制冷概念、方法、发展

1、第一页，共六十二页。第二页，共六十二页。人工制冷(人工致冷)的定义：用人为的方法在一定的时间和一定的空间内将某物体或流体冷却，使其温度降到环境温度以下并维持这个低温的一门工程技术。第三页，共六十二页。区分“自然冷却” 与“制冷” ： 自发过程与非自发过程第四页，共六十二页。概念区分冷却 制冷第五页，共六十二页。类比热量传递与水的流动自发过程与非自发过程第六页，共六十二页。冷却（自发过程）第七页，共六十二页。水往低处流第八页，共六十二页。制冷（非自发过程）第九页，共六十二页。水泵抽水第十页，共六十二页。人工制冷(人工致冷)的定义：用人为的方法在一定的时间和一定的空间内将某物体或流体冷却，使其温度

2、降到环境温度以下并维持这个低温的一门工程技术。第十一页，共六十二页。结论： 制冷是一个非自发的过程，需要消耗一定量的功第十二页，共六十二页。制冷循环的基本原理被加热系统被冷却系统制冷机、热泵或热化机W（Q）QKQ0补偿能量：W（Q）能量守恒：QK=QO+W（Q）第十三页，共六十二页。制冷机机械制冷中所需机器和设备的总合第十四页，共六十二页。制冷机中使用的工作介质（半导体制冷除外）制冷剂（制冷工质）第十五页，共六十二页。制冷循环为了获得持续的低温，需要连续不断地制冷，制冷剂也就需要连续不断地吸热和放热，从而在制冷机器、设备内形成一个周而复始的流动循环制冷循环的基本原理第十六页，共六十二页。第十七

3、页，共六十二页。热泵循环基本原理：以环境介质作为低温热源，并从中获取热量将其转移给高于环境温度的高温热源(被加热系统)的循环。循环不是用来制冷，而是为了把热量释放给某物体或空间使之温度升高，即实现用冷凝器放出的热量来供热的采暖设备称之为热泵（也可以同时实现供冷和供热）。它是制冷循环的另一种应用。与制冷循环的形式和原理相同。第十八页，共六十二页。Qk =Q0+ P0COP: 供热系数=Qk/P =(P+Q0 ) /P=1+节能效益显著第十九页，共六十二页。按照制冷所得到的低温范围，制冷技术分为几个领域：120K以上，普通制冷12020K，深度制冷200.3K，低温制冷低温制冷0.3K以下，超低温

4、制冷通过120K来分界温区体现在：工质、制取低温方法及使用的机器设备制冷技术的分类“普通制冷”与“低温制冷”的区别及联系第二十页，共六十二页。天然冷时代冰雪的贮藏制冷技术的发展历程第二十一页，共六十二页。早在3000多年前，聪明的中国人就已经利用天然冰在夏天消署。周朝的时候，政府里有专门负责取冰、用冰的官员“凌人”。唐朝时，京城长安出现了专门靠冰发财的商人。 大多取自本地的河湖，冬季“打冰” （将冰面断开成方块，浮起后继续冻结加厚），在“冰窖”里面贮存到夏季使用。皇宫和官僚使用、商品。 清代的官僚按品级可以配给定量的冰，地方官员每年要给京官的衙门变相行贿叫“冰敬” 。 北京市的冰窖，最后在19

5、82年还有。 第二十二页，共六十二页。人工制冷时代（机械制冷技术从工业革命开始）1）1755年，英国人库仑发现了乙醚蒸发制冷，其学生布拉克导出了潜热的概念，并发明了冰量热器，标志着现代制冷技术的开始2）英国人布拉克发展了气液相变和潜热方面理论制冷技术的发展历程第二十三页，共六十二页。3）1834年，美国人波尔金斯发明了第一台以乙醚为工质的蒸汽压缩式制冷机4）1844年，美国人戈里发明了第一台制冷和空调用的空气制冷机5）1859年，法国人卡列设计制造了第一台氨吸收式制冷机6）1910年，法国人马列斯莱兰克发明了蒸气喷射式制冷系统7）1918年，美国人考布兰发明了第一台家用电冰箱制冷技术的发展历程

