制冷原理及設(shè)備

主編吳業(yè)正教授主講鄭愛平教授制冷原理及設(shè)備主編吳業(yè)正教授制冷原理及設(shè)備課程內(nèi)容

1.制冷方法2.單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)3.制冷劑4.兩級(jí)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.制冷壓縮機(jī)8.熱電制冷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)備制冷原理及設(shè)備課程內(nèi)容1.制冷方法緒論

*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(shí)間和一定空間內(nèi)將某物體或流體冷卻，使其溫度降到環(huán)境溫度以下，并保持這個(gè)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。

緒論*什么叫制冷？*制冷技術(shù)研究的內(nèi)容①研究獲得低溫的方法以及與此相應(yīng)的制冷循環(huán)；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(duì)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。*制冷技術(shù)研究的內(nèi)容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(shí)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。第一章制冷方法制冷的方法很多，常見的有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(dòng)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(gè)主要設(shè)備組成，并用管道相連接，構(gòu)成一個(gè)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?.1各種制冷方法

1.1.1蒸氣壓縮式制冷蒸蒸氣壓縮式制冷循環(huán)工作原理蒸氣壓縮式制冷循環(huán)工作原理活塞式冷水機(jī)組活塞式冷水機(jī)組螺桿式冷水機(jī)組螺桿式冷水機(jī)組離心式冷水機(jī)組離心式冷水機(jī)組1.1.2液體吸收式制冷

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(shí)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(duì)”。

1.1.2液體吸收式制冷吸收式制冷與蒸氣壓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(duì)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(duì)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(huì)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。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)吸收式制冷循環(huán)工作原理吸收式制冷循環(huán)工作原理吸收式制冷機(jī)吸收式制冷機(jī)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。蒸氣噴射式制冷系統(tǒng)由噴射器、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥以及循環(huán)泵等組成。噴射器又由噴嘴、吸入室、擴(kuò)壓器三個(gè)部分組成。1.1.3蒸氣噴射式制冷蒸氣噴射式制冷與蒸氣噴射式制冷工作原理蒸氣噴射式制冷工作原理蒸氣噴射式制冷循環(huán)熱力過程蒸氣噴射式制冷循環(huán)熱力過程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Qg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蒸氣噴射式制冷循環(huán)

熱力計(jì)算加熱器熱負(fù)荷蒸氣噴射式制冷循環(huán)

熱力計(jì)算加熱器熱負(fù)荷冷凝器熱負(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1.1.4吸附式制冷

吸附式制冷系統(tǒng)也是以熱能為動(dòng)力的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。由于一定的固體吸附劑對(duì)某種制冷劑氣體具有吸附作用，周期性地冷卻和加熱吸附劑，使之交替吸附和解吸，解吸時(shí)，釋放出制冷劑氣體，并使之凝為液體；吸附時(shí)，制冷劑液體蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷作用。1.1.4吸附式制冷吸附式制冷系統(tǒng)也是以熱能為22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QKQgQoQh22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)23

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(shí)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(shí)發(fā)生。231-2過程：吸附床定容加熱過程，吸收的顯24

連續(xù)回?zé)嵫h(huán)兩個(gè)吸附器交替運(yùn)行時(shí)，其中一臺(tái)吸附器在吸附時(shí)可通過冷卻水將一部分顯熱和吸附熱傳給另一臺(tái)正在解吸的吸附器以實(shí)現(xiàn)回?zé)幔瑥亩岣哐h(huán)效率。

