1、制冷原理與裝置制冷原理與裝置2.1 氣體膨脹制冷歷史上第一次實現(xiàn)的氣體制冷機是以空氣歷史上第一次實現(xiàn)的氣體制冷機是以空氣作為工質(zhì)的，并且稱為空氣制冷機作為工質(zhì)的，并且稱為空氣制冷機壓縮式空氣制冷機的工作過程也是包括等壓縮式空氣制冷機的工作過程也是包括等熵壓縮，等壓冷卻，等熵膨脹及等壓吸熱熵壓縮，等壓冷卻，等熵膨脹及等壓吸熱四個過程四個過程 這與蒸汽壓縮式制冷機的四個工作過程相這與蒸汽壓縮式制冷機的四個工作過程相近，近，其區(qū)別在于工質(zhì)在循環(huán)過程中不發(fā)生其區(qū)別在于工質(zhì)在循環(huán)過程中不發(fā)生集態(tài)改變集態(tài)改變 制冷原理與裝置無回熱定壓循環(huán)氣體制冷機的流程圖無回熱定壓循環(huán)氣體制冷機的流程圖 制冷原理與裝置圖

2、2-1 定壓回熱氣體制冷機的流程圖及溫熵圖a) 系統(tǒng)流程圖 b) 循環(huán)溫熵圖A透平壓縮機 B冷卻器 C透平膨脹機 D冷箱 E回熱器制冷原理與裝置圖2-2 無回熱定壓循環(huán)氣體制冷機的流程圖及溫熵圖a) 系統(tǒng)流程圖 b) 循環(huán)溫熵圖1壓縮機 2冷卻器 3膨脹機 4冷箱制冷原理與裝置氣體膨脹制冷機用于低溫技術(shù)中。脈管制氣體膨脹制冷機用于低溫技術(shù)中。脈管制冷無低溫運動部件，是低溫制冷機的發(fā)展冷無低溫運動部件，是低溫制冷機的發(fā)展方向之一。方向之一。脈管式制冷機適于在高空中應(yīng)用，還可作脈管式制冷機適于在高空中應(yīng)用，還可作紅外器件、低溫電子器件的冷源。紅外器件、低溫電子器件的冷源。采用氮氣為工質(zhì)，可實現(xiàn)氮的

3、液化。采用氮氣為工質(zhì)，可實現(xiàn)氮的液化。液氮溫區(qū)脈管制冷機在低溫超導(dǎo)和科學實液氮溫區(qū)脈管制冷機在低溫超導(dǎo)和科學實驗中有重要應(yīng)用。驗中有重要應(yīng)用。制冷原理與裝置l4.1 吸收式制冷 吸收式制冷機是一種以熱能為主要動力的制冷機 。 蒸汽壓縮制冷循環(huán)：壓縮機（消耗機械功） 吸收式制冷循環(huán)：吸收塔，解吸器，換熱器，泵（消耗低品位熱量） 氣體制冷劑回復(fù)液體狀態(tài)氣體制冷劑回復(fù)液體狀態(tài)利用吸收或吸附方式利用吸收或吸附方式制冷劑蒸發(fā)制冷劑蒸發(fā)吸收熱量制冷吸收熱量制冷制冷原理與裝置l4.1.1 吸收式制冷工作原理 1吸收式制冷工作原理 圖4-1 吸收式和蒸汽壓縮式制冷機工作原理a）吸收式制冷機 b）蒸汽壓縮式制冷

4、機E 一蒸發(fā)器 C 一冷凝器 EV 一膨脹閥 CO 一壓縮機 G 一發(fā)生器 A 一吸收器 P 一溶液泵制冷原理與裝置l1.1.吸收式制冷吸收式制冷泵泵吸吸收收器器換熱器換熱器解解吸吸器器蒸發(fā)器蒸發(fā)器節(jié)流閥節(jié)流閥QL載冷體載冷體水水低品低品位蒸位蒸汽汽TRQR冷凝器冷凝器QH水水制冷原理與裝置1.吸收式制冷吸收式制冷制冷原理與裝置熱力系數(shù)是吸收式制冷機的效率熱力系數(shù)是吸收式制冷機的效率 gQQe2）最大熱力系數(shù) maxgQQecc 2吸收式制冷循環(huán)的熱力系數(shù)和熱力完善度吸收式制冷循環(huán)的熱力系數(shù)和熱力完善度制冷原理與裝置l4.1.2 吸收式制冷機的工質(zhì)對 4.1.2.1 吸收式制冷循環(huán)工質(zhì)的選擇要

