第一章制冷方法
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第1章制冷方法-PPT课件
2.4.1
布雷顿制冷循环
一、等熵膨胀制冷 高压气体绝热可逆膨胀过程，称为等 熵膨胀。气体等熵膨胀时，有功输出， 同时气体的温度降低，产生冷效应。 常用微分等熵效应 α s 来表示气体等熵 膨胀过程中温度随压力的变化
T αs p s
因 α s 总为正值，故气体等熵膨胀时温度总 是降低，产生冷效应。
2.1 物质相变制冷
气体
凝华
升华 冷凝 凝固 熔解 蒸发
固体
液体
液体蒸发制冷
NEXT
2.1.1 蒸气压缩式制冷
包含： 压缩机 冷凝器 节流阀 蒸发器
2.1.2 蒸气吸收式制冷
包含： 吸收器 发生器 溶液泵 热交换器 冷凝器 节流阀 蒸发器
工作原理：一定的液体对某种制冷剂气 体的吸收能力随温度不同而变化
吸收工质对∶水-氨；溴化锂水溶液-水
消耗热能
2.1.3 吸附式制冷
工作原理：一定的固体吸附剂对某种制 冷剂气体的吸附能力随温度不同而变化
间歇制冷，可采用两个以上吸附器实现 连续制冷
吸附工质对∶沸石-水；硅胶-水；活性炭
-甲醇；氯化锶-氨；氯化钙-氨
有物理吸附和化学吸附两种方式
如果将电源极性互换，则电偶对的制冷端 与发热端也随之互换。
NEXT
多级热电堆
一对电偶的制冷量是很小的，如φ 6xL7 的电偶对,其制冷量仅为3.3～4.2kJ/h
为了获得较大的冷量可将很多对电偶对 串联成热电堆，称单级热电堆
单级热电堆在通常情况下只能得到大约 50℃的温差。为了得到更低的冷端温度，可 用串联、并联及串并联的方法组出多级热电 堆，图2-166示出多级热电堆的结构型式。
顺磁体：不同的磁介质产生的附加磁
第一章-制冷技术基础
第一章 制冷技术基础
第三节 制冷的基本原理
三、半导体式制冷原理
图1-5 半导体制冷器电偶对的工作原理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第一章 制冷技术基础
第一章 制冷技术基础
第一节 热力学基本参数
图1-1 真空联程压力表
第一章 制冷技术基础
第二节 传热学基础
一、 物质的相变 二、描述物态相变的物理量 三、热能、热量、制冷量 四、热力学定律 五、显热和潜热 六、热传递 七、热力循环与节流 八、制冷循环的状态术语
第一章 制冷技术基础
第二节 传热学基础
一、 物质的相变
图1-2 物质状态的变化
第一章 制冷技术基础
第二节 传热学基础
二、描述物态相变的物理量
(1)汽化和液化 物质由液态转化为气态的过程叫做汽化；从气态转 化为液态的过程叫做液化。
(2)熔解和凝固 物质从固态变为液态的过程叫做熔解；从液态变为 固态的过程叫做凝固。 (3)升华和凝华 固体不经过液体而直接变成气体的过程叫做升华； 反之，由气体直接变为固体的过程叫做凝华。
第一章 制冷技术基础
第一节 热力学基本参数
(3)热力学温标 把物质中的分子全部停止运动时的温度定为绝对零 度(绝对零度相当于-273.15℃)，以绝对零度为起点的温标叫做热力 学温标。 (4)三种温标间的换算关系：
2.压力
(1)压力的单位
第一章 制冷技术基础
第一节 热力学基本参数
1)国际单位制：国际上规定：当1m2面积上所受到的作用力是1N时， 此时的压力为1Pa，1Pa＝1N／m2。 2)标准大气压：标准大气压是指0℃时，在纬度为45°的海平面上， 空气对海平面的平均压力。 3)工程制单位：工程制单位是工程上常用的单位，一般采用千克力／ 厘米2(kgf／cm2)作单位。 4)液柱高单位：空调技术中常用液柱高度作为单位，如毫米汞柱(mmH g)、毫米水柱(mmH2O)。