吸附器1吸附器2蒸發(fā)器冷凝器冷卻水24吸附器1吸附器2蒸發(fā)器冷凝器冷卻水25

1.固體吸附式制冷對(duì)工質(zhì)的要求：（1）單位體積氣化潛熱值大；（2）適當(dāng)?shù)娘柡驼羝麎海唬?）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(duì)：（1）物理吸附工質(zhì)對(duì)：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(duì)：金屬吸氫材料—?dú)渎然}—氨251.1.5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(gè)電偶臂組成，一個(gè)電偶臂用P型（空穴型）半導(dǎo)體材料制作，另一個(gè)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(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)的載流子在外電場(chǎng)作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。由于載流子在半導(dǎo)體內(nèi)和金屬片內(nèi)具有的勢(shì)能不一樣，勢(shì)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。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。空穴在P型半導(dǎo)體內(nèi)具有的勢(shì)能高于在金屬片內(nèi)的勢(shì)能，在外電場(chǎng)作用下，當(dāng)空穴從金屬Ⅰ流入P型電偶臂時(shí)，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(shí)，則會(huì)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(dòng)方向與空穴相反，電子在金屬中的勢(shì)能低于在N型半導(dǎo)體內(nèi)的勢(shì)能，同理，當(dāng)它從金屬Ⅱ流入N型電偶臂時(shí)，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(shí)，會(huì)釋放能量，在結(jié)點(diǎn)c處可以觀察到放熱效應(yīng)。P型半導(dǎo)體的載流子是空穴，金屬和N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(duì)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(chǎng)合。

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29

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

Q0PNW-+Qh29溫差電制冷熱力計(jì)算：Q0PNW-+Qh

一對(duì)電偶的制冷量是很小的，如一對(duì)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(jí)熱電堆，上一級(jí)熱電堆的熱端貼在下一級(jí)熱電堆的冷端，組成多級(jí)熱電堆。

多級(jí)熱電堆的結(jié)構(gòu)形式（a）串聯(lián)二級(jí)熱電堆（b）并聯(lián)二級(jí)熱電堆（c）串、并聯(lián)三級(jí)熱電堆一對(duì)電偶的制冷量是很小的，如一對(duì)φ6×L7的制冷方法歸納課件制冷方法歸納課件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(chǎng)作用磁化時(shí)，系統(tǒng)的磁有序度加強(qiáng)(磁熵減小)，對(duì)外放出熱量；將其去磁時(shí)，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(chǎng)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。1.1.6磁制冷*磁制冷是利用磁熱效應(yīng)的制冷方式。*什么叫順磁體？不同的磁介質(zhì)產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)情況不問，附加磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相同的磁介質(zhì)為順磁體，如鐵、錳；附加磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)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(chǎng)H中磁矩增加dM時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)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+μ0HdM*什么叫順磁體？不同的磁介質(zhì)產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)情況低溫磁制冷在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(dòng)式磁制冷機(jī)需要的最大磁場(chǎng)強(qiáng)度為4.5T，制冷溫度達(dá)4.2一11.5K；制冷量為0.12W。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)逆卡高溫磁制冷在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(chǎng)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(chǎng)過程（溫度降低）；3-4為等溫退磁(吸熱制冷)；4-1為等磁場(chǎng)過程（溫度上升）。高溫磁制冷在20K以上低溫區(qū)，采用金屬釓Gd材料實(shí)現(xiàn)高溫磁制1.1.7渦流管制冷

渦流管制冷是使壓縮氣體產(chǎn)生渦流運(yùn)動(dòng)并分離成冷、熱兩部分，其中冷氣流用來制冷。1.1.7渦流管制冷渦流管制冷是使壓縮渦流管裝置由噴嘴、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。孔板在渦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。渦流管裝置由噴嘴、渦流室、孔板、管子和控制閥組39

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39高壓空氣經(jīng)噴嘴絕熱膨脹后，從切線方向進(jìn)入渦流室，1.1.8空氣膨脹制冷制冷原理：

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

與液體汽化式制冷相比，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)。1.1.8空氣膨脹制冷制冷原理：定壓循環(huán)

定壓循環(huán)由兩個(gè)等壓過程和兩個(gè)等熵過程組成，又稱為布雷頓循環(huán)。定壓循環(huán)定壓循環(huán)由兩個(gè)等壓過程和兩個(gè)等熵過程組單位制冷量：單位耗功率：制冷系數(shù)：定壓循環(huán)熱力計(jì)算壓縮比：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：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。有回?zé)岬亩▔貉h(huán)由于這種情況下透平壓縮機(jī)的入口441234TSTATh

TTVV定容循環(huán)

