制冷技术实用培训教程

第一章制冷技术差不多知识§1-1 概述一、何谓制冷日常生活中常讲的“热”或“冷”是人体对温度高低感受的反应。

在制冷技术中所讲的冷，是指某空间内物体的温度低于周围环境介质（如水或空气）温度而言。

因此“制冷”确实是使某一空间内物体的温度低于周围环境介质的温度，并连续维持如此一个温度的过程。

二、何谓人工制冷我们都明白，热量传递终是从高温物体传向低温物体，直至二者温度相等。

热量决不可能自发地从低温物体传向高温物体，这是自然界的可观规律。

然而，现代人类的生活与生产经常需要某个物体或空间的温度低于环境温度，甚至低得专门多。

例如，储藏食品需要把食品冷却到０℃左右或－15℃左右，甚至更低。

而这种低温要求天然冷却是达不到的，要实现这一要求必须有另外的补偿过程（如消耗一定的功作为补偿过程）进行制冷。

这种借助于一种专门装置，消耗一定的外界能量，迫使热量从温度较低的被冷却物体或空间转移到温度较高的周围环境中去，得到人们所需要的各种低温，称谓人工制冷。

而这种装置就称谓制冷装置或制冷机。

三、人工制冷的方法人工制冷的方法要紧有相变制冷、气体绝热膨胀制冷和半导体制冷三种。

１.相变制冷即利用物质相变的吸热效应实现制冷。

如冰融化时要吸取80 kcal/kg的熔解热；氨在１标准大气压下气化时要吸取327kcal/kg的气化潜热；干冰在１标准大气压下升华要吸取137kcal/kg的热量，其升华温度为－78.9℃。

