空氣調節(jié)用制冷技術

單級蒸氣壓縮式制冷的熱力學原理

什么是“制冷”?定義“制冷”就是在一定的時間和一定的空間內將某物體或流體冷卻，使其溫度降到環(huán)境溫度以下，并保持這個低溫。制冷技術是為適應人們在生活和生產中對低溫條件的需要而產生和發(fā)展起來的，是一門研究人工制冷原理、方法和如何運用制冷裝置獲得低溫的科學技術。制冷技術的應用：食品工業(yè)、空調工程、工業(yè)生產、低溫超導、建筑業(yè)、國防工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等。制冷裝置的用途光學儀器、精密計量、半導體、合成纖維等生產工藝飛機發(fā)動機、航空儀表、特殊氣候地區(qū)使用的汽車、電器設備旅館、劇院、醫(yī)院、汽車、輪船、火車等公共場所和交通工具空氣調節(jié)方面物資儲存方面

如低溫儲存和凍結儲存可以防止果品、蛋品、魚類以及農藥、血漿等的變質工業(yè)生產方面超低溫方面石油裂解、石油脫蠟、合成橡膠、合成纖維以及甲烷、乙烯等重要原料的提取等氣體的液化也和制冷密切相關金屬和合金在低溫下具有“超電導”特性利用低溫超導的強大電流，也為制造強大磁場提供了可能空氣調節(jié)方面:光學儀器、精密計量、半導體、合成纖維等生產工藝，都需要有恒溫、恒濕的空氣環(huán)境飛機發(fā)動機、航空儀表、特殊氣候地區(qū)使用的汽車、電器設備，都應在一定的溫濕度條件下進行性能試驗，為此需要建立人工氣候室旅館、劇院、醫(yī)院、汽車、輪船、火車等公共場所和交通工具，及住宅，都需要空氣調節(jié)裝置食品和物資儲存方面:如低溫儲存和凍結儲存可以防止果品、蛋品、魚類以及農藥、血漿等的變質，而糧食或其他物資的儲存也常對空氣的溫濕度有所要求。工業(yè)生產方面石油裂解、石油脫蠟、合成橡膠、合成纖維以及甲烷、乙烯等重要原料的提取等，分別要求有-120~20℃的溫度條件。氣體的液化也和制冷密切相關，氧的液化溫度為90.17K，氮的液化溫度為77.34K，而火箭燃料——液氫的液化溫度低達20.25K。低溫和超低溫方面由于金屬和合金在低溫下具有“超電導”特性所引起：

金屬鉛在低于7.26K時，電阻幾乎為0

鋅的超導轉編溫度是0.79K這樣，制造低溫超導電纜對大功率（100萬kW以上）輸電很有經濟價值。利用低溫超導的強大電流，也為制造強大磁場提供了可能。另外，宇宙空間的模擬、高真空的獲得、半導體激光、紅外線探測也都離不開低溫制冷技術實現(xiàn)制冷的兩種途徑利用天然冷源利用人造冷源天然冷源天然冷源即：用深井水或天然冷卻物冷卻物體或空間的空氣早在公元前一千年前，我國勞動人民已采用天然冰進行食品冷藏或防暑降溫：《詩經》：“二之日鑿冰沖沖，三之日納于凌陰”《左傳》：“鑒如缶，大口以盛冰，置食物于中，已御溫氣”天然能源具有價廉和不需要復雜技術設備等優(yōu)點，但是受到時間和地域的限制，不宜用來大量獲取低于0℃的溫度人造冷源人造冷源的制冷過程，必須遵循熱力學第二定律人造冷源也稱人工制冷，人們將一般制冷中所需的機器和設備的總和成為制冷機。19世紀中葉，第一臺機械制冷裝置問世，人類開始使用人造冷源，蒸氣壓縮式制冷機是目前應用最廣泛的一種制冷機。

思考：什么是熱力學第二定律？

克勞修斯表述:熱量可以自發(fā)地從高溫物體傳遞到低溫物體,但不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體什么是熱力學第一定律？即能量守恒定律

蒸汽壓縮式制冷的熱力學原理

液體氣化的過程要吸收氣化潛熱，液體壓力不同，其飽和溫度（沸點）也不同，壓力越低，飽和溫度越低。因此只要創(chuàng)造一定的低壓條件，就可以利用液體的氣化獲取所要求的低溫液體(高沸點)降壓液體(低沸點)達到沸點溫度液體氣化吸熱空氣降溫

蒸汽壓縮式制冷的熱力學原理

單級蒸氣壓縮制冷循環(huán)，是指將制冷劑經過一級壓縮從蒸發(fā)壓力到冷凝壓的循環(huán)。單級制冷機一般可用來制取-40℃以上的低溫。蒸氣壓縮式制冷的工作過程2高溫高壓氣體4低溫低壓液體1高溫低壓氣體3低溫高壓液體冷凝器蒸發(fā)器節(jié)流機構氣液分離器壓縮機理想循環(huán)壓縮機：絕熱壓縮冷凝器：等壓放熱節(jié)流器：絕熱節(jié)流蒸發(fā)器：等壓吸熱qkq0儲液器蒸氣壓縮式制冷的工作過程壓縮機：它的作用是將蒸發(fā)器中的高溫低壓制冷劑蒸氣吸入，壓縮到冷凝壓力，然后排到冷凝器。冷凝器：它的作用是將來自壓縮機的高溫高壓制冷劑蒸氣冷凝成液體。在冷凝過程中制冷劑蒸氣

