制冷系统基本工作原理教学课件

低温热源TC
制冷系统 –制冷方法及工作原理
四.制冷方法
1 液体汽化制冷方法
蒸气压缩式制冷 蒸气吸收式制冷 蒸汽喷射式制冷
吸附式制冷
2 气体的节流效应和绝热膨胀制冷 热电制冷
3 其它制冷方法
磁制冷 涡流管制冷 热声制冷
制冷系统 -蒸汽压缩式制冷
1、制冷的基本思路
利用液体的蒸发可以吸收周围环境的热量。
（Pa ） 常用压力单位：
M Pa , k Pa , mmH2O , mmHg , bar , at
工程上把单位面积上所受的垂直作用力称为压力。
热工基础知识 - 其它常用基本参数
密度ρ
kg/m3
比容υ m3/kg 质量流量 kg/s 体积流量 m3/s
热工基础知识 - 热 量
热能-物质分子运动的动能 热量-热能转移的度量
制冷系统 -制冷方法及工作原理
二.制冷的分类
按照制冷所得到的低温范围，制冷技术划分为以
下4个领域：
普通制冷
120K以上
深度制冷
120K~20K
低温制冷
20K~0.3K
超低温制冷 0.3K以下
制冷系统 -制冷方法及工作原理
三、制冷的基本原理
由于热量只能自动地从高温物体传给低温物体， 因此实现制冷必须包括消耗能量的补偿过程。
热量自发地从高温流向 低温。
不可能把热量从低温物 体传至高温物体而不需 要附加条件。
热工基础知识-热量传递方式
1、热量
1）热量传递的途径有：传导、对流、辐射。
（1）热传导： 热在物质内直接传送称为热传导。
热工基础知识-热量传递方式（续）
（2）热对流 ：热对流是受热的液体或气体运动传递热量
热工基础知识-热量传递方式（续）
制冷系统 -蒸汽压缩式制冷
蒸气压缩式制冷系统的构成
蒸气压缩式制 冷系统的构成
压缩机 热交换设备 节流机构 管道 各种 控 制 阀 辅助部件
制冷系统 -蒸汽压缩式制冷
制冷四大金刚
压缩机：
作用：提升压力 低压（低温）气体被吸入压缩机并被压缩成高压（高温）气体。
压缩机分为容积型和速度型两种,速度型主要有离心式压缩机,容积型可 分为活塞式和回转式,其中回转式又包括滚动转子式,滑片式,单螺杆,双 螺杆和蜗旋式.
制冷系统 -蒸汽压缩式制冷
膨胀阀
蒸发器
低压
高压
液体 蒸气
冷凝器
图3-1 压缩式制冷循环原理图
压缩机
制冷系统 -蒸汽压缩式制冷
四个必要组成部分:
压缩机 冷凝器 节流（膨胀）装置 膨胀阀 蒸发器
蒸发器
低压
高压
压缩机
液体
冷凝器
蒸气
制冷系统 -蒸汽压缩式制冷
低温 低压 压缩机 （压缩）
气体 高
●耗电做功使低温低压冷媒气体 变为高温高压气体
温
气
高
体
压
蒸发器 （蒸发）
●空气吸收冷媒的冷量使 液态冷媒变为气态
冷凝器 （冷凝）
●向空气放出冷媒的热量使 气态冷媒变为液态
液 体
膨胀阀 （膨胀）
低温 低圧 ●降低冷媒压力
●调整冷媒流量
液 体
高 高圧 温
制冷系统 -蒸汽压缩式制冷
制冷循环的蒸发过程
制冷剂液体在低压（低温）下蒸发，成为低压蒸 气
制冷系统 -蒸汽压缩式制冷
制冷循环的压缩过程 将该低压蒸气压缩为高压蒸气
制冷系统 -蒸汽压缩式制冷
制冷循环的冷凝过程
• 将高压蒸气冷凝，使之成为高压液体
制冷系统 -蒸汽压缩式制冷
制冷循环的节流过程 高压液体降低压力重新变为低压液体。
上述四个过程依次不断循环，进而达到制冷目的。
TI PI
制冷系统 -蒸汽压缩式制冷
制冷过程综述
热工基础知识 - 基本物理定律
热力学第一定律
能量既不能创造，也不 能消亡，而只能从一个 物体转移到另一个物体， 或从一种形式转变成另 一种形式。
在任何发生能量转换的 热力过程中，转换前后 能量的总量维持恒定。
热能和机械能是可以相 互转换的。
热工基础知识 - 基本物理定律
热力学第二定律
热量自发地从高强度体 流向低强度体。
热工基础知识 - 显 热
大气压
显热：不改变物质状态 只引起物质温度变化的 热量。
水 加热
热工基础知识 - 潜热、蒸发和沸腾
大气压
潜热：不改变物质 温度只改变物质状 态的热量。
水沸腾 水变成水蒸汽
热工基础知识 - 饱和、过冷和过热
212°F 100°C