２.气体绝热膨胀制冷：利用气体通过节流阀或膨胀机绝热膨胀时，对外输出膨胀功，同时温度降低，达到制冷的目的。

３.半导体制冷：珀尔帖效应告诉我们：两种不同金属组成的闭合电路中接上一个直流电源时，则一个接合点变冷，另一个接合点变热。

然而纯金属的珀尔帖效应专门弱，且热量通过导线对冷热端有相互干扰，而用两种半导体（Ｎ型和Ｐ型）组成的直流闭合电路，则有明显的珀尔帖效应且冷热端无相互干扰。

因此，半导体制冷确实是利用半导体的温差电效应实现制冷地。

目前生产实际中广泛应用的制冷方法是：利用液体的气化实现制冷，这种制冷常称为蒸气制冷。

它的类型有：蒸汽压缩式制冷（消耗机械能）、汲取式制冷（消耗热能）和蒸汽喷射式制冷（消耗热能）三种。

四、制冷体系的划分在工业生产和科学研究上，人们通常依照制冷温度的不同把人工制冷分为“普冷”和“深冷”两个体系。

一般把制取温度高于－120℃的称为“普冷”、低于－120℃的称为“深冷”。

由于低温范围的不同，制冷系统的组成也不同，因此，依照食品制冷要求，我们只介绍一般制冷温度范围内的蒸气压缩制冷。

§1-2 制冷技术的热力学基础一、制冷工质的热力状态参数在制冷循环中，工质不断地进行着热力状态变化。

描述工质所处热力状态的物理量称为工质的热力状态参数，简称状态参数。

一定的状态，其状态参数有确定的数值。

工质状态变化时，初终状态参数之间的差值，仅与初、终状态有关，而与状态变化的过程无关。

制冷技术中常见的状态参数有：温度、压力、比容、内能、焓与熵等。

这些参数关于进行制冷循环的分析和热力计算，差不多上特不重要的。

1、温度：温度是描述热力系统冷热状态的物理量。

制冷工程上常用的温标有：摄氏温标和绝对温标。

二者的区不仅是起点不同而已（t=0℃时，T=273.16K它们每度的温度间隔确是一致的。

其关系可表示为：T=273+t（K）2、压力：压力是单位面积上所承受的垂直作用力，常用符号P表示。

在国际单位制中，压力单位为帕斯卡（Pa），实际应用时也可用兆帕斯卡（Mpa）或巴（bar）表示,1MPa=106Pa而1bar=105 Pa。

压力的标记有绝对压力、表压力和真空度三种情况。

三者之间的关系是：P=P B+B 或 P=B-P K作为工质的状态参数应该是绝对压力，而不是表压力或真空度。

3、比容：比容是指单位质量工质所占有的容积。

比容是讲明工质分子之间密集程度的一个物理量。

比容的倒数为工质的密度，即单位容积工质所具有的质量，用符号ρ表示。

4、内能：内能是工质内部所具有的分子动能和分子位能的总和。

分子动能包括分子的直线运动动能、旋转运动动能和分子内能、振动能三项，其大小与气体的温度有关。

而分子位能的大小与分子间的距离有关，亦即与工质的比容有关。

既然气体的内动能决定于气体的温度、内位能决定于气体的比容，因此气体的内能是其温度和比容的函数。

也确实是讲内能是一个状态参数。

5、焓：焓是一个复合的热力状态参数，表征系统中所有的总能量，它是内能与压力之和。

对１kg工质而言，可表示为：ｈ＝ｕ＋Pυ（kJ/kg）或（kcal/kg）式中ｈ—焓或称比焓（kJ/kg或kcal/kg）υ—比容（m3/kg）ｕ—内能（kJ/kg或kcal/kg）ｐ—绝对压力（N/m2或Pa）由于内能和压力位能差不多上温度的参数，因此焓也是状态参数。

确切地讲，焓是一定质量的流体，从某一初始状态变为任一热力状态所加入的总热量。

6、熵：熵是一个导出的热力状态参数，熵的中文意义是热量被温度除所得的商，熵的外文原名意义是“转变”，指热量能够转变为功的程度，它表征工质状态变化时，与外界热交换的程度。

二、热力学第二定律与理想制冷循环1、热力学第二定律在热量传递和热、功转换时，热力学第一定律只能讲明它们之间的数量关系，确不能揭示热功转换的条件和方向性。

关于能量传递和转换过程进行的方向、条件和限度则是由热力学第二定律来揭示的，它指出：“热量能自发的从高温物体传向低温物体，而不能自发的从低温物体传向高温物体”。

这正象石头或水不可能自发的从低处向高处运动一样。

但这并不是讲石头和水在任何条件下都不可能由低处移向高处，只要外界给它们足够大的作用力，在那个力的作用下石头或水就能由低处移向高处，那个外界作用力称为补偿。

同样，不能把热力学第二定律的讲法理解为：“不可能把热量从低温物体传到高温物体”。

而是只要有一个补偿过程，热量就能自低温物体传到高温物体。

2、循环与理想制冷循环(1)循环：热变功的全然途径是依靠工质的膨胀。

为了持续不断地将热转换为功,工程上是通过热机来实现的。

但工质在热机汽缸中仅仅完成一个膨胀过程是不可能满足要求的。

为了能重复地进行膨胀，工质在每次膨胀之后必须进行压缩，以便使其回到初态。

我们把工质从初态动身，通过一系列状态变化又回到初态的封闭过程，称为“循环”。

循环按其进行方向不同又可分为正循环和逆循环。

如下图所示： 衡量，循环热效率是指工质在整个热力循环中，对外界所作的净功w 0 与循环中外界所加给工质的热量q 1的比值。

即：b.逆循环及性能系数膨胀--压缩循环按逆时针方向进行的，称为逆循环。

其循环的净功为负值。

若用q 1表示工质向高温热源放出的热量，用q 2表示工质从低温热源上式讲明，逆循环的效果是消耗外界的功，将热量从低温物体传递给高温物体。

如逆循环的目的是从低温物体中汲取热量，则称为制冷循环。

如逆循环的目的是给高温物体供热，则称为热泵循环。

逆循环的好坏通常用性能系数ε来衡量。

关于制冷机来讲，是指从冷源汲取的热量q 2与消耗的循环净功w 0的比值ε1称为制冷系数。

关于热泵来讲，是指供给热源的热量q 1与消耗的循环净功w 0的比值ε2称为供热系数。

则有：从上述分析可见，伴随着低温热源把一部分热量q 2传送到高温热源中去的同时, 循环的净功w 0也将转变为热量并流向高温热源，这确实是使热量从低温热源传给高温热源所必需的补偿条件。

