制冷原理与设备制冷原理与设备第2章 常用制冷方法第第2章章 常用制冷方法常用制冷方法2.1 气体膨胀制冷历史上第一次实现的气体制冷机是以空气作历史上第一次实现的气体制冷机是以空气作为工质的，并且称为空气制冷机为工质的，并且称为空气制冷机压缩式空气制冷机的工作过程也是包括等熵压缩式空气制冷机的工作过程也是包括等熵压缩，等压冷却，等熵膨胀及等压吸热四压缩，等压冷却，等熵膨胀及等压吸热四个过程个过程 这与蒸汽压缩式制冷机的四个工作过程相近，这与蒸汽压缩式制冷机的四个工作过程相近，其区别在于工质在循环过程中不发生集态其区别在于工质在循环过程中不发生集态改变改变 无回热定压循环气体制冷机的流程图无回热定压循环气体制冷机的流程图 第第2章章 常用制冷方法常用制冷方法图2-1 定压回热气体制冷机的流程图及温熵图a) 系统流程图 b) 循环温熵图A透平压缩机 B冷却器 C透平膨胀机 D冷箱 E回热器第第2章章 常用制冷方法常用制冷方法图2-2 无回热定压循环气体制冷机的流程图及温熵图a) 系统流程图 b) 循环温熵图1压缩机 2冷却器 3膨胀机 4冷箱第第2章章 常用制冷方法常用制冷方法第第2章章 常用制冷方法常用制冷方法气体膨胀制冷机用于低温技术中。脉管制冷气体膨胀制冷机用于低温技术中。脉管制冷无低温运动部件，是低温制冷机的发展方无低温运动部件，是低温制冷机的发展方向之一。向之一。脉管式制冷机适于在高空中应用，还可作红脉管式制冷机适于在高空中应用，还可作红外器件、低温电子器件的冷源。外器件、低温电子器件的冷源。采用氮气为工质，可实现氮的液化。采用氮气为工质，可实现氮的液化。液氮温区脉管制冷机在低温超导和科学实验液氮温区脉管制冷机在低温超导和科学实验中有重要应用。中有重要应用。第第2章章 常用制冷方法常用制冷方法4.1 吸收式制冷吸收式制冷机是一种以热能为主要动力的制冷机 。蒸汽压缩制冷循环：压缩机（消耗机械功）吸收式制冷循环：吸收塔，解吸器，换热器，泵（消耗低品位热量） 气体制冷气体制冷剂回复液体状回复液体状态利用吸收或吸附方式利用吸收或吸附方式制冷制冷剂蒸蒸发吸收吸收热量制冷量制冷第4章 其它制冷方法4.1.1 吸收式制冷工作原理 1吸收式制冷工作原理 图4-1 吸收式和蒸汽压缩式制冷机工作原理a）吸收式制冷机 b）蒸汽压缩式制冷机E 一蒸发器 C 一冷凝器 EV 一膨胀阀 CO 一压缩机 G 一发生器 A 一吸收器 P 一溶液泵第4章 其它制冷方法l1.1.吸收式制冷吸收式制冷泵泵吸吸收收器器换热器换热器解解吸吸器器蒸发器蒸发器节流阀节流阀QL载冷体载冷体水水低品低品位蒸位蒸汽汽TRQR冷凝器冷凝器QH水水第4章 其它制冷方法1.吸收式制冷吸收式制冷第4章 其它制冷方法热力系数是吸收式制冷机的效率热力系数是吸收式制冷机的效率 2）最大热力系数 cc 2吸收式制冷循环的热力系数和热力完善度吸收式制冷循环的热力系数和热力完善度第4章 其它制冷方法4.1.2 吸收式制冷机的工质对4.1.2.1 吸收式制冷循环工质的选择要求1.吸收式制冷循环对制冷剂的选择 要求与蒸汽压缩式制冷基本相同，应具有较大的单位容积制冷量，工作压力不应太高或太低，价廉，无毒，不爆炸和不腐蚀等性质2.对吸收剂的选择应具有如下要求 1）吸收剂应具有强烈吸收制冷剂的能力2）作为吸收剂和制冷剂的两种物质，它们的沸点希望相差越大越好。3）吸收剂也希望具有较大的热导率，较小的密度和粘度，而且应具有较小的比热，以提高制冷循环的工作效率。4）在化学性质方面与制冷剂一样，要求无毒不燃烧不爆炸，对制冷机的金属材料无腐蚀和具有较好的化学稳定性。5）吸收式制冷循环工质对所组成的二元溶液，必须是非共沸溶液。第4章 其它制冷方法4.1.2.2 吸收式制冷循环工质对 1.以水作为制冷剂的工质对 2.以氨为制冷剂的工质对 3.乙醇作为制冷剂的工质对 4.