制冷原理與設(shè)備天津商業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院制冷與空調(diào)工程系李慧宇制冷原理與設(shè)備緒論第1頁教學(xué)主要內(nèi)容：制冷原理各種制冷方法概述單級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)制冷劑雙級(jí)蒸氣壓縮式制冷循環(huán)復(fù)疊式蒸氣壓縮式制冷循環(huán)制冷設(shè)備冷凝器和蒸發(fā)器節(jié)流機(jī)構(gòu)及其它輔助設(shè)備制冷原理與設(shè)備緒論第2頁教學(xué)參考書：制冷原理與設(shè)備吳業(yè)正主編，機(jī)械工業(yè)出版社制冷與低溫原理陳光明陳國邦主編，機(jī)械工業(yè)出版社制冷原理與裝置鄭賢德主編，機(jī)械工業(yè)出版社空調(diào)調(diào)整用制冷技術(shù)彥啟森主編，中國建筑工業(yè)出版社制冷原理與設(shè)備緒論第3頁課程學(xué)習(xí)要求：了解并掌握蒸氣壓縮式制冷基本原理及其循環(huán)特點(diǎn)；了解并掌握制冷機(jī)設(shè)備各種類型及其設(shè)計(jì)計(jì)算；了解各種制冷方法基本原理及其循環(huán)；經(jīng)過本課程學(xué)習(xí)，能夠進(jìn)行制冷循環(huán)熱力計(jì)算及機(jī)器設(shè)備選型（或設(shè)計(jì)）；按時(shí)完成作業(yè)。制冷原理與設(shè)備緒論第4頁緒論制冷技術(shù)實(shí)現(xiàn)制冷路徑制冷技術(shù)應(yīng)用制冷技術(shù)研究內(nèi)容和基礎(chǔ)理論制冷原理與設(shè)備緒論第5頁緒論一、制冷技術(shù)1.制冷定義：制冷就是使某一空間內(nèi)物體溫度低于周圍環(huán)境介質(zhì)溫度，并維持這個(gè)低溫環(huán)境過程。2.實(shí)現(xiàn)制冷路徑：天然冷卻

利用自然界物質(zhì)來完成降溫過程人工制冷—利用制冷裝置取得所需低溫，但要消耗能量（如：電能、熱能、機(jī)械能、太陽能等）。制冷原理與設(shè)備緒論第6頁3.制冷機(jī)機(jī)械制冷中所需機(jī)器設(shè)備總合稱為制冷機(jī)。4.制冷劑制冷機(jī)中使用工作介質(zhì)稱為制冷劑。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，即不停地從被冷卻對(duì)象中吸收熱量，向環(huán)境排放熱量。制冷原理與設(shè)備緒論第7頁二、實(shí)現(xiàn)人工制冷方法1.利用物質(zhì)相變來吸熱制冷；

融化（固體—液體）氣化（液體—?dú)怏w）升華（固體—?dú)怏w）氣化制冷（蒸氣制冷）：包含蒸氣壓縮式制冷、吸收式制冷、蒸汽噴射式制冷、吸附式制冷。制冷原理與設(shè)備緒論第8頁2.利用氣體膨脹產(chǎn)生低溫氣體等熵膨脹時(shí)溫度總是降低，產(chǎn)生冷效應(yīng)。3.氣體渦流制冷高壓氣體經(jīng)渦流管膨脹后，可分為冷熱兩股氣流；4.熱電制冷（半導(dǎo)體制冷）利用半導(dǎo)體溫差電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)制冷。制冷原理與設(shè)備緒論第9頁依據(jù)制冷溫度不一樣，制冷技術(shù)可大致上劃分三大類：普通冷凍：＞120K深度冷凍：120K~20K低溫和超低溫：＜20K。t=T-273.15(t,℃;T,Kelvin開）T=273+t制冷原理與設(shè)備緒論第10頁制冷原理與設(shè)備緒論第11頁三.制冷技術(shù)研究內(nèi)容1）研究取得低溫方法和相關(guān)機(jī)理以及與此對(duì)應(yīng)制冷循環(huán)，并對(duì)制冷循環(huán)進(jìn)行熱力學(xué)分析和計(jì)算。2）研究制冷劑性質(zhì)，從而為制冷機(jī)提供性能滿意工作介質(zhì)。3）研究實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)所必需各種機(jī)械和技術(shù)設(shè)備，包含它們工作原理、性能分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及制冷裝置流程組織、系統(tǒng)配套設(shè)計(jì)。制冷原理與設(shè)備緒論第12頁四.制冷技術(shù)應(yīng)用

