制冷与低温技术原理—第2章制冷方法1

工作蒸气 a
1
2
空调回水
cb
冷却水
3 冷水
6
4
5 去锅炉
蒸气喷射式制冷的基本原理
5. 特点： ➢ 工作介质：水，氟利昂（低沸点）。 ➢ 优点：使用热能，结构简单，加工方便， 没有运动部件，使用寿命长。 ➢ 缺点：工作蒸汽压力高，喷射器不可逆损失 大，效率很低。
6. 应用： ➢ 可用于制取空调用冷水。曾被应用过。 ➢ 在空调冷水机中采用溴化锂吸收式制冷机比 喷射式制冷机有明显优势。
➢ 通过周期性地冷却和加热吸附剂， 使之交替地吸附和解吸。
➢ 解吸时，释放制冷剂气体，使之凝结为液体。
➢ 吸附时，制冷剂液体蒸发，产生制冷作用。
3. 工作介质：
吸附剂——制冷剂工质对
物理吸附
化学吸附
• 沸石-水 • 硅胶-水 • 活性炭-甲醇 • 金属氢化物-氢 • 氯化锶-氦
• 氯化钙-氨
沸石
吸附床
主要方法： 压缩气体绝热节流 等熵膨胀 等温膨胀
2.5 绝热放气制冷
主要原理：利用刚性容器绝热放气过程是一个 降温过程实现制冷。
2.1.2 蒸气压缩式制冷
1. 系统组成： 压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器等主要设备
组成，用管道将其连接成一个封闭的系统。
2. 制冷系统图：
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
压缩机：起着压缩和输送制冷剂蒸汽并造成蒸发器 中低压力，冷凝器中高压力的作用，是整 个系统的心脏。
一方面在吸收器中，吸 另一方面，发生后 收剂吸收来自蒸发器的 的溶液重新恢复到 低压制冷剂蒸气，形成 原来成分，经冷 富含制冷剂的溶液，再 却，节流后成为具 将该溶液用泵送到发生 有吸收能力的吸收 器，经加热使溶液中的 液，进入吸收器， 制冷剂重新以高压气态 吸收来自蒸发器的 发生出来，送入冷凝器。 低压制冷剂蒸气。
3. 多级热电堆式半导体制冷的基本原理
为了获得更低的温度或更大的温差可采用多级热电堆式 半导体制冷。它是由单级热电联结而成。 联结的方式有：串联，并联，及串并联。其中二级， 三级热电堆式半导体制冷最为常见。
a) 串联二级热电堆
b) 并联二级热电堆 c) 串，并联三级热电堆
多级热电堆式半导体制冷器原理图
（3）缺点：循环属于间歇性的，热力状态不断地发生变化， 难以实现自动化运行；对能量的贮存也较困难。 特别是太阳能吸附式制冷系统，太阳能的波动会进一步 影响到系统的循环特性。
5. 热源：工业废热，太阳能，化学反应能。
2.2 电、磁、声制冷
2.2.1 热电制冷
1. 工作原理： 以温差电现象为基础的制冷方法，利用
1. 系统组成： 蒸发器，冷凝器，节流阀，发生器，吸收器，
热交换器和溶液泵组成。
2. 制冷系统图：
两个回路
制冷剂回路 溶液回路
Qk
冷凝器
发生器
节
QH
流 阀
溶液热 交换器
蒸发器 溶
液
Qo QA 吸收器
泵
蒸气吸收式制冷的基本系统
吸收式制冷的工质对： 名称
• 硫酸水溶液吸收式制冷机 • 氨水吸收式制冷机 • 溴化锂吸收式制冷机
4. 热电制冷的特点：
➢ 不需要制冷剂，无泄露，无污染； ➢ 无机械传动部件和设备，无噪声，无磨损，可靠性高； ➢ 可通过改变工作电流的大小控制制冷温度和制冷速度； ➢ 操作具有可逆性，可实现冷热端互换； ➢ 不适用于大规模和大冷量使用； ➢ 适宜于微型制冷领域和特殊要求的用冷场所，
制冷功率在20W以下时，效率高于压缩式制冷循环； ➢ 可做成家用冰箱，或小型低温冰箱； ➢ 可制成低温医疗器具； ➢ 可对仪器进行冷却； ➢ 可做成零点仪。
4. 对比：蒸气吸收式制冷与蒸气压缩式制冷系统
（1）系统组成
a: 相同：冷凝器，节流阀，蒸发器。 b: 不同：吸收式制冷中，压缩机由吸收器，发生器，
溶液泵，热交换器，节流阀溶液回路所代替。
（2）制冷剂
a: 压缩式：只需要制冷剂工质。 b: 吸收式：吸收剂--制冷剂工质对。
（3）补偿能量
a: 压缩式：机械能或电能。 b: 吸收式：热能。
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
冷凝器
膨胀阀
低温低压的 制冷剂液体 与被冷却对
象发生热交 换，吸收被 冷却对象的 热量并汽化
形成冷剂蒸 气。
低压蒸气被 压缩机吸入 ，经压缩后 形成高温高 压蒸气排 出。
