市場(chǎng)部制冷原理培訓(xùn)講義.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除 市場(chǎng)部制冷原理培訓(xùn)講義1 制冷方法概述制冷技術(shù)是為適應(yīng)人們對(duì)低溫條件的需要而產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。制冷作為一門(mén)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。這里所說(shuō)的冷是相對(duì)于環(huán)境而言的。灼熱的鐵放在空氣中，通過(guò)輻射和對(duì)流向環(huán)境傳熱，逐漸冷卻到環(huán)境溫度。它是自發(fā)的傳熱降溫，屬于自然冷卻，不是制冷。制冷就是從物體或流體中取出熱量，并將熱量排放到環(huán)境介質(zhì)中去，以產(chǎn)生低于環(huán)境溫度的過(guò)程。機(jī)械制冷中所需機(jī)器和設(shè)備的總合稱(chēng)為制冷機(jī)。制冷機(jī)中使用的工作介質(zhì)稱(chēng)為制冷劑。制冷劑在制冷機(jī)中循環(huán)流動(dòng)，同時(shí)與外界發(fā)生能量交換，即不斷地從被冷卻對(duì)象中吸取熱量，向環(huán)境排放熱量。制冷劑一系列狀態(tài)變化過(guò)程的綜合為制冷循環(huán)。為了實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)，必須消耗能量。所消耗能量的形式可以是機(jī)械能、電能、熱能、太陽(yáng)能或其它可能的形式.制冷技術(shù)的研究?jī)?nèi)容可以概括為以下三方面：研究獲得低溫的方法和有關(guān)的機(jī)理以及與此相應(yīng)的制冷循環(huán)，并對(duì)制冷循環(huán)進(jìn)行熱力學(xué)的分析和計(jì)算。研究制冷劑的性質(zhì)，從而為制冷機(jī)提供性能滿意的工作介質(zhì)。機(jī)械制冷要通過(guò)制冷劑熱力狀態(tài)的變化才能實(shí)現(xiàn)。所以，制冷劑的熱物理性質(zhì)是進(jìn)行循環(huán)分析和計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。此外，為了使制冷劑能實(shí)際應(yīng)用，還必須掌握它們的一般物理化學(xué)性質(zhì)。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，包括它們的工作原理、性能分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及制冷裝置的流程組織、系統(tǒng)配套設(shè)計(jì)。此外，還有熱絕緣問(wèn)題，制冷裝置的自動(dòng)化問(wèn)題，等等。2物質(zhì)相變制冷物質(zhì)有三種集態(tài)氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)。物質(zhì)集態(tài)的改變稱(chēng)之為相變。相變過(guò)程中，由于物質(zhì)分子的重新排列和分子熱運(yùn)動(dòng)速度的改變，會(huì)吸收或放出熱量。這種熱量稱(chēng)作潛熱。物質(zhì)發(fā)生從質(zhì)密態(tài)到質(zhì)稀態(tài)的相變是將吸收潛熱；反之，當(dāng)它發(fā)生有質(zhì)稀態(tài)向質(zhì)密態(tài)的相變時(shí)，則放出潛熱。物質(zhì)相變制冷是利用液體在低溫下的蒸發(fā)過(guò)程及固體在低溫下的熔化或升華過(guò)程向被冷卻物體吸收熱量-即制冷量。