第一章制冷方法

第一章制冷方法第一頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四制冷原理及設(shè)備課程內(nèi)容

1.制冷方法2.單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)3.制冷劑4.兩級壓縮和復(fù)疊式制冷循環(huán)5.液體吸收式制冷機(jī)6.固體吸附式制冷7.熱電制冷8.制冷壓縮機(jī)9.制冷機(jī)的熱交換設(shè)備10.制冷機(jī)的其它輔助設(shè)備及管道11.小型制冷裝置12.制冷站工藝設(shè)計(jì)

一、制冷原理二、制冷設(shè)備2第二頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四緒論

*什么叫制冷？制冷作為一門科學(xué)是指用人工的方法在一定時間和一定空間內(nèi)將物體冷卻，使其溫度降到環(huán)境溫度以下，并保持這個低溫。

*制冷技術(shù)領(lǐng)域是如何劃分的？

按照制冷所得到的低溫范圍，制冷技術(shù)劃分為：

120K以上，普通制冷；I20~20K，深度制冷；20~0.3K，低溫制冷；

0.3K以下，超低溫制冷。

3第三頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四*制冷技術(shù)研究的內(nèi)容①研究獲得低溫的方法、有關(guān)機(jī)理以及與此相應(yīng)的制冷循環(huán)，并對制冷循環(huán)進(jìn)行熱力學(xué)的分析和計(jì)算；②研究制冷劑的性質(zhì)；③研究實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)所必須的各種機(jī)械和技術(shù)設(shè)備。*制冷技術(shù)的主要理論基礎(chǔ)是什么？熱力學(xué)——熱能與其它形式能量之間相互轉(zhuǎn)換的規(guī)律以及熱力系的內(nèi)、外條件對能量轉(zhuǎn)換的影響。*制冷技術(shù)的應(yīng)用①商業(yè)民用——食品冷凍冷藏和舒適性空調(diào)；②工業(yè)農(nóng)牧業(yè)——工藝性空調(diào)以及育苗、育種；③建筑業(yè)——凍土法開采土方以及隧道降溫；④科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究——模擬極端環(huán)境；⑤醫(yī)療衛(wèi)生——冷凍療法。4第四頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四*制冷工業(yè)在技術(shù)上的新進(jìn)展和面臨的挑戰(zhàn)（1）制冷領(lǐng)域的節(jié)能減排新穎高效機(jī)器設(shè)備的開發(fā)可再生能源的利用采用冷熱電三聯(lián)供的分布式能量系統(tǒng)（2）制冷劑替代（3）微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)在制冷上的應(yīng)用（4）新材料在制冷產(chǎn)品上的應(yīng)用5第五頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四第一章制冷方法制冷的方法很多，常見的有

液體汽化制冷；氣體膨脹制冷；渦流管制冷；熱電制冷。其中液體汽化制冷的應(yīng)用最為廣泛，它是利用液體汽化時的吸熱效應(yīng)而實(shí)現(xiàn)制冷的。壓縮式、吸收式、蒸氣噴射式和吸附式制冷都屬于液體汽化制冷方式。6第六頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四1.1各種制冷方法

1.1.1蒸氣壓縮式制冷

蒸氣壓縮式制冷是電力驅(qū)動的以消耗機(jī)械能作為補(bǔ)償，利用液體氣化的吸熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)制冷的。蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)主要由制冷壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器四個主要設(shè)備組成，并用管道相連接，構(gòu)成一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)。

制冷工質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)通過吸熱、放熱發(fā)生相變過程，完成將熱量自低溫?zé)嵩此屯邷責(zé)嵩吹闹匾姑?第七頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四蒸氣壓縮式制冷循環(huán)工作原理8第八頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四活塞式冷水機(jī)組9第九頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四螺桿式冷水機(jī)組10第十頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四離心式冷水機(jī)組11第十一頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四1.1.2蒸氣吸收式制冷

吸收式制冷與蒸氣壓縮式制冷一樣，都是利用液體在汽化時要吸收熱量這一物理特性來實(shí)現(xiàn)制冷的，不同的是蒸氣壓縮式制冷是以消耗機(jī)械能作為補(bǔ)償，而吸收式制冷是消耗熱能作為補(bǔ)償，完成熱量從低溫?zé)嵩崔D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩催@一過程的。與蒸氣壓縮式制冷不同，吸收式制冷的工質(zhì)是兩種沸點(diǎn)相差較大的物質(zhì)組成的二元溶液，其中沸點(diǎn)低的物質(zhì)為制冷劑，沸點(diǎn)高的物質(zhì)為吸收劑，通常稱為“工質(zhì)對”。