压缩机排出 的高压制冷 剂气体进入 冷凝器，被 冷却水或空 气冷却、冷 凝，成高压 液体。
以一定数量的固体 物质为制冷剂，作 用于被冷却对象， 实现冷却降温。一 旦固体全部相变， 冷却过程即终止。
1. 固体相变制冷 原理；利用固体融化或升华冷却。 制冷剂：冰，冰盐，干冰，其它固体升华冷却。
（1）冰冷却 吸热
融化
常压下，冰在0℃融化， 融化潜热为335kJ/kg。
冰
水
水蒸气
升华
吸热
课后问题1；
制冷与低温技术原理
第 2 章 制冷方法
第 2 章 制冷方法
内容要求 物质相变制冷 电，磁，声制冷 气体涡流制冷 气体膨胀制冷 绝热放气制冷
常见的制冷方法有四种：
物质相变制冷
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。
热电制冷
气体绝热膨胀制冷
气体涡流制冷
2.2.2 磁制冷
1. 工作原理： 是利用磁热效应的一种制冷方式。
既是固体磁性物质（磁性离子构成的系统）在受磁场 作用磁化时，系统的磁有序度加强（磁熵减小）， 对外放出热量；再将其去磁，则磁有序度下降（磁熵 增大），又要从外界吸收热量。
2.2.3 声制冷
1. 工作原理： 是利用热声效应的一种制冷方式。
热声效应：可压缩流体的声振荡与固体介质之间由于 热相互作用而产生的时均能量效应。
2.3 气体涡流制冷
2.3.1 气体涡流制冷的基本原理
涡流制冷效应的实质是利用人工方法产生漩涡， 使气流分为冷、热两部分。利用分离出来的冷 气流进行制冷。
进气口
涡流室
控制阀
冷端气体出口
热端气体出口
涡流管结构及工作过程
2.4 气体膨胀制冷
2.1.5 吸附式制冷
1. 系统组成：
吸附床，冷凝器，蒸发器
沸石
吸附床
（沸石密封盒）
用管道连成一个封闭系统。 太阳辐射
2. 工作原理：
肋片 （冷凝器）
➢ 一定的固体吸附剂对某种 制冷剂气体具有吸附作用， 而且吸附能力随吸附剂温 度的改变而不同。
白天脱附
储水器 （蒸发器）
夜间吸附
太阳能沸石-水吸附制冷原理
令直流电通过半导体热电堆，即可在 一端产生冷效应，另一端产生热效应。
高压气体经绝热膨胀即可达到较低 温度，令低压气体复热即可制取冷量。
高压气体经涡流管膨胀后即可分离冷, 热两股气流，用冷气流的复热过程即 可制冷。
2.1 物质相变制冷
2.1.1 相变制冷概述
液体蒸发制冷
固体相变制冷
以流体为制冷剂，通 过一定的机器设备构 成制冷循环，利用液 体汽化时的吸热效应 ，实现对被冷却对象 的连续制冷。
冷却流体
降压
升压
被冷却流体 构成循环的原理
冷却流体
液体蒸发制冷循环必须 具备四个基本过程：
降压
升压
被冷却流体 构成循环的原理
制冷剂低压汽化 制冷剂液体在低温低压下 汽化， 产生低压蒸气。
蒸气升压
将低压蒸气抽出并提高压力 变成高压蒸气。
高压蒸气液化 将高压蒸气冷凝成高压液体。
高压液体降压 高压液体再降低压力回到 初始的低压状态。
制冷剂 水 氨 水
吸收剂 浓硫酸 水 溴化锂
说
明 吸收剂对制冷剂气体有很强的吸收能力。
3. 工作过程：
制冷剂回路
Qk 冷凝器
发生器
节
QH
流 阀
溶液热 交换器
蒸发器 溶
液
Qo
QA 吸收器
泵
蒸气吸收式制冷的基本系统
溶液回路
高压制冷剂 气体在冷凝 器中冷凝， 产生的高压 制冷剂液体 经节流后到 蒸发器蒸发 制冷。
帕尔帖效应达到制冷的目的。
帕尔帖效应
1934年，法国物理学家帕尔帖在 铜丝的两头各接一根铋丝，再将 两根铋丝分别接在直流电源的正 负极上，通电后，发现一个接头 变热， 另一个接头变冷的现象。
吸热（冷接点） 铜片
P
N
放热（热接点）
-
+
半导体制冷原理图
热电制冷一般采用半导体材料。
N型半导体和P型半导体 构成的热电偶制冷元件。
（沸石密封盒）
太阳辐射
肋片 （冷凝器）
白天脱附
储水器 （蒸发器）
夜间吸附
太阳能沸石-水吸附制冷原理
4. 吸附式制冷的特点：
（1）优点：不耗电，无任何运动部件，系统简单，无噪声， 无污染，不需维修，寿命长，安全可靠，投资回收期 短，对大气臭氧层无破坏作用等一系列优点。
（2）另外，可利用吸附剂吸附效应时所放出的吸附热， 提供家庭用热水和冬季采暖用热源。
说
冰的物理性质。
明 可满足0ºC以上的制冷要求。
（2）冰盐冷却
吸热 冰0℃融化
冰融化
吸热
冰盐
盐水膜 和冰
盐水 溶液
课后问题2； 冰盐的性质。
盐溶解
吸热
说 明
1. 冰盐冷却能达到的低温程度与盐的种类
和混合物中盐与冰的质量有关。