循環(huán)由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)等容組成。又稱為斯特林循環(huán)。441234TSTAThTTVV定容循環(huán)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

斯特林循環(huán)熱力計(jì)算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(shí)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(shí)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)。1.1.9絕熱放氣制冷*制冷原理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(shí)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。47與斯特林循環(huán)一樣，制冷工旋轉(zhuǎn)閥ab浮塞高壓氣體低48

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(dòng)，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(dòng)。狀態(tài)4：低壓氣體與管線a連通，浮塞向上運(yùn)動(dòng)，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(dòng)。隨著旋轉(zhuǎn)閥的轉(zhuǎn)動(dòng)，開始下一個(gè)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(gè)系統(tǒng)處于低壓狀態(tài)。48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49

高壓氣體進(jìn)來，氣體活塞向右運(yùn)動(dòng)，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(dòng)，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)49高壓氣體進(jìn)來，氣體活塞向右運(yùn)動(dòng)，壓縮氣體，產(chǎn)生熱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(shí)：

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(gè)極板各置于一個(gè)電解槽中，并用泵使電解液在兩個(gè)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。1.1.10電化學(xué)制冷制冷原理：在負(fù)極板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)。1.2制冷的基本熱力學(xué)原理熱力學(xué)第52STTkTo1234

在熱力學(xué)中，把由互相交替的兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)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(gè)恒溫?zé)嵩春鸵粋€(gè)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)52STTkTo1234在熱力學(xué)中，把逆卡諾循環(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)：逆卡諾循環(huán)熱力計(jì)算1kg制冷劑從低溫結(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。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)，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。

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)

η越大，說明循環(huán)越好，熱力學(xué)的不可逆損失越小；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。η越大，說明循環(huán)越好，熱力學(xué)的不可逆損失越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諢崃浚⑾蚋邷責(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(shí)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(shí)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)。1.3熱泵定義：逆卡諾循環(huán)是以耗功作為補(bǔ)償，通過

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)1kg制冷劑從低溫?zé)嵩次崃縬0，消耗的聯(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)。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60

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(gè)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(tái)熱泵，1927年蘇格蘭出現(xiàn)了第一臺(tái)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)。

60熱泵的發(fā)展歷史

熱泵理論起源于18261

熱泵工業(yè)的第一個(gè)景勝時(shí)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(jià)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(duì)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(tái)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。61熱泵工業(yè)的第一個(gè)景勝時(shí)期是二十世紀(jì)50～662

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。

62熱泵的種類

一.1.按理論循環(huán)分：

蒸63

空氣源熱泵

以空氣作為低位熱源來吸收熱量的熱泵稱為空氣源熱泵（AirSourceHeatPump）。空氣源熱泵的主要系統(tǒng)形式是空氣-空氣熱泵和空氣-水熱泵，其中空氣-空氣熱泵在住宅、商店、學(xué)校、寫字間等小型建筑物中應(yīng)用十分廣泛。

空氣源熱泵除了像制冷機(jī)組一樣有制冷壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器以及電器控制部分之外，還增加了一個(gè)電磁換向閥和冷熱控制開關(guān)。63空氣源熱泵64空氣源熱泵的工作原理64空氣源熱泵的工作原理水源熱泵

以水作為低位熱源來吸收熱量的熱泵稱為水源熱泵（WaterSourceHeatPump），其工作原理與空氣源熱泵相同。水源熱泵以水作為低位熱源來吸收熱量的熱泵稱為水源

以土壤作為低位熱源來吸收熱量的熱泵稱為土壤源熱泵（SoilSourceHeatPump）。土壤源熱泵的工作原理與水源熱泵一樣，只是室外側(cè)換熱器的載熱介質(zhì)不是從水源中吸取熱量，而是從土壤中吸取熱量的。土壤源熱泵以土壤作為低位熱源來吸收熱量的熱泵稱為土67（三）土壤源熱泵