12第十二頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四目前常用的吸收式制冷裝置有兩種，一種是氨吸收式制冷機(jī)，工質(zhì)對是氨-水溶液，氨為制冷劑，水為吸收劑。這種制冷機(jī)的制冷溫度在1～-45℃范圍之內(nèi)，多用來制取-15℃以下的鹽水。另一種是溴化鋰吸收式制冷機(jī)，其工質(zhì)對是溴化鋰-水溶液，水為制冷劑，溴化鋰為吸收劑。溴化鋰（LiBr）是一種具有強(qiáng)烈的吸水能力的無色粒狀結(jié)晶物，其化學(xué)性質(zhì)與食鹽相似，性質(zhì)穩(wěn)定，在大氣中不會變質(zhì)分解或揮發(fā)，沸點(diǎn)為1265℃。溴化鋰吸收式制冷機(jī)的制冷溫度在0℃以上，多用來制取空調(diào)用冷水或?yàn)槠渌a(chǎn)工藝過程提供冷卻水。13第十三頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四吸收式制冷循環(huán)工作原理14第十四頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四吸收式制冷機(jī)15第十五頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四1.1.3蒸氣噴射式制冷

蒸氣噴射式制冷與蒸氣壓縮式及吸收式制冷完全相同，也是依靠液體汽化來實(shí)現(xiàn)制冷的。不同的是怎樣從蒸發(fā)器中抽取蒸氣，并提高其壓力。蒸氣噴射式制冷系統(tǒng)由噴射器、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥以及泵等組成。噴射器又由噴嘴、吸入室、擴(kuò)壓器三個部分組成。16第十六頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四蒸氣噴射式制冷工作原理17第十七頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四蒸氣噴射式制冷循環(huán)熱力過程18第十八頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四蒸氣噴射式制冷循環(huán)

熱力過程1-2：工作蒸氣在噴嘴中的等熵膨脹過程；2-4和3-4：等壓混合過程；4-5：混合蒸氣在擴(kuò)壓室等熵壓縮過程；5-6：冷凝器中冷凝過程，放熱量Qk6-7：節(jié)流過程；7-3：蒸發(fā)器中吸熱過程，制冷量Q06-9-1：加熱器中加熱氣化過程，吸熱量Qg19第十九頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四蒸氣噴射式制冷循環(huán)

熱力計(jì)算加熱器熱負(fù)荷20第二十頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四冷凝器熱負(fù)荷循環(huán)熱平衡噴射系數(shù)蒸氣噴射式制冷循環(huán)

熱力計(jì)算21第二十一頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四1.1.4吸附式制冷

吸附式制冷系統(tǒng)也是以熱能為動力的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。其原理是固體吸附劑對某種制冷劑氣體具有吸附作用，吸附能力隨吸附劑溫度的不同而不同。周期性地冷卻和加熱吸附劑，使之交替吸附和解吸。解吸時，釋放出制冷劑氣體，并使之凝為液體；吸附時，制冷劑液體蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷作用。

按吸附機(jī)理可分為物理吸附與化學(xué)吸附。22第二十二頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四23吸附式制冷的工作原理及其制冷循環(huán)的p-T-s圖

吸附器蒸發(fā)器冷凝器節(jié)流閥QKQgQoQh第二十三頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四24

1-2過程：吸附床定容加熱過程，吸收的顯熱用Qh表示。2-3過程：吸附床定壓脫附過程，點(diǎn)3表示脫附終了吸附床的狀態(tài)，解吸態(tài)吸附率用Xdil表示，脫附過程吸收的熱量用Qg表示。

2-5過程：自吸附床解吸出來的制冷劑在冷凝器中定壓冷凝過程，此過程可以認(rèn)為與2-3過程同時發(fā)生，冷凝過程放出的熱量用Qk表示。

5-6過程：冷凝液體經(jīng)節(jié)流閥降壓、降溫過程，釋放出的顯熱用Qc1表示。

6-1過程：制冷劑液體在蒸發(fā)器中定壓蒸發(fā)過程，蒸發(fā)過程吸熱量用Qo表示。

3-4過程：吸附床定容冷卻過程，冷卻吸附床帶走的熱量用Qc2表示。

4-1過程：吸附床定壓吸附過程，吸附過程中帶走的熱量用Qa表示。此過程可以認(rèn)為與6-1過程同時發(fā)生。第二十四頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四25

