制冷原理 第1章 绪论.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,制冷原理与设备,河北科技大学,热能工程系,教师介绍,动力工程系，教授,河北省制冷学会理事,制冷与空调系统工程,节能原理和技术,热泵技术,主研方向,王振辉,引言,制冷原理与设备,是一门重要的,专业课,制冷和低温技术：,是为了,适应,人们对,低温条件,的需要而产生和发展的,科学,1.,绪 论,1.2,研究的内容和应用范围、发展历史,1.1,制冷的定义,1.1,制冷的定义,制冷,利用,人工的,方法，把某物体或某空间的温度,降低到,低于,周围环境,的温度，并使之维持在这一低温的过程。,实质：将热量从被冷却对象中转移到环境中,制冷冷却,1.1,制冷的定义,（,1,）人工方法,（,2,）被冷却对象温度,（,3,）过程,需要有补偿过程即有能量输入。,用热力学第二定律说明内在本质原因。,制冷定义的三要素,低温温区的划分,通过一定的方式将物体冷却到环境温度以下。,“冷”相对于环境温度而言，一般是指环境温 度至绝对零度。,通过,123,来分界温区,制冷温区,123K,以上,低温温区,123K,以下,制冷技术,低温技术,制冷的温度范,围是从环境温,度开始，一直,可达接近绝,对零度即,0,低温温度范围,制冷技术分类,按照制冷温度大小，分为三类：,普通制冷：,t,120,深度制冷：,120,t,253,超低温制冷：,t,253,空调用制冷技术属于普通制冷。,1.2,制冷和低温技术的,研究内容和范围,、发展历史,1.2.1,研究内容和范围,制冷技术的研究,对制造和获取低于环境温度的方法、机理、循环组织的热力学分析。,制冷工质性质,制冷机中把热量从被冷却介质传给环境介质的内部循环流动的工作介质。,气体液化和分离技术,制冷装置的开发及应用,制冷技术,研究与,开发的三部曲,（,1,）方法,机理,循环：,热物理过程应用,（,2,）制冷剂：,热物理性质、物理化学性质,（,3,）制冷机械与设备：,原理,性能,设计,推广应用,制冷与低温技术的应用范围,10.,火箭推力系统与高能物理,1.,空气调节,2.,人工环境,3.,食品冷冻与冷冻干燥,4.,低温生物医学技术,5.,低温电子技术,6.,机械设计,7.,红外遥感技术,8.,加工过程,9.,材料回收,制冷在空调中的作用,(1),干式冷却,(2),减湿冷却,(3),减湿与干式冷却混合方式,1.,空气调节,图,1-26,制冷与空调的关系,制冷和空调,的关系相互,联系又独立,用人工方法构成各种人们所希望达到的环境条件，包括地面的各种气候变化和高空宇宙及其它特殊的要求。,2.,人工环境,与制冷有关的人工环境试验有以下几种,(1),低温环境试验,(2),湿热试验,(3),盐雾试验,(4),多种气候试验,(5),空间模拟试验,根据对食品处理方式不同，食品低温处理工艺可分,三类,：,(1),食品的冷藏与冷却,(2),食品的冻结与冻藏,(3),冷冻干燥,3.,食品冷冻与冷冻干燥,典型应用例子,(1),细胞组织程序冷却的低温保存,(2),超快速的玻璃化低温保存方法,(3),利用低温器械使病灶细胞和组织低温损伤,而坏死的低温外科。,4.,低温生物医学技术,微波激射器,必须冷到液氮或液氦温度,以使放大器元素原子的热振荡不至于严重干扰微波的吸收与发射。,超导量子干涉器,即,SQUIDs,被用在相当灵敏的数字式磁力计和伏安表上。,在,MHD,系统、线性加速器和托克马克装置中，超导磁体被用来产生强磁场。,5.,低温电子技术,运用与超导电性有关的,Meissner,效应,用磁场代替油或空气作润滑剂,可以制成无磨擦轴承。,在船用推进系统中,无电力损失的超导电机已获得应用。