１.空調(diào)工程空調(diào)工程是制冷技術(shù)應(yīng)用一個(gè)遼闊領(lǐng)域。光學(xué)儀器儀表、精密計(jì)量量具、紡織等生產(chǎn)車間及計(jì)算機(jī)房等，都要求對(duì)環(huán)境溫度、濕度、潔凈度進(jìn)行不一樣程度控制；體育館、大會(huì)堂、賓館等公共建筑和小汽車、飛機(jī)、大型客車等交通工具也都需有舒適空調(diào)系統(tǒng)。２.食品工程易腐食品從采購或捕撈、加工、貯藏、運(yùn)輸?shù)戒N售全部流經(jīng)過程中，都必須保持穩(wěn)定低溫環(huán)境，才能延長和提升食品質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)壽命與價(jià)值。這就需有各種制冷設(shè)施，如冷加工設(shè)備、冷凍冷藏庫、冷藏運(yùn)輸車或船、冷藏售貨柜臺(tái)等。制冷原理與設(shè)備緒論第13頁

３.機(jī)械與電子工業(yè)精密機(jī)床油壓系統(tǒng)利用制冷來控制油溫，可穩(wěn)定油膜剛度，使機(jī)床能正常工作。對(duì)鋼進(jìn)行低溫處理可改進(jìn)鋼性能，提升鋼硬度和強(qiáng)度，延長工件使用壽命。多路通訊、雷達(dá)、衛(wèi)星地面站等電子設(shè)備也都需要在低溫下工作。４.醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)血漿、疫苗及一些特殊藥品需要低溫保留。低溫麻醉、低溫手術(shù)及高燒患者冷敷降溫等也需制冷技術(shù)。５.國防工業(yè)和當(dāng)代科學(xué)在高寒地域使用發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車、坦克、大炮等常規(guī)武器性能需要作環(huán)境模擬試驗(yàn)，火箭、航天器也需要在模擬高空條件下進(jìn)行試驗(yàn)，這些都需要人工制冷技術(shù)。人工降雨也需要制冷。６.家用冰箱及空調(diào)等日常生活方面也是制冷技術(shù)應(yīng)用。制冷原理與設(shè)備緒論第14頁制冷原理與設(shè)備緒論第15頁拼裝式冷庫結(jié)構(gòu)簡圖制冷原理與設(shè)備緒論第16頁大型裝配式冷庫外形圖制冷原理與設(shè)備緒論第17頁果汁機(jī)制冷原理與設(shè)備緒論第18頁樓宇空調(diào)制冷原理與設(shè)備緒論第19頁陳列柜制冷原理與設(shè)備緒論第20頁五.制冷技術(shù)發(fā)展歷史1755年，愛丁堡化學(xué)教授庫倫利用乙醚蒸發(fā)使水結(jié)冰。他學(xué)生布拉克從本質(zhì)上解釋了融化和汽化現(xiàn)象，導(dǎo)出了潛熱概念，并創(chuàng)造了冰量熱器，標(biāo)志著當(dāng)代制冷技術(shù)開始。1834年，在倫敦工作美國創(chuàng)造家波爾金斯造出了第一臺(tái)以乙醚為工質(zhì)蒸氣壓縮式制冷機(jī)，并正式呈請(qǐng)了英國第6662號(hào)專利。這是以后全部蒸氣壓縮式制冷機(jī)雛型。1875年，卡列和林德用氨作制冷劑，制造了氨蒸氣壓縮式制冷機(jī)。1844年，美國人J.Gorrie創(chuàng)造了空氣循環(huán)式制冷機(jī)，并于1851年取得美國專利，這是世界第一臺(tái)制冷和空調(diào)用機(jī)器。1858年，美國人尼斯取得了冷庫設(shè)計(jì)第一個(gè)美國專利，從此商用食品冷藏事業(yè)開始發(fā)展。制冷原理與設(shè)備緒論第21頁我國制冷發(fā)展簡史人類最早制冷方法是利用自然界存在冷物質(zhì)－冰、深井水等。我國早在周朝就有了用冰歷史。到了秦漢，冰使用就更進(jìn)了一步，據(jù)《藝文志》記載：大秦國有五宮殿，以水晶為柱拱，稱水晶宮，內(nèi)實(shí)以冰，遇夏開發(fā)?！边@實(shí)質(zhì)是我國最早空調(diào)房間。到了唐朝已生產(chǎn)冰鎮(zhèn)飲料并已經(jīng)有了冰商。冰酪、奶冰也發(fā)源于中國，是冰淇淋雛形，在元朝時(shí)由意大利著名旅行家馬可·波羅帶到了歐洲。人工制冷至今在世界上才有100多年歷史。舊中國制冷工業(yè)基本上是空白，解放前上海只有幾家很小“冰箱廠”且只搞維修業(yè)務(wù)，全國冷庫也僅有幾座。解放后，制冷工業(yè)得到飛速發(fā)展，尤其是八十年代經(jīng)過引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，使我國制冷、空調(diào)產(chǎn)品打入了國際市場。制冷原理與設(shè)備緒論第22頁第一章制冷方法慣用制冷方法有：液體氣化制冷氣體膨脹制冷渦流管制冷熱電制冷制冷原理與設(shè)備緒論第23頁液體汽化形成蒸氣，利用該過程吸熱效應(yīng)制冷方法稱液體蒸發(fā)制冷。