没有那个补偿条件，热量是不可能从低温热源传给高温热源的。

（2）理想制冷循环理想制冷循环可通过逆卡诺循环讲明。

逆卡诺循环如图1-2所示，它由两个等温过程和两个绝热过程组成。

假设低温热源的温度为T 0，高温热源的温度为T k , 则工质的温度在吸热过程中为T 0，在放热过程中为T k , 确实是讲工质在吸热和放热过程中是在等温下进行的，压缩和膨胀过程是在没有任何损失情况下进行。

其循环过程为：首先工质在T 0下从冷源（即被冷却物体）吸取热量q 0，并进行等温膨胀4-1，然后通过绝热压缩1-2，使其温度由T 0升高至环境介质的温度T k , 再在T k 下进行等温压缩2-3，并向环境介质（即高温热源）放出热量q k , 最后再进行绝热膨胀3-4，使其温度由T k 降至T 0即使工质回到初始状态4，从而完成一个循环。

关于逆卡诺循环来讲，由图1-2可知： q 0=T 0(S 1-S 4) q k =T k (S 2-S 3)=T k (S 1-S 4）w 0=q k -q 0=T k (S 1-S 4)-T 0(S 1-S 4)=(T k -T 0)(S 1-S 4)则逆卡诺循环制冷系数εk 为：由上式可见，逆卡诺循环的制冷系数与工质的性质无关，只取决于冷源（即被冷却物体）的温度T0和热源（即环境介质）的温度T k；降低T k，提高T0，均可提高制冷系数。

此外，由热力学第二定律还能够证明：“在给定的冷源和热源温度范围内工作的逆循环，以逆卡诺循环的制冷系数为最高”。

任何实际制冷循环的制冷系数都小于逆卡诺循环的制冷系数。

总上所述，理想制冷循环应为逆卡诺循环。

而实际上逆卡诺循环是无法实现的，但它能够用作评价实际制冷循环完善程度的指标。

通常将工作于相同温度间的实际制冷循环的制冷系数ε与逆卡诺循环制冷系数εk之比，称为该制冷机循环的热力完善度，用符号η表示。

即：η=ε/εk热力完善度是用来表示制冷机循环接近逆卡诺循环循环的程度。

它也是制冷循环的一个技术经济指标，但它与制冷系数的意义不同，关于工作温度不同的制冷循环无法按其制冷系数的大小来比较循环的经济性，而只能依照循环的热力完善度的大小来推断。

§1-3 制冷剂的相态变化及其状态图一、制冷剂的相态变化众所周知，物质有三种状态，确实是固态、液态和气态。

物质的三种状态，在一定的压力和温度条件下是能够相互转化的。

其转化过程分不称为：1.汽化物质从液态转变为气态的过程称为汽化。

汽化有蒸发和沸腾两种形式。

其中，在液体表面进行的汽化过程叫蒸发，在液体内部产生气泡的剧烈汽化过程叫沸腾。

在一定压力下，蒸发在任何温度下都可进行，而沸腾只有液体被加热到一定温度才开始进行。

当汽液两相共存同时保持平衡状态时称为饱和状态。

现在的蒸汽和液体分不叫做饱和蒸汽和饱和液体，处于饱和状态的压力与温度称为饱和压力与饱和温度。

饱和压力与饱和温度总是相互对应的，即一定的饱和压力对应着一定的饱和温度，反之亦然。

二者之间的对应关系：饱和温度愈高，饱和压力也愈高。

反之，饱和压力愈高，饱和温度也愈高。

这是饱和状态的一个重要特点。

2.冷凝物质从汽态转变为液态的过程称为冷凝或叫做液化。

汽体的液化温度与压力有关，增大压力，可使汽体在较高的温度下液化。

液化的差不多方法是降低温度和增加压力。

3.升华物质由固态直接转变为气态的过程称为升华。