以氟利昂为制冷剂的工质对 到目前为止，实际上使用的还只限于氨-水溶液与溴化锂-水溶液两种 第4章 其它制冷方法4.1.2.3 常用吸收式制冷循环工质对性质1.溴化锂-水溶液第4章 其它制冷方法溴化锂水溶液的性质溴化锂水溶液的性质 第4章 其它制冷方法溴化锂水溶液的性质 第4章 其它制冷方法溴化锂水溶液的性质 第4章 其它制冷方法溴化锂水溶液的性质 第4章 其它制冷方法溴化锂水溶液的性质 第4章 其它制冷方法溴化锂水溶液的性质 第4章 其它制冷方法吸收式制冷循环吸收式制冷循环 由于它是利用工由于它是利用工质对的质量分数变质对的质量分数变化，完成制冷剂的化，完成制冷剂的循环，因而被称为循环，因而被称为吸收式制冷吸收式制冷4.1.3 吸收式制冷循环吸收式制冷循环第4章 其它制冷方法4.1.3.2 溴化锂吸收式制冷机的分类1. 按用途分类1）冷水机组 2）冷热水机组 3）热泵机组 2.按驱动热源分类1）蒸汽型 2）直燃型 3）热水型 3按驱动热源的利用方式分类1）单效 2）双效 3）多效 第4章 其它制冷方法4按溶液循环流程分类1）串联流程，它又分为两种，一种是溶液先进入高压发生器，后进入低压发生器，最后流回吸收器；另一种是溶液先进入低压发生器，后进入高压发生器，最后流回吸收器。2）并联流程，溶液分别同时进入高、低压发生器，然后分别流回吸收器。3）串并联流程，溶液分别同时进入高、低发生器，高压发生器流出的溶液先进入低压发生器，然后和低压发生器的溶液一起流回吸收器。5按机组结构分类1）单筒型，机组的主要换热器（发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器）布置在一个筒体内。2）双筒型，机组的主要换热器布置在二个筒体内。3）三筒或多筒型，机组的主要换热器布置在三个或多个筒体内。第4章 其它制冷方法3 溴化锂吸收式制冷机工作过程1.单效溴化锂吸收式制冷机工作过程单效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组的应用系统。单效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组的应用系统。热源源回回路路冷冷却却水水回回路路冷冷水水回回路路冷冷剂水水回回路路溶溶液液回回路路第4章 其它制冷方法3 溴化锂吸收式制冷机工作过程1.单效溴化锂吸收式制冷机工作过程第4章 其它制冷方法第4章 其它制冷方法1）稀溶液的加压和预热过程2）发生器中的蒸气发生过程 3）浓溶液的冷却与节流过程 4）吸收器中的吸收过程 （2）溴化锂吸收式制冷机理论循环在h-图上的表示（3）溴化锂吸收式制冷循环过程 1）冷凝过程 2）节流过程 3）蒸发过程 第4章 其它制冷方法1）蒸汽型 图4-4 双效溴化锂吸收式制冷机并联系统流程1高压发生器泵 2高温换热器 3吸收器 4蒸发器 5高压发生器 6冷凝器 7低压发生器 8、12引射器9冷剂水泵 10凝水换热器 11低温换热器 13溶液泵2.双效溴化锂吸收式制冷机工作过程双效溴化锂吸收式制冷机工作过程第4章 其它制冷方法2）直燃型 第4章 其它制冷方法直燃型第4章 其它制冷方法第4章 其它制冷方法机组特征机组特征l单效制冷机使用能源广泛，可以采用各种工业余热，废热，也可以采用地热、太阳能等作为驱动热源，在能源的综合利用和梯级利用方面有着显著的优势。而且具有负荷及热源自动跟踪功能，确保机组处于最佳运行状态。l单效制冷机的驱动热源为低品位热源，其COP在0.5-0.7. 如果业主具备高品位的热源，应选择远大直燃机或蒸汽双效制冷机，其COP在1.31以上。第4章 其它制冷方法第4章 其它制冷方法第4章 其它制冷方法4.1.3.4 溴化锂吸收式制冷机的特点1）以水作制冷剂，溴化锂溶液作吸收剂，因此它对人体无危害，对大气臭氧层无破坏作用。