制冷技術(shù)基礎(chǔ)and蒸氣壓縮式

制冷技術(shù)基礎(chǔ)近百年來，空調(diào)技術(shù)大大改變了人們的生活為何要制冷？（1）材料的某些重要特性與溫度有關(guān)；（如低溫超導(dǎo)?。?）物態(tài)與溫度有關(guān)；（混合氣體分離、氣體液化?。?）擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)與溫度有關(guān)；（4）提供適宜的工作和生活環(huán)境；簡言之為滿足生產(chǎn)和生活的需要，需要制冷技術(shù)提供低溫環(huán)境。作為一門學(xué)科，是指通過人工的方法在一定時間和一定空間內(nèi)將某物體或流體冷卻，使其溫度降到環(huán)境溫度以下，并保持這個低溫。“冷”相對于環(huán)境溫度而言，一般是指環(huán)境溫度至絕對零度。自然冷卻不是制冷。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)境溫度的過程。制冷機(jī)：機(jī)械制冷中所需機(jī)器和設(shè)備的總合稱為制冷機(jī)。制冷劑：制冷機(jī)中使用的工作介質(zhì)稱為制冷劑。（制冷劑在制冷機(jī)中循環(huán)流動，同時與外界發(fā)生能量交換，即不斷地從被冷卻對象中吸取熱量，向環(huán)境排放熱量。）制冷循環(huán)：制冷劑一系列狀態(tài)變化的綜合為制冷循環(huán)。（為實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)必須消耗能量，其形式可以是機(jī)械能、電能、熱能、太陽能等等。）基本概念：通過123Ｋ來分界溫區(qū)制冷（refrigeration）溫區(qū)

123K以上低溫（cryogenics）溫區(qū)

123K以下

按照制冷能夠得到的溫度范圍，制冷技術(shù)可以劃分為以下幾個領(lǐng)域：也有另一種習(xí)慣劃分：123K以上，普通制冷；123～20K，深度制冷；20～0.3K，低溫制冷；0.3K以下，超低溫制冷?？照{(diào)是制冷技術(shù)在其最高溫區(qū)內(nèi)的應(yīng)用制冷的溫度范圍是從環(huán)境溫度開始，一直可達(dá)接近絕對零度即0Ｋ低溫溫度范圍(4.2k)(20k)(90k)實(shí)現(xiàn)制冷的主要方法液體蒸發(fā)/氣化制冷：依靠低沸點(diǎn)的液體（制冷劑）吸收環(huán)境的熱量而蒸發(fā)，達(dá)到降溫的目的；氣體膨脹制冷渦流管制冷簡單降溫使制冷過程持續(xù)進(jìn)行（循環(huán)）熱電制冷實(shí)現(xiàn)制冷的主要方法液體蒸發(fā)/氣化制冷1.液體蒸發(fā)/氣化制冷

液體氣化形成蒸氣。當(dāng)液體處在密閉容器內(nèi)時，若容器內(nèi)除了液體及液體本身的蒸氣外不存在任何其它氣體，那么液體和蒸氣在某一壓力下將達(dá)到平衡，這種狀態(tài)稱飽和狀態(tài)。此時容器中的壓力稱為飽和壓力；溫度稱為飽和溫度。飽和壓力隨溫度的升高而升高（一一對應(yīng)）。如果將一部分飽和蒸氣從容器中抽出，液體中就必然要再氣化一部分蒸氣來維持平衡。液體氣化時，需要吸收熱量，該熱量稱為氣化潛熱。液體所吸收的熱量來自被冷卻對象，因而使被冷卻對象變冷，或使它維持在環(huán)境溫度以下的某一低溫。1.液體蒸發(fā)/氣化制冷1.液體蒸發(fā)/氣化制冷實(shí)現(xiàn)連續(xù)循環(huán)的條件1.液體蒸發(fā)/氣化制冷產(chǎn)生冷量必須付出代價1.液體蒸發(fā)/氣化制冷

通過一定的方法把蒸氣抽出，并使它凝結(jié)成液體后再回到容器中，就能滿足這一要求。蒸氣液體液體

通過一定的方法把蒸氣抽出，并使它凝結(jié)成液體后再回到容器中，就能滿足這一要求。為了使上述過程得以連續(xù)進(jìn)行，必須不斷地從容器中抽走蒸氣，再不斷地將液體補(bǔ)充進(jìn)去。蒸氣凝結(jié)成液體

