制冷概念、方法、發(fā)展

1、第一頁，共六十二頁。第二頁，共六十二頁。人工制冷(人工致冷)的定義：用人為的方法在一定的時間和一定的空間內(nèi)將某物體或流體冷卻，使其溫度降到環(huán)境溫度以下并維持這個低溫的一門工程技術。第三頁，共六十二頁。區(qū)分“自然冷卻” 與“制冷” ： 自發(fā)過程與非自發(fā)過程第四頁，共六十二頁。概念區(qū)分冷卻 制冷第五頁，共六十二頁。類比熱量傳遞與水的流動自發(fā)過程與非自發(fā)過程第六頁，共六十二頁。冷卻（自發(fā)過程）第七頁，共六十二頁。水往低處流第八頁，共六十二頁。制冷（非自發(fā)過程）第九頁，共六十二頁。水泵抽水第十頁，共六十二頁。人工制冷(人工致冷)的定義：用人為的方法在一定的時間和一定的空間內(nèi)將某物體或流體冷卻，使其溫度

2、降到環(huán)境溫度以下并維持這個低溫的一門工程技術。第十一頁，共六十二頁。結論： 制冷是一個非自發(fā)的過程，需要消耗一定量的功第十二頁，共六十二頁。制冷循環(huán)的基本原理被加熱系統(tǒng)被冷卻系統(tǒng)制冷機、熱泵或熱化機W（Q）QKQ0補償能量：W（Q）能量守恒：QK=QO+W（Q）第十三頁，共六十二頁。制冷機機械制冷中所需機器和設備的總合第十四頁，共六十二頁。制冷機中使用的工作介質（半導體制冷除外）制冷劑（制冷工質）第十五頁，共六十二頁。制冷循環(huán)為了獲得持續(xù)的低溫，需要連續(xù)不斷地制冷，制冷劑也就需要連續(xù)不斷地吸熱和放熱，從而在制冷機器、設備內(nèi)形成一個周而復始的流動循環(huán)制冷循環(huán)的基本原理第十六頁，共六十二頁。第十七

3、頁，共六十二頁。熱泵循環(huán)基本原理：以環(huán)境介質作為低溫熱源，并從中獲取熱量將其轉移給高于環(huán)境溫度的高溫熱源(被加熱系統(tǒng))的循環(huán)。循環(huán)不是用來制冷，而是為了把熱量釋放給某物體或空間使之溫度升高，即實現(xiàn)用冷凝器放出的熱量來供熱的采暖設備稱之為熱泵（也可以同時實現(xiàn)供冷和供熱）。它是制冷循環(huán)的另一種應用。與制冷循環(huán)的形式和原理相同。第十八頁，共六十二頁。Qk =Q0+ P0COP: 供熱系數(shù)=Qk/P =(P+Q0 ) /P=1+節(jié)能效益顯著第十九頁，共六十二頁。按照制冷所得到的低溫范圍，制冷技術分為幾個領域：120K以上，普通制冷12020K，深度制冷200.3K，低溫制冷低溫制冷0.3K以下，超低溫

4、制冷通過120K來分界溫區(qū)體現(xiàn)在：工質、制取低溫方法及使用的機器設備制冷技術的分類“普通制冷”與“低溫制冷”的區(qū)別及聯(lián)系第二十頁，共六十二頁。天然冷時代冰雪的貯藏制冷技術的發(fā)展歷程第二十一頁，共六十二頁。早在3000多年前，聰明的中國人就已經(jīng)利用天然冰在夏天消署。周朝的時候，政府里有專門負責取冰、用冰的官員“凌人”。唐朝時，京城長安出現(xiàn)了專門靠冰發(fā)財?shù)纳倘恕?大多取自本地的河湖，冬季“打冰” （將冰面斷開成方塊，浮起后繼續(xù)凍結加厚），在“冰窖”里面貯存到夏季使用。皇宮和官僚使用、商品。 清代的官僚按品級可以配給定量的冰，地方官員每年要給京官的衙門變相行賄叫“冰敬” 。 北京市的冰窖，最后在19

5、82年還有。 第二十二頁，共六十二頁。人工制冷時代（機械制冷技術從工業(yè)革命開始）1）1755年，英國人庫侖發(fā)現(xiàn)了乙醚蒸發(fā)制冷，其學生布拉克導出了潛熱的概念，并發(fā)明了冰量熱器，標志著現(xiàn)代制冷技術的開始2）英國人布拉克發(fā)展了氣液相變和潛熱方面理論制冷技術的發(fā)展歷程第二十三頁，共六十二頁。3）1834年，美國人波爾金斯發(fā)明了第一臺以乙醚為工質的蒸汽壓縮式制冷機4）1844年，美國人戈里發(fā)明了第一臺制冷和空調(diào)用的空氣制冷機5）1859年，法國人卡列設計制造了第一臺氨吸收式制冷機6）1910年，法國人馬列斯萊蘭克發(fā)明了蒸氣噴射式制冷系統(tǒng)7）1918年，美國人考布蘭發(fā)明了第一臺家用電冰箱制冷技術的發(fā)展歷程

