制冷基本原理分解課件

空調(diào)電氣技術(shù)參考教材：《制冷空調(diào)設(shè)備電氣與控制》編者：衛(wèi)宏毅出版：廣東科技出版社書價：15元空調(diào)電氣技術(shù)參考教材：《制冷空調(diào)設(shè)備電氣與控制》第三章

制冷的基本原理和方法

第三章

制冷的基本原理和方法

制冷是指利用人為的方法制造冷的環(huán)境。冰箱、冷庫和空調(diào)器都是制冷方面的應(yīng)用。制冷是指利用人為的方法制造冷的環(huán)境。冰箱、冷庫和空調(diào)1、制冷的基本思路

人在游泳時，會有冷的感覺。1、制冷的基本思路

人在游泳時，會有冷的感覺。在手臂上涂抹酒精也有涼爽的感覺，這是因為液體的蒸發(fā)帶走了熱量。在手臂上涂抹酒精也有涼爽的感覺，這是因為液體的蒸發(fā)帶走了熱量2、制冷循環(huán)

利用液體的蒸發(fā)可以吸收周圍環(huán)境的熱量。制冷過程中熱量的轉(zhuǎn)移是靠液體的狀態(tài)變化實現(xiàn)的。2、制冷循環(huán)

利用液體的蒸發(fā)可以吸收周圍環(huán)境的熱量。制冷過程1）通過壓縮使制冷劑轉(zhuǎn)化為液體帶走熱量1）通過壓縮使制冷劑轉(zhuǎn)化為液體帶走熱量2）通過膨脹閥液體制冷劑轉(zhuǎn)化為氣體吸收熱量2）通過膨脹閥液體制冷劑轉(zhuǎn)化為氣體吸收熱量3、制冷劑和壓縮機油

1）制冷劑的特點

低沸點（常溫下能蒸發(fā)）蒸發(fā)時吸熱潛能大

2）制冷劑分類3、制冷劑和壓縮機油

1）制冷劑的特點

低沸點（常溫下能蒸發(fā)制冷可分為三種情況：(1)冷卻：使高溫物體降溫到常溫狀態(tài)。(2)冷藏：使物體的溫度低于常溫保存。(3)冷凍：從物體吸走熱量，使物體水分成為凍結(jié)狀態(tài)。制冷可分為三種情況：蒸氣壓縮式制冷、蒸氣噴射式制冷、吸收式制冷和半導(dǎo)體式制冷是常見的制冷方式。蒸氣壓縮式制冷、蒸氣噴射式制冷、吸收式制冷和半導(dǎo)體式1.蒸氣壓縮式制冷

蒸氣壓縮式制冷是利用低沸點的液態(tài)工質(zhì)(如氟里昂等制冷劑)沸騰汽化時，從致冷空間介質(zhì)中吸熱來實現(xiàn)制冷的。1.蒸氣壓縮式制冷第三章-制冷基本原理分解課件蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器和節(jié)流閥是蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的四個必不可少的基本部件。在小型氟里昂制冷系統(tǒng)中，也可用毛細管代替節(jié)流閥。蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器和節(jié)流閥是蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)的四制冷劑在制冷系統(tǒng)中循環(huán)流動，方向如圖。蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)使用的制冷劑是常壓下沸點低于0°C的物質(zhì)。例如氟里昂12和22(代號為R12和R22)在1個大氣壓下的沸點分別是―29．8°C和―40．8°C。制冷劑在制冷系統(tǒng)中循環(huán)流動，方向如圖。蒸氣壓縮式制冷（1）蒸發(fā)器（1）蒸發(fā)器蒸發(fā)器由一組或幾組盤管組成。低溫液態(tài)制冷劑進入蒸發(fā)器盤管流動時，通過管壁吸收盤管周圍介質(zhì)(空氣或水)的熱量沸騰汽化(工程上簡稱為蒸發(fā))，使盤管周圍的介質(zhì)溫度降低或保持一定的低溫狀態(tài)，從而達到致冷的目的。蒸發(fā)器由一組或幾組盤管組成。低溫液態(tài)制冷劑進入蒸發(fā)器第三章-制冷基本原理分解課件蒸發(fā)器是讓低溫液態(tài)制冷劑和需要致冷的介質(zhì)交換熱量的換熱器。因此，蒸發(fā)器盤管應(yīng)置于需要致冷的空間介質(zhì)中。蒸發(fā)器是讓低溫液態(tài)制冷劑和需要致冷的介質(zhì)交換熱量的換第三章-制冷基本原理分解課件第三章-制冷基本原理分解課件第三章-制冷基本原理分解課件第三章-制冷基本原理分解課件第三章-制冷基本原理分解課件例如，電冰箱或冷庫的蒸發(fā)器放在冷藏室和冷凍室內(nèi)；房間空調(diào)器的蒸發(fā)器放在空調(diào)房間的墻內(nèi)側(cè)，并做空氣冷卻器；生產(chǎn)低溫水(工程上稱冷水)的冷水機組的蒸發(fā)器盤管放在產(chǎn)生冷水的殼箱內(nèi)等。例如，電冰箱或冷庫的蒸發(fā)器放在冷藏室和冷凍室內(nèi)；房間由于蒸發(fā)溫度通常都很低，因而對應(yīng)的蒸發(fā)壓力也不高。相對于冷凝器，制冷劑在蒸發(fā)器中處于低溫低壓狀態(tài)。制冷劑在蒸發(fā)器中沸騰汽化時從致冷空間介質(zhì)吸收的熱量，就是制冷系統(tǒng)的制冷量。

