[精选]制冷原理与设备绪论、第一章38994.pptx

制冷原理与设备制冷原理与设备天津商业大学机械工程学院制冷与空调工程系李慧宇教学主要内容：n n制冷原理制冷原理n n各种制冷方法概述各种制冷方法概述各种制冷方法概述各种制冷方法概述n n单级蒸气压缩式制冷循环单级蒸气压缩式制冷循环单级蒸气压缩式制冷循环单级蒸气压缩式制冷循环n n制冷剂制冷剂制冷剂制冷剂n n双级蒸气压缩式制冷循环双级蒸气压缩式制冷循环双级蒸气压缩式制冷循环双级蒸气压缩式制冷循环n n复叠式蒸气压缩式制冷循环复叠式蒸气压缩式制冷循环复叠式蒸气压缩式制冷循环复叠式蒸气压缩式制冷循环n n制冷设备制冷设备n n冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器n n节流机构及其他辅助设备节流机构及其他辅助设备节流机构及其他辅助设备节流机构及其他辅助设备教学参考书：教学参考书：n n制冷原理与设备n n吴业正主编，机械工业出版社吴业正主编，机械工业出版社n n制冷与低温原理n n陈光明陈光明 陈国邦主编，机械工业出版社陈国邦主编，机械工业出版社n n制冷原理与装置n n郑贤德主编，机械工业出版社郑贤德主编，机械工业出版社n n空调调节用制冷技术n n彦启森主编，中国建筑工业出版社彦启森主编，中国建筑工业出版社课程学习要求：课程学习要求：n n了解并掌握蒸气压缩式制冷的基本原理及其循了解并掌握蒸气压缩式制冷的基本原理及其循环特点；环特点；n n了解并掌握制冷机设备的各种类型及其设计计了解并掌握制冷机设备的各种类型及其设计计算；算；n n了解各种制冷方法的基本原理及其循环；了解各种制冷方法的基本原理及其循环；n n通过本课程的学习，能够进行制冷循环的热力通过本课程的学习，能够进行制冷循环的热力计算及机器设备的选型（或设计）；计算及机器设备的选型（或设计）；n n按时完成作业。按时完成作业。绪绪 论论n制冷技术制冷技术n实现制冷的途径实现制冷的途径n制冷技术的应用制冷技术的应用n制冷技术的研究内容和基础理论制冷技术的研究内容和基础理论绪论绪论一、制冷技术1.制冷的定义：制冷的定义：制冷就是使某一空间内物体的温度低于周围环境制冷就是使某一空间内物体的温度低于周围环境制冷就是使某一空间内物体的温度低于周围环境制冷就是使某一空间内物体的温度低于周围环境介质的温度，并维持这个低温环境的过程。介质的温度，并维持这个低温环境的过程。介质的温度，并维持这个低温环境的过程。介质的温度，并维持这个低温环境的过程。2.2.实现制冷的途径：实现制冷的途径：实现制冷的途径：实现制冷的途径：天然冷却天然冷却天然冷却天然冷却 利用自然界的物质来完成的降温过程利用自然界的物质来完成的降温过程利用自然界的物质来完成的降温过程利用自然界的物质来完成的降温过程人工制冷人工制冷人工制冷人工制冷利用制冷装置获得所需的低温，但要消耗利用制冷装置获得所需的低温，但要消耗利用制冷装置获得所需的低温，但要消耗利用制冷装置获得所需的低温，但要消耗能量（如：电能、热能、机械能、太阳能等）能量（如：电能、热能、机械能、太阳能等）能量（如：电能、热能、机械能、太阳能等）能量（如：电能、热能、机械能、太阳能等）。3.制冷机 机械制冷中所需机器设备的总合称为制冷机。4.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。二、实现人工制冷的方法1.利用物质的相变来吸热制冷；融化（固体液体）气化（液体气体）升华（固体气体）气化制冷（蒸气制冷）：包括蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷、吸附式制冷。2.利用气体膨胀产生低温利用气体膨胀产生低温 气体等熵膨胀时温度总是降低的，产生气体等熵膨胀时温度总是降低的，产生冷效应冷效应。3.气体涡流制冷气体涡流制冷 高压气体经涡流管膨胀后，可分为冷高压气体经涡流管膨胀后，可分为冷热两股气流；热两股气流；4.热电制冷（半导体制冷）热电制冷（半导体制冷）利用半导体的温差电效应实现的制冷。利用半导体的温差电效应实现的制冷。n n根据制冷温度的不同，制冷技术可大体上根据制冷温度的不同，制冷技术可大体上划分三大类：划分三大类：1.1.普通冷冻：普通冷冻：普通冷冻：普通冷冻：120K120K2.2.