大气压 容器内汽液共存 汽体 212°F 100°C
制冷剂工质以液态在蒸发器中吸热制冷，低温液 体吸收汽化潜热变成制冷剂气体被压缩机吸入并 压缩，被压缩的气体压力和温度都增高，之后流 进冷凝器，冷凝器以风冷水冷等形式对制冷剂气 体进行冷凝，冷凝后的高温高压液体储存在冷凝 器底部及储液器中，冷凝时放出的热量通过风机、 水泵等设备带出并散到环境中，当高温高压的液 体流经膨胀阀后，以低温低压的液体状态再进入 蒸发器吸收汽化潜热而制冷，如此完成制冷循环。
制冷系统 -蒸汽喷射式制冷
原理：和蒸汽压缩 式及吸收式制冷 相似，均是利用 液体汽化时吸收 热量来制冷的。
系统组成：喷射器、 冷凝器、蒸发器、 节流阀及泵五部 分。
系统流程图：
制冷系统 -蒸汽喷射式制冷
工作过程： 用锅炉产生高温高压的工作蒸汽，将其送入喷嘴，膨
胀并以高速流动（流速可达1000m/s以上），于是在喷嘴 出口处，造成很低的压力，由于吸入室和蒸发器相连，所 以蒸发器中的压力也会很低，低温低压的部分水吸热而汽 化，将未汽化的水的温度降低。这部分低温水就可用于制 冷。蒸发器中产生的冷剂水蒸气和工作蒸汽在喷嘴出口处 混合，一起进入冷凝器，被外部的冷却水冷却而变成液态 水，这些冷凝水再由冷凝器引出，分两路，一路经过节流 降压后送往蒸发器，继续蒸发制冷，另一部分用泵提高压 力送往锅炉，重新加热产生工作蒸汽。
冷凝器：
从压缩机出来的高温制冷剂气体进入冷凝器，在一定压力下 释放热量变成液体。高温制冷剂在冷凝器中冷凝。
制冷系统 -蒸汽压缩式制冷
制冷四大金刚
节流装置 (膨胀阀) ：
液体经过节流装置使压力下降。 孔板、热力膨胀阀、电子膨胀阀、毛细管等
蒸发器：
液体制冷剂进入蒸发器蒸发为气体。 制冷剂在蒸发器中吸收热量。 （输送冷量）
在溴化锂吸收式制冷机运行过程中，当溴化锂水溶液在发 生器内受到热媒水的加热后，溶液中的水不断汽化；随着 水的不断汽化，发生器内的溴化锂水溶液浓度不断升高， 进入吸收器；水蒸气进入冷凝器，被冷凝器内的冷却水降 温后凝结，成为高压低温的液态水；当冷凝器内的水通过 节流阀进入蒸发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中 大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目 的；在此过程中，低温水蒸气进入吸收器，被吸收器内的 溴化锂水溶液吸收，溶液浓度逐步降低，再由循环泵送回 发生器，完成整个循环。如此循环不息，连续制取冷量。 由于溴化锂稀溶液在吸收器内已被冷却，温度较低，为了 节省加热稀溶液的热量，提高整个装置的热效率，在系统 中增加了一个换热器，让发生器流出的高温浓溶液与吸收 器流出的低温稀溶液进行热交换，提高稀溶液进入发生器 的温度。
制冷系统工作原理 简介
热工基础知识 - 温度
摄氏温度tc（oC） 华氏温度tF（oF） 绝对温度T（K） tc=5(tF-32)/9 T= tc +273.15
温度是表示物体冷热程度的量度。
热工基础知识 - 压 力
压力P（Pa）=F（N）/S（m2） 绝对压力Pa 相对压力Pg =绝对压力-大气压力 1标准大气压（atm）=1.01x105
热工基础知识 - 降低饱和点
真空泵
真空泵将空气抽出 容器。
液体表面压力降低 使液体的沸点降低 。
水沸腾 0.008129bar 4°C
制冷系统 -制冷方法及工作原理
一.制冷的概念 制冷：就是使某一空间或某物体达到低于其周围环 境介质的温度，并维持这个低温的过程。 实现制冷的途径有两种，一是天然冷却，一是人工 制冷。 天然冷却利用天然冰或深井水冷却物体，但其制冷 量（即从被冷却物体取走的热量）和可能达到的制冷 温度往往不能满足生产需要。 人工制冷是利用制冷设备加入能量，使热量从低温 物体向高温物体转移的过程。
过热：在饱和压力的条件下，继续对饱和蒸汽加热， 使其温度高于饱和温度，这种状态称为过热，这种 蒸气称为过热蒸汽。升高后的温度称为过热温度， 过热温度与饱和温度之差称为过热度。
热工基础知识 - 升高饱和点