制冷原理與設(shè)備緒論第24頁當(dāng)液體處于密閉容器內(nèi)時(shí)，若容器內(nèi)除了液體和液體本身蒸氣外不含任何其它氣體，那么液體和蒸氣在某一壓力下將到達(dá)平衡。這種狀態(tài)稱飽和狀態(tài)。假如將一部分飽和蒸氣從容器中抽出，液體中就必定要再汽化出一部分蒸氣來維持平衡。以液體為制冷劑，它在汽化時(shí)要吸收汽化潛熱，該熱量來自被冷卻對(duì)象，只要液體蒸發(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)境溫度以下某一低溫。制冷原理與設(shè)備緒論第25頁為了使上述過程得以連續(xù)進(jìn)行，必須不停地從容器中抽走制冷劑蒸氣，再不停地將液體補(bǔ)充進(jìn)去。經(jīng)過一定方法將蒸氣抽出，再令其凝結(jié)為液體后返回到容器中。為使制冷劑蒸氣冷凝過程能夠在常溫下實(shí)現(xiàn)，需要將制冷劑蒸氣壓力提升到常溫下飽和壓力。這么，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)境溫度冷卻介質(zhì)排放熱量。凝結(jié)后制冷劑液體因?yàn)閴毫^高，返回容器之前需要先降低壓力。制冷原理與設(shè)備緒論第26頁液體蒸發(fā)制冷循環(huán)必須具備以下四個(gè)基本過程：制冷劑液體在低壓下汽化產(chǎn)生低壓蒸氣，將低壓蒸氣抽出并提升壓力變成高壓氣，將高壓氣冷凝成高壓液體，高壓液體再降低壓力回到初始低壓狀態(tài)。按照實(shí)現(xiàn)循環(huán)所采取方式之不一樣，液體蒸發(fā)制冷有蒸氣壓縮式制冷蒸氣吸收式制冷蒸氣噴射式制冷吸附式制冷等制冷原理與設(shè)備緒論第27頁

系統(tǒng)組成：1-壓縮機(jī)2-冷凝器3-膨脹閥4-蒸發(fā)器組成密閉系統(tǒng)。

圖1-1蒸氣壓縮式制冷循環(huán)流程圖§1-1蒸氣壓縮式制冷蒸氣壓縮制冷.exe制冷原理與設(shè)備緒論第28頁工作原理：制冷劑在蒸發(fā)器中吸收被冷卻對(duì)象熱量而蒸發(fā)，產(chǎn)生低壓蒸氣被壓縮機(jī)吸入，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后制冷劑壓力升高，壓縮機(jī)排出高壓蒸氣在冷凝器中被常溫冷卻介質(zhì)冷卻，凝結(jié)成高壓液體。高壓液體經(jīng)膨脹閥節(jié)流，變成低壓、低溫濕蒸氣，進(jìn)入蒸發(fā)器，低壓液體在蒸發(fā)器中再次汽化蒸發(fā)。如此周而復(fù)始。制冷原理與設(shè)備緒論第29頁§1-2.蒸氣吸收式制冷系統(tǒng)組成：發(fā)生器、吸收器、冷凝器、蒸發(fā)器、溶液熱交換器、溶液泵、冷劑泵等圖1-2吸收式制冷流程圖工質(zhì)對(duì)：制冷劑與吸收劑慣用：氨—水溶液溴化鋰—水溶液

吸收式制冷機(jī)消耗熱源，能夠是廢熱、廢氣、蒸汽、熱水或燃油、燃?xì)獾?。吸收式制?exe制冷原理與設(shè)備緒論第30頁圖1-3單效熱水型溴化鋰吸收式制冷機(jī)制冷原理與設(shè)備緒論第31頁工作原理（工作過程）：Ⅰ.溴化鋰溶液在發(fā)生器中被熱源加熱沸騰，產(chǎn)生出制冷劑蒸汽在冷凝器被冷凝成冷劑水。冷劑水經(jīng)U型管節(jié)流進(jìn)入蒸發(fā)器，在低壓下蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷效應(yīng)。Ⅱ.發(fā)生器中出來濃溶液，經(jīng)熱交換器降溫、降壓后進(jìn)入吸收器，與吸收器中稀溶液混合為中間濃度溶液。中間熱度溶液被吸收器泵輸送并噴淋，吸收從蒸發(fā)器中產(chǎn)生冷劑蒸汽，形成稀溶液。稀溶液由發(fā)生器泵輸送到發(fā)生器，重新被熱源加熱，形成濃溶液。制冷原理與設(shè)備緒論第32頁氨水吸收式制冷循環(huán)工作原理：在發(fā)生器中氨水濃溶液被熱源加熱至沸騰，產(chǎn)生蒸氣（氨氣中含有一小部分水蒸汽）經(jīng)精餾塔精餾后（得到幾乎是純氨蒸氣），進(jìn)入冷凝器放出熱量后被冷凝成液體，經(jīng)節(jié)流機(jī)構(gòu)節(jié)流，進(jìn)入蒸發(fā)器，低壓液體制冷劑，吸收被冷卻物體熱量而蒸發(fā)，到達(dá)制冷目標(biāo)，產(chǎn)生低壓蒸氣進(jìn)入吸收器。而發(fā)生器中發(fā)生后稀溶液，降壓后也進(jìn)入吸收器，吸收由蒸發(fā)器來制冷劑蒸氣，濃溶液經(jīng)溶液泵加壓后送入發(fā)生器。如此不停循環(huán)。單級(jí)氨水實(shí)際循環(huán).swf制冷原理與設(shè)備緒論第33頁整個(gè)系統(tǒng)包含兩個(gè)回路：制冷劑回路，溶液回路。系統(tǒng)中使用制冷劑和吸收劑作為工作流體，稱為吸收式制冷工質(zhì)對(duì)。吸收劑對(duì)制冷劑氣體有很強(qiáng)吸收能力。吸收劑吸收了制冷劑氣體后形成溶液。溶液經(jīng)加熱又能釋放出制冷劑氣體。所以，能夠用溶液回路取代壓縮機(jī)作用，組成蒸氣吸收式制冷循環(huán)。