第一章：蒸气压缩式制冷的的
比容 (m3/kg)
0.06039 0.03596 0.03596 0.03519 0.0200 0.01999 0.000872 0.006084 0.000818 0.007830 0.007800
单位质量制冷能力 q0 h1 h8 400.92 228.5 172.42kJ / kg 单位容积制冷能力 qv q0 172.42 2855.11kJ / m3
状态点4的状态参数，计算时需应用该压 力下饱和液态点4´的状态参数，见上表。
制冷剂质量流量 Mr Φ0 20 0.1384kg / s
q0 144.51 制冷剂体积流量 Vr Mrv1 0.1384 0.06039 0.008358m3 / s 冷凝器热负荷 Φk Mrqk Mr（h2 - h3） 0.138（4 423.8 - 256.41） 23.17kW
5.09ºC
42.09 37.0
Δt0与Δt´0、 Δtk 与Δt´k之间的误差很小，表
明近似选取的蒸发压力与冷凝压力符合
实际情况；如果误差过大，必须重新确
定蒸发压力与冷凝压力试算值进行上述
计算，直至两组对数平均温差的精度均
达到满意为止。
单位质量制冷能力 q0 h1 h4 412.442 255.498 156.944kJ / kg 单位容积制冷能力 qv q0 156.944 3856.11kJ / m3
412.442
1.7678
0.0407
52.2 1.6264
436.20
1.7678
0.0149
42.09 1.6264
424.644
1.7280
0.1381
空调用制冷技术-第一章 蒸气压缩式制冷的热力学原理
制冷循环的分析工具
lgp-h图
1点、2线、3区 Pressure 6等值线 分析与计算工具 Throttle
valve
Receiver
Condenser
qk wc
Compressor
T-s图
同上
Evaporator
qo
Enthalpy
T-S图
一点、 二线、 三区、 五态、 六等。
P-h图
蒸气压缩式：
R
max
c
计算制冷效率或热力完善度时，必须： (1)计算实际制冷循环的制冷系数或热力系数 (2)计算理想循环的制冷系数或热力系数 (3)计算制冷效率或热力完善度
热力完善度
工作在相同温度区间的不可逆循环的实际制冷 系数ε与可逆循环εc的制冷系数的比值： c
制冷技术的应用发展方向
现在世界制冷技术的发展主要表现在： 新型制冷工质的研究（节能，环保：工质的替 代，R12-R134a,R22-R407c,R410a） 新型制冷原理与系统的研究和开发（吸收、吸 附式制冷系统的发展） 蓄冷技术与集中供冷 制冷设备规模不断扩大（大容量机组，几千kw） 计算机技术在制冷中的应用（制冷装置的自动 化水平:智能化，网络化，信息化）
单级压缩蒸气制冷机的理论比功也是随 制冷剂的种类和制冷机循环的工作温度 而变的。
制冷方法与分类
按照制冷原理，制冷技术可分为以下几种方法：
（1）相变制冷：利用液体在低温下的蒸发过程或固体在低温下的 融化或升华过程从被冷却物体吸取热量以制取冷量。这类制冷方 法有蒸气压缩式、吸收式、蒸气喷射式、吸附式制冷等。 （2）气体绝热膨胀制冷：高压气体经绝热膨胀即可达到较低的温 度，令低压气体复热即可制取冷量。 （3）气体涡流制冷：高压气体经涡流管膨胀后即可分离为热、冷 两股气流，利用冷气流的复热即可制冷。 （4）热电制冷：令直流电通过半导体热电堆，即可在一端产生冷 效应，在另一端产生热效应。 （5） 磁制冷：利用磁热效应的制冷方式，绝热退磁制冷。 （6） 化学制冷： （7）氦稀释制冷等。