压力锅防止蒸汽 逃逸。
液体表面压力升 高使液体的沸点 升高
水沸腾 1.208bar 105°C
焦耳（J），千焦耳（kJ）
1kJ=0.239kcal
1kWh=3600kJ 质量比热 一kg物体温度升高1K所吸收的热量
水在常温时的Cp=4.1868kJ/kg.℃ 干空气的定压比热 Cp=1.005kJ/kg.℃ 热流，功率 kW （1P机就是2500W,2P机就是 5100W,5P机就是12500W）
源自文库
制冷系统 -蒸气吸收式制冷
吸收式制冷基本原理
吸收式制冷利用溶液在 一定条件下能析出低沸点组 分的蒸气，在另一种条件下 又能吸收低沸点组分这一特 性完成制冷循环。
目前吸收式制冷机多用二 元溶液，习惯上称低沸点组 分为制冷剂，高沸点组分为 吸收剂。
整个系统包括两个回路： 制冷剂回路 溶液回路
制冷系统 -蒸气吸收式制冷
制冷机的基本原理：利用某种工质的状态变化， 从较低温度的热源吸取一定的热量Q0，通过 一个消耗功W的补偿过程，向较高温度的热源 放出热量Qk,。在这一过程中，由能量守恒得 Qk= Q0 + W。
制冷系统 -制冷方法及工作原理
基本工作原理
高温热源TH
QH
制冷机 W
QC
QC+W=QH ε= QC / W
制冷系统 -吸附式制冷
一定的固体吸附剂对某种制冷剂气体具有吸附作用， 并且吸附能力随吸附剂温度的不同而不同。周期性地冷却 和加热吸附剂，使之对制冷剂交替吸附和解吸。吸附时制 冷剂液体蒸发，产生制冷作用，解吸时，释放出制冷剂气 体，并使之冷凝成液体，从而完成整个制冷循环。 工作介质：吸附剂和制冷剂； 常见的吸附工质对有： 沸石——水； 硅胶——水， 氯化钙——氨等 活性碳－甲醇； 金属氢化物－氢
制冷系统 -吸附式制冷
间歇式吸附式制冷系统（太阳能制冷机）
制冷系统 -吸附式制冷
以沸石——水工质对为例说明其工作过程： 白天，吸附床受日光照射温度升高产生解析作用，从 沸石中脱附出水蒸汽，系统内的水蒸气压力升高，当达到 与环境温度对应的饱和压力时，水蒸汽在冷凝器中凝结， 同时放出潜热，凝水储存在蒸发器中，夜间，吸附床冷下 来，沸石温度逐渐降低，它吸附水蒸汽的能力逐渐提高， 造成系统内压力降低，同时，蒸发器中的水不断蒸发出 来，用以补充沸石对水蒸汽的吸附，水蒸发的过程吸热， 达到制冷的目的。
说明：吸附床的作用相当于压缩机所起的作用。
制冷系统 -绝热膨胀制冷
基本原理：高压气体通过膨胀机绝热膨胀时，对外输出功率，同时 气体的温度降低
定压循环空气制冷机系统 A 压缩机 B 空气冷却器 C 膨胀机 D 制冷室
（3）热辐射：热辐射是以红外线的方式发射和传递热量。
热工基础知识 - 物质的三态及变化
液体
固体
升华 固化
气体
热工基础知识
物质有三种集态：气态、液态、固态。物质集态的改 变称为相变。相变过程中，由于物质分子重新排列和 分子热运动速度的改变，会吸收或放出热量，这种热 量称作潜热。
物质发生从质密态到质稀态的相变时，将吸收潜 热；反之，当它发生由质稀态向质密态的相变时，放 出潜热。
制冷系统 -蒸汽压缩式制冷
制冷系统 -蒸汽压缩式制冷
2.蒸汽压缩式制冷原理 单级蒸汽压缩制冷系统，是由制冷压缩机、冷凝
器、蒸发器和节流阀四个基本部件组成。 它们之间用管道依次连接，形成一个密闭的系统，
制冷剂在系统中不断地循环流动，发生状态变化， 与外界进行热量交换。 制冷循环:制冷剂经过一系列的状态变化后,重新 回复到它的初态,称为制冷循环. 液体蒸发制冷的特征： 利用制冷剂液体在气化时（蒸发时）产生的吸热 效应，达到制冷目的。 其工作过程如图1所示。
液体
热工基础知识-过冷过热
饱和状态：当液体处在密闭容器内时，液体不断气 化，蒸气不断凝结，若在某一时刻，液体气化量等 于蒸气凝结量，即气液两相处于平衡共存的状态,这 一状态称为饱和状态。它是—个动态的平衡。此时， 若加入热量则达到一新的饱和状态达到平衡。过冷： 饱和液体在饱和压力不变的条件下，继续冷却到饱 和温度一下称为过冷，这种液体称为过热液体。下 降后的温度称为过冷温度，过冷温度与饱和温度之 差称为过冷度。