深度冷冻：深度冷冻：深度冷冻：深度冷冻：120K20K120K20K3.3.低温和超低温：低温和超低温：低温和超低温：低温和超低温：20K20K。4.4.t=T-273.15 (t,t=T-273.15 (t,;T,Kelvin ;T,Kelvin 开）开）开）开）5.5.T=273+tT=273+t三三.制冷技术的研究内容制冷技术的研究内容1 1 1 1）研究获得低温的方法和有关的机理以及与此）研究获得低温的方法和有关的机理以及与此）研究获得低温的方法和有关的机理以及与此）研究获得低温的方法和有关的机理以及与此相应的制冷循环，并对制冷循环进行热力学相应的制冷循环，并对制冷循环进行热力学相应的制冷循环，并对制冷循环进行热力学相应的制冷循环，并对制冷循环进行热力学的分析和计算。的分析和计算。的分析和计算。的分析和计算。2 2 2 2）研究制冷剂的性质，从而为制冷机提供性能）研究制冷剂的性质，从而为制冷机提供性能）研究制冷剂的性质，从而为制冷机提供性能）研究制冷剂的性质，从而为制冷机提供性能满意的工作介质。满意的工作介质。满意的工作介质。满意的工作介质。3 3 3 3）研究实现制冷循环所必需的各种机械和技术）研究实现制冷循环所必需的各种机械和技术）研究实现制冷循环所必需的各种机械和技术）研究实现制冷循环所必需的各种机械和技术设备，包括它们的工作原理、性能分析、结设备，包括它们的工作原理、性能分析、结设备，包括它们的工作原理、性能分析、结设备，包括它们的工作原理、性能分析、结构设计，以及制冷装置的流程组织、系统配构设计，以及制冷装置的流程组织、系统配构设计，以及制冷装置的流程组织、系统配构设计，以及制冷装置的流程组织、系统配套设计。套设计。套设计。套设计。四四.制冷技术的应用制冷技术的应用 .空调工程空调工程 空调工程是制冷技术应用的一个广阔领域。光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。具也都需有舒适的空调系统。.食品工程食品工程 易腐食品从采购或捕捞、加工、贮藏、运输到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、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。冷冻冷藏库、冷藏运输车或船、冷藏售货柜台等。.机械与电子工业机械与电子工业 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。等电子设备也都需要在低温下工作。.医疗卫生事业医疗卫生事业 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麻醉、低温手术及高烧患者的冷敷降温等也需制冷技术。冷技术。.国防工业和现代科学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。需要人工制冷技术。人工降雨也需要制冷。.家用冰箱及空调等日常生活方面也是制冷技家用冰箱及空调等日常生活方面也是制冷技术的应用。术的应用。拼拼装装式式冷冷库库结结构构简简图图大型装配式冷库外形图大型装配式冷库外形图果果汁汁机机楼楼宇宇空空调调陈陈列列柜柜五五.制冷技术的发展历史制冷技术的发展历史n n1755175517551755年，爱丁堡的化学教授库伦利用乙醚蒸发使水结冰。年，爱丁堡的化学教授库伦利用乙醚蒸发使水结冰。年，爱丁堡的化学教授库伦利用乙醚蒸发使水结冰。年，爱丁堡的化学教授库伦利用乙醚蒸发使水结冰。他的学生布拉克从本质上解释了融化和汽化现象，导出了他的学生布拉克从本质上解释了融化和汽化现象，导出了他的学生布拉克从本质上解释了融化和汽化现象，导出了他的学生布拉克从本质上解释了融化和汽化现象，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潜热的概念，并发明了冰量热器，标志着现代制冷技术的潜热的概念，并发明了冰量热器，标志着现代制冷技术的潜热的概念，并发明了冰量热器，标志着现代制冷技术的开始。开始。开始。开始。