,偏差极小的超导陀螺也已经被研制出来。,时速,500km/h,的低温超导磁悬浮列车已经在日本投入试验运行。,6.,机械设计,采用红外光学镜头可以拍摄热源外形，并可以对热源进行跟踪。一些红外材料往往工作在,120K,以下的低温下，使得热源遥感信号更为清晰，为了拍摄高灵敏度的信号往往需要更低的温度。,一般红外卫星需要,70-120K,的低温，往往通过斯特林制冷机、脉冲管制冷机、辐射制冷器来实现。,空间远红外观测则需要,2K,以下的温度，往往通过超流氦的冷却技术来实现。,7.,红外遥感技术,炼钢时氧起到某些重要的作用。,制取氨时也用到低温系统。,压力容器加工时,将预成形的圆柱体放在冷却到液氮温度的模具中,在容器中充入高压氮气,让其扩胀,15%,然后容器被从模具中移开并恢复到室温。使用这个方法,材料的屈服强度能增加,4,至,5,倍。,8.,加工过程,目前低温技术是回收钢结构轮胎中橡胶的唯一有效的方法，这种方法采用了低温粉碎技术。,利用材料在低温状态下的冷脆性能，对物料进行粉粹。,低温粉碎技术,材料温度降低到一定程度，材料内部原子间距显著减小，结合紧密的原子无退让余地，吸收外力使其变形的能力很差，失去弹性而显示脆性。,9.,材料回收,所有大型的发射的飞行器均使用液氧作氧化剂。,宇宙飞船的推进也使用液氧和液氢。,观察研究大型粒子加速器产生的粒子的氢泡室要用到液氢。,10.,火箭推力系统与高能物理,LHC-CERN,27km,超导磁体,过冷态超流氦冷却,制冷与低温技术的发展历史,人工制冷的方法是随着工业革命而开始的。,空气制冷机的发明比蒸气压缩式制冷机稍晚。,空调技术的应用起始于,1919,年。,发展历史,1834,年，,美国人,波尔金斯,试制成功了第一台以,乙醚,为工质、闭式循环的蒸汽压缩式制冷机。,1844,年，,美国人,戈里,介绍了他发明的第一台,空气制冷机,。,1830,1930,年，,主要采取,NH3,、,HCS,、,CO2,、,空气等作为制冷剂。,发展历史,1858年，,美国人,尼斯,取得了,冷库设计,的第一个美国专利，商用食品冷藏事业开始发展。,1859年，,法国人,卡列,制成了第一台,氨吸收式,制冷机，并申请了原理专利。,1873年，,美国人,D.Byok,制造了第一台,氨压缩机,。,1874年，,德国人,林德,建成了第一台氨压缩式制冷系统，使,氨压缩式制冷机在工业上,得到了普遍应用。,发展历史,1910年左右，马利斯.莱兰克在巴黎发明了,蒸汽喷射式制冷系统,。,1918年，美国工程师考布兰发明了第一台家用,电冰箱,。,1919年，美国在芝加哥建起了,第一座空调,电影院，空调技术开始应用。,发展历史,1930,1990,，,主要采用氟里昂作为制冷剂；,1929,年，,美国通用电气公司,米杰里,发现氟利昂制冷剂,R12,，氟利昂压缩式制冷机迅速发展起来，并在应用中超过了氨压缩机。,1975,年，,美国学者提出，含氯的氟利昂中的氯原子会破坏臭氧层,。,该理论于,1995,年得到了诺贝尔化学奖。,1990,，,积极寻找无污染的制冷剂，替代氟利昂。,制冷与低温技术的研究热点,1.,制冷剂破坏臭氧层问题,2.,制冷的节能,臭氧层的破坏和全球气候变化，是当前全球所面临的主要环境问题。,制冷空调的节能应以提高能量效率，用有限的资源和最小的能源消费代价来取得最大的经济和社会效益，满足日益增长的需求为目标。,制冷技术的研究目的,减少能耗，如充分利用太阳能、地热能等；,合理选择和利用制冷剂；,提高制冷机的机械热力性能。,本课程的主要内容,1,）学习获得低温的方法和有关的机理、制冷循环过程、制冷循环的热力学分析和计算。,2,）学习制冷剂的热力学性质和物理化学性质。