連續(xù)回?zé)嵫h(huán)兩個吸附器交替運(yùn)行時，其中一臺吸附器在吸附時可通過冷卻水將一部分顯熱和吸附熱傳給另一臺正在解吸的吸附器以實(shí)現(xiàn)回?zé)?，從而提高循環(huán)效率。吸附器1吸附器2蒸發(fā)器冷凝器冷卻水第二十五頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四26

1.固體吸附式制冷對工質(zhì)的要求：（1）單位體積氣化潛熱值大；（2）適當(dāng)?shù)娘柡驼羝麎?；?）熱穩(wěn)定性能良好；（4）無毒、無污染、無腐蝕；（5）不可燃。2.常用吸附工質(zhì)對：（1）物理吸附工質(zhì)對：活性炭—甲烷活性炭—氨沸石—水硅膠—水（2）化學(xué)吸附工質(zhì)對：金屬吸氫材料—?dú)渎然}—氨第二十六頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四1.1.5熱電制冷熱電制冷又稱溫差電制冷，它是利用熱電效應(yīng)(即帕爾帖效應(yīng))的一種制冷方法。熱電制冷的基本元件是電偶，由金屬電橋連接兩個電偶臂組成，一個電偶臂用P型（空穴型）半導(dǎo)體材料制作，另一個電偶臂用N型（電子型）半導(dǎo)體材料制作。當(dāng)通以直流電流I時，半導(dǎo)體內(nèi)的載流子在外電場作用下產(chǎn)生運(yùn)動。由于載流子在半導(dǎo)體內(nèi)和金屬片內(nèi)具有的勢能不一樣，勢必在金屬片與半導(dǎo)體接頭處發(fā)生能量的傳遞及轉(zhuǎn)換。27第二十七頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四P型半導(dǎo)體的載流子是空穴，金屬和N型半導(dǎo)體的載流子是電子?？昭ㄔ赑型半導(dǎo)體內(nèi)具有的勢能高于在金屬片內(nèi)的勢能，在外電場作用下，當(dāng)空穴從金屬Ⅰ流入P型電偶臂時，需要吸收能量，在結(jié)點(diǎn)a處可以觀察到吸熱效應(yīng)；當(dāng)它從P型電偶臂流入金屬Ⅲ時，則會釋放能量，在結(jié)點(diǎn)b處可以觀察到放熱效應(yīng)。

電子的運(yùn)動方向與空穴相反，電子在金屬中的勢能低于在N型半導(dǎo)體內(nèi)的勢能，同理，當(dāng)它從金屬Ⅱ流入N型電偶臂時，要吸收能量，在結(jié)點(diǎn)d處可以觀察到吸熱效應(yīng)；當(dāng)它從N型電偶臂流入金屬Ⅲ時，會釋放能量，在結(jié)點(diǎn)c處可以觀察到放熱效應(yīng)。28第二十八頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四如果將電源極性互換，則電偶的制冷端與發(fā)熱端也隨之互換。由此可見，電偶既可以作制冷器用，又可以通過改變電流的方向作熱泵使用。

熱電制冷器的結(jié)構(gòu)和機(jī)理顯然不同于液體汽化制冷，它不需要制冷工質(zhì)來實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移，每對熱電偶只需零點(diǎn)幾伏電壓，產(chǎn)生的冷量很小，所以需要將許多熱電偶聯(lián)成熱電堆后才能使用。靈活性強(qiáng)、使用方便可靠，非常適合于微型制冷領(lǐng)域或有特殊要求的用冷場合。