n n1834183418341834年，在伦敦工作的美国发明家波尔金斯造出了第一台年，在伦敦工作的美国发明家波尔金斯造出了第一台年，在伦敦工作的美国发明家波尔金斯造出了第一台年，在伦敦工作的美国发明家波尔金斯造出了第一台以乙醚为工质的蒸气压缩式制冷机，并正式呈请了英国第以乙醚为工质的蒸气压缩式制冷机，并正式呈请了英国第以乙醚为工质的蒸气压缩式制冷机，并正式呈请了英国第以乙醚为工质的蒸气压缩式制冷机，并正式呈请了英国第6662666266626662号专利。这是后来所有蒸气压缩式制冷机的雏型。号专利。这是后来所有蒸气压缩式制冷机的雏型。号专利。这是后来所有蒸气压缩式制冷机的雏型。号专利。这是后来所有蒸气压缩式制冷机的雏型。n n1875187518751875年，卡列和林德用氨作制冷剂，制造了氨蒸气压缩式年，卡列和林德用氨作制冷剂，制造了氨蒸气压缩式年，卡列和林德用氨作制冷剂，制造了氨蒸气压缩式年，卡列和林德用氨作制冷剂，制造了氨蒸气压缩式制冷机。制冷机。制冷机。制冷机。n n1844184418441844年，美国人年，美国人年，美国人年，美国人J.GorrieJ.GorrieJ.GorrieJ.Gorrie发明了空气循环式制冷机，并于发明了空气循环式制冷机，并于发明了空气循环式制冷机，并于发明了空气循环式制冷机，并于1851185118511851年获得美国专利，这是世界第一台制冷和空调用机器。年获得美国专利，这是世界第一台制冷和空调用机器。年获得美国专利，这是世界第一台制冷和空调用机器。年获得美国专利，这是世界第一台制冷和空调用机器。n n1858185818581858年，美国人尼斯取得了冷库设计的第一个美国专利，年，美国人尼斯取得了冷库设计的第一个美国专利，年，美国人尼斯取得了冷库设计的第一个美国专利，年，美国人尼斯取得了冷库设计的第一个美国专利，从此商用食品冷藏事业开始发展。从此商用食品冷藏事业开始发展。从此商用食品冷藏事业开始发展。从此商用食品冷藏事业开始发展。n n我国制冷的发展简史我国制冷的发展简史我国制冷的发展简史我国制冷的发展简史n n 人类最早的制冷方法是利用自然界存在的冷物人类最早的制冷方法是利用自然界存在的冷物质冰、深井水等。我国早在周朝就有了用冰的质冰、深井水等。我国早在周朝就有了用冰的历史。到了秦汉，冰的使用就更进了一步，据历史。到了秦汉，冰的使用就更进了一步，据艺文志记载：大秦国有五宫殿，以水晶为柱艺文志记载：大秦国有五宫殿，以水晶为柱拱，称水晶宫，内实以冰，遇夏开发。拱，称水晶宫，内实以冰，遇夏开发。”这实质这实质是我国最早的空调房间。到了唐朝已生产冰镇饮是我国最早的空调房间。到了唐朝已生产冰镇饮料并已有了冰商。冰酪、奶冰也发源于中国，是料并已有了冰商。冰酪、奶冰也发源于中国，是冰淇淋的雏形，在元朝时由意大利著名旅行家马冰淇淋的雏形，在元朝时由意大利著名旅行家马可可 波罗带到了欧洲。波罗带到了欧洲。n n 人工制冷至今在世界上才有人工制冷至今在世界上才有100100多年的历史。旧多年的历史。旧中国制冷工业基本上是空白，解放前上海只有几中国制冷工业基本上是空白，解放前上海只有几家很小的家很小的“冰箱厂冰箱厂”且只搞维修业务，全国冷库且只搞维修业务，全国冷库也仅有几座。解放后，制冷工业得到飞速发展，也仅有几座。解放后，制冷工业得到飞速发展，特别是八十年代通过引进国外先进技术，使我国特别是八十年代通过引进国外先进技术，使我国的制冷、空调产品打入了国际市场。的制冷、空调产品打入了国际市场。第一章第一章 制冷方法制冷方法 n常用制冷的方法有：n液体气化制冷n气体膨胀制冷n涡流管制冷n热电制冷液体汽化形成蒸气，利用该过程的吸热效应制冷的方法称液体蒸发制冷。n n当液体处在密闭的容器内时，若容器内除了液体和液体本身的蒸气外不含任何其它气体，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。如果将一部分饱和蒸气从容器中抽出，液体中就必然要再汽化出一部分蒸气来维持平衡。n n以液体为制冷剂，它在汽化时要吸收汽化潜热，该热量来自被冷却对象，只要液体的蒸发温度比环境温度低，便可使被冷却对象变冷或者使它维持在环境温度以下的某一低温。n n为了使上述过程得以连续进行，必须不断地从为了使上述过程得以连续进行，必须不断地从容器中抽走制冷剂蒸气，再不断地将液体补充容器中抽走制冷剂蒸气，再不断地将液体补充进去。进去。n n通过一定的方法将蒸气抽出，再令其凝结为液通过一定的方法将蒸气抽出，再令其凝结为液体后返回到容器中。体后返回到容器中。