放出熱量，故需要冷卻介質進行冷卻，常用的冷卻介質有水、空氣等。節(jié)流機構：低溫高壓制冷劑流經節(jié)流機構后，被節(jié)流降壓，壓力由冷凝壓力降到蒸發(fā)壓力，一部分液體被汽化。蒸發(fā)器：它的作用是使經節(jié)流閥流入的低溫低壓制冷劑液體吸熱蒸發(fā)，吸取被冷卻物的熱量后變?yōu)橹?/p>

冷劑蒸氣。思考蒸氣壓縮式制冷的理論循環(huán)與實際工作狀態(tài)會有怎樣的差別?Tips:是否有溫差?是否有摩擦蒸氣壓縮式制冷與理想循環(huán)相比壓縮機中:氣體內部和氣體與汽缸壁之間有摩擦，氣體與外部有熱交換制冷劑流經壓縮機進、排氣閥、管道、冷凝器和蒸發(fā)器等設備時，制冷劑與管壁或器壁之間的摩擦，以及與外部的熱交換實際換熱都是在有溫差情況下進行的怎么辦？用膨脹閥代替膨脹機：液體制冷劑膨脹功不大，而機件小、摩擦損失又相對比較大，為簡化制冷裝置，以及便于調節(jié)進入蒸發(fā)器的制冷劑流量，采用膨脹閥代替膨脹機怎么辦?蒸氣的壓縮在過熱區(qū)進行，而不是在濕蒸氣區(qū)內進行：

壓縮機吸入濕蒸氣，低溫濕蒸氣與熱的氣缸壁會發(fā)生強烈熱交換，與氣缸壁接觸的液珠更會迅速蒸發(fā)，占據(jù)氣缸的有效空間，使壓縮機吸收的制冷劑質量大為減少，制冷量顯著降低

過多液珠進入壓縮機氣缸后，很難立即氣化，會破壞壓縮機的潤滑，同時造成液擊，使壓縮機遭到破壞

什么是“制冷劑”?制冷劑的定義制冷劑是制冷裝置中進行循環(huán)制冷的工作物質。制冷劑在制冷機中循環(huán)流動，不斷與外界發(fā)生熱量交換。制冷劑在標準大氣壓（即101.32kPa壓力）下的飽和溫度，通常稱為沸點制冷劑的發(fā)展歷史1834年：JacobPerkins采用乙醚制造出蒸氣壓縮式制冷裝置以后，人們嘗試采用二氧化碳、氨等作為制冷劑20世紀初：一些碳氫化合物也被用作制冷劑，如乙烷、丙烷等1928年：Midgley和Henne制出氟利昂12，氟利昂族制冷劑引起制冷技術真正的革新，人類開始采用天然制冷劑步入采用合成制冷劑時代20世紀70年代：發(fā)現(xiàn)含氯或溴的合成制冷劑對大氣臭氧層有破壞作用，而且造成非常嚴重的溫室效應氟利昂氟利昂是飽和碳氫化合物鹵族衍生物的總稱，它的出現(xiàn)解決了對制冷劑有各種要求的問題大多數(shù)氟利昂本身無毒、無臭、不燃、與空氣混合遇火也不爆炸，適用于公共建筑或實驗室的空調制冷裝置。氟利昂中不含水分時，對金屬無腐蝕作用氟利昂的分類全鹵化氯氟烴（CFCs）：R11、R12等，對大氣臭氧層破壞嚴重，已于1996年被禁止使用不完全鹵化氯氟烴（HCFCs）：R22、R123等，由于氫、氯共存，對大氣

破壞減緩，禁止使用日期可延遲不完全鹵化氟烴化合物（HFCs）：R23、R125、R134a，由于不含氯原子，

對大氣臭氧無破壞作用，可以使用思考什么樣的制冷劑是好的制冷劑?制冷劑的基本要求對環(huán)境友善滿足制冷循環(huán)良好的物理化學性質來源廣，易制取制冷劑的基本要求熱力學性質工作壓力適中單位容積制冷能力大：較小壓縮機尺寸低于大氣壓，空氣易于滲入、不易排出，影響傳熱效果和耗功量冷凝壓力過高，增加制冷裝置承受的壓力，減少外滲漏臨界溫度高：便于冷卻和冷凝制冷劑在低溫狀態(tài)下的飽和壓力最好接近大氣壓力,甚至高于大氣壓力制冷劑的基本要求物理化學性質化學穩(wěn)定性好導熱系數(shù)、放熱系數(shù)高,提高換熱效率密度、黏度小,減小流動阻力具有一定吸水性,不易形成冰堵其他：無毒、不燃燒、不爆炸、溫室效應小,容易采購1、單級蒸氣壓縮制冷循環(huán)是由制冷劑的壓縮、冷凝和冷卻、節(jié)流膨脹、蒸發(fā)等四個熱力過程組成的封閉循環(huán)2、為