1、主讲：郑永富 制 冷 原 理 与 技 术第一部分第一部分 制冷与空调技术基本知识制冷与空调技术基本知识 制冷就是用人工的方法制取低于周围环境的温度，并保持这个低温。一、什么是制冷：一、什么是制冷：高位容器水泵低位容器高温物体制冷机低温物体外界功外界功第一节 热力学基础知识水热量热量水 制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术二、工质与介质二、工质与介质工质：工质：就是工作的物质，在制冷技术中工质也 称为制冷剂，氟利昂R12、氟利昂R22、R134a和R600a等。介质：介质：在制冷技术中，凡是可以传递热量和冷量的物质称为介质，如空气和水。三、压力三、压力P气体压力（即压强），单位
2、是帕（帕斯卡）（Pa）压力：垂直作用于物质表面的力称为压力。压强：物体单位面积上所受到的压力称为压强。在工程上将压强称为压力。用P表示。P=F/S 制 冷 原 理 与 技 术F气体对内壁的压力，牛顿（N）S压力F的作用面积，平方米（M2）帕斯卡Pa是我国压力的法定计量单位还有公斤/厘米2(Kgf/CM2)、标准大气压、工程大气压和毫米水银柱（mmHg）它们的关系转换：1kgf/cm2=98.0665*103pa=98.0665kpa0.1MPa1atm（标准大气压）=101.325kpa=760mmHg1at(工程大气压)=1Kgf/cm2=735.6mmHg1、表压力 是用压力表测出来的压力
3、读数，用P表表示。2、绝对压力 是指容器中的气体对于容器内壁的实际压力，用 P绝表示。制 冷 原 理 与 技 术三、温度三、温度 P表=P绝B（当地大气压力）P真空度=BP绝 温度是表示物体冷热程度的物理量。1、摄氏温度（）在1个标准大气压（760mmHg）下，以水的冰点为0，沸点为100，其间分100等分，每一等分为摄氏1度，摄氏温度以符号t表示。2、热力学温度（K）在1个标准大气压（760mmHg）下，以水的冰点为273K，沸点为373K，其间也分100等分，每一等分为1K，用T表示。制 冷 原 理 与 技 术3、华氏温度 在1个标准大气压（760mmHg）下，以水的冰点为32度，沸点为2
4、12度，其间分180等分，每一等分即为华氏1度，记为1。三者关系为：F=（1.8t+32）t=(F-32)/1.8T=(273+t)kt=(T-273)四、热能物质所具有的热能即指该物质的分子所具有的动能和位能之总和，也即是内能。动能是分子无规则运动产生。热位能是由物质分子间的相对位置决定。思考：摄氏40度是多少华氏温度？是多少热力学温度？制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术五、热量热量Q是物质的热能转移多少的度量。单位：卡路里，简称为卡Cal。1Cal=4.2焦耳(J)六、比热使1公斤的某种物质温度升高（或降低）1所吸收（或放出）的热量称为该物质的比热。七、显热当物体吸热（
5、放热），仅是使物体温度升高（降低）没有改变物质的形态，那么吸收（放出）的热称为显热。制 冷 原 理 与 技 术八、潜热当物体吸热（放热），仅是使物质状态发生改变，而其温度不变，那么它所吸收或放出的热就称为潜热。九、液体汽化物质由液态转变为蒸汽的过程称为汽化。汽化的方式：蒸发和沸腾。1、蒸发：是指在任何温度下液体表面发生的汽化现象。2、沸腾：是指在一定压力下液体的温度升高到某一温度时，液体内部和四壁上涌现大量气泡，整个液体剧烈汽化，在液体表面和内部同时进行的汽化现象，相应的温度称为沸点。制 冷 原 理 与 技 术 在制冷技术中，氟里昂制冷剂在制冷系统蒸发器中所进行的汽化是沸腾过程而不是蒸发 过程