n n为使制冷剂蒸气的冷凝过程可以在常温下实现，为使制冷剂蒸气的冷凝过程可以在常温下实现，需要将制冷剂蒸气的压力提高到常温下的饱和需要将制冷剂蒸气的压力提高到常温下的饱和压力。这样，制冷剂将在低温低压下蒸发，产压力。这样，制冷剂将在低温低压下蒸发，产生制冷效应；又在常温和高压下凝结，向环境生制冷效应；又在常温和高压下凝结，向环境温度的冷却介质排放热量。温度的冷却介质排放热量。n n凝结后的制冷剂液体由于压力较高，返回容器凝结后的制冷剂液体由于压力较高，返回容器之前需要先降低压力。之前需要先降低压力。液体蒸发制冷循环必须具备以下四个基本过程：液体蒸发制冷循环必须具备以下四个基本过程：n n制冷剂液体在低压下汽化产生低压蒸气，制冷剂液体在低压下汽化产生低压蒸气，n n将低压蒸气抽出并提高压力变成高压气，将低压蒸气抽出并提高压力变成高压气，n n 将高压气冷凝成高压液体，将高压气冷凝成高压液体，n n高压液体再降低压力回到初始的低压状态。高压液体再降低压力回到初始的低压状态。按照实现循环所采用的方式之不同，液体蒸发按照实现循环所采用的方式之不同，液体蒸发制冷有制冷有蒸气压缩式制冷蒸气压缩式制冷蒸气吸收式制冷蒸气吸收式制冷蒸气喷射式制冷蒸气喷射式制冷吸附式制冷等吸附式制冷等一一.二二.系统组成：三三.1-压缩机四四.2-冷凝器五五.3-膨胀阀六六.4-蒸发器七七.组成的密闭系统。八八.图1-1蒸气压缩式制冷循环流程图n n1-1蒸气压缩式制冷蒸气压缩制冷.exe工作原理：工作原理：工作原理：工作原理：n n制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象的热量而蒸发，产生的低压蒸气被压缩机吸入，经压缩机压缩后制冷剂压力升高，压缩机排出的高压蒸气在冷凝器中被常温冷却介质冷却，凝结成高压液体。高压液体经膨胀阀节流，变成低压、低温湿蒸气，进入蒸发器，低压液体在蒸发器中再次汽化蒸发。如此周而复始。1-21-2.蒸气吸收式制冷蒸气吸收式制冷n n系统组成：发发生生器器、吸吸收收器器、冷冷凝凝器器、蒸蒸发发器器、溶溶液液热热交交换换器器、溶溶液液泵泵、冷冷剂剂泵泵等等图1-2 吸收式制冷流程图工质对：制冷剂与吸收剂 常用：氨水溶液 溴化锂水溶液 吸收式制冷机消耗的热源，可以是废热、废气、蒸汽、热水或燃油、燃气等。吸收式制冷.exe图图1-3 单效热水型溴化锂吸收式制冷机单效热水型溴化锂吸收式制冷机工作原理（工作过程）：工作原理（工作过程）：n n.溴化锂溶液在发生器中被热源加热沸腾，产生溴化锂溶液在发生器中被热源加热沸腾，产生出制冷剂蒸汽在冷凝器被冷凝成冷剂水。冷剂水出制冷剂蒸汽在冷凝器被冷凝成冷剂水。冷剂水经经U U型管节流进入蒸发器，在低压下蒸发，产生型管节流进入蒸发器，在低压下蒸发，产生制冷效应。制冷效应。n n.发生器中出来的浓溶液，经热交换器降温、降发生器中出来的浓溶液，经热交换器降温、降压后进入吸收器，与吸收器中的稀溶液混合为中压后进入吸收器，与吸收器中的稀溶液混合为中间浓度的溶液。中间热度的溶液被吸收器泵输送间浓度的溶液。中间热度的溶液被吸收器泵输送并喷淋，吸收从蒸发器中产生的冷剂蒸汽，形成并喷淋，吸收从蒸发器中产生的冷剂蒸汽，形成稀溶液。稀溶液由发生器泵输送到发生器，重新稀溶液。稀溶液由发生器泵输送到发生器，重新被热源加热，形成浓溶液。被热源加热，形成浓溶液。氨水吸收式制冷循环工作原理：氨水吸收式制冷循环工作原理：n n在发生器中的氨水浓溶液被热源加热至沸腾，产在发生器中的氨水浓溶液被热源加热至沸腾，产生的蒸气（氨气中含有一小部分水蒸汽）经精馏生的蒸气（氨气中含有一小部分水蒸汽）经精馏塔精馏后（得到几乎是纯氨的蒸气），进入冷凝塔精馏后（得到几乎是纯氨的蒸气），进入冷凝器放出热量后被冷凝成液体，经节流机构节流，器放出热量后被冷凝成液体，经节流机构节流，进入蒸发器，低压液体制冷剂，吸收被冷却物体进入蒸发器，低压液体制冷剂，吸收被冷却物体的热量而蒸发，达到制冷的目的，产生的低压蒸的热量而蒸发，达到制冷的目的，产生的低压蒸气进入吸收器。而发生器中发生后的稀溶液，降气进入吸收器。而发生器中发生后的稀溶液，降压后也进入吸收器，吸收由蒸发器来的制冷剂蒸压后也进入吸收器，吸收由蒸发器来的制冷剂蒸气，浓溶液经溶液泵加压后送入发生器。如此不气，浓溶液经溶液泵加压后送入发生器。如此不断循环。断循环。