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主讲题目：冻干机的组成及工作 原理 主 讲 人 : 任 平 主 讲 人 : 任 平 山西振东集团版权所有

冻 干 机 的 心 脏 制冷系统

制冷系统的组成 制冷系统是冻干机的最重要的组成部分，被称为“冻干机的心脏”。理论上制冷系统由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和热力膨胀阀所构成，主要是为干燥箱内制品前期预冻供给冷量；以及为后期冷阱盘管捕集升华水汽供给冷量。 在冻干机设计时，考虑到冻干机对制冷的要求特殊性，其制冷系统主要由以下部件组成： 压缩机,制冷剂,油分离器，水冷凝器，干燥过滤器，中间冷却器，视液镜，电磁阀，手阀（顶盖阀），膨胀阀，蒸发器（板式交换器，后箱冷凝盘管），汽液分离器，回气过滤器，压力表，压力控制继电器， CPCE （能量调节器），安全阀，制冷管道等。

制冷系统原理图

制冷系统的组成—压缩机 压缩机是制冷系统的核心，压缩机主要是对气态氟利昂进行压缩，从吸气口吸入低温低压的气态氟利昂，经过活塞或螺杆压缩后，变成高温高压的气态氟利昂，通过排气管排出去。 压缩机按照压缩的形式，可以分为活塞式压缩机和螺杆式压缩机。 活塞式压缩机又可以分为开启式、半封闭式、全封闭式三种形式。 根据压缩的级别，压缩机又可分为单级压缩机、双级压缩机和复叠式压缩机。 现在选用的大都是活塞式半封闭双级压缩机。（5HP30HP），品牌为BITZER和COPELAND两种。 小型冻干机选用活塞式半封闭单级压缩机（3HP） COPELAND或活塞式全封闭单级压缩机（3HP） 美国泰康牌。

其中汽阀主要由阀座、阀片、汽阀弹簧和升程限制器组成。 制冷系统的组成—压缩机 活塞式压缩机的结构 活塞式压缩机主要由电机、汽阀、汽缸套、输汽量调节、曲轴、连杆组件、活塞组件、轴封、机体组件、润滑系统等组成。 其中汽阀主要由阀座、阀片、汽阀弹簧和升程限制器组成。

制冷系统的组成—压缩机 螺杆压缩机 螺杆式制冷压缩机与传统的往复式制冷压缩机相比，具有非常大的优势。 1、工作效率高。不需要将旋转运动转化为往复运动，减少了由此带来的机械损失；不会出现没有余隙容积中剩余气体的再膨胀过程，无滑动摩擦，不需要设置吸、排气阀片，指示效率和机械效率都比效高。 2、良好的能量调节方式。往复式压缩机相对调节能力较差，而螺杆式压缩机在此方面表现突出，其制冷量可在15%～100%之间无级调节，当冷量在60%～100%之间调节时，其耗功率与制冷量以相同比例变化。 3、运行性能好。由于螺杆式制冷压缩机的结构简单，零件数仅为活塞式的1/10，压缩机运行可靠、安全、振幅小、适应性强，在高、低浊制冷范围内的应用中均有良好性能。

制冷系统的组成—压缩机 螺杆式制冷机制冷量与活塞式比较 螺杆式(神户制钢) SH22F(20KW) R22 50HZ 活塞式(比泽尔) S66J-32.2(24KW) R22 50HZ CT +40℃ ET　　　　SH22F S66J-32.2 -30℃　　35,800(21.3) 29,290(22.1) -40 24,400(19.2) 17,990(17.7) -50 15,800(17.5) 9,400(12.2) -60 　 11,500(16.0) - ( - ) -70 - ( - ) - ( - ) 注)数值为制冷量Kcal/h( )内为动力Kw