,3,）学习实现制冷循环的主要设备制冷压缩机的原理、结构、应用。,4,）学习实现制冷循环辅助设备即制冷设备的原理、结构、应用。,蒸气压缩式制冷的应用,(1),商业及人民生活,食品冷冻冷藏和舒适性空气调节。,(2),工业生产及农牧业,用制冷提供一套生产性空气调节系统。,(3),建筑工程与隧道交通,利用制冷实现冻土法开采土方。,(4),科学实验研究,用制冷创造人工环境为科学研究和生产服务。,(5),医疗卫生,制冷在卫生方面发挥日益重要的作用。,压缩式制冷应用领域,（一）食品冷冻冷藏装置,1,电冰箱,专业上按箱内温度分为,冷藏箱,(C),冷藏冷冻箱,(CD),冷冻箱,(D),制冷剂走向,压缩机,副冷凝器,主冷凝器,防露管,干燥过滤器,毛细管,蒸发器,回气管,压缩机。,现在很多冰箱省去副冷凝器。,压缩式制冷的应用装置,单毛细管,的直冷式冷藏冷冻箱只有一路制冷剂流过冷藏室蒸发器和冷冻室蒸发器。,双毛细管,系统中有两根毛细管，冷凝器后接一个两位三通电磁阀，再接两根毛细管。,2.,开放式商品陈列柜,商店为销售需低温保藏的货物，要用专门的陈列柜超市冷藏冷冻商品陈列柜（陈列冷柜）已成为很重要的制冷器具。,3,冷库,常建成固定建筑物形式,按容量大小可分小型和大中型冷库。小型冷库几乎全部采用氟利昂制冷装置。,三种蒸发温度,:,冻结间为,-33,到,-40,冻结物冷藏间为,-28,到,-30,储冰及其他冷间为,0,到,-15,液泵供液制冷系统,:,下进上出,冷却设备下部管道进液强迫制冷剂液体自下而上流动。,上进下出,上部管道进液，制冷剂液体进入冷却设备后自上而下流动。,4,食品速冻装置,螺旋带式冻结装置,把食品放在金属传送带上进行螺旋输送冻结。,平板冻结器,是在中空金属板内通以制冷剂，在金属板间加压，使食品与之紧密接触而冻结。,5,运输式冷藏装置,(1),冷藏集装箱,(2),冷藏汽车,(3),铁路保温车,（二）空调用制冷装置,1,房间空调器,按结构型式分为,整体式,与,分体式,。,整体式,包括窗式、穿墙式、移动式等，,分体式,按室内机分类为吊顶式、挂壁式、落地式、天井式、嵌入式等。,(1),窗式空调器,(2),分体式空调器,2,车辆空调装置,(1),轿车空调,(2),客车空调,(3),列车空调,(4),其他用途车空调,3,冷（热）水机组,(1),往复活塞式机组,(2),螺杆式机组,(3),离心式机组,4,冷冻除湿机,（三）真空冷冻干燥装置,原理,：将物质低温冻结使其中固态水分温度达到共晶点以下，在真空状态下，令固态水升华使物质脱水,(,即冻干,),。,冻干过程,包括：预冻、初干燥、再干燥三个阶段。,预冻温度必须低于制品的共晶温度,初干燥将其中,94%,的水分除去,再干燥使其中残留水分达到规定的指标要求,由真空冷冻干燥箱、水汽凝结器、真空系统、制冷系统、加热系统几部分组成。,（四）制冰及干冰装置,1,制冰机,(1),盐水制冰设备,将盛水冰模放在低温盐水池中，利用盐水作载冷剂，使冰模中的水结成块状冰。,由制冰池、溶冰池、倒冰架、加水箱、起冰吊车等主要设备组成。,(2),桶式快速制冰机,在冰模内郡安装直接蒸发冷却管同时进行冷却，大大缩短冻结时间。,主要部件有冰桶、指形蒸发器、分路阀、氨泵、预冷水箱、氨液分离器、排液桶、运冰传动机构及控制柜。,(3),管状制冰机,(4),片冰机,2,干冰的制造,（五）试验用制冷装置,用来创造出一种模拟的实验条件供各种科学研究或产品、材料性能研究的试验使用。,大体上可分为,三类,：,(1),小型低温箱和高低温箱,只创造一个要求的低温（或高低温）环境。,(2),高低温低压试验箱,创造一个高低温低压的试验环境。,(3),环境试验装置,创造一种人工气候和模拟的环境条件。,