以土壤作為低位熱源來吸收熱量的熱泵稱為土壤源熱泵（SoilSourceHeatPump）。土壤源熱泵的主要系統(tǒng)形式是土壤-水熱泵和土壤-空氣熱泵，土壤-空氣熱泵的系統(tǒng)組成與水-空氣熱泵一樣，只是室外側(cè)換熱器的載熱介質(zhì)不是從水源中吸取熱量，而是從土壤中吸取熱量的。土壤-空氣熱泵的工作原理如圖所示。

67（三）土壤源熱泵68

土壤源熱泵系統(tǒng)包括一個(gè)土壤耦合地?zé)峤粨Q器，它或是水平地安裝在地溝中，或是以U形管狀垂直安裝在豎井之中，將各個(gè)地溝或豎井中的熱交換器并聯(lián)連接，再通過不同的集管進(jìn)入建筑物中，與建筑物內(nèi)的熱泵機(jī)組相連接。土壤耦合地?zé)峤粨Q器內(nèi)的傳熱介質(zhì)一般是水、鹽水或乙二醇。68土壤源熱泵系統(tǒng)包括一個(gè)土壤耦合地?zé)峤粨Q器，它69

太陽能熱泵

太陽能熱泵的工作原理如圖所示。我國地域遼闊，年日照時(shí)間大于2000h的地區(qū)約占全國面積的2/3。太陽能集熱器壓縮機(jī)室內(nèi)側(cè)室外側(cè)QkQoQkQo

沈陽—北京—石家莊—太原—成都—昆明一線以西和以北地區(qū)大氣透明度都在4度以上，尤其是西藏、新疆、甘肅、青海、寧夏等地區(qū)的日照率大多都在50%以上，且日照時(shí)數(shù)長而輻射強(qiáng)度高，在太陽能利用研究領(lǐng)域很有發(fā)展前途。

夏季冬季69太陽能熱泵太陽能集熱器壓縮機(jī)室內(nèi)側(cè)室外側(cè)第一章習(xí)題1.什么叫制冷？2.制冷技術(shù)領(lǐng)域是如何劃分的3.制冷的方法很多，常見的有哪些方法？4.簡述蒸氣壓縮式制冷原理及系統(tǒng)組成。第一章習(xí)題1.什么叫制冷？

謝謝大家！制冷方法歸納課件

制冷原理及設(shè)備

主編吳業(yè)正教授主講鄭愛平教授制冷原理及設(shè)備主編吳業(yè)正教授制冷原理及設(shè)備課程內(nèi)容

1.制冷方法2.單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)3.制冷劑4.兩級(jí)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.制冷壓縮機(jī)8.熱電制冷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)備制冷原理及設(shè)備課程內(nèi)容1.制冷方法緒論

*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(shí)間和一定空間內(nèi)將某物體或流體冷卻，使其溫度降到環(huán)境溫度以下，并保持這個(gè)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。

緒論*什么叫制冷？*制冷技術(shù)研究的內(nèi)容①研究獲得低溫的方法以及與此相應(yīng)的制冷循環(huán)；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(duì)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。*制冷技術(shù)研究的內(nèi)容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(shí)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。第一章制冷方法制冷的方法很多，常見的有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(dòng)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(gè)主要設(shè)備組成，并用管道相連接，構(gòu)成一個(gè)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?.1各種制冷方法

1.1.1蒸氣壓縮式制冷蒸蒸氣壓縮式制冷循環(huán)工作原理蒸氣壓縮式制冷循環(huán)工作原理活塞式冷水機(jī)組活塞式冷水機(jī)組螺桿式冷水機(jī)組螺桿式冷水機(jī)組離心式冷水機(jī)組離心式冷水機(jī)組1.1.2液體吸收式制冷

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(shí)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(duì)”。

1.1.2液體吸收式制冷吸收式制冷與蒸氣壓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(duì)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(duì)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(huì)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。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)吸收式制冷循環(huán)工作原理吸收式制冷循環(huán)工作原理吸收式制冷機(jī)吸收式制冷機(jī)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。蒸氣噴射式制冷系統(tǒng)由噴射器、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥以及循環(huán)泵等組成。噴射器又由噴嘴、吸入室、擴(kuò)壓器三個(gè)部分組成。1.1.3蒸氣噴射式制冷蒸氣噴射式制冷與蒸氣噴射式制冷工作原理蒸氣噴射式制冷工作原理蒸氣噴射式制冷循環(huán)熱力過程蒸氣噴射式制冷循環(huán)熱力過程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Qg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蒸氣噴射式制冷循環(huán)

