原因及其相应的措施之后，实际蒸汽压缩式制冷有图，所示 1-2-2`-3`-3-4-1 的封闭环路线。 1-2 线：干饱和蒸汽（点 1）被压缩机吸入，经干法压缩至终点，即过热高 压蒸汽（点 2）。是绝热等熵的压缩过程（温度升高，压力升高）。 2-2`线：上述高压过热蒸汽送入冷凝器后，在等压下被冷却至饱和蒸汽（点 2`）。是等压放热过程。 2`-3`线：在上述冷凝器中，在等压等温下被冷却水冷凝而成饱和液体。是 等压等温放热过程。 3`-3 线：饱和液体经过冷器在等压下被冷却成过冷液体（点 3）。是等压过 程。 3-4 线：过冷液体经节流阀节流减压成略带蒸汽的液体。是等焓过程。 4-1 线：此液体在气液分离器中将所带饱和蒸汽分出，而饱和液体则经蒸 发器蒸发变成蒸汽，进入气液分离器分离出液沫而成为饱和蒸汽，两饱和蒸汽合
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 7 页 ，共 33 页 单级压缩制冷压焓图和温熵图 （2）为了增加制冷量，提高制冷系数，制冷剂在冷凝器中冷凝成饱和液体 后，再经过冷器冷却而冷凝成饱和液体后，再经过冷器冷却成过冷液体。图中 3-3`表示。于是节流膨胀过程即转化为 3-4 线所代表的过程。由图可显然看出， 制冷量因此增加了 4-4 以下的一块矩形面积。 （3）在理想循环中，进入压缩机的是湿蒸汽状态的制冷剂，压缩过程是在 湿蒸汽区域内进行，称为“湿法压缩”。湿法压缩中，由于液滴的不可压缩性， 就会产生液击危险，对压缩性，就会产生液击的危险（敲缸），对压缩机和原动 机均不利。因此，在实际过程中，须加装液体分离器，将湿蒸汽中的液体分离出 来，保证压缩机吸入的为干饱和蒸汽，这样，压缩机的压缩过程就不是 1 ‘ -2 ‘线， 而是在过热区进行的 1-2 线，称为“干法压缩”。由此可见，实行干法压缩虽增 加了 1 ‘ -1 线所代表的制冷量，另一方面却增加了 1-2-2 ’ -1 所代表的 功耗。而且功耗增加要比制冷量增加为大，所以制冷系数 w q = 总的是减小了。 但考虑到上述湿法压缩的严重危险，采用干法压缩势在必行。 考虑了上述诸原因及其相应的措施之后，实际蒸汽压缩式制冷有图，所示 1-2-2`-3`-3-4-1 的封闭环路线。 1-2 线：干饱和蒸汽（点 1）被压缩机吸入，经干法压缩至终点，即过热高 压蒸汽（点 2）。是绝热等熵的压缩过程（温度升高，压力升高）。 2-2`线：上述高压过热蒸汽送入冷凝器后，在等压下被冷却至饱和蒸汽（点 2`）。是等压放热过程。 2`-3`线：在上述冷凝器中，在等压等温下被冷却水冷凝而成饱和液体。是 等压等温放热过程。 3`-3 线：饱和液体经过冷器在等压下被冷却成过冷液体（点 3）。是等压过 程。 3-4 线：过冷液体经节流阀节流减压成略带蒸汽的液体。是等焓过程。 4-1 线：此液体在气液分离器中将所带饱和蒸汽分出，而饱和液体则经蒸 发器蒸发变成蒸汽，进入气液分离器分离出液沫而成为饱和蒸汽，两饱和蒸汽合