因此，相變制冷分為液體氣化制冷與固體熔化與升華制冷，由于液體自身具有流動(dòng)性，液體氣化制冷是廣泛應(yīng)用的。液體汽化成蒸氣的過(guò)程吸收熱量，從而達(dá)到制冷的目的，為了使其連續(xù)不斷地工作，成為一個(gè)循環(huán)，便必須使制冷劑在低壓下蒸發(fā)汽化、蒸氣升壓、高壓氣體液化和高壓液體降壓。蒸氣壓縮式制冷、吸收式制冷、蒸氣噴射式和吸附式制冷都具備上述四個(gè)基本過(guò)程，屬于液體汽化制冷。液體蒸發(fā)制冷液體氣化形成蒸汽，利用該過(guò)程的吸熱效應(yīng)制冷的方法稱(chēng)液體蒸發(fā)制冷。當(dāng)液體處在密閉的容器內(nèi)時(shí)，若容器內(nèi)除了液體和液體本身的蒸汽外不含任何其它氣體，那么液體和蒸氣在某一壓力下將達(dá)到平衡。這種狀態(tài)稱(chēng)飽和狀態(tài)。如果將一部分飽和蒸汽從容器中抽出，液體就必然要再氣化出一部分蒸汽來(lái)維持平衡。我們以該液體為制冷劑，制冷劑液體氣化時(shí)要吸收氣化潛熱，該熱量來(lái)自被冷卻對(duì)象，只要液體的蒸發(fā)溫度比環(huán)境溫度低，便可使被冷卻對(duì)象變冷或者使它維持在環(huán)境溫度下的某一低溫。為了使上述過(guò)程得以連續(xù)進(jìn)行，必須不斷地從容器中抽走制冷劑蒸汽，再不斷地將其液體補(bǔ)充進(jìn)去。通過(guò)一定的方法將蒸汽抽出，再令其凝結(jié)為液體后返回到容器中，就能滿足這一要求。為使制冷劑蒸氣的冷凝過(guò)程可以在常溫下實(shí)現(xiàn)，需要將制冷劑蒸氣的壓力提高到常溫下的飽和壓力，這樣，制冷劑將在低溫低壓下蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷效應(yīng)；又在常溫和高壓下凝結(jié)向環(huán)境溫度的介質(zhì)排放熱量。凝結(jié)后的制冷劑液體由于壓力較高，返回容器之前需要先降低壓力。由此可見(jiàn)，液體蒸發(fā)制冷循環(huán)必須具備以下四個(gè)基本過(guò)程：制冷劑液體在低壓下氣化產(chǎn)生低壓蒸汽，將低壓蒸汽抽出并提高壓力變成高壓氣。將高壓氣冷凝為高壓液體，高壓液體再降低壓力回到初始的低壓狀態(tài)。其中將低壓蒸汽提高壓力需要能量補(bǔ)償。單級(jí)蒸氣壓縮制冷循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)，冷凝器，膨脹閥和蒸發(fā)器組成。其工作過(guò)程如下:制冷劑在壓力溫度下沸騰，低于被冷卻物體或流體的溫度。壓縮機(jī)不斷地抽吸蒸發(fā)器中產(chǎn)生的蒸氣，并將它壓縮到冷凝壓力，然后送往冷凝器，在壓力下等壓冷卻和冷凝成液體，制冷劑冷卻和冷凝時(shí)放出的熱量傳給冷卻介質(zhì)(通常是水或空氣)，與冷凝壓力相對(duì)應(yīng)的冷凝溫度一定要高于冷卻介質(zhì)的溫度，冷凝后的液體通過(guò)膨脹閥或其他節(jié)流元件進(jìn)入蒸發(fā)器。在實(shí)際的制冷循環(huán)中，與理論循環(huán)是有差別的，例如:理論循環(huán)中沒(méi)有考慮到制冷劑液體過(guò)冷和蒸氣過(guò)熱的影響;也沒(méi)有考慮冷凝器蒸發(fā)器和連接各設(shè)備的管道中因制冷的流動(dòng)而產(chǎn)生的壓降;壓縮機(jī)的實(shí)際過(guò)程也并非是等熵過(guò)程;系統(tǒng)中存在著不凝性氣體等。3蒸氣單級(jí)理論循環(huán)單級(jí)蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)如下圖1所示。