因此，需要將蒸氣的壓力提高到常溫下的飽和壓力。這樣，制冷工質(zhì)將在低壓低溫下蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷效應(yīng)，又在常溫高壓下冷凝向環(huán)境溫度的冷卻介質(zhì)排放出熱量。由此可見，液體氣化制冷循環(huán)由工質(zhì)低壓下氣化、蒸氣升壓、高壓氣體液化和高壓液體壓降四個基本過程組成。蒸氣液體

若容器中的蒸氣自然流出，直接凝為液體，則需要冷卻介質(zhì)具有的溫度比液體的蒸發(fā)溫度還要低，這種冷卻介質(zhì)顯然無法尋覓，我們希望蒸氣的冷凝過程在常溫下實(shí)現(xiàn)。房間吸熱過程維持室內(nèi)低溫環(huán)境環(huán)境放熱過程：將室內(nèi)熱量和壓縮機(jī)耗功轉(zhuǎn)換的熱量排到室外環(huán)境中房間吸熱過程維持室內(nèi)低溫環(huán)境環(huán)境放熱過程：將室內(nèi)熱量和壓縮機(jī)耗功轉(zhuǎn)換的熱量排到室外環(huán)境中①制冷劑液體在低壓（低溫）下蒸發(fā)，成為低壓蒸氣。②將該低壓蒸氣提高壓力成為高壓蒸氣。③將高壓蒸氣冷凝，使之成為高壓液體。④高壓液體降低壓力重新變?yōu)榈蛪阂后w，返回到①從而完成循環(huán)。

液體蒸發(fā)制冷構(gòu)成循環(huán)的四個基本過程是：①制冷劑液體在低壓（低溫）下蒸發(fā)，成為低壓蒸氣。②將該低壓蒸氣提高壓力成為高壓蒸氣。③將高壓蒸氣冷凝，使之成為高壓液體。④高壓液體降低壓力重新變?yōu)榈蛪阂后w，返回到①從而完成循環(huán)。選擇設(shè)備使這四個過程連續(xù)進(jìn)行，即實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷。蒸氣壓縮式制冷循環(huán)

制冷循環(huán)就是通過一定的能量補(bǔ)償，從低溫?zé)嵩次鼰?，向高溫?zé)嵩磁艧?。熱源的溫度決定制冷劑吸熱與排熱的溫度與壓力，相應(yīng)地決定了制冷循環(huán)中的高低壓側(cè)的壓力比。2蒸氣壓縮式制冷2.1蒸氣壓縮制冷的理想循環(huán)2.1.1蒸氣壓縮式循環(huán)的實(shí)現(xiàn)－四大件的作用2.1.2lgP-h圖與T-S圖2.1.3蒸氣壓縮制冷循環(huán)在特性圖上的表示2.2蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)2.3蒸氣壓縮制冷的實(shí)際循環(huán)1.1.1蒸氣壓縮制冷的理論循環(huán)1.1蒸氣壓縮式制冷2.1.1蒸氣壓縮式循環(huán)的實(shí)現(xiàn)－四大件的作用液體氣體液體氣體冰箱循環(huán)示意圖低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩次帐街评錂C(jī)與壓縮式制冷機(jī)工作原理的比較

單級蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器組成。其工作過程如下：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，冷凝后的液體通過節(jié)流閥或其它節(jié)流元件進(jìn)入蒸發(fā)器。

當(dāng)制冷劑通過節(jié)流閥時，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，于是離開節(jié)流閥的制冷劑變成溫度為蒸發(fā)溫度的兩相混合物?；旌衔镏械囊后w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。

過程線1—2等熵壓縮過程壓力由p0提高到pk壓縮機(jī)對制冷劑作功制冷劑溫度提高點(diǎn)2

處于過熱蒸氣狀態(tài)過程線2—3制冷劑在冷凝器內(nèi)的冷卻、冷凝過熱蒸氣在等壓下先放熱冷卻降溫，再繼續(xù)放熱冷凝，然后過冷pkp0pkp0吸收式制冷機(jī)與壓縮式制冷機(jī)工作原理的比較單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)過程線3—4冷劑通過膨脹閥的節(jié)流過程壓力由pk