熱力計(jì)算加熱器熱負(fù)荷蒸氣噴射式制冷循環(huán)

熱力計(jì)算加熱器熱負(fù)荷冷凝器熱負(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1.1.4吸附式制冷

吸附式制冷系統(tǒng)也是以熱能為動(dòng)力的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。由于一定的固體吸附劑對(duì)某種制冷劑氣體具有吸附作用，周期性地冷卻和加熱吸附劑，使之交替吸附和解吸，解吸時(shí)，釋放出制冷劑氣體，并使之凝為液體；吸附時(shí)，制冷劑液體蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷作用。1.1.4吸附式制冷吸附式制冷系統(tǒng)也是以熱能為93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QKQgQoQh22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)94

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(shí)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(shí)發(fā)生。231-2過程：吸附床定容加熱過程，吸收的顯95

連續(xù)回?zé)嵫h(huán)兩個(gè)吸附器交替運(yùn)行時(shí)，其中一臺(tái)吸附器在吸附時(shí)可通過冷卻水將一部分顯熱和吸附熱傳給另一臺(tái)正在解吸的吸附器以實(shí)現(xiàn)回?zé)幔瑥亩岣哐h(huán)效率。

吸附器1吸附器2蒸發(fā)器冷凝器冷卻水24吸附器1吸附器2蒸發(fā)器冷凝器冷卻水96

1.固體吸附式制冷對(duì)工質(zhì)的要求：（1）單位體積氣化潛熱值大；（2）適當(dāng)?shù)娘柡驼羝麎海唬?）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(duì)：（1）物理吸附工質(zhì)對(duì)：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(duì)：金屬吸氫材料—?dú)渎然}—氨251.1.5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(gè)電偶臂組成，一個(gè)電偶臂用P型（空穴型）半導(dǎo)體材料制作，另一個(gè)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(shí)，半導(dǎo)體內(nèi)的載流子在外電場(chǎng)作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。由于載流子在半導(dǎo)體內(nèi)和金屬片內(nèi)具有的勢(shì)能不一樣，勢(shì)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。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。空穴在P型半導(dǎo)體內(nèi)具有的勢(shì)能高于在金屬片內(nèi)的勢(shì)能，在外電場(chǎng)作用下，當(dāng)空穴從金屬Ⅰ流入P型電偶臂時(shí)，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(shí)，則會(huì)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(dòng)方向與空穴相反，電子在金屬中的勢(shì)能低于在N型半導(dǎo)體內(nèi)的勢(shì)能，同理，當(dāng)它從金屬Ⅱ流入N型電偶臂時(shí)，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(shí)，會(huì)釋放能量，在結(jié)點(diǎn)c處可以觀察到放熱效應(yīng)。P型半導(dǎo)體的載流子是空穴，金屬和N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(duì)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(chǎng)合。

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100

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

Q0PNW-+Qh29溫差電制冷熱力計(jì)算：Q0PNW-+Qh

一對(duì)電偶的制冷量是很小的，如一對(duì)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(jí)熱電堆，上一級(jí)熱電堆的熱端貼在下一級(jí)熱電堆的冷端，組成多級(jí)熱電堆。

