制冷技术基础and蒸气压缩式

制冷技术基础近百年来，空调技术大大改变了人们的生活为何要制冷？（1）材料的某些重要特性与温度有关；（如低温超导！）（2）物态与温度有关；（混合气体分离、气体液化！）（3）扩散和化学反应与温度有关；（4）提供适宜的工作和生活环境；简言之为满足生产和生活的需要，需要制冷技术提供低温环境。作为一门学科，是指通过人工的方法在一定时间和一定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。“冷”相对于环境温度而言，一般是指环境温度至绝对零度。自然冷却不是制冷。制冷制冷就是从物体或流体中取出热量，并将热量排放到环境介质中去，以产生低于环境温度的过程。制冷机：机械制冷中所需机器和设备的总合称为制冷机。制冷剂：制冷机中使用的工作介质称为制冷剂。（制冷剂在制冷机中循环流动，同时与外界发生能量交换，即不断地从被冷却对象中吸取热量，向环境排放热量。）制冷循环：制冷剂一系列状态变化的综合为制冷循环。（为实现制冷循环必须消耗能量，其形式可以是机械能、电能、热能、太阳能等等。）基本概念：通过123Ｋ来分界温区制冷（refrigeration）温区

123K以上低温（cryogenics）温区

123K以下

按照制冷能够得到的温度范围，制冷技术可以划分为以下几个领域：也有另一种习惯划分：123K以上，普通制冷；123～20K，深度制冷；20～0.3K，低温制冷；0.3K以下，超低温制冷。空调是制冷技术在其最高温区内的应用制冷的温度范围是从环境温度开始，一直可达接近绝对零度即0Ｋ低温温度范围(4.2k)(20k)(90k)实现制冷的主要方法液体蒸发/气化制冷：依靠低沸点的液体（制冷剂）吸收环境的热量而蒸发，达到降温的目的；气体膨胀制冷涡流管制冷简单降温使制冷过程持续进行（循环）热电制冷实现制冷的主要方法液体蒸发/气化制冷1.液体蒸发/气化制冷

液体气化形成蒸气。当液体处在密闭容器内时，若容器内除了液体及液体本身的蒸气外不存在任何其它气体，那么液体和蒸气在某一压力下将达到平衡，这种状态称饱和状态。此时容器中的压力称为饱和压力；温度称为饱和温度。饱和压力随温度的升高而升高（一一对应）。如果将一部分饱和蒸气从容器中抽出，液体中就必然要再气化一部分蒸气来维持平衡。液体气化时，需要吸收热量，该热量称为气化潜热。液体所吸收的热量来自被冷却对象，因而使被冷却对象变冷，或使它维持在环境温度以下的某一低温。1.液体蒸发/气化制冷1.液体蒸发/气化制冷实现连续循环的条件1.液体蒸发/气化制冷产生冷量必须付出代价1.液体蒸发/气化制冷

通过一定的方法把蒸气抽出，并使它凝结成液体后再回到容器中，就能满足这一要求。蒸气液体液体

通过一定的方法把蒸气抽出，并使它凝结成液体后再回到容器中，就能满足这一要求。为了使上述过程得以连续进行，必须不断地从容器中抽走蒸气，再不断地将液体补充进去。蒸气凝结成液体

因此，需要将蒸气的压力提高到常温下的饱和压力。这样，制冷工质将在低压低温下蒸发，产生制冷效应，又在常温高压下冷凝向环境温度的冷却介质排放出热量。由此可见，液体气化制冷循环由工质低压下气化、蒸气升压、高压气体液化和高压液体压降四个基本过程组成。蒸气液体

若容器中的蒸气自然流出，直接凝为液体，则需要冷却介质具有的温度比液体的蒸发温度还要低，这种冷却介质显然无法寻觅，我们希望蒸气的冷凝过程在常温下实现。房间吸热过程维持室内低温环境环境放热过程：将室内热量和压缩机耗功转换的热量排到室外环境中房间吸热过程维持室内低温环境环境放热过程：将室内热量和压缩机耗功转换的热量排到室外环境中①制冷剂液体在低压（低温）下蒸发，成为低压蒸气。②将该低压蒸气提高压力成为高压蒸气。③将高压蒸气冷凝，使之成为高压液体。④高压液体降低压力重新变为低压液体，返回到①从而完成循环。