它由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器組成。其工作過(guò)程如下：制冷劑在蒸發(fā)壓力下沸騰， 蒸發(fā)溫度低于被冷卻物體或流體的溫度。壓縮機(jī)不斷地抽吸蒸發(fā)器中產(chǎn)生的蒸氣，并將它壓縮到冷凝壓力， 然后送往冷凝器，在冷凝壓力下等壓冷卻和冷凝成液體，制冷劑冷卻和冷凝時(shí)放出的熱量傳給冷卻介質(zhì)（通常是水或空氣） 與冷凝壓力相對(duì)應(yīng)的冷凝溫度一定要高于冷卻介質(zhì)的溫度，冷凝后的液體通過(guò)膨脹閥或其它節(jié)流元件進(jìn)入蒸發(fā)器。 當(dāng)制冷劑通過(guò)膨脹閥時(shí)，壓力從冷凝壓力降到蒸發(fā)壓力，部分液體氣化，剩余液體的溫度降至蒸發(fā)溫度，于是離開(kāi)膨脹閥的制冷劑變成溫度為蒸發(fā)溫度的兩相混合物。 混合物中的液體在蒸發(fā)器中蒸發(fā)，從被冷卻物體中吸取它所需要的氣化潛熱?；旌衔镏械恼魵馔ǔ７Q(chēng)為閃發(fā)蒸氣，在它被壓縮機(jī)重新吸入之前幾乎不再起吸熱作用 。 在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，壓縮機(jī)起著壓縮和輸送制冷劑蒸氣并造成蒸發(fā)器中低壓力、冷凝器中高壓力的作用，是整個(gè)系統(tǒng)的心臟； 節(jié)流閥對(duì)制冷劑起節(jié)流降壓作用并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量；蒸發(fā)器是輸出冷量的設(shè)備，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻物體的熱量，從而達(dá)到制取冷量的目的； 冷凝器是輸出熱量的設(shè)備，從蒸發(fā)器中吸取的熱量連同壓縮機(jī)消耗的功所轉(zhuǎn)化的熱量的冷凝器中被冷卻介質(zhì)帶走。根據(jù)熱力學(xué)第二定律， 壓縮機(jī)所消耗的功（電能）起了補(bǔ)償作用，使制冷劑不斷從低溫物體中吸熱，并向高溫物體放熱，從而完整個(gè)制冷循環(huán)。 各部件的作用 壓縮機(jī): 壓縮和輸送制冷蒸汽，并造成蒸發(fā)器中低壓、冷凝器中高壓，是整個(gè)系統(tǒng)的心臟。冷凝器: 是輸出熱量的設(shè)備，將制冷劑在蒸發(fā)器中吸收的熱量和壓縮機(jī)消耗功所轉(zhuǎn)化的熱量排放給冷卻介質(zhì)。節(jié)流閥: 對(duì)制冷劑起節(jié)流降壓作用，并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量。蒸發(fā)器: 是輸出冷量的設(shè)備，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻對(duì)象的熱量，從而達(dá)到制冷的目的。 壓焓圖： 壓焓圖的結(jié)構(gòu)如下圖2所示。以絕對(duì)壓力為縱坐標(biāo)（為了縮小圖的尺寸，提高低壓區(qū)域的精度， 通?？v坐標(biāo)取對(duì)數(shù)坐標(biāo)），以焓值為橫坐標(biāo)。 圖中臨界點(diǎn)K左邊的粗實(shí)線為飽和液體線，線上的任何一點(diǎn)代表一個(gè)飽和液體狀態(tài)，干度 x=0。 右邊的粗實(shí)線為飽和蒸氣線，線上任何一點(diǎn)代表一個(gè)飽和蒸氣狀態(tài)，干度 x=1。