5、求l1.吸收式制冷循環(huán)對制冷劑的選擇 要求與蒸汽壓縮式制冷基本相同，應(yīng)具有較大的單位容積制冷量，工作壓力不應(yīng)太高或太低，價廉，無毒，不爆炸和不腐蝕等性質(zhì)l2.對吸收劑的選擇應(yīng)具有如下要求 1）吸收劑應(yīng)具有強烈吸收制冷劑的能力 2）作為吸收劑和制冷劑的兩種物質(zhì)，它們的沸點希望相差越大越好。 3）吸收劑也希望具有較大的熱導(dǎo)率，較小的密度和粘度，而且應(yīng)具有較小的比熱，以提高制冷循環(huán)的工作效率。 4）在化學性質(zhì)方面與制冷劑一樣，要求無毒不燃燒不爆炸，對制冷機的金屬材料無腐蝕和具有較好的化學穩(wěn)定性。 5）吸收式制冷循環(huán)工質(zhì)對所組成的二元溶液，必須是非共沸溶液。制冷原理與裝置l4.1.2.2 吸收式制冷循

6、環(huán)工質(zhì)對 1.以水作為制冷劑的工質(zhì)對 2.以氨為制冷劑的工質(zhì)對 3.乙醇作為制冷劑的工質(zhì)對 4.以氟利昂為制冷劑的工質(zhì)對 到目前為止，實際上使用的還只限于氨-水溶液與溴化鋰-水溶液兩種 制冷原理與裝置l4.1.2.3 常用吸收式制冷循環(huán)工質(zhì)對性質(zhì) 1.溴化鋰-水溶液制冷原理與裝置溴化鋰水溶液的性質(zhì)溴化鋰水溶液的性質(zhì) 制冷原理與裝置溴化鋰水溶液的性質(zhì) 制冷原理與裝置溴化鋰水溶液的性質(zhì) 制冷原理與裝置溴化鋰水溶液的性質(zhì) 制冷原理與裝置溴化鋰水溶液的性質(zhì) 制冷原理與裝置溴化鋰水溶液的性質(zhì) 制冷原理與裝置吸收式制冷循環(huán)吸收式制冷循環(huán) 由于它是利用由于它是利用工質(zhì)對的質(zhì)量分數(shù)工質(zhì)對的質(zhì)量分數(shù)變化，完成制

7、冷劑變化，完成制冷劑的循環(huán)，因而被稱的循環(huán)，因而被稱為為吸收式制冷吸收式制冷4.1.3 吸收式制冷循環(huán)吸收式制冷循環(huán)制冷原理與裝置l4.1.3.2 溴化鋰吸收式制冷機的分類 1. 按用途分類l1）冷水機組 l2）冷熱水機組 l3）熱泵機組 2.按驅(qū)動熱源分類l1）蒸汽型 l2）直燃型 l3）熱水型 3按驅(qū)動熱源的利用方式分類l1）單效 l2）雙效 l3）多效 制冷原理與裝置l4按溶液循環(huán)流程分類 1）串聯(lián)流程，它又分為兩種，l一種是溶液先進入高壓發(fā)生器，后進入低壓發(fā)生器，最后流回吸收器；l另一種是溶液先進入低壓發(fā)生器，后進入高壓發(fā)生器，最后流回吸收器。 2）并聯(lián)流程，溶液分別同時進入高、低壓發(fā)