由于蒸發(fā)溫度通常都很低，因而對應(yīng)的蒸發(fā)壓力也不高。相（2）冷凝器（2）冷凝器為了讓制冷劑能被反復(fù)使用，需將從蒸發(fā)器流出的制冷劑蒸氣冷凝還原為液態(tài)。冷凝器就是讓氣態(tài)制冷劑向環(huán)境介質(zhì)放熱而冷凝液化的換熱器。為了讓制冷劑能被反復(fù)使用，需將從蒸發(fā)器流出的制冷劑蒸用來使制冷劑冷凝的冷卻介質(zhì)應(yīng)是常溫的空氣或水。利用流動空氣冷卻冷凝器，稱為風(fēng)冷。電冰箱、房間空調(diào)器等采用風(fēng)冷式冷凝器。用來使制冷劑冷凝的冷卻介質(zhì)應(yīng)是常溫的空氣或水。利用流第三章-制冷基本原理分解課件第三章-制冷基本原理分解課件第三章-制冷基本原理分解課件利用流動水冷卻冷凝器，稱為水冷。家用中央空調(diào)器多采用水冷式。流經(jīng)水冷式冷凝器的水稱為冷卻水。制冷劑在冷凝器中向冷卻介質(zhì)排放的熱量，稱為冷凝器的熱負(fù)荷。

利用流動水冷卻冷凝器，稱為水冷。家用中央空調(diào)器多采用（3）壓縮機（3）壓縮機用空氣或常溫的水來使制冷劑蒸氣冷凝，冷凝溫度就高于蒸發(fā)溫度，對應(yīng)的冷凝壓力也就要求高于蒸發(fā)壓力。用空氣或常溫的水來使制冷劑蒸氣冷凝，冷凝溫度就高于蒸壓縮機的作用就是將從蒸發(fā)器流出的低壓制冷劑蒸氣壓縮，使蒸氣的壓力提高到與冷凝溫度對應(yīng)的冷凝壓力，從而保證制冷劑蒸氣能在常溫下被冷凝液化。

壓縮機的作用就是將從蒸發(fā)器流出的低壓制冷劑蒸氣壓縮，制冷劑蒸氣經(jīng)壓縮機壓縮后，溫度也升高了。因此，相對于蒸發(fā)器，冷凝器中的制冷劑處于高溫高壓狀態(tài)。

制冷劑蒸氣經(jīng)壓縮機壓縮后，溫度也升高了。因此，相對于壓縮機是由電動機帶動來壓縮蒸氣作功的，因此，壓縮機的作用實質(zhì)是消耗外功，迫使制冷劑將從致冷空間(低溫?zé)嵩?吸收的熱量排放給環(huán)境(相對致冷空間為高溫?zé)嵩?。這與熱力學(xué)第二定律的要求是一致的。