這兩條粗實(shí)線將圖分 為三個(gè)區(qū)域：飽和液體線的左邊為過(guò)冷液體，過(guò)冷液體的溫度低于相同壓力下飽和液體的溫度；飽和蒸氣線的 右邊是過(guò)熱蒸氣區(qū)，該區(qū)域內(nèi)的蒸氣稱(chēng)為過(guò)熱蒸氣，它的溫度高于同一壓力下飽和蒸氣的溫度； 兩條線之間的區(qū)域?yàn)閮上鄥^(qū)，制冷劑在該區(qū)域內(nèi)處于氣、液混合狀態(tài)（濕蒸氣狀態(tài)）。圖中共有 六種等參數(shù)線簇：等壓線-水平線；等焓線-垂直線；等溫線-液體區(qū)幾乎為垂直線。兩相區(qū)內(nèi)，因制冷劑狀態(tài)的變化是在等壓、等溫下進(jìn)行，故等 溫線與等壓線重合，是水平線。過(guò)熱蒸氣區(qū)為向右下方彎曲的傾斜線；等熵線-向右上方傾斜的實(shí)線；等容線-向右上方傾斜的虛線，比等熵線平坦；等于度線-只存在于濕蒸氣區(qū)域內(nèi)，其方向大致與飽和液體線或飽和蒸氣線相近，視干度大小而定。 各部件的作用 制冷循環(huán)過(guò)程在壓焓圖上的表示 單級(jí)蒸氣壓縮制冷理論循環(huán)工作過(guò)程可清楚地表示在壓焓圖上，如圖3所示。對(duì)于最簡(jiǎn)單的理論循環(huán)（或稱(chēng)簡(jiǎn)單的飽和循環(huán)），離開(kāi)蒸發(fā)器和進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑蒸氣是處于蒸發(fā) 壓力下的飽和蒸氣； 離開(kāi)冷凝器和進(jìn)入膨脹閥的液體是處于冷凝壓力下的飽和液體；壓縮機(jī)的壓縮過(guò)程為等熵壓縮； 制冷劑通過(guò)膨脹閥節(jié)流時(shí)，其前、后焓值相等；制冷劑在蒸發(fā)和冷凝過(guò)程中沒(méi)有壓力損失； 在各設(shè)備的連接管道中制冷劑不發(fā)生狀態(tài)變化；制冷劑的冷凝溫度等于冷卻介質(zhì)溫度， 蒸發(fā)溫度等于被冷卻介質(zhì)的溫度。顯然，上述條件與實(shí)際循環(huán)是存在著偏差的， 但由于理論循環(huán)可使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化，便于對(duì)它們進(jìn)行分析研究，而且理論循環(huán)的各個(gè)過(guò)程均是 實(shí)際循環(huán)的基礎(chǔ)，它可作為實(shí)際循環(huán)的比較標(biāo)準(zhǔn)，因此仍有必要對(duì)它加以詳細(xì)的分析與討論?，F(xiàn)將圖3中各狀態(tài)點(diǎn)及各個(gè)過(guò)程敘述如下：點(diǎn)1表示制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)的狀態(tài)。它是對(duì)應(yīng)于蒸發(fā)溫度T0的飽和蒸氣。根據(jù)壓力與飽和溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系， 該點(diǎn)位于 的等壓線與飽和蒸氣線（x=1）的交點(diǎn)上。 點(diǎn)2表示制冷劑出壓縮機(jī)時(shí)的狀態(tài)，也就是進(jìn)冷凝器時(shí)的狀態(tài)。過(guò)程線1-2表示制冷劑蒸氣在壓縮機(jī)中的等熵壓縮過(guò)程 ，壓力由蒸發(fā)壓力 升高到冷凝壓力 。因此該點(diǎn)可通過(guò)1點(diǎn)的等熵線和壓力為冷凝壓力的等壓線的交點(diǎn)來(lái)確定。由于壓縮過(guò)程中外界對(duì)制冷劑作功，制冷劑溫度升高，因此點(diǎn)2表示過(guò)熱蒸氣狀態(tài)。 點(diǎn)3表示制冷劑出冷凝器時(shí)的狀態(tài)。它是與冷凝溫度 所對(duì)應(yīng)的飽和液體。