29第二十九頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四30

溫差電制冷熱力計(jì)算：

由熱平衡關(guān)系式：

Qh=Qo+W

系統(tǒng)制冷系數(shù)：

εo=Qo/W

系統(tǒng)熱力系數(shù)：

εh=Qh/W

=(Qo+W)/W

=1+εo

Q0PN-+Qh第三十頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四

一對電偶的制冷量是很小的，如一對φ6×L7的電偶，其制冷量僅為3.3kJ/h～4.2kJ/h。

可用串聯(lián)、并聯(lián)及串并聯(lián)的方法組成多級熱電堆，上一級熱電堆的熱端貼在下一級熱電堆的冷端，組成多級熱電堆。

多級熱電堆的結(jié)構(gòu)形式（a）串聯(lián)二級熱電堆（b）并聯(lián)二級熱電堆（c）串、并聯(lián)三級熱電堆31第三十一頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四32第三十二頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四1.1.6磁制冷*磁制冷是利用磁熱效應(yīng)的制冷方式。*什么叫磁熱效應(yīng)？固體磁性物質(zhì)，在受磁場作用磁化時，系統(tǒng)的磁有序度加強(qiáng)(磁熵減小)，對外放出熱量；將其去磁時，則磁有序度下降(磁熵增大)，要從外界吸收熱量。這種磁性離子系統(tǒng)在磁場的磁化與去磁過程中所出現(xiàn)的熱現(xiàn)象稱為磁熱效應(yīng)。*磁制冷是在順磁體絕熱去磁過程中獲得冷效應(yīng)的。33第三十三頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四*什么叫順磁體？不同的磁介質(zhì)產(chǎn)生的附加磁場情況不問，附加磁場與原磁場方向相同的磁介質(zhì)為順磁體，如鐵、錳；附加磁場與原磁場方向相反的磁介質(zhì)為抗磁體，如鉍、氫等。*磁熱效應(yīng)的熱力學(xué)解釋？設(shè)物體的磁矩為M0，物體在磁場H中磁矩增加dM時，磁場對物體作功為μ0HdM，該過程中物體吸熱dQ，內(nèi)能增加dU。則由熱力學(xué)第一定律有:dU=dQ+μ0HdM34第三十四頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四低溫磁制冷在16K以下的極低溫區(qū)，采用稀土順磁鹽材料實(shí)現(xiàn)逆卡若循環(huán)磁制冷裝置，首先需要有超導(dǎo)強(qiáng)磁體。日本川崎公司研究的轉(zhuǎn)動式磁制冷機(jī)需要的最大磁場強(qiáng)度為4.5T，制冷溫度達(dá)4.2一11.5K；制冷量為0.12W。35第三十五頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四室溫磁制冷在20K以上低溫區(qū)，采用金屬釓Gd材料實(shí)現(xiàn)高溫磁制冷

布朗用7T的磁場和金屬釓，按艾里克森循環(huán)成功地從室溫制取到-30℃的低溫。1’-2’-3’-4’-1’為逆卡若循環(huán)，制冷量甚微；1-2-3-4-1為艾里克森循環(huán)：1-2為等溫磁化；2-3為等磁場過程（溫度降低）；3-4為等溫退磁(吸熱制冷)；4-1為等磁場過程（溫度上升）。36第三十六頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四1.1.7氣體膨脹制冷制冷原理：

高壓氣體絕熱膨脹時對膨脹機(jī)作功，同時氣體的溫度降低，從而獲得低溫。制冷工質(zhì)：

與液氣化式制冷相比，空氣膨脹制冷是一種沒有相變的制冷方式，所采用的工質(zhì)主要是空氣。也可以是CO2，O2，N2，He等其它理想氣體。循環(huán)系統(tǒng)：

構(gòu)成這種理想氣體的逆向循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)型式主要有定壓循環(huán)，回?zé)岫▔貉h(huán)和定容循環(huán)。37第三十七頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四定壓循環(huán)

定壓循環(huán)由兩個等壓過程和兩個等熵過程組成，又稱為布雷頓循環(huán)。38第三十八頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四單位制冷量：單位耗功率：制冷系數(shù)：定壓循環(huán)熱力計(jì)算壓縮比：39第三十九頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四有回?zé)岬亩▔貉h(huán)

由于這種情況下透平壓縮機(jī)的入口溫度升高，在相同的工作條件下，有回?zé)岬亩▔貉h(huán)可以降低壓力比。40第四十頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四1.1.8渦流管制冷

