常见制冷方法与原理.docx

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1、常见制冷方法与原理目录1.前言1?压缩式制冷1?相变制冷4?吸收式制冷4?半导体制冷9?热电制冷167 .吸收式制冷178 .涡流制冷179 .吸附制冷1810 .气体膨胀制冷一一喷射式制冷1910. 1.气体膨胀制冷1910.2.喷射式制冷2010. 2. 1,喷射式制冷特点201.前言常见的制冷方法有相变制冷、热电制冷、气体膨胀制冷和涡流制冷等。根 据热力学定律，为了实现热量转移过程，需要消耗一定的外界能量作为补偿， 使制冷剂在更低的温度下连续不断地从被冷却物体中吸收热量，达到制冷的目 的。目前研究比较多的制冷方法有相变制冷、热电制冷、气体膨胀制冷、涡流 制冷、吸附制冷等几大类。压缩式制冷

2、压缩式制冷机是依靠压缩机提高制冷剂的压力以实现制冷循环的。制冷机 由压缩机、冷凝器（凝汽器）、制冷换热器（蒸发器）、膨胀机或节流机构和一些辅 助设备组成。压缩式制冷依靠压缩机提高制冷剂的压力以实现制冷循环的制冷机，按所 用制冷剂的种类不同，压缩式制冷机分为气体压缩式制冷机和蒸气压缩式制冷 机两类。蒸气压缩式制冷机分氨制冷机和氟利昂制冷机等，气体压缩式制冷机分为 空气制冷机和氨气制冷机等。按所用压缩机种类不同，压缩式制冷机又分为往复式制冷机、离心式制冷 机和回转式制冷机（螺杆式制冷机、滚动转子式制冷机）等。蒸汽压缩式制冷机按 其系统组成不同分为单级、多级（两级或三级）和复叠式等。?.相变制冷1）

3、物质有3种集态：气态、液态、固态。物质集态的改变称为相变，在相 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，这种热量称为相变热：2）物质发生从质密态到质稀态的相变时，将吸收潜热；3）反之，当它发生由质稀态向质密态的相变时，放出潜热。相变制冷就是 利用前者的吸热效应而实现的。利用液体相变的，是液体蒸发制冷；?利用固体相变的，是固体熔化或升华冷却。相变制冷包括冰相变制冷、 冰盐相变制冷、干冰相变制冷、其他固体升华冷却、液体蒸发制冷等。液体汽化形成蒸气，利用该过程的吸热效应制冷的方法称为液体蒸发制冷。当液体处在密闭的容器内时，若容器内除了液体和液体本身的蒸气外不含 任何

4、其他气体，那么液体和蒸气在某一压力下将达到平衡，这种状态称为饱和 状态。如果将一部分饱和蒸气从容器中抽出，液体就必然要再汽化出一部分蒸 气来维持平衡。以该液体为制冷剂，制冷剂液体汽化时要吸收汽化潜热，热量 来白被冷却对象，只要液体的蒸发温度比环境温度低,便可使被冷却对象的温度 降低或者使它维持在环境温度下的某一低温。为了使上述过程得以连续进行， 必须不断地从容器中抽走制冷剂蒸气，再不断地将其液体补充进去。通过一定 的方法将蒸气抽出，再令其凝结为液体后返回到容器中，就能满足这一要求。 为使制冷剂蒸气的冷凝过程可以在常温下实现，需要将制冷剂蒸气的压力提高 到常温下的饱和压力，这样，制冷剂将在低温低

5、压下蒸发，产生制冷效应；又在常温和高压下凝结，向环境温度的介质排放热量。凝结后的制冷剂液 体由于压力较高,返回容器之前需要先降低压力。由此可见，液体蒸发制冷循环 必须具备以下4个基本过程：制冷剂液体在低压下汽化产生低压蒸气,将低压蒸 气抽出并提高压力变成高压蒸气,将高压蒸气冷凝为高压液体，高压液体再降低 压力回到初始的低压状态。其中将低压蒸气提高压力时需要能量补偿。?.吸收式制冷吸收式制冷系统吸收式制冷是利用某些具有特殊性质的工质对，通过一种物质对另一种物 质的吸收和释放，产生物质的状态变化，从而伴随吸热和放热过程。部件组成，工作介质包括制取冷量的制冷剂和吸收、解吸制冷剂的吸收剂，二 者组成工