6、。习惯上称为蒸发。十、凝结与汽化相反，当蒸气在一定压力下冷却一定温度时，它就会由蒸气状态转变化为液体状态，称这一过程为凝固。电冰箱中R12在冷凝器中的变化过程就是凝固过程。制 冷 原 理 与 技 术十二、过热和过冷1、过冷水：比饱和温度低的水称为过水。2、湿蒸气：饱和水和饱和蒸气的混合物。3、干蒸汽：水全部汽化为蒸气，而温度保持100不变，此时的蒸汽。4、过热蒸汽：干蒸汽继续加热，温度超过饱和温度100，此时的蒸汽。制 冷 原 理 与 技 术w 5、过热：蒸汽压力一定，而温度高于该压力下相对应的饱和温度时就称为过热蒸汽。w 当温度一定，而压力低于该温度相对应的饱和压力时，也称为过热蒸汽。w 电
7、冰箱制冷系统中，压缩机的吸气管和排气管中流过的R12都属于过热蒸气。w 6、过冷：在压力一定时，温度低于该压力下相对应的饱和温度就称为过冷。制 冷 原 理 与 技 术十三、湿度与露点湿度：是表征空气中含有水蒸气多少的物理量，分为绝对湿度和相对湿度。绝对湿度：是指1M3湿空气中所含水蒸汽的重量，单位：Kg/m3。相对湿度：是指某湿空气中所含水蒸汽的重量与同一温度饱和空气中所含水蒸汽的重量之比，用百分数表示。=4070较为人感到舒适。露点温度：在一定压力下，降低空气的温度，空气的相对温度增大，当=100%对应的温度就称为空气的露点。制 冷 原 理 与 技 术十四、节流 在流体通道中，若流通截面积突
8、然缩小，流体流过此处时，由于局部阻力会使液体压力降低，称为节流。在制冷系统中设置节流阀（毛细管、膨胀阀）。十五、焓和熵 焓：在热力学中将工质的内能与压势能之和定义为焓，用H或I表示。单位为千卡/千克，是一个状态参数。熵：也是物质状态参数，用S表示。十六、热的传递方式热传导：热量从物体的高温部分传到低温部分。热对流：借助液体或气体的对流动动而进行的热传递。制 冷 原 理 与 技 术 对流可分为自然对流和强制对流两种。自然对流是由于温度不均匀而引起的。强制对流是由于外界因素对流的影响而形成的。直冷式电冰箱箱内的低温是箱内空气自然对流的结果；而间冷式电冰箱内的低温主要是通过强迫箱内空气对流来获得的。
9、制 冷 原 理 与 技 术w 制冷剂的压焓图制冷剂的压焓图定义定义:压焓图的结构如图下图所示。压焓图的结构如图下图所示。以压力的对数值以压力的对数值为纵坐标，以焓值为横坐标所构成。为纵坐标，以焓值为横坐标所构成。图中任一点代表制冷工质的某一状态；任一线代表图中任一点代表制冷工质的某一状态；任一线代表工质经历的一个过程；任一封闭曲线代表制冷工质工质经历的一个过程；任一封闭曲线代表制冷工质进行的一个循环。进行的一个循环。结构：由一点（临界点）、结构：由一点（临界点）、二线（饱和液体线和干二线（饱和液体线和干 饱和蒸气线）、三区（饱和蒸气线）、三区（未饱和液体区、湿饱和未饱和液体区、湿饱和 蒸汽区、
