制冷知识基础Word格式.docx

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图2-1压缩式制冷系统示意图

压缩式、吸收式、喷射式和吸附式制冷都属于液体汽化制冷方式。

2.1.1.1压缩式制冷

如图2-1所示，压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成，用管道将其连成一个封闭的系统。

工质在蒸发器内与被冷却对象发生热量交换，吸收被冷却对象的热量并汽化，产生的低压蒸气被压缩机吸人，压缩机消耗能量（通常是电能），将低压蒸气压缩到需要的高压后排出。

压缩机排出的高温高压气态工质在冷凝器内被常温冷却介质（水或空气）冷却，凝结成高压液体。

高压液体流经膨胀阀时节流，变成低压、低温湿蒸气，进入蒸发器，其中的低压液体在蒸发器中再次汽化制冷。

2.1.1.2吸收式制冷

吸收式制冷是以热能为动力、利用溶液吸收和发生制冷剂蒸气的特性来完成循环的。

吸收式制冷系统的主要部件如图2-2所示。

如果将它与压缩式制冷系统相比较，不难看出，图中的冷凝器，节流阀、蒸发器的作用与压缩式制冷系统中的相应部件一一对应。

而压缩机

5.溶液节流阀6.吸收器7.溶液泵

图2-2吸收式制冷的原理图

则由图中的吸收器、发生器、溶液泵、节流阀5及溶液回路所取代。

设该系统使用氨-水溶液为工作物质，则吸收器中充有氨水稀溶液，用它吸收氨蒸气。

溶液吸收氨蒸气的过程是放热过程。

因此，必须对吸收器进行冷却，否则随着温度的升高，吸收器将丧失吸收能力。

吸收器中形成的氨水浓溶液用溶液泵提高压力后送入发生器。

在发生器中，浓溶液被加热至沸腾。

产生的蒸气先经过精馏，得到几乎是纯氨的蒸气，然后进入冷凝器。

在发生器中形成的稀溶液通过热交换器返回吸收器。

为了保持发生器和吸收器之间的压力差，在两者的连接管道上安装了节流阀5。

在这一系统中，水为吸收剂，氨为发生剂。

吸收式制冷的另外一种常见类型是以水为制冷剂，溴化锂水溶液为吸收剂的溴化锂吸收式制冷机，用于生产冷水，可供集中式空气调节使用，或者提供生产工艺需要的冷却用水。

1.喷射器（a.喷嘴b.扩压器c.吸入室）2.冷凝器

3.蒸发器4.节流阀5,6泵

图2-3喷射式制冷原理

吸收式制冷机消耗热能，可用多种不同品位的热能驱动。

通常用1MPa（表压力）以下的蒸气或燃气、燃油为驱动热源。

也可以利用温度在75℃以上的热水、废气等低品位余热驱动；

还可以利用太阳能、地热等能源。

因此，吸收式制冷易于实现能源的综合利用。

2.1.1.3喷射式制冷

喷射式制冷以蒸气的压力能为驱动能源，用喷射器造成一个真空环境，使制冷剂在低温下蒸发而制冷。

如图2-3所示，是一种开式循环的喷射式制冷原理图。

从锅炉来的蒸气进入喷射器的喷嘴，在其中迅速膨胀，在喷嘴出口处达到很大速度并形成真空状态。

由于高速气流的引射作用，将蒸发器内的蒸气不断抽吸出来，从而保持蒸发器的真空。

在喷射器内，工作蒸气与被引射蒸气经过充分混合后以冷凝压力流出。

所以，喷射式制冷机中，制冷剂和工作蒸气是同一种物质。

2.1.1.4吸附式制冷

吸附制冷系统也是以热能为动力的能量转换系统，其机理是，一定的固体吸附剂对某种制冷剂气体具有吸附作用。

周期性地加热和冷却吸附剂，使之交替吸附和解吸，解吸时，释放出制冷剂气体，并使之冷凝为液体；

吸附时，制冷剂液体蒸发，产生制冷作用。

吸附制冷的工作介质是吸附剂-制冷剂工质对。

以沸石-水工质对为例，由吸附床、冷凝器、蒸发器和管道构成一个封闭系统，吸附床内充装了沸石，制冷剂液体（水）聚集在蒸发器中。

吸附床被加热时，沸石温度升高，产生解吸作用，从沸石中脱附出水。

此时，系统内的水压力上升，当达到与环境温度对应的饱和压力时，水在冷凝器中凝结，同时放出潜热，凝水贮存在蒸发器中。

对吸附床冷却时，沸石温度逐渐降低，它吸附水的能力逐步提高，造成系统内气体压力降低，蒸发器中的水不断蒸发出来，用以补充沸石对水的吸附。

蒸发过程吸热，达到制冷的目的。

2.1.2热电制冷

热电制冷又称温差电制冷或半导体制冷。

在铜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，发现一个接头变热，另一个接头变冷，这个现象称为帕尔帖效应，是热电制冷的依据。

热电制冷的效果主要取决于两种材料的热电势。

纯金属材料的导电性好、导热性也好，但其帕尔帖效应很弱，制冷效率极低（不到1%）。

半导体材料具有较高的热电势，可以成功地用来做成小型热电制冷器。

但热电制冷的效率不高，半导体器件的价格又很高，而且必须使用直流电源，因此往往需要变压整流装置，增加了热电堆以外的体积，所以热电制冷在需要制冷量较大的场合不宜使用。

但由于它改变电流方向就可以实现制冷、制热的相互转换，灵活性强、使用方便可靠，非常适合于空间探测飞机上的科学仪器、电子仪器和医疗器械的制冷装置上，核潜艇驾驶舱的空调设备上，还常在手提式冷热箱中采用热电制冷，很适合于郊游、兵营、或汽车司机使用。