6、质对。吸收式制冷装置由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、循环泵、节流阀等 部件组成，工作介质包括制取冷量的制冷剂和吸收、解吸制冷剂的吸收剂，二 者组成工质对。吸收式制冷装置由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、循环泵、节流阀等部件组成，工作介质包括制取冷量的制冷剂和吸收、解吸制冷剂的吸收剂，二 者组成工质对。I I制冷剂蒸汽I 1稀溶液I 1中间浓度溶液浓溶液匚二I制冷剂液体I全关阀吸收式制冷机与往复式或离心式制冷机截然不同，它没有运动的原动机。吸收式制冷机有两种，即氨一水吸收式和澳化锂一水吸收式。U 2 , CondenserExpansion valveEvaporatoretgerated S

7、PaPure NHPure NHZ20世纪60年代，美国、日本和前苏联能够利用廉价的天然气，而我国则 能利用丰富的煤资源，采用滨化铿吸收式冷水机组缓解电力供应不足的困难。 当时，美国和日本相继制成了蒸汽型双效嗅化铿吸收式冷水机组，还开发了直 燃型澳化铿吸收式冷热水机组。近30年来，吸收式制冷技术进入了蓬勃发展的 阶段。1973年中东石油危机推动了能源利用技术的发展，使利用低品位热能的 吸收式热泵技术、热一电一冷联产技术等吸收式冷热源设备的研究，进入了实 用化的开发阶段。1987年，关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书签订以后，由于吸收式制 冷技术可采用对环境无破坏作用的天然制冷剂，而氨作为一种天

8、然工质，其臭 氧层损耗潜能值(OZone Depletion Potential即ODP)和全球变暖潜能值(Global Warming Potential即GWP)均为零，价格低廉，是HCFC-22的30%,机组能 效高，运行费用低等，氨一水工质对得到了科技界的重新认识和推广应用。直燃型多效吸收式制冷机、高效氨水GAX回热循环吸收式制冷机、小型氨 水吸收式制冷机进入了商业化开发阶段，蒸汽型和热水型吸收式机组在余热利 用、总能系统和区域集中供热供冷方面得到了进一步的推广应用。澳化锂一水吸收式制冷装置主要由发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器4个 部分组成。这4个部分分别装在两个圆柱形筒内。冷凝器和发

9、生器装在上部圆 筒内；蒸发器和吸收器装在下部的圆筒内，两圆筒之间用管路和泵连接。吸收式制冷以自然存在的水或氨等为制冷剂，对环境和大气臭氧层无害； 以热能为驱动能源，除了利用锅炉蒸气、燃料产生的热能外，还可以利用余热、 废热、太阳能等低品位热能，在同一机组中还可以实现制冷和制热(采暖)的双重 目的。整套装置除了泵和阀件外，绝大部分是换热器，运转安静，振动小；同时, 制冷机在真空状态下运行，结构简单，安全可靠，安装方便。在当前能源紧缺，电力供应紧张，环境问题日益严峻的形势下，吸收式制 冷技术以其特有的优势已经受到广泛的关注。?.半导体制冷半导体制冷器(ThermOeleCtriC CoOler)是

10、指利用半导体的热一电效应制取冷 量的器件，又称热电制冷器。用导体连接两块不同的金属,接通直流电,则一个接 点处温度降低，另一个接点处温度升高。吸热（冷端）放热（热端）放热（热端）热电式制冷基本热电偶若将电源反接，则接点处的温度相反变化。这一现象称为珀耳帖效应，又 称热-电效应。纯金属的热电效应很小，若用一个N型半导体和一个P型半导体代替金属, 效应就大得多。接通电源后，上接点附近产生电子空穴对，内能减小，温度降 低，向外界吸热，称为冷端。另一端因电子空穴对复合，内能增加，温度升高, 并向环境放热，称为热端。(a)(b)热源制冷一对半导体热电元件所产生的温差和冷量都很小，实用的半导体制冷器是 由