2）对热源要求不高.3）整个装置基本上是换热器的组合体，除泵外，没有其他运动部件。4）结构简单，制造方便。5）整个装置处于真空状态下运行，无爆炸危险。6）操作简单，维护保养方便，易于实现自动化运行。7）能在10100范围内进行制冷量的自动、无级调节，而且在部分负荷时，机组的热力系数并不明显下降。8）溴化锂溶液对金属，尤其是黑色金属有强烈的腐蚀性，因此对金属的密封性要求非常严格。9）由于系统以热能作为补偿，加上溴化锂溶液的吸收过程是放热过程，故对外界的排热量大。10 ) 一般只能制取5以上的冷水，多用于空气调节及一些生产工艺用冷冻水。11) 溴化锂价格较贵，机组充灌量大，初投资较高。第4章 其它制冷方法直燃型溴化锂吸收式冷热水机组除具有上述特点外，还具有下列优势：1）燃烧效率高，对大气环境污染小。2) 一机多能。可供夏季空调、冬季采暖，必要时也可兼顾提供生活用热水。3）体积小，用地少。4）只存在一次传热温差，传热损失小。5）可实现能源消耗的季节平衡。第4章 其它制冷方法4.2 蒸汽喷射式制冷4.2.1 蒸汽喷射式制冷循环的特点1）蒸汽喷射式制冷的设备结构简单，金属耗量少，造价低廉，运行可靠性高，使用寿命长，一般都不需备用设备。2）制冷系统操作简便，维修量少。3）蒸汽喷射式制冷循环耗电量少，如果使用于有较多工业余汽的场合，能节约能源。4）蒸汽喷射式制冷以水作为制冷剂，并且根据需要可使制冷剂、载冷剂合为一体，或者采用开式循环形式。由于水具有汽化潜热大，无毒等优越性，所以系统安全可靠。5）用水作为制冷剂制取低温时受到水的凝固点的限制，为了获得更低的蒸发温度，正在研制以用氨、氟利昂为制冷剂的蒸汽喷射式制冷机。另外将蒸汽喷射器与活塞式制冷压缩机、吸收式制冷机等串联，用以作为低压级，也能获得较低的蒸发温度。6）蒸汽喷射器的加工精度要求较高，蒸汽喷射式制冷循环的工作蒸汽消耗量较大，制冷循环效率较低。这一切都限制了蒸汽喷射式制冷的实际应用。第4章 其它制冷方法4.2.2 蒸汽喷射式制冷循环基本组成和工作过程4.2.2.1 蒸汽喷射式制冷循环主要热力设备1锅炉 2蒸汽喷射器 3冷凝器 4凝结水泵 5蒸发器与节流器 第4章 其它制冷方法4.2.2.2 蒸汽喷射式制冷循环工作过程第4章 其它制冷方法第4章 其它制冷方法图4-6 蒸汽喷射式制冷系统1喷射器（喷嘴 b扩压器 c吸入室） 2冷凝器 3蒸发器 4节流阀 5 、6泵第4章 其它制冷方法图4-7 蒸汽喷射式制冷机理论工作循环的温熵图第4章 其它制冷方法4.3 吸附式制冷吸附制冷系统是以热能为动力的能量转换系统。其道理是：一定的固体吸附剂对某种制冷剂气体具有吸附作用。吸附能力随吸附温度的不同而不同。周期性地冷却和加热吸附剂，使之交替吸附和解析。解析时，释放出制冷剂气体，并使之凝为液体；吸附时，制冷级液体蒸发，产生制冷作用. 图4-8 吸附式制冷系统原理1吸附剂容器 2、5单向阀 3冷凝器 4贮液器第4章 其它制冷方法图4-9 沸石太阳能制冷系统原理图a ）白天脱附 b ）夜间吸附1沸石密封盒 2冷凝器 3贮水箱（蒸发器）第4章 其它制冷方法第4章 其它制冷方法吸附式制冷系统的特点是：具有不耗电、无任何运动部件、系统简单、没有噪声、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。另外，还可利用吸附剂吸附吸附质时所放出的吸附热，提供家庭用热水和冬季采暖用热源。缺点是循环属于间歇性的，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。