8、生器，然后分別流回吸收器。 3）串并聯(lián)流程，溶液分別同時進入高、低發(fā)生器，高壓發(fā)生器流出的溶液先進入低壓發(fā)生器，然后和低壓發(fā)生器的溶液一起流回吸收器。l5按機組結(jié)構(gòu)分類 1）單筒型，機組的主要換熱器（發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器）布置在一個筒體內(nèi)。 2）雙筒型，機組的主要換熱器布置在二個筒體內(nèi)。 3）三筒或多筒型，機組的主要換熱器布置在三個或多個筒體內(nèi)。制冷原理與裝置l4.1.33 溴化鋰吸收式制冷機工作過程 1.單效溴化鋰吸收式制冷機工作過程單效蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機組的應(yīng)用系統(tǒng)。單效蒸汽型溴化鋰吸收式冷水機組的應(yīng)用系統(tǒng)。熱源回路熱源回路冷卻水回路冷卻水回路冷水回路冷水回路冷劑水回路冷劑

9、水回路溶液回路溶液回路制冷原理與裝置l4.1.33 溴化鋰吸收式制冷機工作過程 1.單效溴化鋰吸收式制冷機工作過程制冷原理與裝置制冷原理與裝置 1）稀溶液的加壓和預(yù)熱過程 2）發(fā)生器中的蒸氣發(fā)生過程 3）濃溶液的冷卻與節(jié)流過程 4）吸收器中的吸收過程 （2）溴化鋰吸收式制冷機理論循環(huán)在h-圖上的表示（3）溴化鋰吸收式制冷循環(huán)過程 1）冷凝過程 2）節(jié)流過程 3）蒸發(fā)過程 制冷原理與裝置1）蒸汽型 圖4-4 雙效溴化鋰吸收式制冷機并聯(lián)系統(tǒng)流程1高壓發(fā)生器泵 2高溫換熱器 3吸收器 4蒸發(fā)器 5高壓發(fā)生器 6冷凝器 7低壓發(fā)生器 8、12引射器9冷劑水泵 10凝水換熱器 11低溫換熱器 13溶液泵

10、2.雙效溴化鋰吸收式制冷機工作過程雙效溴化鋰吸收式制冷機工作過程制冷原理與裝置l2）直燃型 制冷原理與裝置直燃型制冷原理與裝置制冷原理與裝置l單效制冷機使用能源廣泛，可以采用各種工業(yè)余熱，廢熱，也可以采用地熱、太陽能等作為驅(qū)動熱源，在能源的綜合利用和梯級利用方面有著顯著的優(yōu)勢。而且具有負荷及熱源自動跟蹤功能，確保機組處于最佳運行狀態(tài)。l單效制冷機的驅(qū)動熱源為低品位熱源，其COP在0.5-0.7. 如果業(yè)主具備高品位的熱源，應(yīng)選擇遠大直燃機或蒸汽雙效制冷機，其COP在1.31以上。制冷原理與裝置制冷原理與裝置制冷原理與裝置l4.1.3.4 溴化鋰吸收式制冷機的特點 1）以水作制冷劑，溴化鋰溶液作

11、吸收劑，因此它對人體無危害，對大氣臭氧層無破壞作用。 2）對熱源要求不高. 3）整個裝置基本上是換熱器的組合體，除泵外，沒有其他運動部件。 4）結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。 5）整個裝置處于真空狀態(tài)下運行，無爆炸危險。 6）操作簡單，維護保養(yǎng)方便，易于實現(xiàn)自動化運行。 7）能在10100范圍內(nèi)進行制冷量的自動、無級調(diào)節(jié)，而且在部分負荷時，機組的熱力系數(shù)并不明顯下降。 8）溴化鋰溶液對金屬，尤其是黑色金屬有強烈的腐蝕性，因此對金屬的密封性要求非常嚴格。 9）由于系統(tǒng)以熱能作為補償，加上溴化鋰溶液的吸收過程是放熱過程，故對外界的排熱量大。 10 ) 一般只能制取5以上的冷水，多用于空氣調(diào)節(jié)及一些生產(chǎn)工藝用