壓縮機是由電動機帶動來壓縮蒸氣作功的，因此，壓縮機的第三章-制冷基本原理分解課件第三章-制冷基本原理分解課件第三章-制冷基本原理分解課件第三章-制冷基本原理分解課件第三章-制冷基本原理分解課件第三章-制冷基本原理分解課件（4）節(jié)流閥（4）節(jié)流閥節(jié)流元件是空調(diào)制冷系統(tǒng)的四大主要元件之一。它在制冷系統(tǒng)中的主要功能如下：

節(jié)流元件是空調(diào)制冷系統(tǒng)的四大主要元件之一。它在制冷系①對高壓液態(tài)制冷劑節(jié)流降壓，保證冷凝器和蒸發(fā)器之間的壓差，以便使進入蒸發(fā)器中的制冷劑在所要求的低壓下蒸發(fā)吸熱，從而達到制冷降溫的目的。

①對高壓液態(tài)制冷劑節(jié)流降壓，保證冷凝器和蒸發(fā)器之間的②調(diào)節(jié)進入蒸發(fā)器中的制冷劑流量，以適應(yīng)蒸發(fā)器的負(fù)荷變化，使系統(tǒng)正常運行。②調(diào)節(jié)進入蒸發(fā)器中的制冷劑流量，以適應(yīng)蒸發(fā)器的負(fù)荷變毛細管就是一根直徑很小的銅管，管徑通常為0．5mm～2．5mm，長度約為lm～5m。當(dāng)制冷劑在管內(nèi)流動時，需要克服管內(nèi)阻力，就產(chǎn)生了一定的壓降，壓降值與管長成正比而與管徑成反比。毛細管就是一根直徑很小的銅管，管徑通常為0．5mm～毛細管節(jié)流元件具有以下特點：

①毛細管的結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、價格便宜。

②由于毛細管處于常通狀態(tài)，當(dāng)壓縮機停機后，高、低壓能迅速平衡，有利于壓縮機再次啟動。

毛細管節(jié)流元件具有以下特點：

③對于熱泵系統(tǒng)來說，制冷劑在毛細管中的節(jié)流過程，不存在進、出口的方向性問題。④當(dāng)制冷系統(tǒng)的運行工況發(fā)生變化時，毛細管對制冷劑流量的調(diào)節(jié)能力較差。

