null制冷与低温技术原理制冷与低温技术原理第 2 章 制冷
方法
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第 2 章 制冷方法第 2 章 制冷方法内容要求
物质相变制冷
电,磁,声制冷
气体涡流制冷
气体膨胀制冷
绝热放气制冷null 常见的制冷方法有四种:利用液体在低温下的蒸发过程或固体
在低温下的融化或升华过程从被冷却
物体吸取热量以制取冷量。高压气体经绝热膨胀即可达到较低
温度,令低压气体复热即可制取冷量。令直流电通过半导体热电堆,即可在
一端产生冷效应,另一端产生热效应。高压气体经涡流管膨胀后即可分离冷,
热两股气流,用冷气流的复热过程即
可制冷。2.1 物质相变制冷2.1.1 相变制冷概述2.1 物质相变制冷null1. 固体相变制冷 原理;利用固体融化或升华冷却。
制冷剂:冰,冰盐,干冰,其它固体升华冷却。(1)冰冷却课后问题1;
冰的物理性质。吸热吸热常压下,冰在0℃融化,
融化潜热为335kJ/kg。null(2)冰盐冷却课后问题2;
冰盐的性质。1. 冰盐冷却能达到的低温程度与盐的种类
和混合物中盐与冰的质量有关。
2. 常用的冰盐是块冰与工业食盐的混合物。说明吸热吸热吸热null(3)干冰冷却 气态CO2 融化 升华课后问题3;
干冰的物理性质。吸热吸热 CO2的三相点参数:
温度-56.6℃,
压力0.52MPa。常压下,干冰的升华
温度-78.5℃,升华热
为573.6kJ/kg。null2. 液体蒸发制冷 常用方法:
蒸气压缩式制冷
吸收式制冷
蒸气喷射式制冷
吸附式制冷 共同特点:
是利用液体汽化
时的吸热效应而
实现制冷的。null 液体蒸发制冷循环必须
具备四个基本过程: 制冷剂液体在低温低压下
汽化, 产生低压蒸气。 将低压蒸气抽出并提高压力
变成高压蒸气。 将高压蒸气冷凝成高压液体。高压液体再降低压力回到
初始的低压状态。null2. 制冷系统图:2.1.2 蒸气压缩式制冷1. 系统组成:
压缩机,冷凝器,膨胀阀,蒸发器等主要设备
组成,用管道将其连接成一个封闭的系统。null 压缩机:起着压缩和输送制冷剂蒸汽并造成蒸发器
中低压力,冷凝器中高压力的作用,是整
个系统的心脏。 膨胀阀:对制冷剂起到节流降压的作用,并调节
进入蒸发器的制冷剂流量。 蒸发器:是输出冷量的设备。制冷剂在蒸发器中
吸收被冷却物体的热量,从而达到制取
冷量的目的。 冷凝器:是输出热量的设备。从蒸发器中吸取的
热量连同压缩机消耗的功所转化的热量
在冷凝器中被冷却介质带走。null3. 工作过程:null4. 应用:
蒸气压缩式制冷机是应用最广泛的制冷机。
是本课程的重点内容之一。
具有100多年的历史,相当完备,广泛应用
在空气调节,各种冰箱,食品冷藏,冷加工
方面。
制冷的温度范围为5℃ — -150℃。 null1. 系统组成:
蒸发器,冷凝器,节流阀,发生器,吸收器,
热交换器和溶液泵组成。2.1.3 蒸气吸收式制冷2. 制冷系统图:null 吸收式制冷的工质对:
名称 制冷剂 吸收剂
硫酸水溶液吸收式制冷机 水 浓硫酸
氨水吸收式制冷机 氨 水
溴化锂吸收式制冷机 水 溴化锂 null3. 工作过程:null4. 对比:蒸气吸收式制冷与蒸气压缩式制冷系统a: 相同:冷凝器,节流阀,蒸发器。b: 不同:吸收式制冷中,压缩机由吸收器,发生器,
溶液泵,热交换器,节流阀溶液回路所代替。(1)系统组成(2)制冷剂
a: 压缩式:只需要制冷剂工质。
b: 吸收式:吸收剂--制冷剂工质对。(3)补偿能量 a: 压缩式:机械能或电能。
b: 吸收式:热能。null 热源:
煤(早期);蒸汽,水;燃油,燃天然气加热;
化学反应热,太阳能热。5. 应用:
生产冷水。 可供集中式空气调节或提供生产
冷水。
溴化锂制冷机只能制取0℃以上的冷量。
氨水吸收式制冷机能够制取的温度可达 -20℃
或更低。null1. 系统组成:
1- 喷射器(a- 喷嘴,b- 扩压室,c- 吸入室),