制冷系统的组成—制冷剂 一种物质能从一种物质（或物体）吸收热量，然后传递给另一种物质（物体），在传递热量的过程中只发生物理变化，这种物质称为制冷剂。不同类型的制冷机使用不同种类的制冷剂。 几种常用的制冷剂： 1、氨制冷剂（R717），为中温制冷剂，有毒，在一定条件下有易燃性和可爆性，生产方便，价格便宜。 2、氟利昂11（R11），分子式为CCl3F,高温制冷剂，没有腐蚀性、不燃烧、毒性小。 3、氟利昂12（R12），分子式为CCl2F2，中温制冷剂。 4、氟利昂13（R13），分子式为CClF3，低温制冷剂。 5、氟利昂22（R22），分子式为CHClF2，中温制冷剂。运用广泛。最低蒸发温度为-50℃，最高蒸发温度为-20℃。 6、混合制冷剂，共沸混合制冷剂R502。非共沸混合制冷剂R404A、R507最低蒸发温度为-70℃，最高蒸发温度为-30℃。

制冷系统的组成—油分离器 氟利昂经过压缩机压缩后变成高温高压的气体，进入到 油分离器中。冷冻机油也会随高温高压的气体进入到油分离器，油分离器的 目的就是使冷冻机油能不断的回到压缩机曲轴箱，以确保压缩机油箱里有足够的冷冻油，保证润滑效果。 冷冻机油在油分离器里的油面达到一定位置时，依靠浮力的作用，浮球将回油阀顶开，由于油分离器里的压力比压缩机曲轴箱的压力大得多，油就通过回油管回到压缩机曲轴箱内。当油位下降后，浮球不足于将回油阀顶开，不回油。因此回油是间隙式的。通过这种方式，达到油和氟利昂分离的效果，确保压缩机里有足够的冷冻机油进行润滑。

制冷系统的组成—水冷凝器 在制冷系统中，水冷凝器的作用是将“高温高压”的气态制冷剂的热量传给环境介质（冷却水或空气）并使之冷凝成液体。按冷却方式可分为：水冷式、蒸发式、空气冷却式（风冷式）；按结构型式可分为壳管式、套管式、盘管式。 现在选用较多的是壳管水冷式冷凝器。如果冷凝器的冷却效果不好，压缩机的高压较高，影响制冷效果。 选用的水冷凝器，还可以当作制冷剂的储液罐，收液时就是将氟利昂收到水冷凝器里，然后将水冷凝器进出液阀关住。

制冷系统的组成—中间冷却器 在双级压缩制冷系统中，中间冷却器用来冷却低压级排气，避免因高压级吸气温度过高而使排气温度超过允许值，同时提高制冷效率。 氨制冷系统采用中间完全冷却循环，在氟利昂（R22、R502、R404A、R507）双级制冷机中，因排气温度较低，采用中间不完全冷却循环。它与中间完全冷却的主要区别是低压缸的排气不在中间冷却器内进行冷却，而是与中间冷却器中产生的饱和蒸汽在管路中混合后进入高压缸。因此高压缸吸入的是中间压力下的过热蒸汽。由于氟利昂制冷剂绝热指数比氨小，故对排气温度影响不大。 我们现在选用一个压缩机自带的小型板式换热器作中间冷却器。

制冷系统的组成—膨胀阀 节流装置是制冷系统的主要部件之一。热力膨胀阀是节流装置的一种。热力分为内平衡式、外平衡式两种。 热力膨胀阀主要由感温包、毛细管、阀座、阀针、弹簧、调节杆、阀体等组成，感温包里有制冷剂或其他介质的液体，其压力由感温包的温度决定。 对于蛇管管道较长或蒸发温度较低的蒸发器，由于管内阻力损失较大，采用外平衡式膨胀阀。膨胀阀膜片下方不与蒸发器进口处的制冷工质相通，而是用一外平衡管使之与蒸发器出口处的制冷工质相通。 感温包安装时最好水平放置，不能倒置，当其位置高于膜片上腔时，应注意将毛细管弯成U形，以免包内液体倒流到毛细管和膜片顶部，影响调节功能。

制冷系统的组成—蒸发器 在制冷系统中蒸发器的作用是让制冷剂液体在较低温度下吸收被冷却环境介质的热量而蒸发成蒸汽，以降低被冷却物体或空间的温度或维持其低温。 按照被冷却介质的种类的不同，蒸发器可分为冷却液体介质的蒸发器和冷却空气的蒸发器。 在冻干机中，板式换热器和后箱盘管就是作为蒸发器来使用。

