制冷原理与设备
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制冷原理与设备
制冷原理与设备引言制冷原理与设备是现代社会中广泛应用的一项技术，旨在维持低温环境，实现食品储藏、医药物品保鲜、工业生产等不同领域的需求。
本文将介绍制冷的基本原理、不同类型的制冷设备以及它们的应用。
一、制冷原理制冷原理依据热力学的基本原理和热力学循环的概念来实现。
以下将介绍两种常见的制冷原理：1. 蒸发制冷原理蒸发制冷原理是基于物质从液体到气态的相变过程中吸收热量的特性。
当液体蒸发时，其周围的环境会失去热量，从而降低温度。
制冷设备中常见的蒸发制冷原理应用包括压缩机制冷和蒸发冷却。
•压缩机制冷：压缩机制冷是通过压缩和膨胀工作介质来实现制冷的过程。
它涉及三个主要组件：压缩机、冷凝器和蒸发器。
压缩机压缩工作介质气体，使其温度和压力升高，然后通过冷凝器降低温度并将热量释放到周围环境中。
最后，通过蒸发器使工作介质从液体变为气体，吸收周围环境的热量，从而降低温度。
•蒸发冷却：蒸发冷却是利用蒸发过程中吸收热量来降低温度的原理。
在蒸发冷却设备中，水或其他液体通过蒸发形成水蒸汽，吸收周围环境的热量，从而使环境温度降低。
2. 吸收制冷原理吸收制冷原理是基于物质溶解和结晶的特性来实现制冷的过程。
吸收制冷原理通过在特定条件下使工作介质吸收和释放热量来达到降温的效果。
吸收制冷设备中常见的应用包括吸收式制冷和热泵。
•吸收式制冷：吸收式制冷设备通过工作介质（通常是铵盐和水的混合物）的相互作用来降低温度。
在吸收式制冷过程中，工作介质吸收环境中的热量，然后通过加热工作介质使其释放热量，并且使工作介质重新溶解。
这个循环重复进行，从而实现降温效果。
•热泵：热泵是一种利用吸收制冷原理的设备，它在供热和制冷领域具有广泛的应用。
热泵通过循环工作介质的形式，将热量从一个热源转移到另一个热源。
例如，热泵可以将室外的低温空气中的热量吸收并传递到室内，从而提供室内供暖。
二、制冷设备除了蒸发制冷和吸收制冷原理外，制冷设备还有其他类型，以下将介绍其中的几种：1. 压缩机制冷设备压缩机制冷设备是最常见和广泛应用的制冷设备之一。
制冷原理与设备
qzvq v1 0h1v 1h4 kJ/m3
3
pk, TK 2’ 2
po, To
4
1
0
理论循环p-h图
h
式中： v1—压缩机入口处状态点1的比体积。
制冷剂的质量流量：
qmqvv1h kg/s 式中： qvh—压缩机的理论输气量，m3/s。
（2）压缩过程和比功
p
理论比功：
与制冷剂的种类和 工作条件有关
节流过程特点 ➢ 节流过程是不可逆过程。。 ➢ 节流时绝热膨胀，对外不作功。。
p
3
pk, TK 2’ 2
po, To
4
1
0
理论循环p-h图
h
➢ 节流前后焓值不变；但节流过程非等焓过程。 h4h3
➢ 整个循环比功与压缩机的理论比功相等。
（5）制冷系数： q0 h1h4
w h2h1
p
3
pk, TK 2’ 2
制冷系数： 制冷循环的重要参数是制冷系数，工程上也称之为制冷装置的工作性能系数，用符号COP表示
。在一定的环境温度下，冷库温度越低，制冷系数就越小。（因此为取得良好的经济效益，没有必 要把冷库的温度定得超乎寻常的低。这也是一切实际制冷循环遵循的原则。）
人工制冷的分类
制冷循环包括压缩式制冷循环、吸收式制冷循环、吸附式制冷循环、蒸气喷射制冷循环及半 导体制冷等。压缩式制冷循环又可分为压缩气体制冷循环和压缩蒸气制冷循环。目前世界上运行 的制冷装置绝大部分是压缩气体制冷循环。以往，制冷循环应用的制冷剂多半为商品名为氟利昂 的氯氟烃物质CFC、含氢氯氟烃HCFC和氨等。但由于日益严重的环境问题，CFC、HCFC正逐渐 被对环境友善的新型制冷剂替代。
临界点K右边的粗实线为饱和蒸气线，线上任何 一点代表一个饱和蒸气状态，干度 x=1。
3
pk, TK 2’ 2
po, To
4
1
0
理论循环p-h图
h
式中： v1—压缩机入口处状态点1的比体积。
制冷剂的质量流量：
qmqvv1h kg/s 式中： qvh—压缩机的理论输气量，m3/s。
（2）压缩过程和比功
p
理论比功：