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 8 页 ，共 33 页 并为压缩机所吸入。是等压等温吸热过程。-制冷过程。 有些制冷机循环还对蒸发器之后进入压缩机之前的制冷剂蒸汽进行过热， 这样压缩机吸入就是过热蒸汽，实现干法压缩。 可以看出，制冷机综合了压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等机件。为了 提高制冷机效率及保证制冷系统安全稳定在实际制冷系统中，还加装油分离器、 贮液桶、空气分离器等附属设备。下面介绍。 二、单级压缩制冷实际循环系统 氨的低压蒸汽，在压缩机内压缩成高压的过热蒸汽。经油分离器，进入冷凝 器冷却，冷凝成液氨，把热量传递给水。高压液氨进贮氨器，经调节站，通过调 节阀节流降压-→氨液分离器→液体→蒸发器 气体 压缩机 三、双级压缩制冷循环 为什么采用双级压缩制冷循环？ 通常的单级压缩式制冷循环，蒸发温度只能达到-25℃左右，当生产上需要 更低的蒸发温度时，单级制冷循环便不适应了（欲获得更低的制冷温度，则蒸发 压力就变得更低）。 如果依靠单级压缩机压缩，则压缩比（ 低压 高压 p p ），过大 h c c T T T − = 小
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 8 页 ，共 33 页 并为压缩机所吸入。是等压等温吸热过程。-制冷过程。 有些制冷机循环还对蒸发器之后进入压缩机之前的制冷剂蒸汽进行过热， 这样压缩机吸入就是过热蒸汽，实现干法压缩。 可以看出，制冷机综合了压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器等机件。为了 提高制冷机效率及保证制冷系统安全稳定在实际制冷系统中，还加装油分离器、 贮液桶、空气分离器等附属设备。下面介绍。 二、单级压缩制冷实际循环系统 氨的低压蒸汽，在压缩机内压缩成高压的过热蒸汽。经油分离器，进入冷凝 器冷却，冷凝成液氨，把热量传递给水。高压液氨进贮氨器，经调节站，通过调 节阀节流降压-→氨液分离器→液体→蒸发器 气体 压缩机 三、双级压缩制冷循环 为什么采用双级压缩制冷循环？ 通常的单级压缩式制冷循环，蒸发温度只能达到-25℃左右，当生产上需要 更低的蒸发温度时，单级制冷循环便不适应了（欲获得更低的制冷温度，则蒸发 压力就变得更低）。 如果依靠单级压缩机压缩，则压缩比（ 低压 高压 p p ），过大 h c c T T T − = 小
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 9 页 ，共 33 页 功耗不经 济。另外，压缩比过大，压缩终了时蒸汽的温度很高，须采用高着火点的润滑油 压缩机，且温度上使润滑油的粘度下降，被高温氨气带走的润滑油也较多（即润 滑油混入氨气中的多），同时温度上升，使润滑油和氨会分解；气缸易变形；这 些对安全运行都是不利的，此时，若采用双级压缩制冷，能改善这些不利困难。 双级压缩制冷循环，是指来自蒸发器的氨蒸汽要经过两次压缩后，才进入 冷凝器，在两次压缩中间过程设置中间冷却器，用中压氨液的蒸发吸热来冷却第 一次压缩的过热蒸汽。 双级压缩制冷循环较单级压缩制冷循环的优点： 1.每台压缩比低，排气温度低，气缸吸气系数高，且压缩机润滑工作良为。 2.制冷效率高（功耗减少，或省功） 但所需设备投资较单级大，操作较复杂，所以一般压缩比 低压 高压 p p >8 时，采 用双级压缩较为经济合理。对于氨压缩机来说，当蒸发温度在-25℃以下时，宜 采用双级压缩制冷。 双级压缩制冷循环如下图所示。制冷剂在各状态的参数变化图。