单级氨水实际循环.swfn n整个系统包括两个回路：制冷剂回路，溶液回路。n n系统中使用制冷剂和吸收剂作为工作流体，称为吸收式制冷的工质对。n n吸收剂对制冷剂气体有很强的吸收能力。吸收剂吸收了制冷剂气体后形成溶液。溶液经加热又能释放出制冷剂气体。因此，可以用溶液回路取代压缩机的作用，构成蒸气吸收式制冷循环。n n制冷剂回路由冷凝器、制冷剂节流阀、蒸发器 组成。n n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。n n溶液回路由发生器、吸收器、溶液节流阀、溶液热交换器 和溶液泵 组成。n n在吸收器中，吸收剂吸收来自蒸发器的在吸收器中，吸收剂吸收来自蒸发器的低压制冷剂蒸气，形成富含制冷剂的溶低压制冷剂蒸气，形成富含制冷剂的溶液，将该溶液用泵送到发生器，经加热液，将该溶液用泵送到发生器，经加热使溶液中的制冷剂重新以高压气态发生使溶液中的制冷剂重新以高压气态发生出来，送入冷凝器。出来，送入冷凝器。n n另一方面，发生后的溶液重新恢复到原另一方面，发生后的溶液重新恢复到原来成分，经冷却、节流后成为具有吸收来成分，经冷却、节流后成为具有吸收能力的吸收液，进入吸收器，吸收来自能力的吸收液，进入吸收器，吸收来自蒸发器的低压制冷剂蒸气。蒸发器的低压制冷剂蒸气。n n吸收过程中伴随释放吸收热，为了保证吸收过程中伴随释放吸收热，为了保证吸收的顺利进行，需要用冷却的方法带吸收的顺利进行，需要用冷却的方法带走吸收热，以免吸收液温度升高。走吸收热，以免吸收液温度升高。n n如果将吸收式制冷系统与压缩式制冷系统做个对比：n n吸收器好比压缩式制冷系统中压缩机的吸入侧；n n发生器好比压缩机的排出侧；n n对发生器内溶液的加热，提供提高制冷剂蒸气压力的能量。n n普遍应用的工质对有两种：溴化锂-水（制冷剂是水），氨-水（制冷剂是氨）。n n溴化锂吸收式制冷机用于制取 7-10 的冷水；n n氨水吸收式制冷机能够制冷的温度达 20 或更低。1-3 1-3.蒸气喷射式制冷蒸气喷射式制冷图1-4蒸气喷射式制冷循环流程图n系统组成：喷射器、冷凝器、蒸发器、节流阀、泵。n n喷射器由喷嘴、吸入室、扩压器组成。n n循环流程图如图1-4所示。蒸气喷射式制冷原理.swf工作原理工作原理n n 高高压压的的工工作作蒸蒸气气进进入入喷喷嘴嘴，膨膨胀胀并并以以1000m/s1000m/s以以上上的的流流速速流流动动，于于是是在在喷喷嘴嘴出出口口处处造造成成很很低低的的压压力力，这这就就为为蒸蒸发发器器中中水水在在低低温温下下汽汽化化创创造造了了条条件件。由由于于水水的的汽汽化化吸吸热热，而而使使未未汽汽化化的的水水的的温温度度下下降降，为为空空调调系系统统提提供供低低温温冷冷水水。蒸蒸发发器器中中产产生生的的冷冷剂剂水水蒸蒸气气与与工工作作蒸蒸气气在在喷喷嘴嘴出出口口处处混混合合，一一起起进进入入扩扩压压器器。在在扩扩压压器器中中由由于于流流速速降降低低而而使使压压力力升升高高，进进入入冷冷凝凝器器，放放出出热热量量后后被被冷冷凝凝成成为为液液体体，液液态态水水分分两两路路：一一路路经经过过节节流流阀阀降降压压后后送送回回蒸蒸发发器器，继续蒸发制冷；另一路用泵加压后送入锅炉。继续蒸发制冷；另一路用泵加压后送入锅炉。图1-5蒸气喷射式制冷机理论循环的温熵图n n1-2 1-2 表表示示工工作作蒸蒸气气在在喷喷嘴嘴内的膨胀过程内的膨胀过程n n2 2、3 3 混合后的状态是混合后的状态是4 4n n4-5 4-5 是是混混合合蒸蒸气气在在扩扩压压器器中流动升压的过程中流动升压的过程n n5-6 5-6 冷冷凝凝器器中中气气体体的的凝凝结结过程过程n n6-7 6-7 冷剂水的节流过程冷剂水的节流过程n n7-3 7-3 冷剂水的蒸发过程冷剂水的蒸发过程n n6-9-1 6-9-1 锅炉的工作过程锅炉的工作过程蒸气喷射式制冷机理论循环的温熵图循环热力分析：循环热力分析：循环热力分析：循环热力分析：n n制冷量：制冷量：n n Q Q0 0=q=qm0m0(h(h3 3-h-h6 6)kW kWn n式中：式中：q qm0m0被引射蒸气的质量流量，被引射蒸气的质量流量，kg/skg/s；n n h h3 3制冷剂流出蒸发器时的焓值，制冷剂流出蒸发器时的焓值，kJ/kgkJ/kg；n n h h6 6凝结水出冷凝器时的焓值凝结水出冷凝器时的焓值,kj/kg,kj/kg。