2- 冷凝器,3- 蒸发器,4- 节流阀,5,6 - 泵。2.1.4 蒸气喷射式制冷2. 制冷系统图:3. 工作过程:null4. 理论工作循环的 T-s 图
表
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示 1-2: 工作蒸气在喷嘴内的膨胀过程;
4状态:工作蒸气与制冷剂水蒸气混合后状态;
4-5: 混合蒸气在扩压器中流动升压过程;
5-6: 冷凝器中气体的凝结过程;
6-7-3:凝结水经过节流进入蒸发器;
6-9-1:凝结水经过水泵进入锅炉,产生工作蒸气。null5. 特点:
工作介质:水,氟利昂(低沸点)。
优点:使用热能,结构简单,加工方便,
没有运动部件,使用寿命长。
缺点:工作蒸汽压力高,喷射器不可逆损失
大,效率很低。6. 应用:
可用于制取空调用冷水。曾被应用过。
在空调冷水机中采用溴化锂吸收式制冷机比
喷射式制冷机有明显优势。null1. 系统组成:
吸附床,冷凝器,蒸发器
用管道连成一个封闭系统。2.1.5 吸附式制冷2. 工作原理: 吸附时,制冷剂液体蒸发,产生制冷作用。 一定的固体吸附剂对某种
制冷剂气体具有吸附作用,
而且吸附能力随吸附剂温
度的改变而不同。 通过周期性地冷却和加热吸附剂,
使之交替地吸附和解吸。 解吸时,释放制冷剂气体,使之凝结为液体。null3. 工作介质: 吸附剂——制冷剂工质对null5. 热源:工业废热,太阳能,化学反应能。(1)优点:不耗电,无任何运动部件,系统简单,无噪声,
无污染,不需维修,寿命长,安全可靠,投资回收期
短,对大气臭氧层无破坏作用等一系列优点。4. 吸附式制冷的特点:(2)另外,可利用吸附剂吸附效应时所放出的吸附热,
提供家庭用热水和冬季采暖用热源。(3)缺点:循环属于间歇性的,热力状态不断地发生变化,
难以实现自动化运行;对能量的贮存也较困难。
特别是太阳能吸附式制冷系统,太阳能的波动会进一步
影响到系统的循环特性。2.2 电、磁、声制冷2.2 电、磁、声制冷2.2.1 热电制冷1. 工作原理:
以温差电现象为基础的制冷方法,利用
帕尔帖效应达到制冷的目的。null 热电制冷一般采用半导体材料。 N型半导体和P型半导体
构成的热电偶制冷元件。2. 单级热电堆式半导体制冷
的基本原理 单级热电堆:
将数十至数百个热电偶电堆串联,将冷端排在一起,
热端排在一起,组成热电堆,称为单级热电堆。 工作原理:
借助热交换器等设备,使热电堆的热端不断散热,
且保持一定温度。将热电堆的冷端放到被冷却系统中
完成吸热降温。null3. 多级热电堆式半导体制冷的基本原理 为了获得更低的温度或更大的温差可采用多级热电堆式
半导体制冷。它是由单级热电联结而成。
联结的方式有:串联,并联,及串并联。其中二级,
三级热电堆式半导体制冷最为常见。 null4. 热电制冷的特点: 不需要制冷剂,无泄露,无污染;
无机械传动部件和设备,无噪声,无磨损,可靠性高;
可通过改变工作电流的大小控制制冷温度和制冷速度;
操作具有可逆性,可实现冷热端互换;
不适用于大规模和大冷量使用;
适宜于微型制冷领域和特殊要求的用冷场所,
制冷功率在20W以下时,效率高于压缩式制冷循环;
可做成家用冰箱,或小型低温冰箱;
可制成低温医疗器具;
可对仪器进行冷却;
可做成零点仪。null2.2.2 磁制冷1. 工作原理:
是利用磁热效应的一种制冷方式。 既是固体磁性物质(磁性离子构成的系统)在受磁场
作用磁化时,系统的磁有序度加强(磁熵减小),
对外放出热量;再将其去磁,则磁有序度下降(磁熵
增大),又要从外界吸收热量。2.2.3 声制冷1. 工作原理:
是利用热声效应的一种制冷方式。 热声效应:可压缩流体的声振荡与固体介质之间由于
热相互作用而产生的时均能量效应。2.3 气体涡流制冷涡流制冷效应的实质是利用人工方法产生漩涡,
使气流分为冷、热两部分。利用分离出来的冷
气流进行制冷。2.3 气体涡流制冷2.3.1 气体涡流制冷的基本原理2.4 气体膨胀制冷2.4 气体膨胀制冷2.5 绝热放气制冷 主要原理:利用刚性容器绝热放气过程是一个
降温过程实现制冷。