在蒸发器中 所形成的低压低温制冷剂蒸汽（点 1），被低压压缩机吸入，经压缩到中间压力 的过热蒸气（点 2），进入同一压力的中间冷却器，被冷却至干饱和蒸气（点 3）， 接着高压压缩机吸入如下干饱和蒸汽： （1）来自低压压缩机的已被冷却得干饱和蒸汽（点 3）； （2）经膨胀阀Ⅱ节流降压的制冷剂，在降压（吸热）降低温度和吸热（以 冷却低压压缩机排出的中压过热蒸汽）过程中（即气化过程）所形成的干饱和蒸 气（点 3），以上两者为中压干饱和蒸气。中压干饱和蒸汽在高压压缩机中被压 缩到冷凝压力的过热蒸气（点 4），在冷凝器中冷却到干饱和蒸汽（点 5），进一 步冷凝成制冷剂液体（点 6），然后，分成两路：一路经膨胀阀Ⅱ，节流降压后 的制冷剂（点 9），进入中间冷凝器；一路在中间冷却器的盘管内过冷，过冷后 的制冷剂（点 7），再经过膨胀阀 І 节流降压，节流降压后的制冷剂进入蒸发器
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 9 页 ，共 33 页 功耗不经 济。另外，压缩比过大，压缩终了时蒸汽的温度很高，须采用高着火点的润滑油 压缩机，且温度上使润滑油的粘度下降，被高温氨气带走的润滑油也较多（即润 滑油混入氨气中的多），同时温度上升，使润滑油和氨会分解；气缸易变形；这 些对安全运行都是不利的，此时，若采用双级压缩制冷，能改善这些不利困难。 双级压缩制冷循环，是指来自蒸发器的氨蒸汽要经过两次压缩后，才进入 冷凝器，在两次压缩中间过程设置中间冷却器，用中压氨液的蒸发吸热来冷却第 一次压缩的过热蒸汽。 双级压缩制冷循环较单级压缩制冷循环的优点： 1.每台压缩比低，排气温度低，气缸吸气系数高，且压缩机润滑工作良为。 2.制冷效率高（功耗减少，或省功） 但所需设备投资较单级大，操作较复杂，所以一般压缩比 低压 高压 p p >8 时，采 用双级压缩较为经济合理。对于氨压缩机来说，当蒸发温度在-25℃以下时，宜 采用双级压缩制冷。 双级压缩制冷循环如下图所示。制冷剂在各状态的参数变化图。在蒸发器中 所形成的低压低温制冷剂蒸汽（点 1），被低压压缩机吸入，经压缩到中间压力 的过热蒸气（点 2），进入同一压力的中间冷却器，被冷却至干饱和蒸气（点 3）， 接着高压压缩机吸入如下干饱和蒸汽： （1）来自低压压缩机的已被冷却得干饱和蒸汽（点 3）； （2）经膨胀阀Ⅱ节流降压的制冷剂，在降压（吸热）降低温度和吸热（以 冷却低压压缩机排出的中压过热蒸汽）过程中（即气化过程）所形成的干饱和蒸 气（点 3），以上两者为中压干饱和蒸气。中压干饱和蒸汽在高压压缩机中被压 缩到冷凝压力的过热蒸气（点 4），在冷凝器中冷却到干饱和蒸汽（点 5），进一 步冷凝成制冷剂液体（点 6），然后，分成两路：一路经膨胀阀Ⅱ，节流降压后 的制冷剂（点 9），进入中间冷凝器；一路在中间冷却器的盘管内过冷，过冷后 的制冷剂（点 7），再经过膨胀阀 І 节流降压，节流降压后的制冷剂进入蒸发器