第4章 其它制冷方法4.4 热电制冷热电制冷具有其显著特点：不用制冷剂 无机械传动部分冷却速度和制冷温可任意调节可将冷热端互换体积和功率都可做得很小方便的可逆操作可做成家用冰箱，或小型低温冰箱可制成低温医疗器具可对仪器进行冷却 可做成零点仪第4章 其它制冷方法4.4.1 热电效应热电制冷的理论基础是固体的热电效应，在无外磁场存在时，它包括五个效应，导热、焦耳热损失、西伯克(Seebeck)效应、帕尔帖(Peltire)效应和汤姆逊(Thomson)效应。热电制冷又称作温差电制冷，或半导体制冷 .第4章 其它制冷方法单级热电堆单级热电堆 第4章 其它制冷方法图4-11 单级热电堆 将数十个乃至数百个热电电偶串联，将冷端排在一起，热端排在一起，组成热电堆，称单级热电堆，借助热交换器等各种传热手段，使热电堆的热端不断散热并且保持一定的温度，把热电堆的冷端放到被冷却系统中去吸热降温，这就是单级热电堆式半导体制冷器热的工作原理。4.4.2 热电制冷工作原理热电制冷工作原理第4章 其它制冷方法图4-12 多级热电堆式半导体制冷器原理图a) 串联二级热电堆 b) 并联二级热电堆 c) 串、并联三级热电堆 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 第4章 其它制冷方法4.5 空气膨胀制冷历史上第一次实现的气体制冷机是以空气作历史上第一次实现的气体制冷机是以空气作为工质的，并且称为空气制冷机为工质的，并且称为空气制冷机压缩式空气制冷机的工作过程也是包括压缩式空气制冷机的工作过程也是包括等熵等熵压缩，等压冷却，等熵膨胀压缩，等压冷却，等熵膨胀及及等压吸热等压吸热四四个过程个过程 这与蒸汽压缩式制冷机的四个工作过程相近，这与蒸汽压缩式制冷机的四个工作过程相近，其区别在于工质在循环过程中不发生集态其区别在于工质在循环过程中不发生集态改变改变 第4章 其它制冷方法4.6 涡流管制冷涡流管制冷器是一种结构简单的制冷装置，涡流冷却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即可制冷 .图 涡流管制冷装置1喷嘴 2孔板 3涡流室 4控制阀第4章 其它制冷方法4.6 涡流管制冷涡流管制冷涡流管制冷装置涡流管制冷装置 第4章 其它制冷方法第4章 其它制冷方法图4-16 带回热器的涡流管冰箱系统1干燥器 2冷（冰）箱 3涡流管 4喷射器 5回热器为了提高涡流管制冷效率，可在系统中增加回热器、干燥器、喷射器等设备 它不仅可降低进涡流管气体的温度，也可降低冷气流的压力，从而降低冷气流的温度，提高涡流管制冷的经济性 压缩空气经干燥器干燥后进入回热器，被由冷箱中排出的冷气流冷却后进入涡流管，获得更低温度的冷气流进入冷箱中。由涡流管内排出的热气流，经喷射器内喷嘴膨胀，造成一真空，吸出由冷箱出来的气体。经回热器升温后的气流，再经喷射器内的扩压器，压力升高后排入大气 第4章 其它制冷方法思考题1. 吸收式制冷的能量补偿是什么？2. 吸收式制冷的基本组成有那些设备?3. 吸收式制冷循环对工质选择的要求有那些？4. 常用工质对有那些？它们谁做为制冷剂？常用工质对的性质、特点有那些？5. 单效溴化锂吸收式制冷循环的组成？原理图怎样？发生的过程有那些？6. 双效溴化锂吸收式制冷循环的组成？原理图怎样的？7. 其它形式溴化锂吸收式制冷循环的种类？8. 溴化锂吸收式制冷循环的特点？9. 溴化锂吸收式制冷机中溶液热交换器起什么作用？不设行不行？10. 直燃式溴化锂吸收式冷热水机组与双效制冷机有何异同？11. 试述溴化锂吸收式制冷机的主要特点？12. 试述溴化锂吸收式制冷机的应用场合？13. 能够实现制冷的方法有那些?14. 液体汽化制冷的类型有那些？15. 蒸汽喷射式制冷的动力是什么？主要组成设备有那些？16. 吸附式制冷的原理？17. 气体膨胀制冷所用的工质指那些？18. 涡流管制冷的机理和主要组成。19. 热电制冷的机理和目前的使用场合。20. 热电制冷的特点？