n n锅炉热负荷锅炉热负荷：n n Q Qh h=q=qm1m1(h(h1 1-h-h6 6)kW kWn n式中：式中：q qm1m1工作蒸气的质量流量，工作蒸气的质量流量，kg/skg/s；n n h h1 1工作蒸气出锅炉时的焓值，工作蒸气出锅炉时的焓值，kJ/kgkJ/kg。n n冷凝器热负荷冷凝器热负荷：n n Qk=(qm0+qm1)(h5-h6)kW kWn n式中：式中：h h5 5混合蒸气进冷凝器时的焓值，混合蒸气进冷凝器时的焓值，kJ/kgkJ/kg。n n循环热平衡循环热平衡：n n Q Q0 0+Q+Qh h=Q=Qk kn n喷射系数喷射系数：每公斤工作蒸气所引射的制冷蒸气的量（：每公斤工作蒸气所引射的制冷蒸气的量（kgkg），），即即 n n u=qu=qm0m0/q/qm1m1n n理论喷射系数理论喷射系数：n n u=qu=qm0m0/q/qm1m1=(h=(h1 1-h-h5 5)/(h)/(h5 5-h-h3 3)1-4 1-4.吸附制冷吸附制冷图1-6太阳能沸石水吸附制冷原理图n n吸附制冷也消耗热能。吸附制冷也消耗热能。n n基本原理：基本原理：一定的固体吸附剂对某种一定的固体吸附剂对某种制冷剂气体具有吸附作用。制冷剂气体具有吸附作用。吸附能力随吸附剂温度的吸附能力随吸附剂温度的不同而不同。周期性地冷不同而不同。周期性地冷却和加热吸附剂，使之交却和加热吸附剂，使之交替吸附和解吸。解吸时，替吸附和解吸。解吸时，释放出制冷剂气体，并使释放出制冷剂气体，并使之凝结为液体；吸附时，之凝结为液体；吸附时，制冷剂液体蒸发，产生制制冷剂液体蒸发，产生制冷作用。冷作用。太阳能沸石-水吸附式制冷原理.swf组成：吸附床、冷凝器、蒸发器、连接管路。n n吸附原理：物理吸附、化学吸附吸附原理：物理吸附、化学吸附n n工质对：吸附剂工质对：吸附剂制冷剂制冷剂 n n物理吸附：物理吸附：沸石沸石水、硅胶水、硅胶水、活性炭水、活性炭甲醇、甲醇、金属氢化物金属氢化物氢、氯化锶氢、氯化锶氨氨n n化学吸附：氯化钙化学吸附：氯化钙氨氨 工作原理：工作原理：n n白天，吸附床受日照加热，沸石温度升高，产生白天，吸附床受日照加热，沸石温度升高，产生解析作用，从沸石中脱附出水蒸气，系统内的水解析作用，从沸石中脱附出水蒸气，系统内的水蒸气压力上升，达到与环境对应的饱和压力时，蒸气压力上升，达到与环境对应的饱和压力时，水蒸气在冷凝器中凝结，同时放出潜热，凝水储水蒸气在冷凝器中凝结，同时放出潜热，凝水储存在蒸发器中。存在蒸发器中。n n夜间，吸附床冷下来，沸石温度逐渐降低，它吸夜间，吸附床冷下来，沸石温度逐渐降低，它吸附水蒸气的能力逐步提高，造成系统内气体压力附水蒸气的能力逐步提高，造成系统内气体压力降低，同时，蒸发器中的水不断蒸发出来，用以降低，同时，蒸发器中的水不断蒸发出来，用以补充沸石对水蒸气的吸附。水的蒸发过程吸收了补充沸石对水蒸气的吸附。水的蒸发过程吸收了热量，达到了制冷的目的。热量，达到了制冷的目的。图2-7 太阳能沸石-水吸附制冷原理 1-吸附床 2-冷凝器 3-储水器（蒸发器）脱附.exe吸附.exen n热源：只要保证能够交替地加热和冷却吸附床，热源：只要保证能够交替地加热和冷却吸附床，使沸石周期性地解吸和吸附，都能达到制冷的使沸石周期性地解吸和吸附，都能达到制冷的目的。目的。n n吸附制冷属于液体汽化制冷。吸附制冷属于液体汽化制冷。n n吸附床起到压缩机的作用。吸附床起到压缩机的作用。n n只有一个吸附器的系统只能间歇制冷。只有一个吸附器的系统只能间歇制冷。n n当吸附器处于吸附过程中产生冷效应。当吸附器处于吸附过程中产生冷效应。n n为了连续制冷，可以采用两个吸附器。为了连续制冷，可以采用两个吸附器。n n美国学者乔纳斯美国学者乔纳斯(Jones)(Jones)还提出用三个或四个还提出用三个或四个吸附器进行系统循环，不仅实现连续制冷，还吸附器进行系统循环，不仅实现连续制冷，还可以利用一个吸附床的排热去加热另一个吸附可以利用一个吸附床的排热去加热另一个吸附床，从而使热能充分利用。床，从而使热能充分利用。1-51-5、热电制冷、热电制冷-(温差电制冷、半导体制冷）温差电制冷、半导体制冷）NP+-冷结点冷结点热结点热结点n n令直流电通过半导体热电堆，即可在一端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。