制冷原理與設(shè)備緒論第34頁制冷劑回路由冷凝器

、制冷劑節(jié)流閥

、蒸發(fā)器

組成。高壓制冷劑氣體在冷凝器中冷凝，產(chǎn)生高壓制冷劑液體經(jīng)節(jié)流后到蒸發(fā)器蒸發(fā)制冷。

溶液回路由發(fā)生器

、吸收器

、溶液節(jié)流閥

、溶液熱交換器

和溶液泵

組成。

制冷原理與設(shè)備緒論第35頁在吸收器中，吸收劑吸收來自蒸發(fā)器低壓制冷劑蒸氣，形成富含制冷劑溶液，將該溶液用泵送到發(fā)生器，經(jīng)加熱使溶液中制冷劑重新以高壓氣態(tài)發(fā)生出來，送入冷凝器。其次，發(fā)生后溶液重新恢復(fù)到原來成分，經(jīng)冷卻、節(jié)流后成為具有吸收能力吸收液，進(jìn)入吸收器，吸收來自蒸發(fā)器低壓制冷劑蒸氣。吸收過程中伴隨釋放吸收熱，為了保證吸收順利進(jìn)行，需要用冷卻方法帶走吸收熱，以免吸收液溫度升高。制冷原理與設(shè)備緒論第36頁假如將吸收式制冷系統(tǒng)與壓縮式制冷系統(tǒng)做個(gè)對(duì)比：吸收器好比壓縮式制冷系統(tǒng)中壓縮機(jī)吸入側(cè)；發(fā)生器好比壓縮機(jī)排出側(cè)；對(duì)發(fā)生器內(nèi)溶液加熱，提供提升制冷劑蒸氣壓力能量。

制冷原理與設(shè)備緒論第37頁普遍應(yīng)用工質(zhì)對(duì)有兩種：溴化鋰-水（制冷劑是水）

，氨-水（制冷劑是氨）

。溴化鋰吸收式制冷機(jī)用于制取

7-10℃

冷水；氨水吸收式制冷機(jī)能夠制冷溫度達(dá)

－20℃

或更低。制冷原理與設(shè)備緒論第38頁§1-3.蒸氣噴射式制冷圖1-4蒸氣噴射式制冷循環(huán)流程圖制冷原理與設(shè)備緒論第39頁系統(tǒng)組成：噴射器、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流閥、泵。噴射器由噴嘴、吸入室、擴(kuò)壓器組成。循環(huán)流程圖如圖1-4所表示。蒸氣噴射式制冷原理.swf制冷原理與設(shè)備緒論第40頁工作原理

高壓工作蒸氣進(jìn)入噴嘴，膨脹并以1000m/s以上流速流動(dòng)，于是在噴嘴出口處造成很低壓力，這就為蒸發(fā)器中水在低溫下汽化創(chuàng)造了條件。因?yàn)樗鼰幔刮雌疁囟认陆?，為空調(diào)系統(tǒng)提供低溫冷水。蒸發(fā)器中產(chǎn)生冷劑水蒸氣與工作蒸氣在噴嘴出口處混合，一起進(jìn)入擴(kuò)壓器。在擴(kuò)壓器中因?yàn)榱魉俳档投箟毫ι撸M(jìn)入冷凝器，放出熱量后被冷凝成為液體，液態(tài)水分兩路：一路經(jīng)過節(jié)流閥降壓后送回蒸發(fā)器，繼續(xù)蒸發(fā)制冷；另一路用泵加壓后送入鍋爐。制冷原理與設(shè)備緒論第41頁圖1-5蒸氣噴射式制冷機(jī)理論循環(huán)溫熵圖1-2表示工作蒸氣在噴嘴內(nèi)膨脹過程2、3混合后狀態(tài)是44-5是混合蒸氣在擴(kuò)壓器中流動(dòng)升壓過程5-6冷凝器中氣體凝結(jié)過程6-7冷劑水節(jié)流過程7-3冷劑水蒸發(fā)過程6-9-1鍋爐工作過程蒸氣噴射式制冷機(jī)理論循環(huán)溫熵圖制冷原理與設(shè)備緒論第42頁循環(huán)熱力分析：制冷量：