12、冷凍水。 11) 溴化鋰價格較貴，機組充灌量大，初投資較高。制冷原理與裝置l直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機組除具有上述特點外，還具有下列優(yōu)勢： 1）燃燒效率高，對大氣環(huán)境污染小。 2) 一機多能。可供夏季空調(diào)、冬季采暖，必要時也可兼顧提供生活用熱水。 3）體積小，用地少。 4）只存在一次傳熱溫差，傳熱損失小。 5）可實現(xiàn)能源消耗的季節(jié)平衡。制冷原理與裝置l4.2 蒸汽噴射式制冷 4.2.1 蒸汽噴射式制冷循環(huán)的特點 1）蒸汽噴射式制冷的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，金屬耗量少，造價低廉，運行可靠性高，使用壽命長，一般都不需備用設(shè)備。 2）制冷系統(tǒng)操作簡便，維修量少。 3）蒸汽噴射式制冷循環(huán)耗電量少，如果使用于有較

13、多工業(yè)余汽的場合，能節(jié)約能源。 4）蒸汽噴射式制冷以水作為制冷劑，并且根據(jù)需要可使制冷劑、載冷劑合為一體，或者采用開式循環(huán)形式。由于水具有汽化潛熱大，無毒等優(yōu)越性，所以系統(tǒng)安全可靠。 5）用水作為制冷劑制取低溫時受到水的凝固點的限制，為了獲得更低的蒸發(fā)溫度，正在研制以用氨、氟利昂為制冷劑的蒸汽噴射式制冷機。另外將蒸汽噴射器與活塞式制冷壓縮機、吸收式制冷機等串聯(lián)，用以作為低壓級，也能獲得較低的蒸發(fā)溫度。 6）蒸汽噴射器的加工精度要求較高，蒸汽噴射式制冷循環(huán)的工作蒸汽消耗量較大，制冷循環(huán)效率較低。這一切都限制了蒸汽噴射式制冷的實際應(yīng)用。制冷原理與裝置l4.2.2 蒸汽噴射式制冷循環(huán)基本組成和工作過

14、程 4.2.2.1 蒸汽噴射式制冷循環(huán)主要熱力設(shè)備 1鍋爐 2蒸汽噴射器 3冷凝器 4凝結(jié)水泵 5蒸發(fā)器與節(jié)流器 制冷原理與裝置l4.2.2.2 蒸汽噴射式制冷循環(huán)工作過程制冷原理與裝置制冷原理與裝置圖4-6 蒸汽噴射式制冷系統(tǒng)1噴射器（噴嘴 b擴壓器 c吸入室） 2冷凝器 3蒸發(fā)器 4節(jié)流閥 5 、6泵制冷原理與裝置圖4-7 蒸汽噴射式制冷機理論工作循環(huán)的溫熵圖制冷原理與裝置l4.3 吸附式制冷 吸附制冷系統(tǒng)是以熱能為動力的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。 其道理是：一定的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，使之交替吸附和解析。解析時，釋放出制

15、冷劑氣體，并使之凝為液體； 吸附時，制冷級液體蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷作用. 圖4-8 吸附式制冷系統(tǒng)原理1吸附劑容器 2、5單向閥 3冷凝器 4貯液器制冷原理與裝置圖4-9 沸石太陽能制冷系統(tǒng)原理圖a ）白天脫附 b ）夜間吸附1沸石密封盒 2冷凝器 3貯水箱（蒸發(fā)器）制冷原理與裝置制冷原理與裝置l吸附式制冷系統(tǒng)的特點是： 具有不耗電、無任何運動部件、系統(tǒng)簡單、沒有噪聲、無污染、不需維修、壽命長、安全可靠、投資回收期短、對大氣臭氧層無破壞作用等一系列優(yōu)點。 另外，還可利用吸附劑吸附吸附質(zhì)時所放出的吸附熱，提供家庭用熱水和冬季采暖用熱源。 缺點是循環(huán)屬于間歇性的，熱力狀態(tài)不斷地發(fā)生變化，難以實現(xiàn)自動化運