产生冷效应，另一端产生热效应。n n半导体热电堆：一块半导体热电堆：一块半导体热电堆：一块半导体热电堆：一块NN型半导体（电子型）和型半导体（电子型）和型半导体（电子型）和型半导体（电子型）和一块一块一块一块P P型半导体（空穴型）联接成的热电偶。型半导体（空穴型）联接成的热电偶。型半导体（空穴型）联接成的热电偶。型半导体（空穴型）联接成的热电偶。图图1-7 热电制冷的原理图热电制冷的原理图热电制冷.exen n原理：利用热电效应的一种制冷方法。原理：利用热电效应的一种制冷方法。n n帕尔帖效应：帕尔帖效应：18341834年，法国物理学家帕尔帖在铜年，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到丝的两头各接一根铋丝，再将两根铋丝分别接到直流电源的正、负极上，通电后，发现一个接头直流电源的正、负极上，通电后，发现一个接头变热；另一个接头变冷。这个现象称为帕尔帖效变热；另一个接头变冷。这个现象称为帕尔帖效应。应。n n热电制冷元件：由热电制冷元件：由P P型和型和NN型半导体组成型半导体组成 。n nNN型（电子型）半导体，型（电子型）半导体，P P型（空穴型）半导体。型（空穴型）半导体。用铜板和铜导线将用铜板和铜导线将NN，P P半导体和低压直流电源连半导体和低压直流电源连接成一个回路，铜板和导线只起导电作用。接通接成一个回路，铜板和导线只起导电作用。接通电流时，一个结点变冷，另一个结点变热。改变电流时，一个结点变冷，另一个结点变热。改变电流方向，冷热结点也随着改变。电流方向，冷热结点也随着改变。1-6 1-6.涡流管制冷涡流管制冷n n涡流管制冷是使压缩气体产生涡流运动并分离成涡流管制冷是使压缩气体产生涡流运动并分离成冷、热两部分气流，冷气流的温度可达冷、热两部分气流，冷气流的温度可达-10-10-5050,热气流的温度可达热气流的温度可达100100130130。n n19331933年，法国的兰克（年，法国的兰克（RanqueRanque）发明兰克管。可）发明兰克管。可以使压缩气体产生涡流、并将其流分成冷、热两以使压缩气体产生涡流、并将其流分成冷、热两部分，分别从管的两端流出。部分，分别从管的两端流出。n n涡流管制冷装置结构图如图所示。涡流管制冷装置结构图如图所示。n n组成：喷嘴、涡流室、孔板、管子和控制阀。组成：喷嘴、涡流室、孔板、管子和控制阀。图1-9 涡流管制冷装置结构图 涡流管制冷原理.swfn n涡旋管是一个构造比较简单的管子，它主要是由喷嘴、涡流室、分离孔板及冷热两端的管子组成。气体分离成两部分是在涡流管的涡流室内进行。涡流室内部形状为阿基米德螺线，喷嘴沿切线方向装在涡流室的边缘，其连接可以有不同的方法。n n在涡流室的一侧装有一个分离孔板，其中心孔径约为管子内径的一半（或稍小一些），它与喷嘴中心线的距离大约为管子内径之半。分离孔板之外即为冷端管子。热端装在分离孔板的另一侧，在其外端装有一个控制阀，控制阀离开涡流室的距离约为管子内径的 10 倍。n n涡流管可以同时得到冷热两种效应。n n根据试验，当高压气体的温度为室温时，冷气流的温度可达（-50 -10），热气流的温度可达（100130），控制阀用来改变热端管子中气体的压力，因而可调节两部分气流的流量比，以改变它们的温度。工作原理：工作原理：n n经过压缩并冷却到常温的气体（空气、经过压缩并冷却到常温的气体（空气、coco2 2、NN2 2等等气体）进入喷嘴，在喷嘴中膨胀并加速到音速，气体）进入喷嘴，在喷嘴中膨胀并加速到音速，从切线方向射入涡流室，形成自由涡流。自由涡从切线方向射入涡流室，形成自由涡流。自由涡流的旋转角速度离中心越近就越大。由于角速度流的旋转角速度离中心越近就越大。由于角速度不同，在环形气流的层与层之间产生摩擦，中心不同，在环形气流的层与层之间产生摩擦，中心层部分的气流角速度逐渐降低；外层气流的角速层部分的气流角速度逐渐降低；外层气流的角速度逐渐升高，因此存在着由中心向外层的动量流。度逐渐升高，因此存在着由中心向外层的动量流。内层气体失去能量，从孔板流出时具有较低的温内层气体失去能量，从孔板流出时具有较低的温度；外层气体吸收能量，动能增加，又因为与管度；外层气体吸收能量，动能增加，又因为与管壁摩擦，将部分动能变成热能，使得从控制阀流壁摩擦，将部分动能变成热能，使得从控制阀流出的气体具有较高的温度。