降到p0

，溫度由tk

降到t0

，并進(jìn)入兩相區(qū)節(jié)流前后制冷劑焓值不變過程線4—1等壓氣化過程制冷劑吸取熱量不斷氣化向干度增大方向，直到過熱蒸氣由熱力狀態(tài)圖和表可確定循環(huán)中的各點(diǎn)參數(shù)，用于分析和計(jì)算pkp0pkp0單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán)吸收式制冷機(jī)與壓縮式制冷機(jī)工作原理的比較1.吸收式制冷與蒸氣壓縮式制冷比較；2.吸收式制冷的設(shè)備組成及循環(huán)的組成；3.吸收式制冷循環(huán)中各設(shè)備的作用。1.吸收式制冷與蒸氣壓縮式制冷比較吸收式制冷與蒸氣壓縮式制冷同屬于液體汽化制冷，都是利用制冷劑汽化吸熱來實(shí)現(xiàn)制冷的。但是兩者把熱量從低溫轉(zhuǎn)移到高溫處所用的補(bǔ)償方法不同，蒸氣壓縮式制冷消耗機(jī)械能作為補(bǔ)償，吸收式制冷消耗熱能作為補(bǔ)償。發(fā)生器和吸收器代替壓縮機(jī)部分

發(fā)生器起著相當(dāng)于壓縮機(jī)排氣行程的作用，產(chǎn)生高壓、高溫冷劑蒸汽。

吸收器起著相當(dāng)于壓縮機(jī)吸氣行程的作用，將蒸發(fā)器中生成的冷劑蒸汽不斷抽吸出來，以維持蒸發(fā)器內(nèi)的低壓。二元溶液工質(zhì)對（溴化鋰溶液、氨水溶液）溶解熱吸收式制冷機(jī)與壓縮式制冷機(jī)工作原理的比較

吸收式制冷機(jī)正是通過溶液在發(fā)生器和吸收器間的循環(huán)過程中質(zhì)量分?jǐn)?shù)、溫度和水蒸汽分壓的變化，起到了相當(dāng)于壓縮式制冷機(jī)中壓縮機(jī)的作用。溶解熱吸收式制冷機(jī)與壓縮式制冷機(jī)工作原理的比較完成制冷劑在封閉體系內(nèi)循環(huán)的方式“電能”或“機(jī)械能”驅(qū)動的壓縮式制冷循環(huán)“熱能”驅(qū)動的吸收式或蒸汽噴射式制冷方式

吸收式制冷和蒸氣壓縮制冷都是利用制冷劑的氣化潛熱制取冷量。他們的共同點(diǎn)是（體現(xiàn)在三大件設(shè)備中）：

高壓制冷劑蒸氣在冷凝器中冷凝后，經(jīng)節(jié)流元件節(jié)流，溫度和壓力降低，低溫、低壓液體在蒸發(fā)器內(nèi)汽化，實(shí)現(xiàn)制冷。它們的不同點(diǎn)是：1).提供的能量不同。

蒸發(fā)壓縮式制冷機(jī)消耗機(jī)械功，吸收式制冷機(jī)消耗的是熱能。2).吸取制冷劑蒸氣的方式不同。

利用液體蒸發(fā)連續(xù)不斷地制冷時，需不斷地在蒸發(fā)器內(nèi)產(chǎn)生蒸氣。蒸氣壓縮式用壓縮機(jī)吸取蒸氣，吸收式制冷機(jī)用吸收劑在吸收器內(nèi)吸取制冷劑蒸氣。3).將低壓制冷劑蒸氣變?yōu)楦邏褐评鋭┱魵鈺r采取的方式不同。