Q0=qm0(h3-h6)kW式中：qm0——被引射蒸氣質(zhì)量流量，kg/s；

h3——制冷劑流出蒸發(fā)器時(shí)焓值，kJ/kg；

h6——凝結(jié)水出冷凝器時(shí)焓值,kj/kg。鍋爐熱負(fù)荷：

Qh=qm1(h1-h6)kW式中：qm1——工作蒸氣質(zhì)量流量，kg/s；

h1——工作蒸氣出鍋爐時(shí)焓值，kJ/kg。制冷原理與設(shè)備緒論第43頁冷凝器熱負(fù)荷：

Qk=(qm0+qm1)(h5-h6)kW式中：h5——混合蒸氣進(jìn)冷凝器時(shí)焓值，kJ/kg。循環(huán)熱平衡：

Q0+Qh=Qk噴射系數(shù)：每千克工作蒸氣所引射制冷蒸氣量（kg），即

u=qm0/qm1理論噴射系數(shù)：

u=qm0/qm1=(h1-h5)/(h5-h3)制冷原理與設(shè)備緒論第44頁§1-4.吸附制冷圖1-6太陽能沸石—水吸附制冷原理圖吸附制冷也消耗熱能?；驹恚阂欢ü腆w吸附劑對(duì)某種制冷劑氣體含有吸附作用。吸附能力隨吸附劑溫度不一樣而不一樣。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，并使之凝結(jié)為液體；吸附時(shí)，制冷劑液體蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷作用。太陽能沸石-水吸附式制冷原理.swf組成：吸附床、冷凝器、蒸發(fā)器、連接管路。制冷原理與設(shè)備緒論第45頁吸附原理：物理吸附、化學(xué)吸附工質(zhì)對(duì)：吸附劑——制冷劑

物理吸附：沸石——水、硅膠——水、活性炭——甲醇、金屬氫化物——?dú)?、氯化鍶——氨化學(xué)吸附：氯化鈣——氨制冷原理與設(shè)備緒論第46頁工作原理：白天，吸附床受日照加熱，沸石溫度升高，產(chǎn)生解析作用，從沸石中脫附出水蒸氣，系統(tǒng)內(nèi)水蒸氣壓力上升，到達(dá)與環(huán)境對(duì)應(yīng)飽和壓力時(shí)，水蒸氣在冷凝器中凝結(jié)，同時(shí)放出潛熱，凝水儲(chǔ)存在蒸發(fā)器中。夜間，吸附床冷下來，沸石溫度逐步降低，它吸附水蒸氣能力逐步提升，造成系統(tǒng)內(nèi)氣體壓力降低，同時(shí)，蒸發(fā)器中水不停蒸發(fā)出來，用以補(bǔ)充沸石對(duì)水蒸氣吸附。水蒸發(fā)過程吸收了熱量，到達(dá)了制冷目標(biāo)。制冷原理與設(shè)備緒論第47頁圖2-7太陽能沸石-水吸附制冷原理1-吸附床2-冷凝器3-儲(chǔ)水器（蒸發(fā)器）