6、第二十四頁，共六十二頁。8）1930年代氟利昂制冷劑出現(xiàn)9）1950年代共沸制冷劑和1960年代非共沸制冷劑應用10）1980年代以環(huán)保和能源協(xié)調(diào)發(fā)展制冷技術時代：節(jié)能、ODP，GWP：天然制冷劑或HFC制冷技術的發(fā)展歷程第二十五頁，共六十二頁。1.在人民生活方面家用冰箱、空調(diào)器等2.在商業(yè)領域食品的冷藏鏈：易腐食品的生產(chǎn)、運輸和銷售3.空調(diào)行業(yè)中舒適性空調(diào)：滿足舒適需要工藝空調(diào)：滿足生產(chǎn)工藝、設備需要第二十六頁，共六十二頁?？照{(diào)工程 空調(diào)工程是制冷技術應用的一個廣闊領域。光學儀器儀表、精密計量量具、紡織等生產(chǎn)車間及計算機房等，都要求對環(huán)境的溫度、濕度、潔凈度進行不同程度的控制；體育館、大會堂

7、、賓館等公共建筑和小汽車、飛機、大型客車等交通工具也都需有舒適的空調(diào)系統(tǒng)。制冷技術在國民經(jīng)濟中的應用第二十七頁，共六十二頁。日常生活方面家用冰箱及空調(diào)等第二十八頁，共六十二頁。食品工程易腐食品從采購或捕撈、加工、貯藏、運輸?shù)戒N售的全部流通過程中，都必須保持穩(wěn)定的低溫環(huán)境，才能延長和提高食品的質量、經(jīng)濟壽命與價值。這就需有各種制冷設施，如冷加工設備、冷凍冷藏庫、冷藏運輸車或船、冷藏售貨柜臺等 第二十九頁，共六十二頁。機械與電子工業(yè)精密機床油壓系統(tǒng)利用制冷來控制油溫，可穩(wěn)定油膜剛度，使機床能正常工作。對鋼進行低溫處理可改善鋼的性能，提高鋼的硬度和強度，延長工件的使用壽命。多路通訊、雷達、衛(wèi)星地面站

8、等電子設備也都需要在低溫下工作。 第三十頁，共六十二頁。醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)血漿、疫苗及某些特殊藥品需要低溫保存。低溫麻醉、低溫手術及高燒患者的冷敷降溫等也需制冷技術。 第三十一頁，共六十二頁。國防工業(yè)和現(xiàn)代科學在高寒地區(qū)使用的發(fā)動機、汽車、坦克、大炮等常規(guī)武器的性能需要作環(huán)境模擬試驗，火箭、航天器也需要在模擬高空條件下進行試驗，這些都需要人工制冷技術。人工降雨也需要制冷。第三十二頁，共六十二頁。 制冷范圍進一步擴大 制冷方法日趨增多：脈管制冷、電化學制冷等 制冷機器、設備的種類和形式更加豐富 制冷系統(tǒng)的運行管理采用微機管理 更注重環(huán)保、節(jié)能：臭氧空洞、全球變暖；能效標識國家執(zhí)行能源效率標識管理辦法，

9、其中規(guī)定凡是能效比低于2.6的空調(diào)將嚴禁銷售制冷技術的發(fā)展趨勢第三十三頁，共六十二頁。 人工制冷方法 1. 相變制冷 2. 熱電制冷 3. 渦流管制冷 4.空氣膨脹制冷第三十四頁，共六十二頁。一：單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)的方法、原理與循環(huán)日常生活中我們都有這樣的疑問:怎樣才能制冷制熱呢?第三十五頁，共六十二頁。相變制冷方法、原理a.密閉容器試驗 飽和狀態(tài) （飽和蒸汽、飽和液體）第三十六頁，共六十二頁。飽和壓力，飽和溫度 密閉容器中的液體，在一定的溫度下，蒸氣壓力會自動保持在一定數(shù)值上，這時液氣兩相轉變就達到了動平衡，此時空間氣態(tài)分子的濃度不變。這個狀態(tài)稱之為這個液體的飽和狀態(tài)。 飽和狀態(tài)的蒸氣和

10、液體分別稱為飽和蒸氣和飽和液體。飽和狀態(tài)時蒸氣壓力稱為飽和壓力。飽和液體的溫度稱為飽和溫度。第三十七頁，共六十二頁。飽和壓力與飽和溫度是一一對應關系。水：飽和壓力p=1at=101325Pa時， 飽和溫度t=100飽和壓力p=0.31at=31160Pa時， 飽和溫度t=70飽和壓力p=0.0092at=934.55Pa時，飽和溫度t=6第三十八頁，共六十二頁。 猜想一下：蒸汽被抽走將會發(fā)生什么結果？第三十九頁，共六十二頁。平衡遭到破壞（抽走蒸氣）液體蒸發(fā)氣化降溫吸收外界熱量新的平衡（同時產(chǎn)生低溫環(huán)境）第四十頁，共六十二頁。實際應用 蒸發(fā)器：不斷抽走蒸氣使液體不斷氣化降溫吸熱 壓縮機：不斷抽取