渦流管制冷是使壓縮氣體產(chǎn)生渦流運(yùn)動并分離成冷、熱兩部分，其中冷氣流用來制冷。41第四十一頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四渦流管裝置由噴嘴、渦流室、孔板、管子和控制閥組成。渦流室將管子分為冷端、熱端兩部分?？装逶跍u流室與冷端管子之間，熱端管子出口處裝控制閥。管外為大氣，噴嘴沿渦流室切向布置。42第四十二頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四43高壓空氣經(jīng)噴嘴絕熱膨脹后，從切線方向進(jìn)入渦流室，在渦流室周邊形成自由渦流，經(jīng)過能量由內(nèi)向外交換后，分離成冷、熱量部分流體，中心部分的冷流體經(jīng)孔板輸出，邊緣部分的熱流體經(jīng)渦流管的另一端流出。高壓空氣空氣壓縮機(jī)冷氣流熱氣流孔板渦流室噴嘴第四十三頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四441234TSTATh

TTVV定容循環(huán)

循環(huán)由兩個等溫過程和兩個等容組成。又稱為斯特林循環(huán)。第四十四頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四斯特林循環(huán)熱力計(jì)算

單位制冷量：

qO=RTAlnV1/V2

單位制熱量：qK=RThlnV1/V2

熱力系數(shù)：

εh=qk/Σω

=Th/Th–

TA

45第四十五頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四1.1.9絕熱放氣制冷*制冷原理剛性容器中的高壓氣體在絕熱放氣時溫度降低(該過程又稱焦耳膨脹)，利用此效應(yīng)可以制冷。如果放氣前容器中氣體壓力足夠高，溫度又很低，那么，絕熱放氣時殘留在容器中的氣體將能夠降低到液化溫度。

利用放氣制冷而又連續(xù)工作的制冷機(jī)有G-M循環(huán)制冷機(jī)和脈管制冷機(jī)。46第四十六頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四47

與斯特林循環(huán)一樣，制冷工質(zhì)無相變過程，始終為氣態(tài)。制冷工質(zhì)一般為氦氣。旋轉(zhuǎn)閥ab浮塞高壓氣體低壓氣體1223旋轉(zhuǎn)閥逆時針旋轉(zhuǎn)50～150轉(zhuǎn)/分蓄冷器x*G-M循環(huán)制冷機(jī)G-M循環(huán)制冷機(jī)是1959年吉福特——麥克季洪提出來的。它是利用高壓氣體抽空來達(dá)到制冷目的的。第四十七頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四48旋轉(zhuǎn)閥ab浮塞高壓氣體低壓氣體1223旋轉(zhuǎn)閥逆時針旋轉(zhuǎn)50～150轉(zhuǎn)/分蓄冷器x*

狀態(tài)1：低壓氣體與管線a、b連通，空間1、2均為0，空間3最大，整個系統(tǒng)處于低壓狀態(tài)。狀態(tài)2：高壓氣體“x”點(diǎn)與管線a連通，高壓氣體進(jìn)入空間1，浮塞向下運(yùn)動，空間3減小，空間2增大，空間3的低溫氣體經(jīng)蓄冷器一部分進(jìn)入空間2，一部分進(jìn)入低壓容器（冷量留在了蓄冷器內(nèi)）第四十八頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四49旋轉(zhuǎn)閥ab浮塞高壓氣體低壓氣體1223旋轉(zhuǎn)閥逆時針旋轉(zhuǎn)50～150轉(zhuǎn)/分蓄冷器x*

狀態(tài)3：高壓氣體與管線a、b連通，空間1、2、3均為高壓氣體，浮塞停止運(yùn)動。狀態(tài)4：低壓氣體與管線a連通，浮塞向上運(yùn)動，空間2的高壓氣體經(jīng)蓄冷器進(jìn)入空間3。狀態(tài)5：低壓氣體與管線a、b連通，空間3的高壓氣體絕熱膨脹，降溫制冷，空間1、2、3壓力平衡之后，浮塞停止運(yùn)動。隨著旋轉(zhuǎn)閥的轉(zhuǎn)動，開始下一個循環(huán)。第四十九頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四50

狀態(tài)2：高壓氣體“x”點(diǎn)與管線a連通，高壓氣體進(jìn)入空間1，浮塞向

下運(yùn)動，空間3減小，空間2增大，空間3的低溫氣體經(jīng)蓄冷器一

部分進(jìn)入空間2，一部分進(jìn)入低壓容器（冷量留在了蓄冷器內(nèi)）。狀態(tài)3：高壓氣體與管線a、b連通，空間1、2、3均為高壓氣體，浮塞停

