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(shí)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(gè)低溫的一門工程技術(shù)。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(dòng)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(shí)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(gè)低溫的一門工程技術(shù)。第十一頁，共六十二頁。結(jié)論： 制冷是一個(gè)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(jī)、熱泵或熱化機(jī)W（Q）QKQ0補(bǔ)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(jī)機(jī)械制冷中所需機(jī)器和設(shè)備的總合第十四頁，共六十二頁。制冷機(jī)中使用的工作介質(zhì)（半導(dǎo)體制冷除外）制冷劑（制冷工質(zhì)）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(jī)器、設(shè)備內(nèi)形成一個(gè)周而復(fù)始的流動(dòng)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(zhì)作為低溫?zé)嵩?，并從中獲取熱量將其轉(zhuǎn)移給高于環(huán)境溫度的高溫?zé)嵩?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(shí)現(xiàn)用冷凝器放出的熱量來供熱的采暖設(shè)備稱之為熱泵（也可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)供冷和供熱）。它是制冷循環(huán)的另一種應(yīng)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(shù)分為幾個(gè)領(lǐng)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(zhì)、制取低溫方法及使用的機(jī)器設(shè)備制冷技術(shù)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(shí)代冰雪的貯藏制冷技術(shù)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(shí)候，政府里有專門負(fù)責(zé)取冰、用冰的官員“凌人”。唐朝時(shí)，京城長安出現(xiàn)了專門靠冰發(fā)財(cái)?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(jié)加厚），在“冰窖”里面貯存到夏季使用?；蕦m和官僚使用、商品。 清代的官僚按品級(jí)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(shí)代（機(jī)械制冷技術(shù)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(xué)生布拉克導(dǎo)出了潛熱的概念，并發(fā)明了冰量熱器，標(biāo)志著現(xiàn)代制冷技術(shù)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(shù)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(tái)以乙醚為工質(zhì)的蒸汽壓縮式制冷機(jī)4）1844年，美國人戈里發(fā)明了第一臺(tái)制冷和空調(diào)用的空氣制冷機(jī)5）1859年，法國人卡列設(shè)計(jì)制造了第一臺(tái)氨吸收式制冷機(jī)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(tái)家用電冰箱制冷技術(shù)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(yīng)用10）1980年代以環(huán)保和能源協(xié)調(diào)發(fā)展制冷技術(shù)時(shí)代：節(jié)能、ODP，GWP：天然制冷劑或HFC制冷技術(shù)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(lǐng)域食品的冷藏鏈：易腐食品的生產(chǎn)、運(yùn)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(shè)備需要第二十六頁，共六十二頁。空調(diào)工程 空調(diào)工程是制冷技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)廣闊領(lǐng)域。光學(xué)儀器儀表、精密計(jì)量量具、紡織等生產(chǎn)車間及計(jì)算機(jī)房等，都要求對(duì)環(huán)境的溫度、濕度、潔凈度進(jìn)行不同程度的控制；體育館、大會(huì)堂

7、、賓館等公共建筑和小汽車、飛機(jī)、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(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)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(yùn)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(zhì)量、經(jīng)濟(jì)壽命與價(jià)值。這就需有各種制冷設(shè)施，如冷加工設(shè)備、冷凍冷藏庫、冷藏運(yùn)輸車或船、冷藏售貨柜臺(tái)等 第二十九頁，共六十二頁。機(jī)械與電子工業(yè)精密機(jī)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(jī)床能正常工作。對(duì)鋼進(jìn)行低溫處理可改善鋼的性能，提高鋼的硬度和強(qiáng)度，延長工件的使用壽命。多路通訊、雷達(dá)、衛(wèi)星地面站

8、等電子設(shè)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(shù)及高燒患者的冷敷降溫等也需制冷技術(shù)。 第三十一頁，共六十二頁。國防工業(yè)和現(xiàn)代科學(xué)在高寒地區(qū)使用的發(fā)動(dòng)機(jī)、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(yàn)，火箭、航天器也需要在模擬高空條件下進(jìn)行試驗(yàn)，這些都需要人工制冷技術(shù)。人工降雨也需要制冷。第三十二頁，共六十二頁。 制冷范圍進(jìn)一步擴(kuò)大 制冷方法日趨增多：脈管制冷、電化學(xué)制冷等 制冷機(jī)器、設(shè)備的種類和形式更加豐富 制冷系統(tǒng)的運(yùn)行管理采用微機(jī)管理 更注重環(huán)保、節(jié)能：臭氧空洞、全球變暖；能效標(biāo)識(shí)國家執(zhí)行能源效率標(biāo)識(shí)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(yán)禁銷售制冷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)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(jí)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(yàn) 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(huì)自動(dòng)保持在一定數(shù)值上，這時(shí)液氣兩相轉(zhuǎn)變就達(dá)到了動(dòng)平衡，此時(shí)空間氣態(tài)分子的濃度不變。這個(gè)狀態(tài)稱之為這個(gè)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(shí)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(duì)應(yīng)關(guān)系。水：飽和壓力p=1at=101325Pa時(shí)， 飽和溫度t=100飽和壓力p=0.31at=31160Pa時(shí)， 飽和溫度t=70飽和壓力p=0.0092at=934.55Pa時(shí)，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(huì)發(fā)生什么結(jié)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(shí)產(chǎn)生低溫環(huán)境）第四十頁，共六十二頁。實(shí)際應(yīng)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(jī)：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(zhì)因失去熱量而降低溫度，達(dá)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(jí)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?duì)它進(jìn)行壓縮、冷凝、繼而進(jìn)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(jí)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(zhì)流過閥門時(shí)流動(dòng)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(dòng)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(gè)特點(diǎn)： 液變汽 吸熱 過程中溫度保持不變 壓力越低，沸點(diǎn)越低 是否可以通過降低壓力，無限度的降低其沸點(diǎn)？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(yīng) 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(zhì)都有一個(gè)特定的溫度,在這個(gè)溫度以上,無論怎樣增大壓強(qiáng),氣態(tài)物質(zhì)不會(huì)液化,這個(gè)溫度就是臨界溫度。因此要使物質(zhì)液化必須先達(dá)到它的臨界溫度 第五十頁，共六十二頁。結(jié)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(gè)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(jī)：低壓汽體 壓縮升壓壓縮機(jī)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(dòng)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(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器及輔助設(shè)備，由管道將其連成一個(gè)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(jī) 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(kuò)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(dòng)力。2.特點(diǎn)： 蒸氣噴射式制冷機(jī)只用單一物質(zhì)為工質(zhì)，熱源工作蒸汽和制冷劑是同一種物質(zhì)。目前多使用水。 由于水為工質(zhì)所制取的低溫必須在0以上，故蒸氣噴射式制冷機(jī)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(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器及輔助設(shè)備，由管道將其連成一個(gè)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(chǔ)的制冷方法。利用“塞貝克”效應(yīng)的逆反應(yīng)珀?duì)柼?yīng)的原理達(dá)到制冷目的塞貝克效應(yīng)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(diǎn)的溫度不同，就會(huì)在兩接觸點(diǎn)間產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差接觸電動(dòng)勢(shì)。同時(shí)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(huì)使一個(gè)接點(diǎn)變冷，一個(gè)變熱，這稱為珀?duì)栙N效應(yīng)，亦稱溫差電現(xiàn)象第六十頁，共六十二頁。2. 熱電制冷 半導(dǎo)體制冷由P型和N型半導(dǎo)體材料、金屬片銅片