過(guò)程線2-2-3表示制冷劑在冷凝器內(nèi)的冷卻（2-2）和冷凝（2-3）的過(guò)程。由于這個(gè)過(guò)程是在冷凝壓力 不變的情況下進(jìn)行的，進(jìn)入冷凝器的過(guò)熱蒸氣首先 將部分熱量放給外界冷卻介質(zhì)，在等壓下冷卻成飽和蒸氣（點(diǎn)2），然后再在等壓、等溫下繼續(xù)放出熱量， 直至最后冷凝成飽和液體（點(diǎn)3）。因此，冷凝壓力的等壓線和x0的飽和液體線的交點(diǎn)即為點(diǎn)3的狀態(tài)。 點(diǎn)4表示制冷劑出節(jié)流閥時(shí)的狀態(tài)，也就是進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)的狀態(tài)。 過(guò)程線3-4表示制冷劑在通過(guò)節(jié)流閥時(shí)的節(jié)流過(guò)程。在這一過(guò)程中，制冷劑的壓力由冷凝壓力降到 蒸發(fā)壓力 ，溫度由冷凝溫度降到蒸發(fā)溫度 ，并進(jìn)入兩相區(qū)。由于節(jié)流前后制冷劑的焓值不變，因此由點(diǎn)3作等焓線與蒸發(fā)壓力的等壓線的交點(diǎn)即為點(diǎn)4的狀態(tài)。由于節(jié)流過(guò)程是一個(gè)不可逆過(guò)程，所以用一虛線表示3-4過(guò)程。 過(guò)程線4-1表示制冷劑在蒸發(fā)器中的氣化過(guò)程。由于這一過(guò)程是在等溫、等壓下進(jìn)行的，液體制冷劑吸取被冷卻介質(zhì)的熱量（即制冷）而不斷氣化，制冷劑的狀態(tài)沿蒸發(fā)壓力的等壓線 向干度增大的方向變化，直到全部變?yōu)轱柡驼魵鉃橹?。這樣，制冷劑的狀態(tài)又重新回到進(jìn)入壓縮機(jī)前的狀態(tài)點(diǎn)1，從而完成一個(gè)完整的理論制冷循環(huán)。 單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)的熱力計(jì)算在進(jìn)行制冷循環(huán)的熱力計(jì)算之前,首先需要了解系統(tǒng)中各設(shè)備內(nèi)功和熱量的變化情況,然后再對(duì)循環(huán)的性能指標(biāo)進(jìn)行分析和計(jì)算。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，如果忽略位能和動(dòng)能的變化，穩(wěn)定流動(dòng)的能量方程可表示為(1) 式中 Q 和 P 是單位時(shí)間內(nèi)加給系統(tǒng)的熱量和功;qm是流進(jìn)或流出該系統(tǒng)的穩(wěn)定質(zhì)量流量；h是比焓;下標(biāo)1和2分別表示流體流進(jìn)系統(tǒng)和離開(kāi)系統(tǒng)的狀態(tài)點(diǎn).當(dāng)熱量和功朝向系統(tǒng)時(shí),Q 和 P 取正值. (1) 節(jié)流閥 制冷劑液體通過(guò)節(jié)流孔口時(shí)絕熱膨脹，對(duì)外不作功, P=0,故方程式(1)變?yōu)?2)因此，可認(rèn)為節(jié)流前后其值不變.節(jié)流閥出口處（點(diǎn)4）為兩相混合物，它的焓值也可由下式表示：式中 hf0 和hg0 分別為蒸發(fā)壓力p0 下飽和液體和飽和蒸汽的焓值；x4 為制冷劑出節(jié)流閥時(shí)的干度。將上式移項(xiàng)并整理得（3） 點(diǎn)4比容為（4）式中 Vf0 和Vg0 分別為蒸發(fā)溫度t0 下飽和液體和飽和蒸汽的比容。 （2）壓縮機(jī) 如果忽略壓縮機(jī)與外界環(huán)境所交換的熱量，則由式（1）得（5）式中 （h2-h1)表示壓縮機(jī)每壓縮并輸送1kg的制冷劑所消耗的功，稱(chēng)為理論比功。 （3）蒸發(fā)器 被冷卻物質(zhì)通過(guò)蒸發(fā)器向制冷劑傳送Q0 ,因?yàn)檎舭l(fā)器不作功，故方程式（1）變?yōu)椋?）由上式可以看出制冷量與兩個(gè)因數(shù)有關(guān)：制冷劑的質(zhì)量流量qm和制冷劑進(jìn)出口蒸發(fā)器的焓差(h1-h4)。(h1-h4)稱(chēng)為單位質(zhì)量制冷量，它表示1kg制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)從被冷卻物質(zhì)中吸取的熱量，用q0表示。 質(zhì)量流量與容積qv有如下關(guān)系：（7） 用壓縮機(jī)進(jìn)口出V1代入上式得：（8） 將方程（8）代入（6）得:（9）（4）冷凝器 假設(shè)制冷劑在冷凝器中向外界放出熱量為Qk ,那么（10）式中 (h2-h3)稱(chēng)為冷凝器單位熱負(fù)荷，用qv表示。它表示1kg制冷劑蒸汽在冷凝器中放出的熱量。 (5)制冷系數(shù) 按定義，在理論循環(huán)中，制冷系數(shù)可用下式表示（11）在下一頁(yè)我們通過(guò)一個(gè)例題來(lái)講解熱力計(jì)算過(guò)程 例題：假定循環(huán)為單級(jí)壓縮蒸氣制冷的理論循環(huán)，蒸發(fā)溫度t0=10,冷凝溫度為35，工質(zhì)為R22，循環(huán)的制冷量Q0=55kw,試對(duì)該循環(huán)進(jìn)行熱力計(jì)算。解：該循環(huán)的壓焓圖如下所示： 根據(jù)R22的熱力性質(zhì)表，查出處于飽和線上的有關(guān)狀態(tài)參數(shù)值：h1=401.555 kJ/kg v1=0.0653 m3/kgh3=h4=243.114 kJ/kg p0=0.3543 MPapk=1.3548 MPa由圖可知：h2=435.2 kJ/kg t2=57圖4 壓焓圖1 單位質(zhì)量制冷量q0=h1h4=158.441 kJ/kg 2 單位容積制冷量3 制冷劑質(zhì)量流量4 理論比功 w0=h2h1=33.645 kJ/kg 5 壓縮機(jī)消耗的理論功率P0=qmw0=11.68 kw6 壓縮機(jī)吸入的容積V=qmv1=0.0227 m3/s 7 制冷系數(shù) 8 冷凝器單位熱負(fù)荷qk=h2h3=192.086 kJ/kg 9 冷凝器熱負(fù)荷Qk=qmqk=66.67 kw制冷劑是制冷機(jī)中的工作流體，它在制冷機(jī)系統(tǒng)中循環(huán)流動(dòng)， 通過(guò)自身熱力狀態(tài)的循環(huán)變化不斷與外界發(fā)生能量交換，達(dá)到制冷的目的。 習(xí)慣上又稱(chēng)制冷劑為制冷工作介質(zhì)或簡(jiǎn)稱(chēng)工質(zhì)。液體蒸發(fā)式制冷機(jī)中，制冷劑在要求的低溫下蒸發(fā)，從被冷卻對(duì)象中吸取熱量； 再在較高的溫度下凝結(jié)，向外界排放熱量。所以，只有在工作溫度范圍能夠汽化和 凝結(jié)的物質(zhì)才有可能作為制冷劑使用。多數(shù)制冷劑在常溫和常壓下呈氣態(tài)。氟里昂是飽和碳?xì)浠衔锏姆?、氯、溴衍生物之總稱(chēng)。最早使用的是R12，以后使用范圍迅速擴(kuò)大。 不同的氟里昂物質(zhì)在熱力性質(zhì)上各不相同，能適應(yīng)不同制冷溫度和容量的要求；其中許多物質(zhì)， 尤其是氯氟烴（碳?xì)浠衔锏姆?、氯完全衍生物）在物理、化學(xué)性質(zhì)上又有許多共同的優(yōu)點(diǎn)（如無(wú)毒、 無(wú)燃爆危險(xiǎn)、不腐蝕金屬、熱穩(wěn)定性與化學(xué)穩(wěn)定性好等），便于實(shí)用。