液体蒸发制冷构成循环的四个基本过程是：①制冷剂液体在低压（低温）下蒸发，成为低压蒸气。②将该低压蒸气提高压力成为高压蒸气。③将高压蒸气冷凝，使之成为高压液体。④高压液体降低压力重新变为低压液体，返回到①从而完成循环。选择设备使这四个过程连续进行，即实现连续制冷。蒸气压缩式制冷循环

制冷循环就是通过一定的能量补偿，从低温热源吸热，向高温热源排热。热源的温度决定制冷剂吸热与排热的温度与压力，相应地决定了制冷循环中的高低压侧的压力比。2蒸气压缩式制冷2.1蒸气压缩制冷的理想循环2.1.1蒸气压缩式循环的实现－四大件的作用2.1.2lgP-h图与T-S图2.1.3蒸气压缩制冷循环在特性图上的表示2.2蒸气压缩制冷的理论循环2.3蒸气压缩制冷的实际循环1.1.1蒸气压缩制冷的理论循环1.1蒸气压缩式制冷2.1.1蒸气压缩式循环的实现－四大件的作用液体气体液体气体冰箱循环示意图低温热源高温热源吸收式制冷机与压缩式制冷机工作原理的比较

单级蒸气压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器组成。其工作过程如下：制冷剂在蒸发压力下沸腾，蒸发温度低于被冷却物体或流体的温度。压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸气，并将它压缩到冷凝压力，然后送往冷凝器，在冷凝压力下等压冷却和冷凝成液体，制冷剂冷却和冷凝时放出的热量传给冷却介质（通常是水或空气）与冷凝压力相对应的冷凝温度一定要高于冷却介质的温度，冷凝后的液体通过节流阀或其它节流元件进入蒸发器。

当制冷剂通过节流阀时，压力从冷凝压力降到蒸发压力，部分液体气化，剩余液体的温度降至蒸发温度，于是离开节流阀的制冷剂变成温度为蒸发温度的两相混合物。混合物中的液体在蒸发器中蒸发，从被冷却物体中吸取它所需要的气化潜热。混合物中的蒸气通常称为闪发蒸气，在它被压缩机重新吸入之前几乎不再起吸热作用。

过程线1—2等熵压缩过程压力由p0提高到pk压缩机对制冷剂作功制冷剂温度提高点2

处于过热蒸气状态过程线2—3制冷剂在冷凝器内的冷却、冷凝过热蒸气在等压下先放热冷却降温，再继续放热冷凝，然后过冷pkp0pkp0吸收式制冷机与压缩式制冷机工作原理的比较单级蒸气压缩式制冷循环过程线3—4冷剂通过膨胀阀的节流过程压力由pk

降到p0

，温度由tk

降到t0

，并进入两相区节流前后制冷剂焓值不变过程线4—1等压气化过程制冷剂吸取热量不断气化向干度增大方向，直到过热蒸气由热力状态图和表可确定循环中的各点参数，用于分析和计算pkp0pkp0单级蒸气压缩式制冷循环吸收式制冷机与压缩式制冷机工作原理的比较1.吸收式制冷与蒸气压缩式制冷比较；2.吸收式制冷的设备组成及循环的组成；3.吸收式制冷循环中各设备的作用。1.吸收式制冷与蒸气压缩式制冷比较吸收式制冷与蒸气压缩式制冷同属于液体汽化制冷，都是利用制冷剂汽化吸热来实现制冷的。但是两者把热量从低温转移到高温处所用的补偿方法不同，蒸气压缩式制冷消耗机械能作为补偿，吸收式制冷消耗热能作为补偿。发生器和吸收器代替压缩机部分

发生器起着相当于压缩机排气行程的作用，产生高压、高温冷剂蒸汽。

吸收器起着相当于压缩机吸气行程的作用，将蒸发器中生成的冷剂蒸汽不断抽吸出来，以维持蒸发器内的低压。二元溶液工质对（溴化锂溶液、氨水溶液）溶解热吸收式制冷机与压缩式制冷机工作原理的比较

吸收式制冷机正是通过溶液在发生器和吸收器间的循环过程中质量分数、温度和水蒸汽分压的变化，起到了相当于压缩式制冷机中压缩机的作用。溶解热吸收式制冷机与压缩式制冷机工作原理的比较完成制冷剂在封闭体系内循环的方式“电能”或“机械能”驱动的压缩式制冷循环“热能”驱动的吸收式或蒸汽喷射式制冷方式