10、过热蒸汽区）、蒸汽区、过热蒸汽区）、五状态（未饱和液体、五状态（未饱和液体、饱和液体、湿饱和蒸汽饱和液体、湿饱和蒸汽 干饱和蒸汽和过热蒸汽）干饱和蒸汽和过热蒸汽）十七 压焓图 制 冷 原 理 与 技 术 以及六个等值线簇（等压力线簇、等焓线簇、等温线簇、等容线簇、等熵线簇和等干度线簇）组成。制 冷 原 理 与 技 术 这两条粗实线将图分为三个区域：饱和液这两条粗实线将图分为三个区域：饱和液体线的左边是过冷液体区，该区域内的液体线的左边是过冷液体区，该区域内的液体称为过冷液体，过冷液体的温度低于相体称为过冷液体，过冷液体的温度低于相同压力下饱和液体的温度；饱和蒸气线的同压力下饱和液体的温度；饱和
11、蒸气线的右边是过热蒸气区，该区域内的蒸气称为右边是过热蒸气区，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过热蒸气，它的温度高于同一压力下饱和蒸气的温度；两条线之间的区域为两相区，蒸气的温度；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。制冷剂在该区域内处于气，液混合状态。制 冷 原 理 与 技 术w 等压线等压线水平线水平线；w 等焓线等焓线垂直线；垂直线；w 等温线等温线液体区几乎为液体区几乎为垂直线。垂直线。两相区内，因制冷剂状态两相区内，因制冷剂状态的变化在等压，等温下进的变化在等压，等温下进行，故等温线与等压线重行，故等温线与等压线重合，是水平线。合，是水平
12、线。过热蒸气区为向右下方弯过热蒸气区为向右下方弯曲的倾斜线；曲的倾斜线；w 等熵线等熵线向右上方倾斜向右上方倾斜的实线；的实线；w 等容线等容线向右上方倾斜向右上方倾斜的虚线，比等熵线平坦；的虚线，比等熵线平坦；w 等干度线等干度线只存在于湿只存在于湿蒸气区域内，其方向大致蒸气区域内，其方向大致与饱和液体线式饱和蒸气与饱和液体线式饱和蒸气线相近，视干度大小而定。线相近，视干度大小而定。制 冷 原 理 与 技 术 制 冷 原 理 与 技 术第二部分 各种制冷方式常见制冷方法：蒸汽压缩式蒸汽压缩式 a a、液体汽化制冷液体汽化制冷:蒸汽吸收式蒸汽吸收式 蒸汽喷射式蒸汽喷射式 b b、气体膨胀制冷气
13、体膨胀制冷 蒸汽吸附式蒸汽吸附式 c c、涡流管制冷涡流管制冷d d、热电制冷热电制冷 制 冷 原 理 与 技 术一、蒸汽压缩式制冷一、蒸汽压缩式制冷 制 冷 原 理 与 技 术 制冷剂液体在蒸发器内以制冷剂液体在蒸发器内以低温与被冷却对象发生热交换，低温与被冷却对象发生热交换，吸收被冷却对象的热量并气化，吸收被冷却对象的热量并气化，产生的低压蒸汽被压缩机吸入，产生的低压蒸汽被压缩机吸入，经压缩后以高压排出。压缩机经压缩后以高压排出。压缩机排出的高压气态制冷剂进入冷排出的高压气态制冷剂进入冷凝器，被常温的冷却水或空气凝器，被常温的冷却水或空气冷却，凝结成高压液体。高压冷却，凝结成高压液体。高压
14、液体流经膨胀阀时节流，变成液体流经膨胀阀时节流，变成低压低温的气液两相混合物，低压低温的气液两相混合物，进入蒸发器，其中的液态制冷进入蒸发器，其中的液态制冷剂在蒸发器中蒸发制冷，产生剂在蒸发器中蒸发制冷，产生的低压蒸汽再次被压缩机吸入。的低压蒸汽再次被压缩机吸入。一、蒸汽压缩式制冷一、蒸汽压缩式制冷动画 制 冷 原 理 与 技 术二、蒸汽吸收式制冷（1）氨水吸收式制冷机）氨水吸收式制冷机：氨为制冷剂氨为制冷剂，水为吸收剂，水为吸收剂（2）溴化锂吸收式制冷机：）溴化锂吸收式制冷机：水为制冷剂水为制冷剂 溴化锂为吸收剂溴化锂为吸收剂吸收式制冷机和蒸气压缩是吸收式制冷机和蒸气压缩是制冷机都是利用制冷