多級(jí)熱電堆的結(jié)構(gòu)形式（a）串聯(lián)二級(jí)熱電堆（b）并聯(lián)二級(jí)熱電堆（c）串、并聯(lián)三級(jí)熱電堆一對(duì)電偶的制冷量是很小的，如一對(duì)φ6×L7的制冷方法歸納課件制冷方法歸納課件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(chǎng)作用磁化時(shí)，系統(tǒng)的磁有序度加強(qiáng)(磁熵減小)，對(duì)外放出熱量；將其去磁時(shí)，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(chǎng)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。1.1.6磁制冷*磁制冷是利用磁熱效應(yīng)的制冷方式。*什么叫順磁體？不同的磁介質(zhì)產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)情況不問，附加磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相同的磁介質(zhì)為順磁體，如鐵、錳；附加磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)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(chǎng)H中磁矩增加dM時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)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+μ0HdM*什么叫順磁體？不同的磁介質(zhì)產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)情況低溫磁制冷在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(dòng)式磁制冷機(jī)需要的最大磁場(chǎng)強(qiáng)度為4.5T，制冷溫度達(dá)4.2一11.5K；制冷量為0.12W。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)逆卡高溫磁制冷在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(chǎng)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(chǎng)過程（溫度降低）；3-4為等溫退磁(吸熱制冷)；4-1為等磁場(chǎng)過程（溫度上升）。高溫磁制冷在20K以上低溫區(qū)，采用金屬釓Gd材料實(shí)現(xiàn)高溫磁制1.1.7渦流管制冷

渦流管制冷是使壓縮氣體產(chǎn)生渦流運(yùn)動(dòng)并分離成冷、熱兩部分，其中冷氣流用來制冷。1.1.7渦流管制冷渦流管制冷是使壓縮渦流管裝置由噴嘴、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。孔板在渦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。渦流管裝置由噴嘴、渦流室、孔板、管子和控制閥組110

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39高壓空氣經(jīng)噴嘴絕熱膨脹后，從切線方向進(jìn)入渦流室，1.1.8空氣膨脹制冷制冷原理：

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

與液體汽化式制冷相比，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)。1.1.8空氣膨脹制冷制冷原理：定壓循環(huán)

定壓循環(huán)由兩個(gè)等壓過程和兩個(gè)等熵過程組成，又稱為布雷頓循環(huán)。定壓循環(huán)定壓循環(huán)由兩個(gè)等壓過程和兩個(gè)等熵過程組單位制冷量：單位耗功率：制冷系數(shù)：定壓循環(huán)熱力計(jì)算壓縮比：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：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。有回?zé)岬亩▔貉h(huán)由于這種情況下透平壓縮機(jī)的入口1151234TSTATh

TTVV定容循環(huán)

循環(huán)由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)等容組成。又稱為斯特林循環(huán)。441234TSTAThTTVV定容循環(huán)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

斯特林循環(huán)熱力計(jì)算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(shí)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(shí)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)。1.1.9絕熱放氣制冷*制冷原理118

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(shí)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。47與斯特林循環(huán)一樣，制冷工旋轉(zhuǎn)閥ab浮塞高壓氣體低119

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(dòng)，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(dòng)。狀態(tài)4：低壓氣體與管線a連通，浮塞向上運(yùn)動(dòng)，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(dòng)。隨著旋轉(zhuǎn)閥的轉(zhuǎn)動(dòng)，開始下一個(gè)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(gè)系統(tǒng)處于低壓狀態(tài)。48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120

高壓氣體進(jìn)來，氣體活塞向右運(yùn)動(dòng)，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(dòng)，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)49高壓氣體進(jìn)來，氣體活塞向右運(yùn)動(dòng)，壓縮氣體，產(chǎn)生熱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(shí)：

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(gè)極板各置于一個(gè)電解槽中，并用泵使電解液在兩個(gè)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。1.1.10電化學(xué)制冷制冷原理：在負(fù)極板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)。1.2制冷的基本熱力學(xué)原理熱力學(xué)第123STTkTo1234

在熱力學(xué)中，把由互相交替的兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)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(gè)恒溫?zé)嵩春鸵粋€(gè)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)52STTkTo1234在熱力學(xué)中，把逆卡諾循環(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)：逆卡諾循環(huán)熱力計(jì)算1kg制冷劑從低溫結(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。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)，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。

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)

η越大，說明循環(huán)越好，熱力學(xué)的不可逆損失越小；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。η越大，說明循環(huán)越好，熱力學(xué)的不可逆損失越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諢崃浚⑾蚋邷責(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(shí)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(shí)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)。1.3熱泵定義：逆卡諾循環(huán)是以耗功作為補(bǔ)償，通過

1kg制冷劑從低溫?zé)嵩次崃?/p>