脫附.exe吸附.exe制冷原理與設(shè)備緒論第48頁熱源：只要確保能夠交替地加熱和冷卻吸附床，使沸石周期性地解吸和吸附，都能到達(dá)制冷目標(biāo)。吸附制冷屬于液體汽化制冷。吸附床起到壓縮機(jī)作用。只有一個(gè)吸附器系統(tǒng)只能間歇制冷。當(dāng)吸附器處于吸附過程中產(chǎn)生冷效應(yīng)。為了連續(xù)制冷，能夠采取兩個(gè)吸附器。美國學(xué)者喬納斯(Jones)還提出用三個(gè)或四個(gè)吸附器進(jìn)行系統(tǒng)循環(huán)，不但實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷，還能夠利用一個(gè)吸附床排熱去加熱另一個(gè)吸附床，從而使熱能充分利用。制冷原理與設(shè)備緒論第49頁§1-5、熱電制冷-(溫差電制冷、半導(dǎo)體制冷）NP+-冷結(jié)點(diǎn)熱結(jié)點(diǎn)令直流電經(jīng)過半導(dǎo)體熱電堆，即可在一端產(chǎn)生冷效應(yīng)，另一端產(chǎn)生熱效應(yīng)。半導(dǎo)體熱電堆：一塊N型半導(dǎo)體（電子型）和一塊P型半導(dǎo)體（空穴型）聯(lián)接成熱電偶。圖1-7熱電制冷原理圖熱電制冷.exe制冷原理與設(shè)備緒論第50頁原理：利用熱電效應(yīng)一個(gè)制冷方法。帕爾帖效應(yīng)：1834年，法國物理學(xué)家帕爾帖在銅絲兩頭各接一根鉍絲，再將兩根鉍絲分別接到直流電源正、負(fù)極上，通電后，發(fā)覺一個(gè)接頭變熱；另一個(gè)接頭變冷。這個(gè)現(xiàn)象稱為帕爾帖效應(yīng)。熱電制冷元件：由P型和N型半導(dǎo)體組成。N型（電子型）半導(dǎo)體，P型（空穴型）半導(dǎo)體。用銅板和銅導(dǎo)線將N，P半導(dǎo)體和低壓直流電源連接成一個(gè)回路，銅板和導(dǎo)線只起導(dǎo)電作用。接通電流時(shí)，一個(gè)結(jié)點(diǎn)變冷，另一個(gè)結(jié)點(diǎn)變熱。改變電流方向，冷熱結(jié)點(diǎn)也伴隨改變。制冷原理與設(shè)備緒論第51頁制冷原理與設(shè)備緒論第52頁§1-6.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、熱兩部分氣流，冷氣流溫度可達(dá)-10℃～-50℃,熱氣流溫度可達(dá)100～130℃。1933年，法國蘭克（Ranque）創(chuàng)造蘭克管。能夠使壓縮氣體產(chǎn)生渦流、并將其流分成冷、熱兩部分，分別從管兩端流出。渦流管制冷裝置結(jié)構(gòu)圖如圖所表示。組成：噴嘴、渦流室、孔板、管子和控制閥。圖1-9渦流管制冷裝置結(jié)構(gòu)圖渦流管制冷原理.swf制冷原理與設(shè)備緒論第53頁渦旋管是一個(gè)結(jié)構(gòu)比較簡單管子，它主要是由噴嘴、渦流室、分離孔板及冷熱兩端管子組成。氣體分離成兩部分是在渦流管渦流室內(nèi)進(jìn)行。渦流室內(nèi)部形狀為阿基米德螺線，噴嘴沿切線方向裝在渦流室邊緣，其連接能夠有不一樣方法。制冷原理與設(shè)備緒論第54頁在渦流室一側(cè)裝有一個(gè)分離孔板，其中心孔徑約為管子內(nèi)徑二分之一（或稍小一些），它與噴嘴中心線距離大約為管子內(nèi)徑之半。分離孔板之外即為冷端管子。熱端裝在分離孔板另一側(cè)，在其外端裝有一個(gè)控制閥，控制閥離開渦流室距離約為管子內(nèi)徑10倍。制冷原理與設(shè)備緒論第55頁渦流管能夠同時(shí)得到冷熱兩種效應(yīng)。依據(jù)試驗(yàn)，當(dāng)高壓氣體溫度為室溫時(shí)，冷氣流溫度可達(dá)（-50~-10）℃，熱氣流溫度可達(dá)（100~130）℃，控制閥用來改變熱端管子中氣體壓力，因而可調(diào)整兩部分氣流流量比，以改變它們溫度。制冷原理與設(shè)備緒論第56頁工作原理：經(jīng)過壓縮并冷卻到常溫氣體（空氣、co2、N2等氣體）進(jìn)入噴嘴，在噴嘴中膨脹并加速到音速，從切線方向射入渦流室，形成自由渦流。自由渦流旋轉(zhuǎn)角速度離中心越近就越大。因?yàn)榻撬俣炔灰粯?，在環(huán)形氣流層與層之間產(chǎn)生摩擦，中心層部分氣流角速度逐步降低；外層氣流角速度逐步升高，所以存在著由中心向外層動(dòng)量流。內(nèi)層氣體失去能量，從孔板流出時(shí)含有較低溫度；外層氣體吸收能量，動(dòng)能增加，又因?yàn)榕c管壁摩擦，將部分動(dòng)能變成熱能，使得從控制閥流出氣體含有較高溫度。制冷原理與設(shè)備緒論第57頁§1-7.空氣（氣體）膨脹制冷單一氣體工質(zhì)布雷頓制冷循環(huán)布雷頓(Brayton)制冷循環(huán)又稱逆向焦耳循環(huán)，其工作過程包含等熵壓縮，等壓冷卻，等熵膨脹及等壓吸熱四個(gè)過程，這與蒸氣壓縮式制冷機(jī)四個(gè)工作過程相近，二者區(qū)分在于工質(zhì)在布雷頓制冷循環(huán)中不發(fā)生集態(tài)改變。歷史上第一次實(shí)現(xiàn)氣體制冷機(jī)是以空氣作為工質(zhì)，稱為空氣制冷機(jī)。制冷原理與設(shè)備緒論第58頁組成：壓縮機(jī)、膨脹機(jī)、空氣冷卻器和冷室。其循環(huán)是開式。工質(zhì)在循環(huán)過程中沒有相變。制冷劑還能夠是CO2，O2，N2，He等理想氣體。組成這種制冷方式循環(huán)系統(tǒng)稱為理想氣體逆向循環(huán)系統(tǒng)。其循環(huán)型式主要有定壓循環(huán)、有回?zé)岫▔貉h(huán)和定容循環(huán)。制冷原理與設(shè)備緒論第59頁一、無回?zé)釟怏w制冷機(jī)循環(huán)

