空气调节用制冷技术

单级蒸气压缩式制冷的热力学原理

什么是“制冷”?定义“制冷”就是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，并保持这个低温。制冷技术是为适应人们在生活和生产中对低温条件的需要而产生和发展起来的，是一门研究人工制冷原理、方法和如何运用制冷装置获得低温的科学技术。制冷技术的应用：食品工业、空调工程、工业生产、低温超导、建筑业、国防工业、医疗卫生等。制冷装置的用途光学仪器、精密计量、半导体、合成纤维等生产工艺飞机发动机、航空仪表、特殊气候地区使用的汽车、电器设备旅馆、剧院、医院、汽车、轮船、火车等公共场所和交通工具空气调节方面物资储存方面

如低温储存和冻结储存可以防止果品、蛋品、鱼类以及农药、血浆等的变质工业生产方面超低温方面石油裂解、石油脱蜡、合成橡胶、合成纤维以及甲烷、乙烯等重要原料的提取等气体的液化也和制冷密切相关金属和合金在低温下具有“超电导”特性利用低温超导的强大电流，也为制造强大磁场提供了可能空气调节方面:光学仪器、精密计量、半导体、合成纤维等生产工艺，都需要有恒温、恒湿的空气环境飞机发动机、航空仪表、特殊气候地区使用的汽车、电器设备，都应在一定的温湿度条件下进行性能试验，为此需要建立人工气候室旅馆、剧院、医院、汽车、轮船、火车等公共场所和交通工具，及住宅，都需要空气调节装置食品和物资储存方面:如低温储存和冻结储存可以防止果品、蛋品、鱼类以及农药、血浆等的变质，而粮食或其他物资的储存也常对空气的温湿度有所要求。工业生产方面石油裂解、石油脱蜡、合成橡胶、合成纤维以及甲烷、乙烯等重要原料的提取等，分别要求有-120~20℃的温度条件。气体的液化也和制冷密切相关，氧的液化温度为90.17K，氮的液化温度为77.34K，而火箭燃料——液氢的液化温度低达20.25K。低温和超低温方面由于金属和合金在低温下具有“超电导”特性所引起：

金属铅在低于7.26K时，电阻几乎为0

锌的超导转编温度是0.79K这样，制造低温超导电缆对大功率（100万kW以上）输电很有经济价值。利用低温超导的强大电流，也为制造强大磁场提供了可能。另外，宇宙空间的模拟、高真空的获得、半导体激光、红外线探测也都离不开低温制冷技术实现制冷的两种途径利用天然冷源利用人造冷源天然冷源天然冷源即：用深井水或天然冷却物冷却物体或空间的空气早在公元前一千年前，我国劳动人民已采用天然冰进行食品冷藏或防暑降温：《诗经》：“二之日凿冰冲冲，三之日纳于凌阴”《左传》：“鉴如缶，大口以盛冰，置食物于中，已御温气”天然能源具有价廉和不需要复杂技术设备等优点，但是受到时间和地域的限制，不宜用来大量获取低于0℃的温度人造冷源人造冷源的制冷过程，必须遵循热力学第二定律人造冷源也称人工制冷，人们将一般制冷中所需的机器和设备的总和成为制冷机。19世纪中叶，第一台机械制冷装置问世，人类开始使用人造冷源，蒸气压缩式制冷机是目前应用最广泛的一种制冷机。

思考：什么是热力学第二定律？

克劳修斯表述:热量可以自发地从高温物体传递到低温物体,但不能自发地从低温物体传递到高温物体什么是热力学第一定律？即能量守恒定律

蒸汽压缩式制冷的热力学原理

液体气化的过程要吸收气化潜热，液体压力不同，其饱和温度（沸点）也不同，压力越低，饱和温度越低。因此只要创造一定的低压条件，就可以利用液体的气化获取所要求的低温液体(高沸点)降压液体(低沸点)达到沸点温度液体气化吸热空气降温

蒸汽压缩式制冷的热力学原理

单级蒸气压缩制冷循环，是指将制冷剂经过一级压缩从蒸发压力到冷凝压的循环。单级制冷机一般可用来制取-40℃以上的低温。蒸气压缩式制冷的工作过程2高温高压气体4低温低压液体1高温低压气体3低温高压液体冷凝器蒸发器节流机构气液分离器压缩机理想循环压缩机：绝热压缩冷凝器：等压放热节流器：绝热节流蒸发器：等压吸热qkq0储液器蒸气压缩式制冷的工作过程压缩机：它的作用是将蒸发器中的高温低压制冷剂蒸气吸入，压缩到冷凝压力，然后排到冷凝器。冷凝器：它的作用是将来自压缩机的高温高压制冷剂蒸气冷凝成液体。在冷凝过程中制冷剂蒸气