11、蒸氣維持低溫狀態(tài)第四十一頁，共六十二頁。q 0w05421第四十二頁，共六十二頁。 利用制冷劑由液體狀態(tài)汽化為蒸氣狀態(tài)過程中吸收熱量，被冷卻介質因失去熱量而降低溫度，達到制冷的目的。 制冷劑循環(huán)利用制冷循環(huán)第四十三頁，共六十二頁。制冷原理q 0w054q K21單級蒸汽壓縮制冷循環(huán)第四十四頁，共六十二頁。制冷劑在變?yōu)檎魵庵?，需要對它進行壓縮、冷凝、繼而進行再次汽化吸熱。冷凝器：散熱使氣體不斷液化第四十五頁，共六十二頁。q 0w054q K21單級蒸汽壓縮制冷循環(huán)第四十六頁，共六十二頁。節(jié)流閥：降低壓力節(jié)流降壓的工作原理是制冷工質流過閥門時流動截面突然收縮，流體流速加快，壓力下降，壓力下降的大

12、小取決于流動截面收縮的比例。第四十七頁，共六十二頁。以沸騰過程考慮制冷劑的工作溫度范圍沸騰的幾個特點： 液變汽 吸熱 過程中溫度保持不變 壓力越低，沸點越低 是否可以通過降低壓力，無限度的降低其沸點？相 變 制 冷第四十八頁，共六十二頁。制冷劑：基本原理：液體汽化相變吸熱效應 吸熱量 = 液體汽化量 汽化潛熱 第四十九頁，共六十二頁。臨界溫度：每種物質都有一個特定的溫度,在這個溫度以上,無論怎樣增大壓強,氣態(tài)物質不會液化,這個溫度就是臨界溫度。因此要使物質液化必須先達到它的臨界溫度 第五十頁，共六十二頁。結論：極限工作溫度范圍是制冷劑的臨界溫度至凝固溫度循環(huán)形式：蒸汽壓縮式，吸收式等第五十一頁

13、，共六十二頁。具備四個基本過程：制冷劑低壓下氣化、升壓、高壓蒸汽液化、降壓第五十二頁，共六十二頁。蒸汽壓縮式制冷循環(huán)冷凝器：高壓汽體 冷卻冷凝節(jié)流閥：節(jié)流降壓蒸發(fā)器：低壓液體 汽化吸熱壓縮機：低壓汽體 壓縮升壓壓縮機節(jié)流閥冷凝器蒸發(fā)器低溫低壓汽體高溫高壓汽體 高壓 液 體低壓液 體動力和心臟第五十三頁，共六十二頁。1.1 蒸氣壓縮式制冷 系統(tǒng)組成：壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器及輔助設備，由管道將其連成一個封閉系統(tǒng) 系統(tǒng)流程圖第五十四頁，共六十二頁。1.2 蒸氣吸收式制冷 系統(tǒng)組成：發(fā)生器、吸收器取代了壓縮機 系統(tǒng)流程圖第五十五頁，共六十二頁。第五十六頁，共六十二頁。1.3 蒸氣噴射式制冷 系

14、統(tǒng)組成：噴射器（噴嘴、吸入室、擴壓器）、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥等組成 系統(tǒng)流程圖第五十七頁，共六十二頁。1.蒸氣噴射式制冷原理： 液體氣化制冷，以消耗熱能為動力。2.特點： 蒸氣噴射式制冷機只用單一物質為工質，熱源工作蒸汽和制冷劑是同一種物質。目前多使用水。 由于水為工質所制取的低溫必須在0以上，故蒸氣噴射式制冷機目前只用于空調(diào)裝置或用來制備某些工藝過程需要的冷媒水。 第五十八頁，共六十二頁。1.4 固體吸附式制冷 系統(tǒng)組成：壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器及輔助設備，由管道將其連成一個封閉系統(tǒng) 系統(tǒng)流程圖沸石水第五十九頁，共六十二頁。2. 熱電制冷 基本原理：是以溫差電現(xiàn)象為基礎的制冷方法。利用“塞貝克”效應的逆反應珀爾帖效應的原理達到制冷目的塞貝克效應就是在兩種不同金屬組成的閉合線路中，如果保持兩接觸點的溫度不同，就會在兩接觸點間產(chǎn)生一個電勢差接觸電動勢。同時閉合線路中就有電流流過，稱為溫差電流。反之，在兩種不同金屬組成的閉合線路中，若通以直流電，就會使一個接點變冷，一個變熱，這稱為珀爾貼效應，亦稱溫差電現(xiàn)象第六十頁，共六十二頁。2. 熱電制冷 半導體制冷由P型和N型半導體材料、金屬片銅片