6、第二十四页，共六十二页。8）1930年代氟利昂制冷剂出现9）1950年代共沸制冷剂和1960年代非共沸制冷剂应用10）1980年代以环保和能源协调发展制冷技术时代：节能、ODP，GWP：天然制冷剂或HFC制冷技术的发展历程第二十五页，共六十二页。1.在人民生活方面家用冰箱、空调器等2.在商业领域食品的冷藏链：易腐食品的生产、运输和销售3.空调行业中舒适性空调：满足舒适需要工艺空调：满足生产工艺、设备需要第二十六页，共六十二页。空调工程 空调工程是制冷技术应用的一个广阔领域。光学仪器仪表、精密计量量具、纺织等生产车间及计算机房等，都要求对环境的温度、湿度、洁净度进行不同程度的控制；体育馆、大会堂

7、、宾馆等公共建筑和小汽车、飞机、大型客车等交通工具也都需有舒适的空调系统。制冷技术在国民经济中的应用第二十七页，共六十二页。日常生活方面家用冰箱及空调等第二十八页，共六十二页。食品工程易腐食品从采购或捕捞、加工、贮藏、运输到销售的全部流通过程中，都必须保持稳定的低温环境，才能延长和提高食品的质量、经济寿命与价值。这就需有各种制冷设施，如冷加工设备、冷冻冷藏库、冷藏运输车或船、冷藏售货柜台等 第二十九页，共六十二页。机械与电子工业精密机床油压系统利用制冷来控制油温，可稳定油膜刚度，使机床能正常工作。对钢进行低温处理可改善钢的性能，提高钢的硬度和强度，延长工件的使用寿命。多路通讯、雷达、卫星地面站

8、等电子设备也都需要在低温下工作。 第三十页，共六十二页。医疗卫生事业血浆、疫苗及某些特殊药品需要低温保存。低温麻醉、低温手术及高烧患者的冷敷降温等也需制冷技术。 第三十一页，共六十二页。国防工业和现代科学在高寒地区使用的发动机、汽车、坦克、大炮等常规武器的性能需要作环境模拟试验，火箭、航天器也需要在模拟高空条件下进行试验，这些都需要人工制冷技术。人工降雨也需要制冷。第三十二页，共六十二页。 制冷范围进一步扩大 制冷方法日趋增多：脉管制冷、电化学制冷等 制冷机器、设备的种类和形式更加丰富 制冷系统的运行管理采用微机管理 更注重环保、节能：臭氧空洞、全球变暖；能效标识国家执行能源效率标识管理办法，

9、其中规定凡是能效比低于2.6的空调将严禁销售制冷技术的发展趋势第三十三页，共六十二页。 人工制冷方法 1. 相变制冷 2. 热电制冷 3. 涡流管制冷 4.空气膨胀制冷第三十四页，共六十二页。一：单级蒸气压缩式制冷循环的方法、原理与循环日常生活中我们都有这样的疑问:怎样才能制冷制热呢?第三十五页，共六十二页。相变制冷方法、原理a.密闭容器试验 饱和状态 （饱和蒸汽、饱和液体）第三十六页，共六十二页。饱和压力，饱和温度 密闭容器中的液体，在一定的温度下，蒸气压力会自动保持在一定数值上，这时液气两相转变就达到了动平衡，此时空间气态分子的浓度不变。这个状态称之为这个液体的饱和状态。 饱和状态的蒸气和

10、液体分别称为饱和蒸气和饱和液体。饱和状态时蒸气压力称为饱和压力。饱和液体的温度称为饱和温度。第三十七页，共六十二页。饱和压力与饱和温度是一一对应关系。水：饱和压力p=1at=101325Pa时， 饱和温度t=100饱和压力p=0.31at=31160Pa时， 饱和温度t=70饱和压力p=0.0092at=934.55Pa时，饱和温度t=6第三十八页，共六十二页。 猜想一下：蒸汽被抽走将会发生什么结果？第三十九页，共六十二页。平衡遭到破坏（抽走蒸气）液体蒸发气化降温吸收外界热量新的平衡（同时产生低温环境）第四十页，共六十二页。实际应用 蒸发器：不断抽走蒸气使液体不断气化降温吸热 压缩机：不断抽取