15、剂的气制冷机都是利用制冷剂的气化潜热制取冷量的。化潜热制取冷量的。动画 制 冷 原 理 与 技 术w 蒸汽吸收式制冷系统是由发生器、冷凝器、制冷节流阀、蒸发器、吸收器、溶液节流阀、溶液热交换器和溶液泵组成。w 整个系统包括两个回路：一个是制冷剂回路，一个是溶液回路。w 系统中使用的工作流体是制冷剂和吸收剂，我们称它为吸收是制冷的工质对。吸收剂使液体，它对制冷剂有很强的吸收能力。吸收剂吸收了制冷剂气体后形成溶液。溶液加热又能放出制冷剂气体。因此，我么可以用溶液回路取代压缩机的作用，构成蒸汽吸收式制冷循环。w 在蒸汽吸收式制冷中，吸收器好比压缩机的吸入侧；发生器好比压缩机的排出侧；对发生器内溶液进
16、行加热，提供提高制冷剂蒸汽压力的能量。制 冷 原 理 与 技 术w 制冷剂回路由冷凝器、制冷剂节流阀、蒸发器组成。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。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。在吸收器中，吸收剂吸收来自蒸发器的低压制冷剂气体，形成富含制冷剂的溶液，将该溶液用泵送到发生器，经过加热是溶液中的制冷剂重新蒸发出来，送入冷凝器。另一方面，发生后的溶液重新恢复到原来的成分，经冷却、节流后成为具有吸收能力的吸收液，进入吸收器，吸收来自蒸发器的低压制冷剂蒸汽。吸收过程中伴随释放吸收热，为了保证吸收的顺利进行，需要冷却吸收液。制 冷
17、 原 理 与 技 术w 在蒸汽吸收式制冷中，吸收器好比压缩机的吸入侧；发生器好比压缩机的排出侧；对发生器内溶液进行加热，提供提高制冷剂蒸汽压力的能量。制 冷 原 理 与 技 术三、蒸汽喷射式制冷三、蒸汽喷射式制冷 其组成部件包括：其组成部件包括：喷射器、冷凝器、喷射器、冷凝器、蒸发器、截留法、蒸发器、截留法、泵。喷射器又由泵。喷射器又由喷嘴、吸入室、喷嘴、吸入室、扩压器三个部分扩压器三个部分组成。组成。动画 制 冷 原 理 与 技 术w 喷射器的吸入室与蒸发器相连；扩压器于冷凝器相连。工作过程如下：用锅炉（图中未标出）产生的高温高压工作蒸气。工作蒸气进入喷嘴。膨胀并以高速流动（流速可达1000
18、m/s以上），于是在喷嘴出口处造成很低的压力，这就为蒸发器中水在低温下汽化创造了条件。由于水汽化时需从未汽化的水中吸收潜热，因而使未汽化的水温度降低（制冷）。这部分低温水便可用于空气调节或其它生产工艺过程。蒸发器中产生的冷剂水蒸气与工作蒸气在喷嘴出口处混合，一起进入扩压器；在扩压器中由于流速降低而是压力升高；到冷凝器，被外部冷却水冷却变为液态水。液态水再由冷凝器引出，分两路：一路经过节流阀降压后送回蒸发器，继续蒸发制冷；另一路用泵提高压力送回锅炉，重新加热产生工作蒸气。制 冷 原 理 与 技 术四、热电偶式制冷w 利用某种半导体材料的热电效应（帕尔帖效应）进行制冷。利用某种半导体材料的热电效应（帕尔帖效应）进行制冷。当一个P型半导体元件和一个N型半导体元件联结成电偶时，若此电路上接上直流电源，电流通过电偶时，就会发生能量转移。电偶的一个接头(即热端)放出热量，另一个接头(即冷端)吸收热量。若电源极性接反，则冷热 端就能互相变换，原来的冷端变为热端，原来的热端变为冷端。半导体制冷的电冰箱 就是将数10个这样的 电偶串联而成，将冷 端排在一起，热端排 在一起，组成电堆。动画