与制冷剂的种类和 工作条件有关
节流过程特点 ➢ 节流过程是不可逆过程。。 ➢ 节流时绝热膨胀，对外不作功。。
p
3
pk, TK 2’ 2
po, To
4
1
0
理论循环p-h图
h
➢ 节流前后焓值不变；但节流过程非等焓过程。 h4h3
➢ 整个循环比功与压缩机的理论比功相等。
（5）制冷系数： q0 h1h4
w h2h1
p
3
pk, TK 2’ 2
制冷系数： 制冷循环的重要参数是制冷系数，工程上也称之为制冷装置的工作性能系数，用符号COP表示
。在一定的环境温度下，冷库温度越低，制冷系数就越小。（因此为取得良好的经济效益，没有必 要把冷库的温度定得超乎寻常的低。这也是一切实际制冷循环遵循的原则。）
人工制冷的分类
制冷循环包括压缩式制冷循环、吸收式制冷循环、吸附式制冷循环、蒸气喷射制冷循环及半 导体制冷等。压缩式制冷循环又可分为压缩气体制冷循环和压缩蒸气制冷循环。目前世界上运行 的制冷装置绝大部分是压缩气体制冷循环。以往，制冷循环应用的制冷剂多半为商品名为氟利昂 的氯氟烃物质CFC、含氢氯氟烃HCFC和氨等。但由于日益严重的环境问题，CFC、HCFC正逐渐 被对环境友善的新型制冷剂替代。
临界点K右边的粗实线为饱和蒸气线，线上任何 一点代表一个饱和蒸气状态，干度 x=1。
制冷原理与设备课件2.2
2.3 涡流管制冷
带回热器的涡流管冰箱系统 1－干燥器 2－冷（冰）箱 3－涡流管 4－喷射器 5－回热器
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2.4 热电制冷
2.4 热电制冷 1、热电效应
热电制冷：也叫温差电制冷，或半导体制冷。 热电效应/帕尔帖效应：当有直流电通过两种不 同材料组成的电回路时，两个接点处分别发生了 吸、放热效应。
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2.2 气体膨胀制冷
空气膨胀制冷的特点
制冷工质环保、无相变 制冷温度范围宽（0~-140℃ ），低温下运 行性能良好（ -50~-100℃以下） 设备可靠性高，维护方便 目前主要用于飞机座舱的空调和获取–70℃ 以下的温度。
2.2 气体膨胀制冷
无回热定压循环气体制冷机的流程图
冷却器
冷 箱
定压循环空气制冷.swf
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2.2 气体膨胀制冷
压缩式空气制冷机的工作过程: 两个等压 和两个等熵过程（等熵压缩，等压冷却， 等熵膨胀、等压吸热）。 与蒸气压缩式制冷机的四个工作过程相 近，其区别在于工质在循环过程中不发生 相变。
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2.2 气体膨胀制冷
Байду номын сангаас
无回热定压循环气体制冷机的流程图及温－熵图 a) 系统流程图 b) 循环温－熵图 1－压缩机 2－冷却器 3－膨胀机 4－冷箱
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2.2 气体膨胀制冷
定压回热气体制冷机的流程图及温－熵图 a) 系统流程图 b) 循环温－熵图 A－透平压缩机 B－冷却器 C－透平膨胀机 D－冷箱 E－回热器
制冷原理与装置-制冷设备
制冷装置热交换设备的结构
第二节 制冷装置的换热设备
水冷式冷凝器 工作原理：用水作为冷却介质，带走制冷剂冷凝时放出的热量。
（一）冷凝器
特点：水在管内流动，制冷剂蒸气在管外凝结。 壳管式冷凝器的形式及适用场合： 立式壳管式冷凝器，适用于大型氨制冷装置； 卧式壳管式冷凝器，普遍使用大、中型氨或氟利昂制冷装置中。
干式壳管式蒸发器的特点是：
墙排管 顶排管 搁架式排管
冷却空气的干式蒸发器： 冷却自由运动空气的蒸发器：
2)冷却强制流动空气的蒸发器（又称冷风机）：
套片管
管：φ7～16mm紫铜管
管间距：25mm～35mm
翅片：铝箔，
δ＝0.1～0.4mm
翅片间距：2～4mm
风速：2.5～3.5m/s
传热系数：