第一章-2制冷技术
制冷剂循环量
Mr η vVh
指示效率i ：
v1'
理论比功wc与指示比功wi之比，称为制冷压缩机
的指示效率i
i
wc wi
h2s - h1 h2 h1
实际循环的制冷性能
.压缩机指示功率Pi
Pi =
wc Mr
=η
vVh
h2'-h1'
ηi
v1' η i
压缩机的轴功率Pe
Pe= Pi ηm
完全冷却循环将低压级压缩机的排气引入中间冷却 器，引起中间冷却器中中压液体制冷剂蒸发而放出其过 热量，变成饱和蒸气。这样，既可增加高压级压缩机制 冷剂流量，又不致造成排气温度过高。
两级压缩一次节流中间完全冷却循环由低压级压缩机、
高压级压缩机、冷凝器、中间冷却器、节流阀、蒸发
器和回热器组成。3点为饱和状态( a ) 流程图
二、两级压缩制冷循环的组成
一次节流：一次节流循环是将冷凝压力pk下
的制冷剂液体，直接节流到蒸发压力p0，由于压差 较大，易实现远距离和向高处供液，而且调节也很 方便，故应用较广。
两次节流：两次节流循环则是先将pk下的制
冷剂液体节流到中间压力pm，然后再次节流到P0， 实际工程应用并不多。
采用哪一种型式有利则与制冷剂种类、制 冷剂容量及其它条件有关。常用的组成型式有：
(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响
p
3´
3 4
tk t´k
2´
2
4 4´ t0
q´0
1
h
q0
单位制冷量q0
qv
吸气比容v1 不变
Q0
(1)其他条件不变，冷凝温度tk变化(升高)的影响
空调用制冷技术-第一章_蒸气压缩式制冷的热力学原理
理论循环的假设
（3）离开蒸发器和进入压缩机的制冷剂蒸气为 蒸发压力下的饱和蒸气， 蒸发压力下的饱和蒸气，离开冷凝器和进入膨 胀阀的液体为冷凝压力下的饱和液体 （4）制冷剂在管道内流动时，没有流动阻力损失， 制冷剂在管道内流动时，没有流动阻力损失， 忽略动能变化，除了蒸发器和冷凝器内的管子外， 忽略动能变化，除了蒸发器和冷凝器内的管子外， 制冷剂与管外介质之间没有热交换 （5）制冷剂在流过节流装置时，流速变化很小， 制冷剂在流过节流装置时，流速变化很小， 可以忽略不计， 可以忽略不计，且与外界环境没有热交换
空调领域的制冷技术原理
制冷技术：
普通制冷：高于－ 普通制冷：高于－120℃ ℃ 深度制冷：－120℃～20K 低温和超低温：20K以下
食品冷藏和空调用制冷技术属于普冷范围 液体气化制冷法
蒸气压缩式制冷 吸收式制冷
制冷技术的应用
空气调节 食品的冷藏链 机械、电子工业 医疗卫生事业 土木工程 体育事业 日常生活
N．L．Sadi．Carnot 1796-1832
萨迪.卡诺
1812年进巴黎查理曼大帝公立中学学习，不久以优异成绩考入巴黎工 艺学院，从师于S.-D.泊松、J.L.盖－吕萨克、A.－M.安培和D.F.J.阿喇 戈等人。1814年进工兵学校。1816年任少尉军官。1819年在巴黎任职 于总参谋部，次年请长假回家，编入预备役，继续从事他所酷爱的自 然科学的学习和研究。大概从1820年开始，他潜心于蒸汽机的研究。 1820 1824年，卡诺发表了名著《谈谈火的动力和能发动这种动力的机器》 1824 (Reflexions sur la puissance motrice du feu etsar les machines propres a developper cette puissance)，但当时并没有引起人们的注意，直到 他逝世后才引起人们的重视。1827年，卡诺又被总参谋部召回服役， 并将他以上尉身份派往现役部队任军事工程师。在里昂等地经过短期 工作后，1828年卡诺永远辞去了在军队中的职务，回到巴黎继续研究 蒸汽机的理论。1830年卡诺因父亲的关系被推选为贵族院议员，但他 断然拒绝了这个职务，因为他是一个共和主义者，认为职位的世袭不 符合共和主义的思想。1832年因染霍乱病于 8月24日逝世，年仅36岁。 由于害怕传染,他的随身物件,包括他的著作、手稿，均被焚毁。