所以這些制冷劑的應(yīng)用曾對(duì)制冷 工業(yè)帶來(lái)了變革性的進(jìn)步。已經(jīng)成熟使用的氟里昂制冷劑以氯氟烴類(lèi)物質(zhì)為主（如R11，R12， R114，R115等），還有某些不完全鹵代烴（如R22）以及氟里昂制冷劑的混合物（如R500，R502，R503等）。 1974年發(fā)現(xiàn)大氣臭氧層破壞的化學(xué)機(jī)制。到80年代，科學(xué)確認(rèn)了氯氟烴是引起臭氧層破壞和溫室效應(yīng)的 危害物質(zhì)。1987年在加拿大蒙特利爾（Montreal）聯(lián)合國(guó)環(huán)境保護(hù)計(jì)劃會(huì)議簽署了關(guān)于臭氧層衰減物質(zhì)的 蒙特利爾協(xié)定。該協(xié)定規(guī)定了限制和禁止生產(chǎn)對(duì)臭氧層破壞作用大的物質(zhì)，R11，R12，R113，R114，R115， R12B1，R13B1和R114B2是首批受禁物質(zhì)，到21世紀(jì)完全停止生產(chǎn)。R22的環(huán)境破壞相對(duì)小一些，但最終也將 被禁止。自此開(kāi)始了全球性的技術(shù)對(duì)策活動(dòng)，制冷界也同時(shí)開(kāi)始了更新制冷劑的工作。目前新制冷劑的 開(kāi)發(fā)、研究和應(yīng)用正在進(jìn)行中，取代CFCs最有希望的是氟里昂中的HFC類(lèi)物質(zhì)。較明朗化的趨勢(shì)是：高溫 制冷劑用R123，中溫制冷劑用R134a和R152a，低溫制冷劑用R23在整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，壓縮機(jī)起著壓縮和輸送制冷級(jí)蒸氣并造成蒸發(fā)器中的低壓力，冷凝器中的高壓力的作用，是整個(gè)系統(tǒng)的心臟;節(jié)流閥對(duì)制冷劑起節(jié)流降壓作用并調(diào)節(jié)進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量;蒸發(fā)器是輸出冷量的設(shè)備，制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻物體的熱量，從而達(dá)到制取冷量的目的;冷凝器是輸出熱量的設(shè)備，從蒸發(fā)器中吸取的熱量連壓縮機(jī)消耗的功轉(zhuǎn)化的熱量在冷凝器中被冷卻介質(zhì)帶走。蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器組成，用管道將它們連接成一個(gè)密封系統(tǒng)。制冷劑液體在蒸發(fā)器內(nèi)以低溫與被冷卻對(duì)象發(fā)生熱交換，吸收被冷卻對(duì)象的熱量并氣化，產(chǎn)生的低壓蒸汽被壓縮機(jī)吸入，經(jīng)壓縮后以高壓排出。壓縮機(jī)排出的高壓氣態(tài)制冷劑進(jìn)冷凝器，被常溫的冷卻水或空氣冷卻，凝結(jié)成高壓液體。高壓液體流經(jīng)膨脹閥時(shí)節(jié)流，變成低壓低溫的氣液兩相混合物，進(jìn)入蒸發(fā)器，其中的液態(tài)制冷劑在蒸發(fā)器中蒸發(fā)制冷，產(chǎn)生的低壓蒸汽再次被壓縮機(jī)吸入。如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)。蒸氣壓縮式制冷機(jī)是得到最廣泛應(yīng)用的制冷機(jī)，因此它是本書(shū)的重點(diǎn)內(nèi)容之一。