11、蒸气维持低温状态第四十一页，共六十二页。q 0w05421第四十二页，共六十二页。 利用制冷剂由液体状态汽化为蒸气状态过程中吸收热量，被冷却介质因失去热量而降低温度，达到制冷的目的。 制冷剂循环利用制冷循环第四十三页，共六十二页。制冷原理q 0w054q K21单级蒸汽压缩制冷循环第四十四页，共六十二页。制冷剂在变为蒸气之后，需要对它进行压缩、冷凝、继而进行再次汽化吸热。冷凝器：散热使气体不断液化第四十五页，共六十二页。q 0w054q K21单级蒸汽压缩制冷循环第四十六页，共六十二页。节流阀：降低压力节流降压的工作原理是制冷工质流过阀门时流动截面突然收缩，流体流速加快，压力下降，压力下降的大

12、小取决于流动截面收缩的比例。第四十七页，共六十二页。以沸腾过程考虑制冷剂的工作温度范围沸腾的几个特点： 液变汽 吸热 过程中温度保持不变 压力越低，沸点越低 是否可以通过降低压力，无限度的降低其沸点？相 变 制 冷第四十八页，共六十二页。制冷剂：基本原理：液体汽化相变吸热效应 吸热量 = 液体汽化量 汽化潜热 第四十九页，共六十二页。临界温度：每种物质都有一个特定的温度,在这个温度以上,无论怎样增大压强,气态物质不会液化,这个温度就是临界温度。因此要使物质液化必须先达到它的临界温度 第五十页，共六十二页。结论：极限工作温度范围是制冷剂的临界温度至凝固温度循环形式：蒸汽压缩式，吸收式等第五十一页

13、，共六十二页。具备四个基本过程：制冷剂低压下气化、升压、高压蒸汽液化、降压第五十二页，共六十二页。蒸汽压缩式制冷循环冷凝器：高压汽体 冷却冷凝节流阀：节流降压蒸发器：低压液体 汽化吸热压缩机：低压汽体 压缩升压压缩机节流阀冷凝器蒸发器低温低压汽体高温高压汽体 高压 液 体低压液 体动力和心脏第五十三页，共六十二页。1.1 蒸气压缩式制冷 系统组成：压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器及辅助设备，由管道将其连成一个封闭系统 系统流程图第五十四页，共六十二页。1.2 蒸气吸收式制冷 系统组成：发生器、吸收器取代了压缩机 系统流程图第五十五页，共六十二页。第五十六页，共六十二页。1.3 蒸气喷射式制冷 系

14、统组成：喷射器（喷嘴、吸入室、扩压器）、冷凝器、蒸发器、膨胀阀等组成 系统流程图第五十七页，共六十二页。1.蒸气喷射式制冷原理： 液体气化制冷，以消耗热能为动力。2.特点： 蒸气喷射式制冷机只用单一物质为工质，热源工作蒸汽和制冷剂是同一种物质。目前多使用水。 由于水为工质所制取的低温必须在0以上，故蒸气喷射式制冷机目前只用于空调装置或用来制备某些工艺过程需要的冷媒水。 第五十八页，共六十二页。1.4 固体吸附式制冷 系统组成：压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器及辅助设备，由管道将其连成一个封闭系统 系统流程图沸石水第五十九页，共六十二页。2. 热电制冷 基本原理：是以温差电现象为基础的制冷方法。利用“塞贝克”效应的逆反应珀尔帖效应的原理达到制冷目的塞贝克效应就是在两种不同金属组成的闭合线路中，如果保持两接触点的温度不同，就会在两接触点间产生一个电势差接触电动势。同时闭合线路中就有电流流过，称为温差电流。反之，在两种不同金属组成的闭合线路中，若通以直流电，就会使一个接点变冷，一个变热，这称为珀尔贴效应，亦称温差电现象第六十页，共六十二页。2. 热电制冷 半导体制冷由P型和N型半导体材料、金属片铜片