出的气体具有较高的温度。1-7.1-7.空气（气体）膨胀制冷空气（气体）膨胀制冷n n单一气体工质的布雷顿制冷循环 n n布雷顿(Brayton)制冷循环又称逆向焦耳循环，其工作过程包括等熵压缩，等压冷却，等熵膨胀及等压吸热四个过程，这与蒸气压缩式制冷机的四个工作过程相近，两者的区别在于工质在布雷顿制冷循环中不发生集态改变。n n历史上第一次实现的气体制冷机是以空气作为工质的，称为空气制冷机。n n组成：压缩机、膨胀机、空气冷却器和冷室。n n其循环是开式的。n n工质在循环过程中没有相变。n n制冷剂还可以是CO2 2，O2 2，N2 2，He 等理想气体。n n构成这种制冷方式的循环系统称为理想气体的逆向循环系统。n n其循环型式主要有定压循环、有回热的定压循环和定容循环。一、无回热气体制冷机循环一、无回热气体制冷机循环 布雷顿循环.exe工作原理：工作原理：n n从压缩机排出的高温高压(T2 2、p2 2)气体进入冷却器，在定压p2 2下被冷却到温度T3 3，然后进入膨胀机，等熵膨胀到冷室的压力p1 1(一般为1个大气压)，同时温度降到T4 4，成为低温低压的冷气流，冷气流进入冷室，使被冷却对象降温，而空气本身因吸收了热量，温度回升到T1 1，这个过程是在低压p1 1下的等压吸热过程。离开冷室的空气（p1 1，T1 1）被压缩机吸入，等熵压缩后，状态达到p2 2，T2 2完成一个循环。n n图图 1 1 示出无回热气体制冷机系统图。气体由压力示出无回热气体制冷机系统图。气体由压力 p0 p0 被压缩到较高的压力被压缩到较高的压力 pc pc，然后进入冷却器中被，然后进入冷却器中被冷却介质（水或循环空气）冷却，放出热量冷却介质（水或循环空气）冷却，放出热量 Qc Qc，而后气体进入膨胀机，经历绝热膨胀过程，达到而后气体进入膨胀机，经历绝热膨胀过程，达到很低的温度，又进入冷箱吸热制冷。很低的温度，又进入冷箱吸热制冷。n n在理想情况下，我们假定压缩过程和膨胀过程均在理想情况下，我们假定压缩过程和膨胀过程均为理想绝热过程，吸热和放热均为理想等压过程为理想绝热过程，吸热和放热均为理想等压过程（即没有压力损失），并且换热器出口处没有端（即没有压力损失），并且换热器出口处没有端部温差。这样假设后的循环称为气体制冷机的理部温差。这样假设后的循环称为气体制冷机的理论循环，其论循环，其 p V p V图及图及T sT s图如图图如图 2 2 所示。图中所示。图中 T0 T0 是冷箱中制冷温度，是冷箱中制冷温度，TcTc是环境介质的温度，是环境介质的温度，n n1 12 2 是等熵压缩过程，是等熵压缩过程，2 23 3 是等压冷却过程，是等压冷却过程，3 34 4 是等熵膨胀过程，是等熵膨胀过程，4 41 1 是在冷箱中的等压吸是在冷箱中的等压吸热过程。热过程。n n由式（由式（7 7）可以看出，无回热气体制冷机理论循环）可以看出，无回热气体制冷机理论循环的性能系数与循环的压力比或压缩机的温度比的性能系数与循环的压力比或压缩机的温度比 、膨胀机的温度比、膨胀机的温度比 有关。压力比或者温度比越有关。压力比或者温度比越大，循环性能系数越低。因而为了提高循环的经大，循环性能系数越低。因而为了提高循环的经济性应采用较小的压力比。济性应采用较小的压力比。n n由于由于Tc Tc 小于小于T T2 2 ，所以无回热气体制冷机理论循环，所以无回热气体制冷机理论循环的性能系数小于同温限下的可逆卡诺循环的性能的性能系数小于同温限下的可逆卡诺循环的性能系数，即系数，即cop copcop copc c。这是因为在。这是因为在TcTc和和T2 T2 不变的情不变的情况下，无回热气体制冷机理论循环冷却器中的放况下，无回热气体制冷机理论循环冷却器中的放热过程热过程 2 23 3 和冷箱中的吸热过程和冷箱中的吸热过程 4 41 1，具有传热，具有传热温差，因而存在不可逆损失。压力比越大则传热温差，因而存在不可逆损失。压力比越大则传热温差越大，不可逆损失越大，循环的制冷系数越温差越大，不可逆损失越大，循环的制冷系数越小，循环的热力完善度也越低。小，循环的热力完善度也越低。n n由式（由式（6 6）可以看出，当）可以看出，当p cp c及及p p 0 0 给定时，给定时，