节流机构的种类： 手动调节的节流机构 用液位调节的节流机构 用蒸汽过热度调节的节流机构 用电子脉冲调节的节流机构 不调节的节流机构 手动膨胀阀 手动调节的节流机构：一般称做手动节流阀。以手动方式调整阀孔的流通面积来改变向蒸发器的供液量，其结构与一般手动阀门相似。多用于氨制冷装置。
02
对于制冷剂液体主要在高压侧（冷凝器或高压贮液器）的制冷机，采用高压浮球阀。它的浮球感受冷凝器或高压贮液器的液位。当液位升高时，阀开大，增大蒸发器供液量；当液位降低时，阀关小，减少供液量。
水冷冷凝器计算举例
例：现有一台配用612.5FG压缩机的冷水机组，制冷剂为R22。额定工况t0＝2℃，冷凝温度tk＝40℃，冷却水进口温度tw1＝31℃，制冷量Q0＝340KW，试为该机组设计一台卧式水冷冷凝器。
01
02
03
04
05
例：制冷量Q0＝2.8KW，空气的进口参数：干球温度t1＝27℃，
制冷原理与设备课件4.1
4.1 单级蒸气压缩式制冷理论循环
1、单位质量制冷量
制冷压缩机每输送1kg制冷剂从被冷却介质中制取 的冷量 ，q 0
q0 h1 h4 r 0(1 x4)
q0
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4.1 单级蒸气压缩式制冷理论循环
2、单位容积制冷量
制冷压缩机每吸入1m³ 制冷剂蒸气（按吸气状态计） 经循环从被冷却介质中制取的冷量 ， qv
单位质量制冷量与理论比功之比，ε0
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4.1 单级蒸气压缩式制冷理论循环
6、热力完善度β
β=ε0/εc εc=TL/（TH- TL）= T0/（Tk- T0）
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4.1 单级蒸气压缩式制冷理论循环
图4-2 理论循环在T-s图和lgp-h图上的表示
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4.1 单级蒸气压缩式制冷理论循环
4.1.2 理论循环的性能指标及其计算 1、单位质量制冷量 2、单位容积制冷量 3、理论比功 4、单位冷凝热负荷 5、制冷系数
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4.1 单级蒸气压缩式制冷理论循环
4.1.1 单级蒸气压缩式制冷理论循环组成及工作过程
压缩机（Compressor）
低温、低压蒸气→ 高压、过热蒸气
冷凝器（Condenser）
高压、过热蒸气→高压液体
节流元件（Expansion/Throttle valve）
高压液体→低温、低压两相流体
4、单位冷凝热负荷
制冷原理与设备课件3.1、3.2
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3.1 制冷剂概述
制冷剂替代步伐刻不容缓
以德国及北欧一些国家为 代表，主要采用天然工质 为替代物。美、日为代表，支持来自开发氢氟烃（HFCs） 类替代物
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3.1 制冷剂概述 氟利昂类制冷剂
第一篇 基础篇
模块三 制冷剂与载冷剂（1）
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3.1 制冷剂概述
3.1 制冷剂概述
3.1.1 制冷剂的发展与应用 制冷剂（Refrigerant）又称制冷工质，是制冷循环 的工作介质，利用制冷剂的相变来传递热量，即 制冷剂在蒸发器中汽化时吸热，在冷凝器中凝结 时放热。 多数制冷剂在大气压力和环境温度下呈气态。
3.1 制冷剂概述
表3-2 饱和碳氢化合物制冷剂
制冷剂代号 化学名称 R50 R170 R290 甲烷 乙烷 丙烷 化学分子式 制冷剂代号 化学名称 CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 R600a R600 异丁烷 丁烷 化学分子式 CH(CH3)3 CH3CH2CH2 CH3
