1、制冷技术概述内容第一节 制冷技术发展的历史第二节 制冷的主要方法 第三节 制冷技术在国民经济的应用 第四节 本课程的安排与基本要求 什么是制冷技术？什么是制冷技术？制冷技术制冷技术就是研究就是研究人工冷却人工冷却的一门科学。的一门科学。研究内容包括：研究内容包括：制冷过程、制冷过程热力学制冷过程、制冷过程热力学和和传热学传热学原理原理，以及，以及制冷机器与设备制冷机器与设备的的制造制造、性能性能、操作操作与与控控制制、故障诊断故障诊断与与维修维修技术等。技术等。目前制冷技术实际上是一门非常综合性的学科，涉及目前制冷技术实际上是一门非常综合性的学科，涉及到多个领域。到多个领域。第一节第一节 制冷
2、技术发展的历史制冷技术发展的历史 我国早在三千年前的周朝我国早在三千年前的周朝 人们利用天然冰来冷藏人们利用天然冰来冷藏食品和制作饮料食品和制作饮料 诗经诗经: “二之日凿冰冲冲二之日凿冰冲冲,三之日纳入凌阴三之日纳入凌阴” 汉书汉书周礼周礼中记载了中记载了: 周朝专管冰的周朝专管冰的官史官史凌人凌人 春秋战国和秦汉时期春秋战国和秦汉时期:天然用冰制冷技术有了天然用冰制冷技术有了较大的发展较大的发展 汉书汉书上载道上载道: 春秋时期，秦国皇宫造有一座春秋时期，秦国皇宫造有一座冰宫冰宫 魏国曹植在魏国曹植在大暑赋大暑赋中有中有: “积素冰于幽馆，气飞积而积素冰于幽馆，气飞积而为霜为霜” 人类人类
3、 “制冷技术制冷技术”的发展，经历了的发展，经历了“自然冷却自然冷却”和和“人工制冷人工制冷”两个阶段。两个阶段。 秦汉以后秦汉以后: 冰冰的应用范围逐步扩大的应用范围逐步扩大 唐朝，唐朝， 在长安市场出现了一种有名的冷饮：在长安市场出现了一种有名的冷饮： 槐叶冷淘槐叶冷淘 “青青高槐叶，采摘付中橱，经齿冷于雪，劝人投此青青高槐叶，采摘付中橱，经齿冷于雪，劝人投此珠珠” 杜甫杜甫 元朝元朝:饮料生产技术已相当发达饮料生产技术已相当发达 意大利著名旅游家意大利著名旅游家马可马可.波罗，波罗， 曾来我国长期居住，曾来我国长期居住，并把饮料生产技术带回意大利，传向欧洲。并把饮料生产技术带回意大利，传
4、向欧洲。 近代现代：自然冷却技术的在各领域得到全面发展近代现代：自然冷却技术的在各领域得到全面发展冰镇啤酒、饮料，冰冻鱼肉冰镇啤酒、饮料，冰冻鱼肉地窑、山洞的综合运用地窑、山洞的综合运用发动机、机床的水冷却发动机、机床的水冷却电风扇、水空调电风扇、水空调1755年年 化学家库仑在爱丁堡利用乙醚蒸发制造出冰化学家库仑在爱丁堡利用乙醚蒸发制造出冰人类首次人工制冷人类首次人工制冷1834年年 美国发明家波尔斯在伦敦造出了第一台以乙醚美国发明家波尔斯在伦敦造出了第一台以乙醚为工质的为工质的蒸汽压缩机蒸汽压缩机1844年年 美国医生高里在弗罗里达州利用刚发明的制冰美国医生高里在弗罗里达州利用刚发明的制冰
5、机造出了机造出了第一台空调器第一台空调器，并于，并于1851年获得美国专利年获得美国专利（No 8080#） 1910年年 第一台以第一台以氨为工质氨为工质的的冰箱冰箱问世问世 1920年年 美国美国开利公司开利公司制造出第一台制造出第一台开启式压缩机开启式压缩机的的卧式柜卧式柜型空调器型空调器 1930年年 第一台以第一台以氟利昂为工质（氟利昂为工质（R-12)的的制冷机制冷机问世问世 1951年年 第一台第一台窗式空调器窗式空调器正式问世正式问世 1964年年 我国第一台我国第一台“双鹿双鹿”牌牌窗式空调器窗式空调器问世问世 80年代末年代末 我国我国电冰箱电冰箱产量占产量占全世界第一位全
6、世界第一位 90年代中年代中 我国我国空调器空调器产量占产量占全世界第一位全世界第一位第二节第二节 制冷的主要方法及分类制冷的主要方法及分类1.相变制冷蒸汽压缩，吸收式制冷，吸附式制冷相变制冷蒸汽压缩，吸收式制冷，吸附式制冷2.气体绝热膨胀制冷气体绝热膨胀制冷3.气体涡流管制冷气体涡流管制冷4.热电制冷热电制冷5.磁制冷磁制冷6.太阳能制冷太阳能制冷7.热管制冷热管制冷8.脉管制冷等等脉管制冷等等1. 主要方法分类主要方法分类蒸汽压缩以及吸收式制冷蒸汽压缩以及吸收式制冷气体绝热膨胀制冷气体绝热膨胀制冷涡流制冷涡流制冷热电制冷热电制冷2. 制冷技术的分类：制冷技术的分类：绝对温度绝对温度T（K）
7、= 摄氏温度摄氏温度t (）+ 273+ 273华氏温度华氏温度F（ ）= 1.8 摄氏温度摄氏温度t (）+ 32+ 32制冷技术一般按温度范围来划分，可分为：制冷技术一般按温度范围来划分，可分为：l120K（-153 ）以上）以上 普通制冷普通制冷l 120K20K（-153 -253 ） 深温制冷深温制冷l120K20K（-153 -253 ） 深温制冷深温制冷l 20K0.3K（-253 -273 ） 低温制冷低温制冷l 0.3K （-273 ）以下）以下 超低温制冷超低温制冷图图1-17 1-17 低温温度范围低温温度范围 第三节第三节 制冷技术应用制冷技术应用 1. 空气调节 2.