2.1.3气体膨胀制冷

高压气体绝热膨胀时，对膨胀机作功，同时气体的温度降低。

用这种方法可以获得低温。

与液体汽化式制冷相比，空气膨胀制冷是一种没有相变的制冷方式，所采用的工质主要是空气。

此外，根据不同的使用目的，工质也可以是CO2，O2，N2，He或其它理想气体。

图2-4空气膨胀制冷原理图

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。

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。

最早出现的空气制冷机采用的是定压循环，它由两个等压过程和两个等熵过程组成，其制冷流程见图2-4。

从压缩机排出的高温、高压气体（温度为T2）进入冷却器，在定压下被冷却到温度T3，然后进入膨胀机，等熵膨胀到冷室的压力（一般为105Pa左右），同时温度降到了T4，成为低温低压冷气流，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，温度回升到了T1，这个过程是在低压下的等压吸热过程。

离开冷室的空气被压缩机吸入，完成下一次循环。

2.1.4涡流管制冷

图2-5涡流管制冷装置

涡流管制冷首先是由法国人兰克（Ranque）提出的。

他在1933年发明一种装置，可以使压缩气体产生涡流，并将气流分成冷、热两部分，该装置称为涡流管，又叫兰克管。

这种制冷方法称为涡流管制冷。

涡流管装置的结构如图2-5所示。

它由喷嘴、涡流室、孔板、管子和控制阀组成。

涡流室将管子分为冷端、热端两部分。

喷嘴沿涡流室切向布置，孔板在涡流室与冷端管子之间，热端管子出口处装控制阀。

管外为大气。

经过压缩并冷却到常温的气体（通常是空气，也可以是C02，N2等其他气体）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，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。

由此可见，涡流管可以同时获得冷、热两种效应。

用控制阀控制热端管子中气体的压力，从而控制冷、热两股气流的流量及温度。

只有在阀部分开启时，才出现冷、热分流现象。

涡流管工作原理的定性解释比较清楚，但由于管内气流之间的传导和对流情况比较复杂，故对冷、热端温度进行定量的理论计算尚有困难。

实验表明，当高压气体为常温时，冷气流的温度可达-10℃～-50℃，热端温度可达100～130℃。

分子中含氯、氟、碳的完全卤代烃简称为“CFC”制冷剂，例如R12

分子中含氢、氯、氟、碳的不完全卤代烃简称为“HCFC”制冷剂，例如R22

分子中含氢、氟、碳而不含氯的卤代烃简称“HFC”制冷剂，例如R134a

▍碳氢化合物制冷剂，简称“HC”制冷剂:

a.饱和碳氢化合物，命名规则基本上和它的衍生物氟利昂一样。

例如：

丙烷代号为R290：

（分子式为C3H8，m=3，n=8，x=0，那么m-1=2，n+1=9）；

但丁烷代号为R600是个例外（化学式为CH3CH2CH2CH3）；

同素异构物在代号后面加字母a以示不同，如异丁烷代号为R600a（它的化学式为CH（CH3）3）。

b.非饱和碳氢化合物与他们的卤族元素衍生物的符号命名是先在R后面写上一个“1”，然后再按氟利昂编号规则书写“1”后面的数字，

例如乙烯代号为R1150（它的化学式是C2H4）。

c.环状有机物，是在R后面先写上一个“C”，然后按氟利昂的命名方法书写后面的数

字。

如八氟环丁烷，它的化学式为C4H8，代号为RC318。

▍混合物制冷剂

a.共沸制冷剂，是由两种或两种以上互相混溶的单纯制冷剂按一定比例混合而成。

这种混合物在固定的压力下蒸发或者冷凝时，蒸发温度或冷凝温度保持不变，气相和液相的组分也保持不变，就好象单纯的制冷剂一样。

其代号规定为在R后面的第一个数字为5，其后的两位数字按混合工质命名的先后次序编写，最早命名的共沸制冷剂就记为R500，以后依次为R501、R502、R503等。

共沸制冷剂的组成与代号如表2-1所示：

表2-1共沸制冷剂的组成及其代号

代号

组成

质量百分比

相对分子量

沸点（℃）

R500

R12/R152a

73.8/26.2

99.3

-33.3

R501

R22/R12

75.0/25.0

93.1

-43.0

R502

R22/R115

48.3/51.2

111.6

-45.6

R503

R23/R13

40.1/59.9

87.2

-88.7

R504

R32/R115

48.2/51.8

79.2

-57.2

R505

R12/R31

78.0/22.0

_

≈-32

R506

R31/R114

55.1/44.9

-12.5

b.非共沸制冷剂，是由两种或两种以上的单纯制冷剂组成的混合物，在固定的压力下蒸发时，低沸点的组分蒸发的比例大，高沸点的组分蒸发的比例小，因而其气相和液相的组成不同，而且在整个蒸发过程中，温度是变化的。

在固定的压力下冷凝时也有类似的特性。

非共沸制冷剂没有专有的符号表示，一般直接写出混合物的组分并用“/”隔开。

如R22和R152a组成的混合物写成“R22/R152a”或者写成“HCFC22/HFC152a”。

2.2.1.2制冷剂的热力学性质

所谓热力学性质是指其热力参数，如压力、温度、比容、比焓、比熵、比热容与绝热指数等及其相互关系。

▍饱和压力与饱和温度

制冷剂的饱和蒸汽压力—温度特性决定了给定工作温度下制冷循环的压力差和压缩比。

制冷剂在标准大气压（101.32kPa）下的沸腾温度称为标准蒸发温度或标准沸点，。

制冷剂的标准蒸发温度大体上可以反映用它制冷能够达到的低温范围。

所以，习惯上往往依据标准蒸发温度的高低，将制冷剂分为高温、中温、低温制冷剂。