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 10 页 ，共 33 页 蒸发吸热，发生冷效应。 第三节 制冷剂及载冷剂 制冷剂——在直接蒸发式制冷系统中循环，通过其本身的状态变化，来传递 热量的工质称为制冷剂（冷冻剂）。如氨、氟利昂等。 载冷剂——在间接蒸发式制冷系统中起传递冷效应的介质称为载冷剂（冷 媒）。载冷剂在蒸发器中被制冷剂冷却，然后再去冷却物料或冷藏库。如盐水（氯 化钠）、氯化钙盐水、冰、冰盐等。 一、对制冷剂的要求 制冷剂在循环中，是在蒸发器中对外输出冷量（即直低温下吸收热量），在 冷凝器中放出热量，起着热量传递的煤介作用。各种制冷剂的一个共同特征是它 们的临界温度较高，在常温及普通低温下能够液化。 由于制冷机的大小，构造和材料以在一定情况下的操作压力与制冷剂的性质 有密切关系，所以在进行压缩制冷时，必须慎重选用适合于操作条件的制冷剂。 特别是在食品加工中， 对制冷剂有以下几方面的 要求： 1.热力学上的要求： 在大气压力下，制冷剂的沸点要低，即易蒸发。 制冷剂的临界温度要高，至少要高于一般冷却水的温度，即就可以在冷凝器 内液化。 制冷剂在蒸发器内的压力最好能与大气压力相近或稍高于大气压，在冷凝内 压力不应过高，这样空气就不会渗入系统，制冷剂也不会自系统渗出。（避免空 气窜入制冷机系统中，降低传热系数以及增加压缩机的功率消耗。） 制冷剂的汽化潜热应尽可能地大，蒸汽容积小，循环量减少，即单位制冷能 力大。 导热系数和散热系数大，以提高热交换器的传热效率。 2.物理化学上的要求： 制冷剂对金属不应有腐蚀作用。 比重和粘度要小，使制冷剂循环流动阻力小。 化学性质稳定，不燃烧，高温高压下不分解，不与润滑油发生反应。不爆炸。 3.生理学上的要求： 对人无毒、无害 4.经济上的要求上： 易于购得，价格低廉。 二、常用的制冷剂 工业上已采用的制冷剂很多，目前常用有以下几种，氨，氟利昂-12，氟利
食品技术原理课程讲稿－第二章 干藏 第 10 页 ，共 33 页 蒸发吸热，发生冷效应。 第三节 制冷剂及载冷剂 制冷剂——在直接蒸发式制冷系统中循环，通过其本身的状态变化，来传递 热量的工质称为制冷剂（冷冻剂）。如氨、氟利昂等。 载冷剂——在间接蒸发式制冷系统中起传递冷效应的介质称为载冷剂（冷 媒）。载冷剂在蒸发器中被制冷剂冷却，然后再去冷却物料或冷藏库。如盐水（氯 化钠）、氯化钙盐水、冰、冰盐等。 一、对制冷剂的要求 制冷剂在循环中，是在蒸发器中对外输出冷量（即直低温下吸收热量），在 冷凝器中放出热量，起着热量传递的煤介作用。各种制冷剂的一个共同特征是它 们的临界温度较高，在常温及普通低温下能够液化。 由于制冷机的大小，构造和材料以在一定情况下的操作压力与制冷剂的性质 有密切关系，所以在进行压缩制冷时，必须慎重选用适合于操作条件的制冷剂。 特别是在食品加工中， 对制冷剂有以下几方面的 要求： 1.热力学上的要求： 在大气压力下，制冷剂的沸点要低，即易蒸发。 制冷剂的临界温度要高，至少要高于一般冷却水的温度，即就可以在冷凝器 内液化。 制冷剂在蒸发器内的压力最好能与大气压力相近或稍高于大气压，在冷凝内 压力不应过高，这样空气就不会渗入系统，制冷剂也不会自系统渗出。（避免空 气窜入制冷机系统中，降低传热系数以及增加压缩机的功率消耗。） 制冷剂的汽化潜热应尽可能地大，蒸汽容积小，循环量减少，即单位制冷能 力大。 导热系数和散热系数大，以提高热交换器的传热效率。 2.物理化学上的要求： 制冷剂对金属不应有腐蚀作用。 比重和粘度要小，使制冷剂循环流动阻力小。 化学性质稳定，不燃烧，高温高压下不分解，不与润滑油发生反应。不爆炸。 3.生理学上的要求： 对人无毒、无害 4.经济上的要求上： 易于购得，价格低廉。 二、常用的制冷剂 工业上已采用的制冷剂很多，目前常用有以下几种，氨，氟利昂-12，氟利