放出热量，故需要冷却介质进行冷却，常用的冷却介质有水、空气等。节流机构：低温高压制冷剂流经节流机构后，被节流降压，压力由冷凝压力降到蒸发压力，一部分液体被汽化。蒸发器：它的作用是使经节流阀流入的低温低压制冷剂液体吸热蒸发，吸取被冷却物的热量后变为制

冷剂蒸气。思考蒸气压缩式制冷的理论循环与实际工作状态会有怎样的差别?Tips:是否有温差?是否有摩擦蒸气压缩式制冷与理想循环相比压缩机中:气体内部和气体与汽缸壁之间有摩擦，气体与外部有热交换制冷剂流经压缩机进、排气阀、管道、冷凝器和蒸发器等设备时，制冷剂与管壁或器壁之间的摩擦，以及与外部的热交换实际换热都是在有温差情况下进行的怎么办？用膨胀阀代替膨胀机：液体制冷剂膨胀功不大，而机件小、摩擦损失又相对比较大，为简化制冷装置，以及便于调节进入蒸发器的制冷剂流量，采用膨胀阀代替膨胀机怎么办?蒸气的压缩在过热区进行，而不是在湿蒸气区内进行：

压缩机吸入湿蒸气，低温湿蒸气与热的气缸壁会发生强烈热交换，与气缸壁接触的液珠更会迅速蒸发，占据气缸的有效空间，使压缩机吸收的制冷剂质量大为减少，制冷量显著降低

过多液珠进入压缩机气缸后，很难立即气化，会破坏压缩机的润滑，同时造成液击，使压缩机遭到破坏

什么是“制冷剂”?制冷剂的定义制冷剂是制冷装置中进行循环制冷的工作物质。制冷剂在制冷机中循环流动，不断与外界发生热量交换。制冷剂在标准大气压（即101.32kPa压力）下的饱和温度，通常称为沸点制冷剂的发展历史1834年：JacobPerkins采用乙醚制造出蒸气压缩式制冷装置以后，人们尝试采用二氧化碳、氨等作为制冷剂20世纪初：一些碳氢化合物也被用作制冷剂，如乙烷、丙烷等1928年：Midgley和Henne制出氟利昂12，氟利昂族制冷剂引起制冷技术真正的革新，人类开始采用天然制冷剂步入采用合成制冷剂时代20世纪70年代：发现含氯或溴的合成制冷剂对大气臭氧层有破坏作用，而且造成非常严重的温室效应氟利昂氟利昂是饱和碳氢化合物卤族衍生物的总称，它的出现解决了对制冷剂有各种要求的问题大多数氟利昂本身无毒、无臭、不燃、与空气混合遇火也不爆炸，适用于公共建筑或实验室的空调制冷装置。氟利昂中不含水分时，对金属无腐蚀作用氟利昂的分类全卤化氯氟烃（CFCs）：R11、R12等，对大气臭氧层破坏严重，已于1996年被禁止使用不完全卤化氯氟烃（HCFCs）：R22、R123等，由于氢、氯共存，对大气

破坏减缓，禁止使用日期可延迟不完全卤化氟烃化合物（HFCs）：R23、R125、R134a，由于不含氯原子，

对大气臭氧无破坏作用，可以使用思考什么样的制冷剂是好的制冷剂?制冷剂的基本要求对环境友善满足制冷循环良好的物理化学性质来源广，易制取制冷剂的基本要求热力学性质工作压力适中单位容积制冷能力大：较小压缩机尺寸低于大气压，空气易于渗入、不易排出，影响传热效果和耗功量冷凝压力过高，增加制冷装置承受的压力，减少外渗漏临界温度高：便于冷却和冷凝制冷剂在低温状态下的饱和压力最好接近大气压力,甚至高于大气压力制冷剂的基本要求物理化学性质化学稳定性好导热系数、放热系数高,提高换热效率密度、黏度小,减小流动阻力具有一定吸水性,不易形成冰堵其他：无毒、不燃烧、不爆炸、温室效应小,容易采购1、单级蒸气压缩制冷循环是由制冷剂的压缩、冷凝和冷却、节流膨胀、蒸发等四个热力过程组成的封闭循环2、为