止運(yùn)動。狀態(tài)4：低壓氣體與管線a連通，浮塞向上運(yùn)動，空間2的高壓氣體經(jīng)蓄

冷器降溫進(jìn)入空間3。狀態(tài)5：低壓氣體與管線a、b連通，空間3的高壓氣體絕熱膨脹，降溫制

冷，空間1、2、3壓力平衡之后，浮塞停止運(yùn)動。隨著旋轉(zhuǎn)閥的轉(zhuǎn)動，開始下一個循環(huán)。狀態(tài)1：低壓氣體與管線a、b連通，空間1、2均為0，空間3最大，

整個系統(tǒng)處于低壓狀態(tài)。第五十頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四51

高壓氣體進(jìn)來，氣體活塞向右運(yùn)動，壓縮氣體，產(chǎn)生熱量。關(guān)閉高壓進(jìn)氣閥，打開低壓排氣閥，氣體活塞向左運(yùn)動，氣體膨脹吸熱制冷。

冷卻水熱端換熱器冷端換熱器氣體活塞回?zé)崞髑袚Q閥高壓氣體低壓氣體脈管

脈管制冷機(jī)是1963年由吉福特——麥克季洪提出來的。它是利用高壓氣體膨脹來達(dá)到制冷目的的。脈管制冷機(jī)第五十一頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四1.1.10電化學(xué)制冷制冷原理：利用化學(xué)反應(yīng)伴隨的熱效應(yīng)來制取冷量。

例如FeCl2電解液在電極上發(fā)生氧化一還原反應(yīng)時：

在負(fù)極板發(fā)生氧化反應(yīng)，放熱；在正極板上發(fā)生還原反應(yīng)，吸熱。將兩個極板各置于一個電解槽中，并用泵使電解液在兩個槽中循環(huán)，則負(fù)極板所處的槽為高溫槽；正極板所處的槽為低溫槽，產(chǎn)生制冷作用。52第五十二頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四1.1.11空調(diào)用蒸發(fā)冷卻技術(shù)蒸發(fā)冷卻是一種節(jié)能、環(huán)保的冷卻技術(shù)。使用的介質(zhì)為水和空氣，不會產(chǎn)生環(huán)境污染。1.直接蒸發(fā)冷卻以水和空氣為介質(zhì)，水在隔熱容器內(nèi)直接與未飽和空氣（稱為二次空氣）熱、質(zhì)交換時，一部分水蒸發(fā)，所吸收的熱量使空氣和水的溫度降低，產(chǎn)生冷卻效應(yīng)。2.間接蒸發(fā)冷卻將水和二次空氣直接接觸后產(chǎn)生的低溫空氣和低溫水與另一股空氣（稱為一次空氣）換熱，使其溫度降低。53第五十三頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四1.2制冷的基本熱力學(xué)原理

熱力學(xué)第一定律解決了熱能與機(jī)械能在轉(zhuǎn)換過程中能量守恒問題，熱力學(xué)第二定律解決了熱力過程中的方向問題。自然界所有的熱力過程必須符合熱力學(xué)第一定律，但符合熱力學(xué)第一定律的過程不一定都可以實(shí)現(xiàn)，只有符合熱力學(xué)第一定律又符合熱力學(xué)第二定律的熱力過程才能實(shí)現(xiàn)。54第五十四頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四55STTkTo1234

在熱力學(xué)中，把由互相交替的兩個等溫過程和兩個絕熱過程組成的正向循環(huán)，稱為卡諾循環(huán)。它是工作在一個恒溫?zé)嵩春鸵粋€恒溫冷源之間的理想熱機(jī)循環(huán)。

與卡諾循環(huán)路徑相同方向相反的循環(huán)，稱為逆卡諾循環(huán)。逆卡諾循環(huán)是可逆的理想制冷循環(huán)。逆卡諾循環(huán)第五十五頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四逆卡諾循環(huán)熱力計(jì)算1kg制冷劑從低溫?zé)嵩次崃縬0，消耗的循環(huán)凈功為Σω，向高溫?zé)嵩捶懦鰺崃縬k。

根據(jù)熱力學(xué)第一定律：qk=q0+Σω

制冷循環(huán)的制冷系數(shù)：56第五十六頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四結(jié)論

①逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)與制冷工質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)，

