制冷概念、方法、发展

当前第1页\共有62页\编于星期六\21点当前第2页\共有62页\编于星期六\21点人工制冷(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。当前第3页\共有62页\编于星期六\21点区分“自然冷却”

与“制冷”

：

自发过程与非自发过程当前第4页\共有62页\编于星期六\21点概念区分冷却

制冷当前第5页\共有62页\编于星期六\21点类比热量传递与水的流动自发过程与非自发过程当前第6页\共有62页\编于星期六\21点冷却（自发过程）当前第7页\共有62页\编于星期六\21点水往低处流当前第8页\共有62页\编于星期六\21点制冷（非自发过程）当前第9页\共有62页\编于星期六\21点水泵抽水当前第10页\共有62页\编于星期六\21点人工制冷(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。当前第11页\共有62页\编于星期六\21点结论：

制冷是一个非自发的过程，需要消耗一定量的功当前第12页\共有62页\编于星期六\21点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）当前第13页\共有62页\编于星期六\21点制冷机机械制冷中所需机器和设备的总合当前第14页\共有62页\编于星期六\21点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）当前第15页\共有62页\编于星期六\21点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当前第16页\共有62页\编于星期六\21点当前第17页\共有62页\编于星期六\21点热泵循环基本原理：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。当前第18页\共有62页\编于星期六\21点Qk=Q0+P0COP:

供热系数ζ=Qk/P

=(P+Q0)

/P=1+ε节能效益显著当前第19页\共有62页\编于星期六\21点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

120～20K，深度制冷

20～0.3K，低温制冷低温制冷

0.3K以下，超低温制冷通过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”的区别及联系当前第20页\共有62页\编于星期六\21点天然冷时代冰雪的贮藏制冷技术的发展历程当前第21页\共有62页\编于星期六\21点早在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1982年还有。

当前第22页\共有62页\编于星期六\21点人工制冷时代（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当前第23页\共有62页\编于星期六\21点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当前第24页\共有62页\编于星期六\21点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当前第25页\共有62页\编于星期六\21点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、设备需要当前第26页\共有62页\编于星期六\21点空调工程

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、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当前第27页\共有62页\编于星期六\21点日常生活方面家用冰箱及空调等当前第28页\共有62页\编于星期六\21点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

当前第29页\共有62页\编于星期六\21点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、卫星地面站等电子设备也都需要在低温下工作。

当前第30页\共有62页\编于星期六\21点医疗卫生事业血浆、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。

当前第31页\共有62页\编于星期六\21点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。当前第32页\共有62页\编于星期六\21点

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》，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当前第33页\共有62页\编于星期六\21点

人工制冷方法

1.相变制冷2.热电制冷3.涡流管制冷4.空气膨胀制冷当前第34页\共有62页\编于星期六\21点一：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?当前第35页\共有62页\编于星期六\21点相变制冷方法、原理a.密闭容器试验

饱和状态

（饱和蒸汽、饱和液体）当前第36页\共有62页\编于星期六\21点饱和压力，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。

当前第37页\共有62页\编于星期六\21点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℃当前第38页\共有62页\编于星期六\21点

猜想一下：蒸汽被抽走将会发生什么结果？当前第39页\共有62页\编于星期六\21点平衡遭到破坏（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）当前第40页\共有62页\编于星期六\21点实际应用

蒸发器：不断抽走蒸气使液体不断气化降温吸热

压缩机：不断抽取蒸气维持低温状态当前第41页\共有62页\编于星期六\21点q0w05421当前第42页\共有62页\编于星期六\21点

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当前第43页\共有62页\编于星期六\21点制冷原理q0w054qK21单级蒸汽压缩制冷循环当前第44页\共有62页\编于星期六\21点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当前第45页\共有62页\编于星期六\21点q0w054qK21单级蒸汽压缩制冷循环当前第46页\共有62页\编于星期六\21点节流阀：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，压力下降的大小取决于流动截面收缩的比例。当前第47页\共有62页\编于星期六\21点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

冷当前第48页\共有62页\编于星期六\21点制冷剂：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

当前第49页\共有62页\编于星期六\21点临界温度：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

当前第50页\共有62页\编于星期六\21点结论：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，吸收式等当前第51页\共有62页\编于星期六\21点具备四个基本过程：制冷剂低压下气化、升压、高压蒸汽液化、降压当前第52页\共有62页\编于星期六\21点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

体动力和心脏当前第53页\共有62页\编于星期六\21点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

系统流程图当前第54页\共有62页\编于星期六\21点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

系统流程图当前第55页\共有62页\编于星期六\21点当前第56页\共有62页\编于星期六\21点1.3蒸气喷射式制冷

系统组成：喷射器（喷嘴、吸入室、扩压器）、冷凝器、蒸发器、膨胀阀等组成

系统流程图当前第57页\共有62页\编于星期六\21点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。

当前第58页\共有62页\编于星期六\21点1.4固体吸附式制冷

系统组成：压缩机、