布雷頓循環(huán).exe制冷原理與設(shè)備緒論第60頁制冷原理與設(shè)備緒論第61頁制冷原理與設(shè)備緒論第62頁工作原理：從壓縮機(jī)排出高溫高壓(T2、p2)氣體進(jìn)入冷卻器，在定壓p2下被冷卻到溫度T3，然后進(jìn)入膨脹機(jī)，等熵膨脹到冷室壓力p1(普通為1個(gè)大氣壓)，同時(shí)溫度降到T4，成為低溫低壓冷氣流，冷氣流進(jìn)入冷室，使被冷卻對(duì)象降溫，而空氣本身因吸收了熱量，溫度回升到T1，這個(gè)過程是在低壓p1下等壓吸熱過程。離開冷室空氣（p1，T1）被壓縮機(jī)吸入，等熵壓縮后，狀態(tài)到達(dá)p2，T2完成一個(gè)循環(huán)。制冷原理與設(shè)備緒論第63頁圖1示出無回?zé)釟怏w制冷機(jī)系統(tǒng)圖。氣體由壓力p0被壓縮到較高壓力pc，然后進(jìn)入冷卻器中被冷卻介質(zhì)（水或循環(huán)空氣）冷卻，放出熱量Qc，而后氣體進(jìn)入膨脹機(jī)，經(jīng)歷絕熱膨脹過程，到達(dá)很低溫度，又進(jìn)入冷箱吸熱制冷。在理想情況下，我們假定壓縮過程和膨脹過程均為理想絕熱過程，吸熱和放熱均為理想等壓過程（即沒有壓力損失），而且換熱器出口處沒有端部溫差。這么假設(shè)后循環(huán)稱為氣體制冷機(jī)理論循環(huán)，其p?V圖及T?s圖如圖2所表示。圖中T0是冷箱中制冷溫度，Tc是環(huán)境介質(zhì)溫度，1－2是等熵壓縮過程，2－3是等壓冷卻過程，3－4是等熵膨脹過程，4－1是在冷箱中等壓吸熱過程。制冷原理與設(shè)備緒論第64頁制冷原理與設(shè)備緒論第65頁由式（7）能夠看出，無回?zé)釟怏w制冷機(jī)理論循環(huán)性能系數(shù)與循環(huán)壓力比或壓縮機(jī)溫度比、膨脹機(jī)溫度比相關(guān)。壓力比或者溫度比越大，循環(huán)性能系數(shù)越低。因而為了提升循環(huán)經(jīng)濟(jì)性應(yīng)采取較小壓力比。制冷原理與設(shè)備緒論第66頁因?yàn)門c小于T2

，所以無回?zé)釟怏w制冷機(jī)理論循環(huán)性能系數(shù)小于同溫限下可逆卡諾循環(huán)性能系數(shù)，即cop<copc。這是因?yàn)樵赥c和T2不變情況下，無回?zé)釟怏w制冷機(jī)理論循環(huán)冷卻器中放熱過程2－3和冷箱中吸熱過程4－1，含有傳熱溫差，因而存在不可逆損失。壓力比越大則傳熱溫差越大，不可逆損失越大，循環(huán)制冷系數(shù)越小，循環(huán)熱力完善度也越低。制冷原理與設(shè)備緒論第67頁由式（6）能夠看出，當(dāng)pc及p0給定時(shí)，cop將保持不變；但伴隨T0降低（或Tc升高）可逆卡諾循環(huán)性能系數(shù)copc將下降，使氣體制冷機(jī)理論循環(huán)熱力完善度提升。所以，用氣體制冷機(jī)制取較低溫度時(shí)效率較高。實(shí)際循環(huán)中壓縮機(jī)與膨脹機(jī)中并非等熵過程，換熱器中存在傳熱溫差和流動(dòng)阻力損失，這些原因使得實(shí)際循環(huán)單位制冷量減小，單位功增大，性能系數(shù)與熱力完善度降低，并引發(fā)循環(huán)特征一些改變。制冷原理與設(shè)備緒論第68頁二、定壓回?zé)釟怏w制冷機(jī)循環(huán)