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五氯氟乙烷 CCl 3CCl 2F CCl 3CF3
1,1,2-三氯 1,2,2三氟乙 CCl 2FCClF2 烷 2,2-二氯 1,1,1-三氟乙 CHCl 2CF3 烷 1,1, -二氯乙 CH3CHCl 2 烷
R123
R134a R152a
CH2FCF3 CH3CHF2
R150a
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制冷原理与设备
1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环
一点： 一点：
气相区 液相区 两相区
临界点C 临界点
三区： 三区：
液相区、 液相区、 两相区、 两相区、 气相区。 气相区。
五态： 五态：
过冷液状态、 过冷液状态、 饱和液状态、 饱和液状态、 湿蒸气状态、 湿蒸气状态、 饱和蒸气状态、 饱和蒸气状态、 过热蒸气状态。 过热蒸气状态。
蒸气压缩式制冷循环系统图
1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理
1.1.2 制冷循环过程
制冷剂蒸气压缩、冷凝成液体， 制冷剂蒸气压缩、冷凝成液体，放出热量
1.1 单级蒸气压缩式制冷循环的基本工作原理
1.1.2 制冷循环过程
冷凝后的制冷剂流经节流元件进入蒸发器。从入口端的高压pk降低到 低压p0，从高温tk降低到t0，并出现少量液体汽化变为蒸气。
1.2 单级蒸气压缩式制冷理论循环 1.2.1 理论循环的假设条件和压焓图
1.理论循环的假设条件 理论循环的假设条件
压缩过程为等熵过程； 压缩过程为等熵过程； 冷凝和蒸发是与冷、热源换热； 冷凝和蒸发是与冷、热源换热； 出蒸发器的为饱和蒸气，出冷凝器的为饱和液体； 出蒸发器的为饱和蒸气，出冷凝器的为饱和液体； 制冷剂流动过程中没有流动阻力损失； 制冷剂流动过程中没有流动阻力损失； 节流过程中与外界没有热量交换。 节流过程中与外界没有热量交换。
1.3 单级蒸气压缩式制冷实际循环 1.3.1 单级蒸气压缩式制冷实际循环与理论循 环的区别 1.3.2 液体过冷、吸气过热及回热循环 液体过冷、 1.3.3 热交换及压力损失对制冷循环的影响 1.3.4 不凝性气体对制冷循环的影响 1.3.5 冷凝、蒸发过程传热温差对循环性能的 冷凝、 影响 1.3.6 实际制冷循环在压焓图上的表示及性能 指标
制冷原理及设备
制冷原理及设备
制冷原理是通过物质的相变过程实现的，主要涉及到压缩机、蒸发器、冷凝器和节流装置等设备。
制冷循环的工作原理是，首先通过压缩机将制冷剂压缩成高温高压气体，然后将高温高压气体传递给冷凝器。
在冷凝器中，制冷剂散发热量，从而被冷凝成高压液体。
接下来，高压液体通过节流装置进入蒸发器，此时制冷剂压力骤降，变成低压液体。
低压液体在蒸发器中吸收周围环境的热量，从而蒸发成低温低压气体。
最后，低温低压气体再次被吸入压缩机，形成一个循环。
制冷设备主要包括家用空调、商用冷柜、制冷车及工业冷机等。
家用空调通过制冷循环过程，将室内的热量排出室外，以保持室内的舒适温度。
商用冷柜则利用制冷循环原理，将室内热量吸收，将食品、药物等物品保持在低温状态，以延长其保存期限。
制冷车主要通过冷藏或冷冻方式，将货物保持在特定的温度区间内，确保货物的质量和新鲜度。
工业冷机则多用于工业制冷领域，包括化工、电子、食品等行业，满足不同领域对温度的要求。
总之，制冷原理是通过物质相变和制冷循环工作原理实现的，它在很多领域中发挥着重要作用，为人们提供了更舒适的生活环境和更好的储存和运输条件。
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R-134a（1，1，1，2-四氟乙烷）是一种不含氯原子，对臭氧层不起破坏作用，具有良好的安全 性能（不易燃、不爆炸、无毒、无刺激性、无腐蚀性）的制冷剂，其制冷量与效率与R-12（二氯 二氟甲烷，氟利昂）非常接近，所以被视为优秀的长期替代制冷剂。R-134a是目前国际公认的R12最佳的环保替代品。完全不破坏臭氧层，是当前世界绝大多数国家认可并推荐使用的环保制冷 剂，也是目前主流的环保制冷剂，广泛用于新制冷空调设备上的初装和维修过程中的再添加 。 R134a的毒性非常低，在空气中不可燃，安全类别为A1，是很安全的制冷剂。