8、 人工环境 3. 食品冷冻与冷冻干燥 4. 低温生物医学技术 5. 低温电子技术 6. 机械设计 7. 红外遥感技术 8. 加工过程 9. 材料回收 10. 火箭推力系统与高能物理制冷在空调中的作用制冷在空调中的作用 (1)(1)干式冷却干式冷却 (2)(2)减湿冷却减湿冷却 (3)(3)减湿与干式冷却混合方式减湿与干式冷却混合方式 1. 1. 空气调节空气调节图图1-26 制冷与空调的关系制冷与空调的关系 制冷和空调的关系制冷和空调的关系相互相互联系又独立联系又独立用人工方法构成各种人们所希望达到的环境条件，包括用人工方法构成各种人们所希望达到的环境条件，包括地面的各种气候变化和高空宇宙及其
9、它特殊的要求。地面的各种气候变化和高空宇宙及其它特殊的要求。 2.2.人工环境人工环境与制冷有关的人工环境试验有以下几种与制冷有关的人工环境试验有以下几种 (1) (1) 低温环境试验低温环境试验 (2) (2) 湿热试验湿热试验 (3) (3) 盐雾试验盐雾试验 (4) (4) 多种气候试验多种气候试验 (5) (5) 空间模拟试验空间模拟试验 根据对食品处理方式不同，食品低温处理工艺可分根据对食品处理方式不同，食品低温处理工艺可分3 3类：类： (1) (1) 食品的冷藏与冷却食品的冷藏与冷却 (2) (2) 食品的冻结与冻藏食品的冻结与冻藏 (3) (3) 冷冻干燥冷冻干燥 3. 3.
10、食品冷冻与冷冻干燥食品冷冻与冷冻干燥低温生物学低温生物学- -研究低温对生物体产生的影响及应用的学科。研究低温对生物体产生的影响及应用的学科。 低温医学低温医学- -研究温度降低对人类生命过程的影响，研究温度降低对人类生命过程的影响，以及低温技术在人类同疾病作斗争中的应用的学科。以及低温技术在人类同疾病作斗争中的应用的学科。 低温生物医学低温生物医学- -低温生物学和低温医学的统称。低温生物学和低温医学的统称。 典型应用例子典型应用例子 (1)(1)细胞组织程序冷却的低温保存细胞组织程序冷却的低温保存(2)超快速的玻璃化低温保存方法超快速的玻璃化低温保存方法(3)利用低温器械使病灶细胞和组织低
11、温损伤利用低温器械使病灶细胞和组织低温损伤 而坏死的低温外科。而坏死的低温外科。4. 4. 低温生物医学技术低温生物医学技术微波激射器微波激射器 必须冷到液氮或液氦温度必须冷到液氮或液氦温度, ,以使放大器元素原子的以使放大器元素原子的热振荡不至于严重干扰微波的吸收与发射。热振荡不至于严重干扰微波的吸收与发射。 超导量子干涉器超导量子干涉器 即即SQUIDs,SQUIDs,被用在相当灵敏的数字式磁力计和伏安被用在相当灵敏的数字式磁力计和伏安表上。表上。在在MHDMHD系统、线性加速器和托克马克装置中，超导磁体被系统、线性加速器和托克马克装置中，超导磁体被用来产生强磁场。用来产生强磁场。5. 5
12、. 低温电子技术低温电子技术运用与超导电性有关的运用与超导电性有关的MeissnerMeissner效应效应, ,用磁场代替油或空气用磁场代替油或空气作润滑剂作润滑剂, ,可以制成无磨擦轴承。可以制成无磨擦轴承。在船用推进系统中在船用推进系统中, ,无电力损失的超导电机已获得应用。无电力损失的超导电机已获得应用。 偏差极小的超导陀螺也已经被研制出来。偏差极小的超导陀螺也已经被研制出来。时速时速500km/h500km/h的低温超导磁悬浮列车已经在日本投入试验运的低温超导磁悬浮列车已经在日本投入试验运行。行。 6. 6. 机械设计机械设计 采用红外光学镜头可以拍摄热采用红外光学镜头可以拍摄热源外