16、行；對能量的貯存也較困難，特別是太陽能吸附式制冷系統(tǒng)，太陽能的波動會進一步影響到系統(tǒng)的循環(huán)特性。制冷原理與裝置l4.4 熱電制冷 熱電制冷具有其顯著特點：l不用制冷劑 l無機械傳動部分l冷卻速度和制冷溫可任意調(diào)節(jié)l可將冷熱端互換l體積和功率都可做得很小l方便的可逆操作l可做成家用冰箱，或小型低溫冰箱l可制成低溫醫(yī)療器具l可對儀器進行冷卻 l可做成零點儀制冷原理與裝置l4.4.1 熱電效應(yīng)l熱電制冷的理論基礎(chǔ)是固體的熱電效應(yīng)，在無外磁場存在時，它包括五個效應(yīng)，導(dǎo)熱、焦耳熱損失、西伯克(Seebeck)效應(yīng)、帕爾帖(Peltire)效應(yīng)和湯姆遜(Thomson)效應(yīng)。熱電制冷又稱作溫差電制冷，或半

17、導(dǎo)體制冷 .制冷原理與裝置單級熱電堆單級熱電堆 制冷原理與裝置圖4-11 單級熱電堆 將數(shù)十個乃至數(shù)百個熱電電偶串聯(lián)，將冷端排在一起，熱端排在一起，組成熱電堆，稱單級熱電堆，借助熱交換器等各種傳熱手段，使熱電堆的熱端不斷散熱并且保持一定的溫度，把熱電堆的冷端放到被冷卻系統(tǒng)中去吸熱降溫，這就是單級熱電堆式半導(dǎo)體制冷器熱的工作原理。4.4.2 熱電制冷工作原理熱電制冷工作原理制冷原理與裝置圖4-12 多級熱電堆式半導(dǎo)體制冷器原理圖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 為了獲得更低的溫度或更大的溫差可采用多級熱電堆式半導(dǎo)體制冷。它是由單級熱電聯(lián)結(jié)而成。聯(lián)結(jié)的方式有串聯(lián)

18、、并聯(lián)及串并聯(lián)。其中二級、三級熱電堆式半導(dǎo)體制冷最為常見 制冷原理與裝置l4.5 空氣膨脹制冷歷史上第一次實現(xiàn)的氣體制冷機是以空氣歷史上第一次實現(xiàn)的氣體制冷機是以空氣作為工質(zhì)的，并且稱為空氣制冷機作為工質(zhì)的，并且稱為空氣制冷機壓縮式空氣制冷機的工作過程也是包括壓縮式空氣制冷機的工作過程也是包括等等熵壓縮，等壓冷卻，等熵膨脹熵壓縮，等壓冷卻，等熵膨脹及及等壓吸熱等壓吸熱四個過程四個過程 這與蒸汽壓縮式制冷機的四個工作過程相這與蒸汽壓縮式制冷機的四個工作過程相近，其區(qū)別在于工質(zhì)在循環(huán)過程中不發(fā)生近，其區(qū)別在于工質(zhì)在循環(huán)過程中不發(fā)生集態(tài)改變集態(tài)改變 制冷原理與裝置l4.6 渦流管制冷 渦流管制冷器是一種結(jié)構(gòu)簡單的制冷裝置，渦流冷卻效應(yīng)的實質(zhì)是利用人工方法產(chǎn)生漩渦，使氣流分為冷熱兩部分。利用分離出來的冷氣流即可制冷 .圖 渦流管制冷裝置1噴嘴 2孔板 3渦流室 4控制閥制冷原理與裝置4.6 渦流管制冷渦流管制冷渦流管制冷裝置渦流管制冷裝置 制冷原理與裝置制冷原理與裝置圖4-16 帶回熱器的渦流管冰箱系統(tǒng)1干燥器 2冷（冰）箱 3渦流管 4噴射器 5回熱器為了提高渦流管制冷效率，可在系統(tǒng)中增加回熱器、干燥器、噴射器等設(shè)備