（4）4点：节流后流出节流阀，进入蒸发器的状态， 为湿饱和蒸汽状态。
（1）蒸发过程和单位制冷量
p
单位质量制冷量：
1kg 制冷剂在蒸发器中从低温热源
吸收的热量。
制冷量：
q0 h1h 4 h1 h3
0
kJ /kg
制冷剂通过蒸发器时从低温热源吸收的热量。
3
pk, TK 2’ 2
po, To
4
1
理论循环p-h图
蒸汽压缩式制冷原理与设备
各点对应状态
3
膨 胀 阀
4
冷却介质
冷凝器 蒸发器
2
压缩机
1
被冷却介质
蒸气压缩式制冷的基本系统图
（1）1点：制冷剂进入压缩机的状态，
对应于蒸发温度To下的饱和蒸汽。
（2）2点：压缩机压缩后的排气状态，
对应于冷凝压力下的过热蒸汽。
（3）3点：制冷剂在冷凝器出口处的状态， 是与冷凝温度TK对应的饱和液体。
等熵线--- 向右上方倾斜的实线； 等容线--- 向右上方倾斜的虚线，比等熵线平坦； 等干度线--- 只存在于湿蒸气区。
蒸汽压缩式制冷原理与设备
压焓图的结构如下图所示。以绝对压力为纵坐标（为了缩小图的尺寸，提高低压 区域的精度， 通常纵坐标取对数坐标），以焓值为横坐标。
临界点K左边的粗实线为饱和液体线，线上的任 何一点代表一个饱和液体状态，干度 x=0。
各主要部件作用： ●压缩机：压缩制冷剂，向制冷剂压缩做功， 为整个制冷循环提供动力。 ●冷凝器：冷凝器是一个热交换设备，作用 是利用环境冷却介质(空气或水)，将来自压缩 机的高温高压制冷蒸气的热量带走，降低制 冷剂温度至环境温度。 ●膨胀阀：节流原件---将高压常温的制冷剂 液体通过膨胀阀降压，得到低温低压制冷剂。 ●蒸发器：蒸发器也是一个热交换设备。节 流后的低温低压制冷剂液体在其内蒸发变为 蒸气，吸收被冷却物质的热量，使物质温度 下降，达到冷冻、冷藏食品的目的。
qzv
q0 v1
h1 h 4 v1
kJ / m3
3
pk, TK 2’ 2
po, To
4
1
0
理论循环p-h图
h
式中： v1—压缩机入口处状态点1的比体积。
制冷剂的质量流量：
q
m
q vh v1
kg/ s
式中： qvh—压缩机的理论输气量，m3/s。
（2）压缩过程和比功
p
理论比功：
与制冷剂的种类和 工作条件有关
制冷系数： 制冷循环的重要参数是制冷系数，工程上也称之为制冷装置的工作性能系数，用符号COP表示
。在一定的环境温度下，冷库温度越低，制冷系数就越小。（因此为取得良好的经济效益，没有必 要把冷库的温度定得超乎寻常的低。这也是一切实际制冷循环遵循的原则。）
人工制冷的分类
制冷循环包括压缩式制冷循环、吸收式制冷循环、吸附式制冷循环、蒸气喷射制冷循环及半 导体制冷等。压缩式制冷循环又可分为压缩气体制冷循环和压缩蒸气制冷循环。目前世界上运行 的制冷装置绝大部分是压缩气体制冷循环。以往，制冷循环应用的制冷剂多半为商品名为氟利昂 的氯氟烃物质CFC、含氢氯氟烃HCFC和氨等。但由于日益严重的环境问题，CFC、HCFC正逐渐 被对环境友善的新型制冷剂替代。
蒸汽压缩式制冷原理与设备
过程线4-1表示制冷剂在蒸发器 中的气化过程。由于这一过程是 在等温、等压下进行的，液体制 冷剂吸取被冷却介质的热量（即 制冷）而不断气化，制冷剂的状 态沿蒸发压力的等压线 向干度 增大的方向变化，直到全部变为 饱和蒸气为止。这样，制冷剂的 状态又重新回到进入压缩机前的 状态点1，从而完成一个完整的 理论制冷循环。
Ｐ Ｑ
蒸汽压缩式制冷原理与设备
2. 理论循环在坐标图上的描述 工作过程
3
膨 胀 阀
4
冷却介质
冷凝器 蒸发器
2
压缩机
1
被冷却介质
蒸气压缩式制冷的基本系统图
（1）1-2 压缩机中干饱和蒸汽等熵压缩过程；
（2）2-3 冷凝器中过热蒸汽等压冷却及冷凝过程；
（3）3-4 节流阀中饱和液体绝热节流过程；
（4）4-1 蒸发器中湿蒸汽等温等压汽化过程。
qk h 2 h 3 kJ / kg
（4）节流过程
节流过程特点
p
3