第一章 电冰箱制冷原理
第一章电冰箱制冷原理第一节制冷基础知识一热力学基础1. 热力学状态参数(1) 温度温度是物体冷热程度的度量，从微观的观点看，温度是物质分子热运动平均动能的度量，它是确定物质状态的基本参数之一。
为了进行温度测量，需要有温度的数值表示法，即需要建立温度的标尺。
我们把温度的标尺叫做温标。
工程上常用的温标有摄氏温标和华氏温标。
摄氏温标用于公制系统，它规定在标准大气压下纯水的冰点是0°C，沸点是100°C，中间分成100等份，每一等份即为1°C（1度），其中°C为摄氏温度单位的符号。
华氏温标用于英制系统，它规定在标准大气压下，纯水的冰点是32°F，沸点是212°F ,中间分成180等份，每一等份即为1°F，其中°F为华氏温度单位的符号。
采用摄氏温标和华氏温标表示的温度，都称为相对温度。
根据热力学第二定律的基本原理所制定的温标称为热力学绝对温标，它与测温物质的特性无关，可以成为度量温度的共同标准，也是测量温度的最基本温标。
绝对温标以物质内分子热运动完全停止时的温度为零度（此时摄氏温度为-273.15°C），单位符号为K。
绝对温标的一度（1K）等于摄氏温标的一度(1°C)。
绝对温标在国际单位制中广泛采用。
绝对温度（常用T表示）,摄氏温度和华氏温度（常用t表示）之间的换算关系是：T(K)=t(°C)+273.15(K) （1-1）t(°F)=9/5t(°C)+32(°F) （1-2）用以测量温度的仪表叫温度计。
制冷中常用的温度计有玻璃棒温度计、压力式温度计、半导体温度计及热电偶温度计。
电冰箱测温常用玻璃棒温度计和半导体温度计。
在精确测试中则用热电偶温度计。
（2）压力单位面积上所受的垂直作用力称为压力（也称压强），常用p表示。
分子运动学把压力看作是分子撞击容器内壁的结果。
压力也是确定物质状态的基本参数之一。
第1章 制冷基本知识
3、低温制冷（低温）：－200℃ （73K）至－268.95℃（4.2K）。 4.2K是液氦的沸点。
4、极低温制冷（极低温）：低于 4.2K。
1.1.2 无温差传热的逆卡诺循环
根据热力学第二定律，热量不会自发地从 低温环境传向高温环境。要实现这种逆向传热 过程，必须要伴随一个补偿过程使整个孤立系 统的熵增等于或大于零。蒸气压缩式制冷就是 以消耗机械能作为补偿条件，借助制冷工质的 状态变化将热量从温度较低的环境（通常是空 调房间、冷库等）不断地传给温度较高的环境 (通常是自然界的水或空气）中去。逆卡诺循 环由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程组 成，循环沿逆时针方向进行，该循环过程的示 意图和T-s图如图1-4所示。
目前全国生产制冷设备的厂家有近 100家，生产空调设备的厂家有近200家。 自1989年来工业产值平均年增长20%左 右。
目前我国制冷空调行业产值约占全球 总量的12%以上，成为继美国、日本之后 的第三大制冷空调生产国。
我国电冰箱、家用空调器产量已居世 界第一位，分别占到世界总产量的30%和 16%。
q0 q0 T0 c w0 qk q0 Tk T0 （1-1）