在分析無回?zé)釟怏w制冷機(jī)理論循環(huán)時(shí)得出結(jié)論：理論循環(huán)性能系數(shù)隨壓力比pc/p0減小而增大，所以適當(dāng)降低壓力比是合理。不過因?yàn)榄h(huán)境介質(zhì)溫度是一定，降低壓力比將使膨脹后氣體溫度升高，從而限制了制冷箱溫度降低。應(yīng)用回?zé)嵩?，能夠既克服了上述缺點(diǎn)，又到達(dá)了降低壓力比目標(biāo)。所謂回?zé)峋褪前延衫湎浞祷乩錃饬饕胍粋€(gè)熱交換器―回?zé)崞鳎脕砝鋮s從冷卻器來高壓常溫氣流，使其溫度深入降低，而從冷箱返回氣流則被加熱，溫度升高。這么就使壓縮機(jī)吸氣溫度升高，而膨脹機(jī)進(jìn)氣溫度降低，因而循環(huán)工作參數(shù)和特征發(fā)生了改變。制冷原理與設(shè)備緒論第69頁布雷頓制冷機(jī).exe制冷原理與設(shè)備緒論第70頁圖5－10為定壓回?zé)崾綒怏w制冷機(jī)系統(tǒng)圖及其理論循環(huán)T-s圖。圖中1－2和4－5是壓縮和膨脹過程；2－3和5－6是在冷卻器中冷卻過程及冷箱中吸熱過程；3－4和6－1是在回?zé)崞髦谢責(zé)徇^程。圖5－10b中還表示出了工作于同一溫度范圍內(nèi)含有相同制冷量無回?zé)嵫h(huán)6－7－8－5－6。顯然兩個(gè)循環(huán)含有相同工作溫度和相等單位制冷量，但定壓回?zé)嵫h(huán)壓力比，單位壓縮功和單位膨脹功都比無回?zé)嵫h(huán)小得多。制冷原理與設(shè)備緒論第71頁制冷原理與設(shè)備緒論第72頁制冷原理與設(shè)備緒論第73頁由式（5－22）能夠看出，回?zé)嵫h(huán)2-2-3-4-5-6與無回?zé)嵫h(huán)6－7－8－5，二者不單有相同工作溫度范圍和相等單位制冷量，而且理論性能系數(shù)表示式也相同。但這并不能說明兩種循環(huán)是等效，因?yàn)榛責(zé)嵫h(huán)壓力比小，不但減小了壓縮機(jī)和膨脹機(jī)單位功，而且減小了壓縮過程，膨脹過程不可逆損失，所以回?zé)嵫h(huán)實(shí)際性能系數(shù)比無回?zé)嵫h(huán)大，尤其是應(yīng)用高效透平機(jī)械后，制冷機(jī)經(jīng)濟(jì)性大大提升。當(dāng)制取－80℃以下低溫時(shí)，定壓回?zé)釟怏w制冷機(jī)熱力完善度超出了各種型式蒸氣壓縮式制冷機(jī)。不過到當(dāng)前為止，定壓回?zé)釟怏w制冷機(jī)應(yīng)用還是很不普遍，這是因?yàn)樗鼰峤粨Q設(shè)備比較龐大，而且，當(dāng)應(yīng)用透平機(jī)械時(shí)只適合用于大型制冷裝置。制冷原理與設(shè)備緒論第74頁三、斯特林制冷循環(huán)

18斯特林提出了一個(gè)由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)等容回?zé)徇^程組成閉式熱力學(xué)制冷循環(huán)，稱為斯特林制冷循環(huán)，也稱為定容回?zé)嶂评溲h(huán)。圖5－16表示了理想單級(jí)斯特林制冷循環(huán)示意圖。圖5－16c示出了理想斯特林制冷循環(huán)p－V圖和T－s圖。制冷機(jī)由回?zé)崞鱎、冷卻器A、冷量換熱器C及兩個(gè)氣缸和兩個(gè)活塞組成。左面為膨脹活塞，右面為壓縮活塞。兩個(gè)氣缸與活塞形成兩個(gè)工作腔：冷腔（膨脹腔）Vc0和室溫（壓縮）腔Va，由回?zé)崞鱎連通，兩個(gè)活塞作折線式間斷運(yùn)動(dòng)。假設(shè)在穩(wěn)定工況下，回?zé)崞髦幸呀?jīng)形成了溫度梯度，冷腔保持溫度Tc0，室溫腔保持溫度Ta，如圖5－16a所表示。從圖5－16b、c中狀態(tài)1開始，壓縮活塞和膨脹活塞均處于右止點(diǎn)。氣缸內(nèi)有一定量氣體，壓力為P1，容積為V1，循環(huán)所經(jīng)歷過程以下：制冷原理與設(shè)備緒論第75頁斯特林.exe制冷原理與設(shè)備緒論第76頁等溫壓縮過程1－2：壓縮活塞向左移動(dòng)而膨脹活塞不動(dòng)。氣體被等溫壓縮，壓縮熱經(jīng)冷卻器A傳給冷卻介質(zhì)（水或空氣），溫度保持恒值Ta，壓力升高到P2，容積減小到V2。定容放熱過程2－3：兩個(gè)活塞同時(shí)向左移動(dòng)，氣體容積保持不變，即V3=V2，直至活塞抵達(dá)左止點(diǎn)。當(dāng)氣體經(jīng)過回?zé)崞鱎時(shí)，將熱量傳給填料，因而溫度由Ta降低到Tc0，同時(shí)壓力由P2降低到P3。制冷原理與設(shè)備緒論第77頁等溫膨脹過程3－4：壓縮活塞停頓在左止點(diǎn)，而膨脹活塞繼續(xù)向左移動(dòng)，直至左止點(diǎn)，溫度為Tc0氣體進(jìn)行等溫膨脹，經(jīng)過冷量換熱器C從低溫?zé)嵩矗ɡ鋮s對(duì)象）吸收一定熱量Qc0（循環(huán)制冷量）。容積增大到V4