1、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
2、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,制冷技术分类,按照制冷温度大小，分为三类： 普通制冷：t120 深度制冷： 120 t253 超低温制冷：t253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
3、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,制冷在空调中的作用,1. 空气调节,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,根据对食品处理方式不同，食品低温处理工艺可分三类：,3. 食品冷冻
4、与冷冻干燥,4. 低温生物医学技术,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
5、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,
6、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,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。 18301930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
7、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,19301990，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
8、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。,