此外，逆卡诺循环也可用来获得供热效 果，例如冬季将大气环境作为低温热源，将 供热房间作为高温热源进行供热。这样工作 的装置称为热泵，也就是向泵那样把低位热 源的热能转移至高位热源。热泵的经济性用 供热系数 c表示，其值为单位耗功量所获取 的热量
到1874年林德（Linde）设计成功氨 制冷机，被公认为制冷机的始祖，这些都 对制冷技术的发展起了重大作用； 1913年美国工程师拉森（Lnvsen） 制造出世界上第一台手操纵家用电冰箱； 1918年美国开尔文纳特（Kelvinator ）公司首次在市场上推出自动电冰箱；
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6-9-1：加热器中加热气化过程，吸热量Qg
18
蒸气喷射式制冷循环 热力计算
加热器热负荷
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蒸气喷射式制冷循环 热力计算
冷凝器热负荷
循环热平衡
喷射系数
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1.1.4 吸附式制冷
吸附式制冷系统也是以热能为动力的能量转换系统。 其原理是固体吸附剂对某种制冷剂气体具有吸附作 用，吸附能力随吸附剂温度的不同而不同。周期性地冷 却和加热吸附剂，使之交替吸附和解吸。解吸时，释放
制冷原理及设备课程内容
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 制冷方法 单级蒸气压缩式制冷循环 制冷剂 两级压缩和复叠式制冷循环 液体吸收式制冷机 固体吸附式制冷 热电制冷 制冷压缩机 制冷机的热交换设备 制冷机的其它辅助设备及管道 小型制冷装置 制冷站工艺设计
个部分组成。
15
蒸气喷射式制冷工作原理
16
蒸气喷射式制冷循环热力过程
17
蒸气喷射式制冷循环 热力过程
1-2：工作蒸气在喷嘴中的等熵膨胀过程；
2-4和3-4 ：等压混合过程； 4-5：混合蒸气在扩压室等熵压缩过程；
5-6：冷凝器中冷凝过程，放热量Qk
6-7：节流过程； 7-3：蒸发器中吸热过程，制冷量Q0
2
* 制冷技术研究的内容 ①研究获得低温的方法、有关机理以及与此相应的制 冷循环，并对制冷循环进行热力学的分析和计算； ②研究制冷剂的性质； ③研究实现制冷循环所必须的各种机械和技术设备。 *制冷技术的主要理论基础是什么？ 热力学——热能与其它形式能量之间相互转换的 规律以及热力系的内、外条件对能量转换的影响。 *制冷技术的应用 ①商业民用——食品冷冻冷藏和舒适性空调； ②工业农牧业——工艺性空调以及育苗、育种； ③建筑业——冻土法开采土方以及隧道降温； ④科学实验研究——模拟极端环境； ⑤医疗卫生——冷冻疗法。
3
*制冷工业在技术上的新进展和面临的挑战 （1）制冷领域的节能减排 ① 新颖高效机器设备的开发 ② 可再生能源的利用 ③ 采用冷热电三联供的分布式能量系统 （2）制冷剂替代 （3）微电子和计算机技术在制冷上的应用 （4）新材料在制冷产品上的应用
4
第一章 制冷方法
制冷的方法很多，常见的有 液体汽化制冷； 气体膨胀制冷； 涡流管制冷； 热电制冷。 其中液体汽化制冷的应用最为广泛，它是利用液体 汽化时的吸热效应而实现制冷的。压缩式、吸收式、蒸 气喷射式和吸附式制冷都属于液体汽化制冷方式。
5
1.1 各种制冷方法
1.1.1蒸气压缩式制冷
蒸气压缩式制冷是电力驱动的以消耗机械能作为 补偿，利用液体气化的吸热效应实现制冷的。 蒸气压缩式制冷系统主要由制冷压缩机、冷凝器、 膨胀阀和蒸发器四个主要设备组成，并用管道相连接，