制冷的熱力學(xué)原理從熱力學(xué)角度說(shuō)，制冷系統(tǒng)是利用逆向循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。按補(bǔ)償能量的形式（或驅(qū)動(dòng)方式），前面所提及的制冷方法歸為兩大類(lèi)：以機(jī)械能或電能為補(bǔ)償?shù)暮鸵詿崮転檠a(bǔ)償?shù)?。前者如蒸氣壓縮式、熱電式制冷機(jī)等；后者如吸收、蒸氣噴射、吸附式制冷機(jī)等。兩類(lèi)制冷機(jī)的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖1所示。 圖1 制冷機(jī)的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系(a) 以電能或機(jī)械能驅(qū)動(dòng)的制冷機(jī)(b) 以熱能驅(qū)動(dòng)的制冷機(jī)熱力學(xué)關(guān)心的是能量轉(zhuǎn)換的經(jīng)濟(jì)性，即花費(fèi)一定的補(bǔ)償能，可以收到多少制冷效果（制冷量）。為此，對(duì)于機(jī)械或電驅(qū)動(dòng)方式的制冷機(jī)引入制冷系數(shù) 來(lái)衡量；對(duì)于熱能驅(qū)動(dòng)方式的制冷機(jī)，引入熱力系數(shù)來(lái)衡量。 (1) (2)式中 - 制冷機(jī)的制冷量； - 冷機(jī)的輸入功； - 驅(qū)動(dòng)熱源向制冷機(jī)輸入的熱量。 國(guó)外習(xí)慣上將制冷系數(shù)和熱力系數(shù)統(tǒng)稱(chēng)為制冷機(jī)的性能系數(shù)COP(Coefficience of Performance)。我們要研究一定條件下COP的最高值。對(duì)于電能或機(jī)械能驅(qū)動(dòng)的制冷機(jī)，參見(jiàn)圖1(a)。制冷機(jī)消耗功w實(shí)現(xiàn)從低溫?zé)嵩矗ū焕鋮s對(duì)象，溫度）吸熱，向高溫?zé)嵩矗ㄍǔ榄h(huán)境，溫度 ）排熱。假定兩熱源均為恒溫?zé)嵩?，向高溫?zé)嵩吹呐艧崃繛?，由低溫?zé)嵩吹奈鼰崃浚粗评淞浚?，制冷機(jī)為可逆循環(huán)。 由熱力學(xué)第一定律有 (3) 由熱力學(xué)第二定律，在兩個(gè)恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆機(jī)，一個(gè)循環(huán)的熵增等于零，即 (4) 將式(3)代入式(4)得即 (5) 由定義式(1)，則可逆制冷的制冷系數(shù)為 (6) 式(6)說(shuō)明：兩恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆制冷機(jī)，其制冷系數(shù)只與熱源溫度有關(guān)，而與制冷機(jī)使用的制冷劑性質(zhì)無(wú)關(guān)。 的值與兩熱源溫度的接低程度有關(guān)， 與 越接近（ /越?。?，則 越大；反之 越小。實(shí)際制冷機(jī)制冷系數(shù) 隨熱源溫度的變化趨勢(shì)與可逆機(jī)是一致的。 對(duì)于以熱能驅(qū)動(dòng)的制冷機(jī)，參見(jiàn)圖 。制冷機(jī)從驅(qū)動(dòng)熱源（溫度為 ）吸收熱量 作為補(bǔ)償，完成從低溫?zé)嵩鼰?，向高溫?zé)嵩磁艧岬哪芰哭D(zhuǎn)換。我們假定驅(qū)動(dòng)熱源也是恒溫?zé)嵩?，其它假定同前。那么?lèi)似地推導(dǎo)熱能驅(qū)動(dòng)的可逆制冷機(jī)的性能系數(shù) 由熱力學(xué)第一定律有：(7) 由熱力學(xué)第二定律，循環(huán)中即 (8) 利用式(7)， (8)和定