蒸氣壓縮式制冷機(jī)通過原動機(jī)驅(qū)動壓縮機(jī)完成，吸收式制冷機(jī)則是通過吸收器、溶液泵、發(fā)生器和節(jié)流閥完成。溶解熱吸收式制冷機(jī)與壓縮式制冷機(jī)工作原理的比較2.吸收式制冷的設(shè)備組成及循環(huán)的組成吸收式制冷循環(huán)由發(fā)生器、吸收器、冷凝器、蒸發(fā)器、溶液泵、節(jié)流閥及其溶液熱交換器等組成。由管道將這些設(shè)備連接成封閉系統(tǒng)，構(gòu)成兩個循環(huán)回路，即制冷劑循環(huán)和溶液循環(huán)。溶解熱吸收式制冷機(jī)與壓縮式制冷機(jī)工作原理的比較溶液循環(huán)主要由發(fā)生器、吸收器、溶液泵、溶液熱交換器等組成。制冷劑-吸收劑組成的稀溶液在發(fā)生器中被熱媒加熱而沸騰（消耗熱能作為補(bǔ)償），稀溶液中的制冷劑（水）受熱后由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邏哼^熱蒸汽而離開發(fā)生器，使溶液由稀溶液轉(zhuǎn)變?yōu)闈馊芤?；高溫濃溶液離開發(fā)生器后，經(jīng)過溶液換熱器與低溫稀溶液通過傳熱間壁換熱，濃溶液放出熱量后降溫（預(yù)冷），經(jīng)過節(jié)流降壓后進(jìn)入吸收器；在吸收器中具有強(qiáng)吸收能力的濃溶液，吸收來自蒸發(fā)器的低壓水蒸汽而被稀釋成稀溶液；稀溶液被溶液泵汲入病升高其壓力；當(dāng)它流經(jīng)溶液熱交換器被濃溶液加熱而升溫（預(yù)熱），然后再進(jìn)入發(fā)生器。溶解熱吸收式制冷機(jī)與壓縮式制冷機(jī)工作原理的比較制冷劑循環(huán)主要由冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥組成。在發(fā)生器中汽化產(chǎn)生的高壓過熱蒸汽進(jìn)入冷凝器，受到冷卻介質(zhì)的冷卻，先冷卻至飽和狀態(tài)，然后液化成飽和水；再經(jīng)節(jié)流閥降壓為濕蒸汽，即少量飽和蒸汽和大部分飽和液的兩相混合液體，其中飽和狀態(tài)的水在蒸發(fā)器中吸熱汽化而產(chǎn)生冷效應(yīng)（制冷），使其被冷卻對象降溫；蒸發(fā)器中形成的水蒸汽進(jìn)入吸收器再度被濃溶液吸收。吸收式制冷循環(huán)中各設(shè)備的作用。發(fā)生器和吸收器代替壓縮機(jī)部分

發(fā)生器起著相當(dāng)于壓縮機(jī)排氣行程的作用，產(chǎn)生高壓、高溫冷劑蒸汽。

吸收器起著相當(dāng)于壓縮機(jī)吸氣行程的作用，將蒸發(fā)器中生成的冷劑蒸汽不斷抽吸出來，以維持蒸發(fā)器內(nèi)的低壓。二元溶液工質(zhì)對（溴化鋰溶液、氨水溶液）溶解熱吸收式制冷機(jī)與壓縮式制冷機(jī)工作原理的比較3.1吸收式制冷機(jī)的工作原理（單效）制冷劑（水、氨）發(fā)生在發(fā)生器：工質(zhì)對被加熱介質(zhì)加熱，解析出冷劑蒸氣。吸收劑（溴化鋰、水）發(fā)生在吸收器：蒸發(fā)產(chǎn)生的冷劑蒸氣進(jìn)入吸收器，被來自發(fā)生器的工質(zhì)對吸收。

蒸汽吸收式制冷系統(tǒng)是由發(fā)生器、冷凝器、制冷節(jié)流閥、蒸發(fā)器、吸收器、溶液節(jié)流閥、溶液熱交換器和溶液泵組成。

整個系統(tǒng)包括兩個回路：一個是制冷劑回路，一個是溶液回路。

系統(tǒng)中使用的工作流體是制冷劑和吸收劑，我們稱它為吸收式制冷的工質(zhì)對。吸收劑液體對制冷劑有很強(qiáng)的吸收能力。吸收劑吸收了制冷劑氣體后形成溶液。溶液加熱又能放出制冷劑氣體。因此，可以用溶液回路取代壓縮機(jī)的作用，構(gòu)成蒸汽吸收式制冷循環(huán)。吸收式制冷

溴化鋰吸收式制冷機(jī)是以溴化鋰-水溶液（BrLi-H2O）作為工質(zhì)對的，其中水是制冷劑，溴化鋰溶液為吸收劑。例如，在一個大氣壓下，水的沸點(diǎn)為100℃，在這樣高的溫度下沸騰（制冷中稱為蒸發(fā)），