吸收式制冷和蒸气压缩制冷都是利用制冷剂的气化潜热制取冷量。他们的共同点是（体现在三大件设备中）：

高压制冷剂蒸气在冷凝器中冷凝后，经节流元件节流，温度和压力降低，低温、低压液体在蒸发器内汽化，实现制冷。它们的不同点是：1).提供的能量不同。

蒸发压缩式制冷机消耗机械功，吸收式制冷机消耗的是热能。2).吸取制冷剂蒸气的方式不同。

利用液体蒸发连续不断地制冷时，需不断地在蒸发器内产生蒸气。蒸气压缩式用压缩机吸取蒸气，吸收式制冷机用吸收剂在吸收器内吸取制冷剂蒸气。3).将低压制冷剂蒸气变为高压制冷剂蒸气时采取的方式不同。

蒸气压缩式制冷机通过原动机驱动压缩机完成，吸收式制冷机则是通过吸收器、溶液泵、发生器和节流阀完成。溶解热吸收式制冷机与压缩式制冷机工作原理的比较2.吸收式制冷的设备组成及循环的组成吸收式制冷循环由发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、溶液泵、节流阀及其溶液热交换器等组成。由管道将这些设备连接成封闭系统，构成两个循环回路，即制冷剂循环和溶液循环。溶解热吸收式制冷机与压缩式制冷机工作原理的比较溶液循环主要由发生器、吸收器、溶液泵、溶液热交换器等组成。制冷剂-吸收剂组成的稀溶液在发生器中被热媒加热而沸腾（消耗热能作为补偿），稀溶液中的制冷剂（水）受热后由液态转变为高压过热蒸汽而离开发生器，使溶液由稀溶液转变为浓溶液；高温浓溶液离开发生器后，经过溶液换热器与低温稀溶液通过传热间壁换热，浓溶液放出热量后降温（预冷），经过节流降压后进入吸收器；在吸收器中具有强吸收能力的浓溶液，吸收来自蒸发器的低压水蒸汽而被稀释成稀溶液；稀溶液被溶液泵汲入病升高其压力；当它流经溶液热交换器被浓溶液加热而升温（预热），然后再进入发生器。溶解热吸收式制冷机与压缩式制冷机工作原理的比较制冷剂循环主要由冷凝器、蒸发器、节流阀组成。在发生器中汽化产生的高压过热蒸汽进入冷凝器，受到冷却介质的冷却，先冷却至饱和状态，然后液化成饱和水；再经节流阀降压为湿蒸汽，即少量饱和蒸汽和大部分饱和液的两相混合液体，其中饱和状态的水在蒸发器中吸热汽化而产生冷效应（制冷），使其被冷却对象降温；蒸发器中形成的水蒸汽进入吸收器再度被浓溶液吸收。吸收式制冷循环中各设备的作用。发生器和吸收器代替压缩机部分

发生器起着相当于压缩机排气行程的作用，产生高压、高温冷剂蒸汽。

吸收器起着相当于压缩机吸气行程的作用，将蒸发器中生成的冷剂蒸汽不断抽吸出来，以维持蒸发器内的低压。二元溶液工质对（溴化锂溶液、氨水溶液）溶解热吸收式制冷机与压缩式制冷机工作原理的比较3.1吸收式制冷机的工作原理（单效）制冷剂（水、氨）发生在发生器：工质对被加热介质加热，解析出冷剂蒸气。吸收剂（溴化锂、水）发生在吸收器：蒸发产生的冷剂蒸气进入吸收器，被来自发生器的工质对吸收。

蒸汽吸收式制冷系统是由发生器、冷凝器、制冷节流阀、蒸发器、吸收器、溶液节流阀、溶液热交换器和溶液泵组成。

整个系统包括两个回路：一个是制冷剂回路，一个是溶液回路。

系统中使用的工作流体是制冷剂和吸收剂，我们称它为吸收式制冷的工质对。吸收剂液体对制冷剂有很强的吸收能力。吸收剂吸收了制冷剂气体后形成溶液。溶液加热又能放出制冷剂气体。因此，可以用溶液回路取代压缩机的作用，构成蒸汽吸收式制冷循环。吸收式制冷

溴化锂吸收式制冷机是以溴化锂-水溶液（BrLi-H2O）作为工质对的，其中水是制冷剂，溴化锂溶液为吸收剂。例如，在一个大气压下，水的沸点为100℃，在这样高的温度下沸腾（制冷中称为蒸发），