制冷系统的组成—阀件 电磁阀是一种开关式自动阀门，可用压力控制器、温度控制器、液位控制器等通过电气元件进行控制。它适合于各种制冷剂。电磁阀主要由外壳、线圈、铁芯、弹簧、膜片式活塞、阀体、密封环等组成。当电源接通时，线圈产生磁场，吸起铁芯，阀门打开，流入端和流出端相通；电源切断后，磁场消失，铁芯因弹簧力和自重而落下，关闭阀门。 顶盖阀是一种关断阀门，通过调节有打开和关闭两种状态，主要用于制冷系统的检修，在正常运行时都处于打开的状态。

制冷系统的组成—过滤器 制冷系统有三套过滤器：干燥过滤器、回气过滤器、油过滤器。 干燥过滤器：安装在水冷凝器出液口，氟利昂经过水冷凝器冷却后，需要进行除酸除湿处理，也可以通过滤网将一些铜屑和其他杂质过滤掉。 回气过滤器：安装在压缩机回气管道上，主要是过滤一些铜屑和杂质，防止他们进入到压缩机里，损坏压缩机。 油过滤器：压缩机自带的一个滤网，安装在压缩机曲轴箱内，可以从放油口取出来进行清洗，油通过滤网进入到压缩机各个润滑油道。油过滤器主要过滤一些粉末、铜屑等，确保油的润滑效果。若油过滤器太脏，容易堵，会造成油润滑效果不好，导致油压差报警。

制冷系统的组成—汽液分离器 汽液分离器安装在压缩机吸入口前面，以确保吸入进压缩机里的氟利昂都是汽态。如果液体氟利昂进到压缩机里，很容易造成液击，将压缩机阀片打坏，甚至打断，损坏压缩机。

制冷系统的组成—辅助装置 制冷系统辅助装置主要由压力继电器、压力表、液面视镜、能量调节器（CPCE）、安全阀等组成。 压力继电器的主要作用是通过继电器的控制，起到保护压缩 机的作用。压力继电器主要有水压力继电器、油压差继电器、高压压力继电器、自动收液继电器、板冷阀冷凝阀控制继电器。 水压力继电器：当冷却水压力小于水压力继电器设定的压力时，水压力 报警，压缩机自动停机。 油压差继电器：当压缩机油压和中压压力差小于油压差设定的压力（0.65kgf/cm2)时,油压差报警，压缩机自动停机。 高压压力继电器：当压缩机高压压力大于高压压力继电器设定的压力时，高压报警，压缩机自动停机。 自动收液继电器：当压缩机低压压力大于自动收液继电器设定的压力时，即使压缩机处于停机的状态，在没有其他报警的情况下，压缩机自动启动，进行收液。

制冷系统的组成—辅助装置 板冷阀（冷凝阀）控制继电器:当低压压力大于板冷阀（冷凝阀）控制继电器设定的压力时，压力控制继电器动作，自动将板冷阀（冷凝阀）关闭，当低压压力小于板冷阀（冷凝阀）控制继电器设定的压力时，自动将板冷阀（冷凝阀）打开。 选用的继电器为DANFOSS品牌，性能稳定可靠。 压力表用来显示压缩机的工作压力，有高压压力、低压压力、中压压力、油压压力显示，通过压力表显示的压力，可以较好的掌握压缩机的工况。 现选用REFCO和ARRON两种品牌。 液面视镜是用来观察氟利昂的液面的，可以知道管道是否满液,液面视镜里有干燥指示，绿色表示干燥，黄色表示不干燥。

制冷系统的组成—辅助装置 能量调节器（CPCE）是在压缩机处于极限工况时，压缩机负载很小的情况下，通过引入热的氟利昂气体，给压缩机进行压缩，确保压缩机工作的稳定性。引入氟利昂气体的多少是可以通过压力来调节。 选用DANFOSS品牌的能量调节器。 安全阀安装在水冷凝器上，当水冷凝器内压力超过25kgf/cm2,安全阀自动释放压力，起到安全保护作用。

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