pk, TK 2’ 2
po, To
4
1
➢ 节流过程是不可逆过程。。 ➢ 节流时绝热膨胀，对外不作功。。
0
理论循环p-h图
h
➢ 节流前后焓值不变；但节流过程非等焓过程。 h4 h3
➢ 整个循环比功与压缩机的理论比功相等。
（5）制冷系数：
蒸汽压缩式制冷原理与设备
什么是熵？
熵，热力学中表征物质状态的参量之一，用符号S表示，其物理意义是体系 混乱程度的度量。熵越大说明物质内部越混乱。
蒸汽压缩式制冷原理与设备
制冷剂的状态图
压-焓图 温-熵图
p
hT
c
s
v
x p
0
压力-比焓图
h
Ts c
p v
h T
x
0
温度-比熵图
s
蒸汽压缩式制冷原理与设备
压缩机每压缩和输送 1kg 制冷剂所
0
消耗的压缩功。
w 0 h 2 h 1 kJ / kg
容积比功：
压缩机每压缩和输送 1m3 制冷剂 （按压缩机吸气状态）所消耗的压缩功。
wv
w
v1
h 2 h1 v1
kJ / m3
压缩机功率： P 0 q m ( h 2 h 1) kw
3
pk, TK 2’ 2
压-焓图： 1点，2线，3区，5态，6等参数线簇。
1点
临界点 (critical point)
2线
下临界线 : 不同压力下饱和液体状态 上临界线：不同压力下干饱和蒸汽状态
液相区 (liquid region)
3区
汽液两相区(liquid-vapor region)
汽相区 (vapor region)
目录 1、蒸汽压缩式制冷原理与设备
2、吸收式制冷原理与设备
1、蒸汽压缩式制冷原理与设备
蒸汽压缩式制冷原理与设备
●制冷工质（制冷剂、冷媒、雪种）； 常用有：氨（R717）、氟里昂等； 氟里昂：R11： 一氟三氯甲烷 R22： 二氟一氯甲烷 R23： 三氟 甲烷 R134a：四氟乙烷； R123：三氟二氯乙烷；
临界点K右边的粗实线为饱和蒸气线，线上任何 一点代表一个饱和蒸气状态，干度 x=1。
这两条粗实线将图分 为三个区域：
1. 饱和液体线的左边为过冷液体区，过冷液体 的温度低于相同压力下饱和液体的温度；
2. 饱和蒸气线的 右边是过热蒸气区，该区域内 的蒸气称为过热蒸气，它的温度高于同一压 力下饱和蒸气的温度；
q0 h1 h4
w h2 h1
p
3
pk, TK 2’ 2
po, To
4
1
0
理论循环p-h图
h
总结
制冷机的性能
p
制冷量Ф0
0
压缩机功率P
循环的性能系数COP
3
pk, TK 2’ 2
po, To
4
1
理论循环p-h图
h
运用某种制冷剂时：
➢ 蒸发压力po ，冷凝压力pk 反映系统的压力水平； ➢ 压力比，压力差和排气温度反映压缩机的工作条件； ➢ 单位制冷量，单位容积制冷量反映制冷能力， ➢ COP 反映制冷循环的经济性。
制冷原理与设备
目录 1、制冷概念
2、常用制冷原理与设备
制冷的概念
制冷：
即致冷，又称冷冻，将物体温度降低到或维持在自然环境温度温度以下。 实现制冷的途径有两种，一是天然冷却，一是人工制冷。天然冷却利用天然冰或深 井水冷却物体，但其制冷量（即从被冷却物体取走的热量）和可能达到的制冷温度往往 不能满足生产需要。天然冷却是一传热过程。人工制冷是利用制冷设备加入能量，使热 量从低温物体向高温物体转移的一种属于热力学过程的单元操作。
3. 两条线之间的区域为两相区，制冷剂在该区 域内处于气、液混合状态（湿蒸气区）。
蒸汽压缩式制冷原理与设备
点1表示制冷剂进入压缩机的状态。
点2表示制冷剂出压缩机时的状态， 也就是进冷凝器时的状态。
过程线1-2表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵压缩过程 ，压力由蒸发压力 升高 到冷凝压力 。因此该点可通过1点的等熵线和压力为冷凝压力的等压线的交点 来确定。由于压缩过程中外界对制冷剂作功，制冷剂温度升高，因此点2表示 过热蒸气状态。
h
0 qm (h 1 h 4) qm (h 1 h 3) kw
式中： qm—制冷剂的质量流量。 与压缩机的尺寸
说 明
制冷量 制冷剂的质量流量
和转速有关
制冷剂进出蒸发器的焓差 与制冷剂的种类和
工作条件有关
p
单位容积制冷量：