11、很多对热电元件经并联、串联组合而成，也称热电堆。单级热电堆可得到大约60的温差，即冷端温度可达-10-20。增加热电堆级数即可使两端的温差加大。但级数不宜过多，一般为23级半导体制冷片在技术应用上具有以下特点：1）不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生 回转效应，没有滑动部件是一种固体片件，工作时没有震动、噪音、寿命长， 安装容易。2）半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高, 但制热效率很高，永远大于1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和 制冷系统。-M3）半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度 的温度控制，再加上

12、温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控 制，便于组成自动控制系统。4）半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端 空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到最大温差。5）半导体制冷片的反向使用就是温差发电，半导体制冷片一般适用于中低 温区发电。6）半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小，但组合成电堆，用同类型 的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话，功率就可以做的很大，因此制冷 功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。出乎皆能灵动冽旗及央具铝条能制导才维V 40风扃A瀛超整QO*QO部裁血扁7）半导体制冷片的温差范围，从正温到负温度都可以实现。半导体制冷片具体应用有

13、以下领域:1）军事方面：导弹、雷达、潜艇等方面的红外线探测、导行系统需要半导 体制冷系统2）医疗方面；冷力、冷合、白内障摘除片、血液分析仪等3）实验室装置方面：冷阱、冷箱、冷槽、电子低温测试装置、各种恒温、 高低温实验仪片。4）专用装置方面：石油产品低温测试仪、生化产品低温测试仪、细菌培养 箱、恒温显影槽、电脑等。5）日常生活方面：空调、冷热两用箱、饮水机、电子信箱等。此外，还有 其它方面的应用。?.热电制冷热电制冷又称温差电制冷。它是利用热电效应（珀尔贴效应）的一种制冷方 法。这种方法的制冷效果主要取决于两种材料的热电势。纯金属材料的导电性 和导热性好，其珀尔贴效应很弱，制冷效率很低（不到1

14、%）。半导体材料具有较 高的热电势，可以做小型热电制冷器。热电制冷原理，如图。把一个P型半导 体元件和一个N型半导体元件连成小型热电制冷器。成热电偶，接入直流电源。 当直流电源接通，上面接头的电流方向是NP,温度降低,并且吸热，形成冷端;下面接头的电流方向是PN,温度上升，并且放热，形成热端。因为每对 热电偶只需零点几伏电源电压，产生的冷量也很小，所以需要将许多热电偶连 成热电堆后才能使用。借助各种传热器件，使热电堆的热端不断散热，并保持 一定的温度，把热电堆的冷端放到工作环境中吸热，产生低温，这就是热电制 冷的工作原理。热电制冷器的结构和机理显然不同于液体蒸发制冷。它不需要明显的工质 来实现

15、能量的转移。整个装置没有任何机械运动部件。热电制冷的效率很低， 半导体器件的价格又很高，而且必须使用直流电源，因此变压整流装置往往不 可避免，增加了电堆以外的附加体积，故热电制冷不宜大规模使用。但由于它 的灵活性强，使用方便可靠，非常适合于微型制冷领域或有特殊要求的用冷场 合。7 .吸收式制冷8 .涡流制冷涡流冷却效应的实质是利用人工方法产生漩涡，使气体分为冷、热两个部 分。利用分离出来的冷气流即可制冷。气体经涡流而分离成两个部分是在涡流管的涡流室内进行的。涡流室内部 形状为阿基米德螺线，经过压缩并冷却到室温的气体（通常是用空气，也可以用 其他气体，如二氧化碳、氨等）进入喷嘴内膨胀以后，以很高的速度沿切线方向 进入涡流室，形成自由涡流，经过动能的交换并分离成温度不相同的两个部分。 中心部分的气流经孔板流出，即冷气流；边缘部分的气流从另一端经控制阀流出，即热气流。涡流管可以同时产生 冷热两种效应。根据试验，当高压气体的温度为室温时，冷气流的温度可达 -50-IOC热气流的温度可达100130。控制阀用来改变热端管子中气体的 压力，因而可调节两部分气流的流量比，从而也改变了它们的