构成一个封闭的循环系统。
制冷工质在系统内通过吸热、放热发生相变过程， 完成将热量自低温热源送往高温热源的重要使命。
6
蒸气压缩式制冷循环工作原理
7
活塞式冷水机组
8
螺杆式冷水机组
9
离心式冷水机组
10
1.1.2 蒸气吸收式制冷
吸收式制冷与蒸气压缩式制冷一样，都是利用液 体在汽化时要吸收热量这一物理特性来实现制冷的， 不同的是蒸气压缩式制冷是以消耗机械能作为补偿， 而吸收式制冷是消耗热能作为补偿，完成热量从低温 热源转移到高温热源这一过程的。 与蒸气压缩式制冷不同，吸收式制冷的工质是两 种沸点相差较大的物质组成的二元溶液，其中沸点低 的物质为制冷剂，沸点高的物质为吸收剂，通常称为 “工质对”。
却水。
12
吸收式制冷循环工作原理
13
吸收式制冷机
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.1.3 蒸气喷射式制冷
蒸气喷射式制冷与蒸气压缩式及吸收式制冷完全相同，
也是依靠液体汽化来实现制冷的。不同的是怎样从蒸发器 中抽取蒸气，并提高其压力。 蒸气喷射式制冷系统由喷射器、冷凝器、蒸发器、节 流阀以及泵等组成。喷射器又由喷嘴、吸入室、扩压器三
一、制冷原理
二、制冷设备
1
绪 论
* 什么叫制冷？ 制冷作为一门科学是指用人工的方法在一定时间 和一定空间内将物体冷却，使其温度降到环境温度以 下，并保持这个低温。 * 制冷技术领域是如何划分的？ 按照制冷所得到的低温范围，制冷技术划分为： 120K以上，普通制冷； I20~20K，深度制冷； 20~0.3K，低温制冷； 0.3K以下，超低温制冷。
11
目前常用的吸收式制冷装置有两种，一种是氨吸收式 制冷机，工质对是氨-水溶液，氨为制冷剂，水为吸收剂。
这种制冷机的制冷温度在1～-45℃范围之内，多用来制取
-15℃以下的盐水。 另一种是溴化锂吸收式制冷机，其工质对是溴化锂水溶液，水为制冷剂，溴化锂为吸收剂。溴化锂（LiBr） 是一种具有强烈的吸水能力的无色粒状结晶物，其化学性 质与食盐相似，性质稳定，在大气中不会变质分解或挥发， 沸点为1265℃。溴化锂吸收式制冷机的制冷温度在 0℃以 上，多用来制取空调用冷水或为其它生产工艺过程提供冷
出制冷剂气体，并使之凝为液体；吸附时，制冷剂液体
蒸发，产生制冷作用。 按吸附机理可分为物理吸附与化学吸附。
21
吸附式制冷的工作原理及其制冷循环的p-T-s图
Qh
lnp 100% Pk 5 Qk Qc1 Qh 2 Qg X conc 3 X dil
吸附器
Qg
Q c2
Po
6
Qo
1
Qa
4
蒸发器
Qo
节流阀
冷凝器
QK
O
To
T k Ta2
Tg1 Ta1
Tg2
1 T
22
1-2过程：吸附床定容加热过程，吸收的显热用Qh表示。
2-3过程：吸附床定压脱附过程，点3表示脱附终了吸附床的 状态，解吸态吸附率用 Xdil 表示，脱附过程吸收的热量用 Qg 表
示。
2-5过程：自吸附床解吸出来的制冷剂在冷凝器中定压冷凝 过程，此过程可以认为与 2-3 过程同时发生，冷凝过程放出的 热量用Qk表示。 5-6过程：冷凝液体经节流阀降压、降温过程，释放出的显
热用Qc1表示。
6-1过程：制冷剂液体在蒸发器中定压蒸发过程，蒸发过程 吸热量用Qo表示。
3-4过程：吸附床定容冷却过程，冷却吸附床带走的热量用
Qc2表示。
23
连续回热循环 两个吸附器交 替 运 行时 ， 其 中一
吸附器1 吸附器2
台 吸 附器在吸 附时
可 通 过冷却水 将一 部 分 显热和吸 附热 传 给 另一台正 在解 吸 的 吸附器以 实现