压缩机每吸入 1m3 制冷剂蒸气 （按压缩机吸气状态）所制取的冷量。
5态
未饱和液体，饱和液体，湿饱和蒸汽，
干饱和蒸汽，过热蒸汽。
蒸汽压缩式制冷原理与设备
6等参数线簇(压-焓图）
（4）4点：节流后流出节流阀，进入蒸发器的状态， 为湿饱和蒸汽状态。
（1）蒸发过程和单位制冷量
p
单位质量制冷量：
1kg 制冷剂在蒸发器中从低温热源
吸收的热量。
制冷量：
q0 h1h 4 h1 h3
0
kJ /kg
制冷剂通过蒸发器时从低温热源吸收的热量。
3
pk, TK 2’ 2
po, To
4
1
理论循环p-h图
蒸汽压缩式制冷原理与设备
各点对应状态
3
膨 胀 阀
4
冷却介质
冷凝器 蒸发器
2
压缩机
1
被冷却介质
蒸气压缩式制冷的基本系统图
（1）1点：制冷剂进入压缩机的状态，
对应于蒸发温度To下的饱和蒸汽。
（2）2点：压缩机压缩后的排气状态，
对应于冷凝压力下的过热蒸汽。
（3）3点：制冷剂在冷凝器出口处的状态， 是与冷凝温度TK对应的饱和液体。
等熵线--- 向右上方倾斜的实线； 等容线--- 向右上方倾斜的虚线，比等熵线平坦； 等干度线--- 只存在于湿蒸气区。
蒸汽压缩式制冷原理与设备
压焓图的结构如下图所示。以绝对压力为纵坐标（为了缩小图的尺寸，提高低压 区域的精度， 通常纵坐标取对数坐标），以焓值为横坐标。
临界点K左边的粗实线为饱和液体线，线上的任 何一点代表一个饱和液体状态，干度 x=0。
各主要部件作用： ●压缩机：压缩制冷剂，向制冷剂压缩做功， 为整个制冷循环提供动力。 ●冷凝器：冷凝器是一个热交换设备，作用 是利用环境冷却介质(空气或水)，将来自压缩 机的高温高压制冷蒸气的热量带走，降低制 冷剂温度至环境温度。 ●膨胀阀：节流原件---将高压常温的制冷剂 液体通过膨胀阀降压，得到低温低压制冷剂。 ●蒸发器：蒸发器也是一个热交换设备。节 流后的低温低压制冷剂液体在其内蒸发变为 蒸气，吸收被冷却物质的热量，使物质温度 下降，达到冷冻、冷藏食品的目的。
qzv
q0 v1
h1 h 4 v1
kJ / m3
3
pk, TK 2’ 2
po, To
4
1
0
理论循环p-h图
h
式中： v1—压缩机入口处状态点1的比体积。
制冷剂的质量流量：
q
m
q vh v1
kg/ s
式中： qvh—压缩机的理论输气量，m3/s。
（2）压缩过程和比功
p
理论比功：
与制冷剂的种类和 工作条件有关
制冷系数： 制冷循环的重要参数是制冷系数，工程上也称之为制冷装置的工作性能系数，用符号COP表示
。在一定的环境温度下，冷库温度越低，制冷系数就越小。（因此为取得良好的经济效益，没有必 要把冷库的温度定得超乎寻常的低。这也是一切实际制冷循环遵循的原则。）
人工制冷的分类
制冷循环包括压缩式制冷循环、吸收式制冷循环、吸附式制冷循环、蒸气喷射制冷循环及半 导体制冷等。压缩式制冷循环又可分为压缩气体制冷循环和压缩蒸气制冷循环。目前世界上运行 的制冷装置绝大部分是压缩气体制冷循环。以往，制冷循环应用的制冷剂多半为商品名为氟利昂 的氯氟烃物质CFC、含氢氯氟烃HCFC和氨等。但由于日益严重的环境问题，CFC、HCFC正逐渐 被对环境友善的新型制冷剂替代。
蒸汽压缩式制冷原理与设备
过程线4-1表示制冷剂在蒸发器 中的气化过程。由于这一过程是 在等温、等压下进行的，液体制 冷剂吸取被冷却介质的热量（即 制冷）而不断气化，制冷剂的状 态沿蒸发压力的等压线 向干度 增大的方向变化，直到全部变为 饱和蒸气为止。这样，制冷剂的 状态又重新回到进入压缩机前的 状态点1，从而完成一个完整的 理论制冷循环。
Ｐ Ｑ
蒸汽压缩式制冷原理与设备
2. 理论循环在坐标图上的描述 工作过程
3
膨 胀 阀
4
冷却介质
冷凝器 蒸发器
2
压缩机
1
被冷却介质
蒸气压缩式制冷的基本系统图
（1）1-2 压缩机中干饱和蒸汽等熵压缩过程；
（2）2-3 冷凝器中过热蒸汽等压冷却及冷凝过程；
（3）3-4 节流阀中饱和液体绝热节流过程；
（4）4-1 蒸发器中湿蒸汽等温等压汽化过程。
qk h 2 h 3 kJ / kg
（4）节流过程
节流过程特点
p
3
pk, TK 2’ 2
po, To
4
1