僅僅取決于低溫?zé)嵩吹臏囟萒o和高溫?zé)嵩吹臏?/p>

度

Tk。

②逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)與兩熱源溫度的接近程

度有關(guān)，Tk越低，To越高，制冷系數(shù)越大，制

冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性越好。57第五十七頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四熱力完善度

定義：通常將工作于相同溫度間的實(shí)際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)ε與逆卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)εo的比值，稱為該不可逆循環(huán)的熱力完善度，用η表示，即

熱力完善度用來表示實(shí)際制冷循環(huán)接近逆卡諾循環(huán)的程度，它的值愈接近1，說明實(shí)際循環(huán)的不可逆程度愈小，循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性愈好。

58第五十八頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四

η越大，說明循環(huán)越好，熱力學(xué)的不可逆損失越??；反之，η越小，則說明循環(huán)中熱力學(xué)不可逆損失越大，循環(huán)經(jīng)濟(jì)型越差。一般說來，壓縮式制冷機(jī)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)性最好；吸收式次之；熱電式最次。59第五十九頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四1.3熱泵

定義：逆卡諾循環(huán)是以耗功作為補(bǔ)償，通過工質(zhì)的循環(huán)，從低溫?zé)嵩粗形諢崃?，并向高溫?zé)嵩磁欧艧崃康摹Ｒ虼耍婵ㄖZ循環(huán)既可以制冷，也可以制熱，或者說可以同時制冷和制熱。

用來制冷的逆卡諾循環(huán)稱為制冷循環(huán)；用來制熱的逆卡諾循環(huán)稱為熱泵循環(huán)；同時用來制冷和制熱的逆卡諾循環(huán)稱為熱化制冷循環(huán)，或聯(lián)合熱機(jī)循環(huán)。60第六十頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四

1kg制冷劑從低溫?zé)嵩次崃縬0，消耗的循環(huán)凈功為Σω，向高溫?zé)嵩捶懦鰺崃縬k。

根據(jù)熱力學(xué)第一定律：qk=q0+Σω

熱泵的供熱系數(shù)：熱泵的供熱系數(shù)61第六十一頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四聯(lián)合熱機(jī)循環(huán)聯(lián)合熱機(jī)循環(huán)效率：從能量利用角度來看，它的性能系數(shù)最高，最經(jīng)濟(jì)。62第六十二頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四63

熱泵的發(fā)展歷史

熱泵理論起源于1824年卡諾循環(huán)理論。30年后，1854年開爾文提出冷凍裝置可以用于加熱之后，激發(fā)了許多科學(xué)家和工程師大量研究，這個研究一直持續(xù)了80年之久，直到二十世紀(jì)20～30年代，熱泵才取得較快的發(fā)展。在此期間，英國安裝了第一臺熱泵，1927年蘇格蘭出現(xiàn)了第一臺家用熱泵。最大容量的熱泵是1930～1931年建出現(xiàn)在美國加利福尼亞愛迪生公司的洛杉磯辦事處。日本在1930年第一次報(bào)道了熱泵的試驗(yàn)，1937年在大型建筑物里裝置了熱泵型空調(diào)系統(tǒng)。

第六十三頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四64

熱泵工業(yè)的第一個景勝時期是二十世紀(jì)50～60年代，1952年，美國生產(chǎn)約1000套熱泵，1954年翻一翻，約2000套，1957年增長了10倍，1963年發(fā)貨量增加到了6000套。

60年代電價的持續(xù)下降，再加上熱泵可靠性低、費(fèi)用高等問題而幾乎被毀滅，直到二十世紀(jì)70年代“能源危機(jī)”出現(xiàn)，又喚醒了人們對熱泵的關(guān)注。1977年美國年產(chǎn)熱泵50萬套，日本后來居上超過了50萬套。據(jù)報(bào)道，1976年，美國已有160萬臺熱泵在運(yùn)行著，1979年運(yùn)行的熱泵達(dá)到了200萬套，聯(lián)邦德國也有5000套熱泵在運(yùn)行之中。第六十四頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四65

熱泵的種類

一.1.按理論循環(huán)分：

蒸氣壓縮式熱泵；

吸收式熱泵：

噴射式熱泵；

化學(xué)熱泵。

2.按熱泵的低溫?zé)嵩捶郑?/p>

空氣源熱泵；

水源熱泵；

土壤源熱泵；

太陽能熱泵。

第六十五頁，共七十四頁，編輯于2023年，星期四6