13、形，并可以对热源进行跟踪。源外形，并可以对热源进行跟踪。一些红外材料往往工作在一些红外材料往往工作在120K120K以下以下的低温下，使得热源遥感信号更为的低温下，使得热源遥感信号更为清晰，为了拍摄高灵敏度的信号往清晰，为了拍摄高灵敏度的信号往往需要更低的温度。往需要更低的温度。 一般红外卫星需要一般红外卫星需要70-120K70-120K的低温，往往通过斯特林制冷机、的低温，往往通过斯特林制冷机、脉冲管制冷机、辐射制冷器来实脉冲管制冷机、辐射制冷器来实现。现。 空间远红外观测则需要空间远红外观测则需要2K2K以下的温度，往往通过超流氦的以下的温度，往往通过超流氦的冷却技术来实现。冷却技术来实
14、现。 7. 7. 红外遥感技术红外遥感技术炼钢时氧起到某些重要的作用。炼钢时氧起到某些重要的作用。制取氨时也用到低温系统。制取氨时也用到低温系统。压力容器加工时压力容器加工时, ,将预成形的圆柱体放在冷却到液氮温度的模将预成形的圆柱体放在冷却到液氮温度的模具中具中, ,在容器中充入高压氮气在容器中充入高压氮气, ,让其扩胀让其扩胀15%,15%,然后容器被从模具然后容器被从模具中移开并恢复到室温。使用这个方法中移开并恢复到室温。使用这个方法, ,材料的屈服强度能增加材料的屈服强度能增加4 4至至5 5倍。倍。 8. 8. 加工过程加工过程目前低温技术是回收钢结构轮胎中橡胶的唯一有效的方目前低温
15、技术是回收钢结构轮胎中橡胶的唯一有效的方法，这种方法采用了低温粉碎技术。法，这种方法采用了低温粉碎技术。 利用材料在低温状态下的冷脆性能，对物料进行利用材料在低温状态下的冷脆性能，对物料进行粉粹。粉粹。 低温粉碎技术低温粉碎技术材料温度降低到一定程度，材料内部原子间距显著减小，材料温度降低到一定程度，材料内部原子间距显著减小，结合紧密的原子无退让余地，吸收外力使其变形的能力结合紧密的原子无退让余地，吸收外力使其变形的能力很差，失去弹性而显示脆性。很差，失去弹性而显示脆性。 9. 9. 材料回收材料回收所有大型的发射的飞行器均使用液氧作氧化剂。所有大型的发射的飞行器均使用液氧作氧化剂。宇宙飞船的
16、推进也使用液氧和液氢。宇宙飞船的推进也使用液氧和液氢。观察研究大型粒子加速器产生的粒子的氢泡室要用到观察研究大型粒子加速器产生的粒子的氢泡室要用到液氢。液氢。 10. 10. 火箭推力系统与高能物理火箭推力系统与高能物理 LHC-CERN27km超导磁体过冷态超流氦冷却第四节第四节 本课程的安排与要求本课程的安排与要求（一）绪论（一）绪论 2学时学时（二）蒸汽压缩式制冷原理（二）蒸汽压缩式制冷原理 4学时学时（三）电冰箱及其控制技术（三）电冰箱及其控制技术 4学时学时（四）空气调节原理（四）空气调节原理 2学时学时（五）制冷空调新技术（五）制冷空调新技术 2学时学时（六）（六） 考考 查查 2
17、学时学时 课程安排课程安排 教材教材： 顾四方等顾四方等.制冷技术基础制冷技术基础.杭州：杭州电子科技大学杭州：杭州电子科技大学. 教学参考书：教学参考书：1. 陈光明，陈国邦陈光明，陈国邦. 制冷与低温原理制冷与低温原理. 北京：机械工业出版社，北京：机械工业出版社，20002. 周远，王如竹周远，王如竹. 制冷与低温工程制冷与低温工程. 北京：中国电力出版社，北京：中国电力出版社，20033. 吴业正吴业正. 制冷原理与设备制冷原理与设备. 西安：西安交通大学出版社，西安：西安交通大学出版社，19974. 王如竹等王如竹等. 最新制冷技术最新制冷技术. 北京：科学出版社，北京：科学出版社，20025. 王如竹等王如竹等. 吸附式制冷吸附式制冷. 北京：机械工业出版社，北京：机械工业出版社，20026. 顾四方等顾四方等. 空调器维修入门空调器维修入门. 杭州：浙江科学技术出版社，杭州：浙江科学技术出版社，19987. 陈芝久等陈芝久等. 制冷装置自动化制冷装置自动化.北京：机械工业出版社，北京：机械工业出版社，2002 参考资料参考资料