➢ 节流过程是不可逆过程。。 ➢ 节流时绝热膨胀，对外不作功。。
0
理论循环p-h图
h
➢ 节流前后焓值不变；但节流过程非等焓过程。 h4 h3
➢ 整个循环比功与压缩机的理论比功相等。
（5）制冷系数：
蒸汽压缩式制冷原理与设备
什么是熵？
熵，热力学中表征物质状态的参量之一，用符号S表示，其物理意义是体系 混乱程度的度量。熵越大说明物质内部越混乱。
蒸汽压缩式制冷原理与设备
制冷剂的状态图
压-焓图 温-熵图
p
hT
c
s
v
x p
0
压力-比焓图
h
Ts c
p v
h T
x
0
温度-比熵图
s
蒸汽压缩式制冷原理与设备
压缩机每压缩和输送 1kg 制冷剂所
0
消耗的压缩功。
w 0 h 2 h 1 kJ / kg
容积比功：
压缩机每压缩和输送 1m3 制冷剂 （按压缩机吸气状态）所消耗的压缩功。
wv
w
v1
h 2 h1 v1
kJ / m3
压缩机功率： P 0 q m ( h 2 h 1) kw
3
pk, TK 2’ 2
压-焓图： 1点，2线，3区，5态，6等参数线簇。
1点
临界点 (critical point)
2线
下临界线 : 不同压力下饱和液体状态 上临界线：不同压力下干饱和蒸汽状态
液相区 (liquid region)
3区
汽液两相区(liquid-vapor region)
汽相区 (vapor region)
目录 1、蒸汽压缩式制冷原理与设备
2、吸收式制冷原理与设备
1、蒸汽压缩式制冷原理与设备
蒸汽压缩式制冷原理与设备
●制冷工质（制冷剂、冷媒、雪种）； 常用有：氨（R717）、氟里昂等； 氟里昂：R11： 一氟三氯甲烷 R22： 二氟一氯甲烷 R23： 三氟 甲烷 R134a：四氟乙烷； R123：三氟二氯乙烷；
临界点K右边的粗实线为饱和蒸气线，线上任何 一点代表一个饱和蒸气状态，干度 x=1。
这两条粗实线将图分 为三个区域：
1. 饱和液体线的左边为过冷液体区，过冷液体 的温度低于相同压力下饱和液体的温度；
2. 饱和蒸气线的 右边是过热蒸气区，该区域内 的蒸气称为过热蒸气，它的温度高于同一压 力下饱和蒸气的温度；
q0 h1 h4
w h2 h1
p
3
pk, TK 2’ 2
po, To
4
1
0
理论循环p-h图
h
总结
制冷机的性能
p
制冷量Ф0
0
压缩机功率P
循环的性能系数COP
3
pk, TK 2’ 2
po, To
4
1
理论循环p-h图
h
运用某种制冷剂时：
➢ 蒸发压力po ，冷凝压力pk 反映系统的压力水平； ➢ 压力比，压力差和排气温度反映压缩机的工作条件； ➢ 单位制冷量，单位容积制冷量反映制冷能力， ➢ COP 反映制冷循环的经济性。
制冷原理与设备
目录 1、制冷概念
2、常用制冷原理与设备
制冷的概念
制冷：
即致冷，又称冷冻，将物体温度降低到或维持在自然环境温度温度以下。 实现制冷的途径有两种，一是天然冷却，一是人工制冷。天然冷却利用天然冰或深 井水冷却物体，但其制冷量（即从被冷却物体取走的热量）和可能达到的制冷温度往往 不能满足生产需要。天然冷却是一传热过程。人工制冷是利用制冷设备加入能量，使热 量从低温物体向高温物体转移的一种属于热力学过程的单元操作。
3. 两条线之间的区域为两相区，制冷剂在该区 域内处于气、液混合状态（湿蒸气区）。
蒸汽压缩式制冷原理与设备
点1表示制冷剂进入压缩机的状态。
点2表示制冷剂出压缩机时的状态， 也就是进冷凝器时的状态。
过程线1-2表示制冷剂蒸气在压缩机中的等熵压缩过程 ，压力由蒸发压力 升高 到冷凝压力 。因此该点可通过1点的等熵线和压力为冷凝压力的等压线的交点 来确定。由于压缩过程中外界对制冷剂作功，制冷剂温度升高，因此点2表示 过热蒸气状态。
h
0 qm (h 1 h 4) qm (h 1 h 3) kw
式中： qm—制冷剂的质量流量。 与压缩机的尺寸
说 明
制冷量 制冷剂的质量流量
和转速有关
制冷剂进出蒸发器的焓差 与制冷剂的种类和
工作条件有关
p
单位容积制冷量：
压缩机每吸入 1m3 制冷剂蒸气 （按压缩机吸气状态）所制取的冷量。
5态
未饱和液体，饱和液体，湿饱和蒸汽，
干饱和蒸汽，过热蒸汽。
蒸汽压缩式制冷原理与设备
6等参数线簇(压-焓图）