③對于熱泵系統(tǒng)來說，制冷劑在毛細管中的節(jié)流過程，不存在進、

⑤采用毛細管的制冷系統(tǒng)，機組的運行性能對制冷劑的充注量非常敏感。

⑥由于毛細管內(nèi)徑小、管路長，極易被阻塞，應(yīng)注意保持系統(tǒng)內(nèi)的干燥和清潔。一般需要在毛細管前設(shè)置干燥過濾器，以防阻塞。⑤采用毛細管的制冷系統(tǒng)，機組的運行性能對制冷劑的充注量非常蒸氣壓縮制冷的循環(huán)蒸氣壓縮制冷的循環(huán)第三章-制冷基本原理分解課件第三章-制冷基本原理分解課件第三章-制冷基本原理分解課件第三章-制冷基本原理分解課件第三章-制冷基本原理分解課件第三章-制冷基本原理分解課件2.吸收式制冷吸收式制冷也是液體汽化法制冷的一種方式。由于它以消耗低溫?zé)崮茏鳛檠a償實現(xiàn)制冷循環(huán)，因而對有余熱場所熱能的綜合利用，以及對于太陽能的開發(fā)和應(yīng)用都有重要的意義，近幾十年來發(fā)展非常迅速。2.吸收式制冷吸收式制冷系統(tǒng)的組成吸收式制冷系統(tǒng)的組成吸收式制冷系統(tǒng)的基本組成與壓縮式制冷系統(tǒng)的區(qū)別在于由吸收器、溶液泵、發(fā)生器和調(diào)壓閥組成的系統(tǒng)代替了壓縮機。吸收式制冷系統(tǒng)的基本組成與壓縮式制冷系統(tǒng)的區(qū)別在于由來自蒸發(fā)器的低溫低壓制冷劑蒸氣進入吸收器，為吸收劑吸收；從吸收器出來的制冷劑-吸收劑溶液由溶液泵輸送至發(fā)生器，工質(zhì)對在發(fā)生器中吸熱升溫，其中沸點低的制冷劑便大量汽化與吸收劑分離，形成高壓制冷劑蒸氣；來自蒸發(fā)器的低溫低壓制冷劑蒸氣進入吸收器，為吸收劑吸發(fā)生器排出的高壓制冷劑蒸氣通過冷凝器冷凝、節(jié)流閥減壓降溫，再進入蒸發(fā)器吸收冷室介質(zhì)熱量沸騰汽化制冷，即完成了吸收式制冷循環(huán)。發(fā)生器排出的高壓制冷劑蒸氣通過冷凝器冷凝、節(jié)流閥減壓吸收式制冷系統(tǒng)的組成吸收式制冷系統(tǒng)的組成可見，吸收器、溶液泵和發(fā)生器的共同作用相當(dāng)于蒸氣壓縮式制冷系統(tǒng)的壓縮機，使制冷劑蒸氣完成了由低溫低壓狀態(tài)到高溫高壓狀態(tài)的轉(zhuǎn)變?？梢?，吸收器、溶液泵和發(fā)生器的共同作用相當(dāng)于蒸氣壓縮為使工質(zhì)對中的吸收劑也能循環(huán)使用，發(fā)生器中制冷劑吸熱汽化后所剩吸收劑溶液，經(jīng)調(diào)壓閥減壓降溫(也是絕熱節(jié)流過程)，重新返回吸收器，用于再次吸收低壓低溫的制冷劑蒸氣。為使工質(zhì)對中的吸收劑也能循環(huán)使用，發(fā)生器中制冷劑吸熱吸收式制冷由兩個循環(huán)共同組成：①制冷劑的循環(huán)②吸收劑溶液的循環(huán)這兩個循環(huán)缺一不可。吸收式制冷由兩個循環(huán)共同組成：吸收式制冷是通過工質(zhì)對在發(fā)生器中吸收外界熱源提供的低溫?zé)崮茏餮a償，從而實現(xiàn)制冷的?？删C合利用其他設(shè)備排出的溫度較高的熱水(75℃以上)、低壓水蒸氣、煙氣道中的余熱，或者利用地?zé)?、太陽能等作為發(fā)生器的加熱能源。吸收式制冷是通過工質(zhì)對在發(fā)生器中吸收外界熱源提供的低第三章-制冷基本原理分解課件3.半導(dǎo)體制冷

利用熱電效應(yīng)的反效應(yīng)——珀爾帖效應(yīng)來制冷的方法，稱為熱電式制冷。由于在應(yīng)用中，熱電式制冷采用半導(dǎo)體材料作電偶對，所以對這種制冷方式，又稱作半導(dǎo)體制冷。

3.半導(dǎo)體制冷（1）熱電效應(yīng)將兩種不同的導(dǎo)體連接組成閉合環(huán)路，兩個連接點稱為節(jié)點。若加熱其中一個節(jié)點，冷卻另一個節(jié)點，環(huán)路中將有電流產(chǎn)生。這種由于溫差引起的電現(xiàn)象，稱為熱電效應(yīng)。發(fā)生熱電效應(yīng)的兩種不同導(dǎo)體的組合，稱為電偶對。（1）熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)熱電效應(yīng)（2）珀爾帖效應(yīng)若在電偶對組成的環(huán)路中接入直流電源，那么其中一個節(jié)點的溫度會升高，向外界放出熱量；而另一節(jié)點的溫度將降低，吸收外界的熱量。這種與熱電效應(yīng)相反的電溫差效應(yīng)，稱為珀爾帖效應(yīng)。（2）珀爾帖效應(yīng)珀爾帖效應(yīng)珀爾帖效應(yīng)（3）熱電效應(yīng)與珀爾帖效應(yīng)的應(yīng)用

在熱電效應(yīng)中，熱節(jié)點與冷節(jié)點間的溫差越大，環(huán)路中的電流越大。若保持冷接點的溫度tO不變(如將冷接點置于0C的冰水混合物中)，則電偶對中產(chǎn)生的電流大小，就僅由熱節(jié)點的溫度決定。（3）熱電效應(yīng)與珀爾帖效應(yīng)的應(yīng)用第三章-制冷基本原理分解課件在電偶對環(huán)路中接入一電流計，此電流計的指標(biāo)，就可反映熱節(jié)點所處位置的溫度。這就是工程上熱工測量常用的熱電偶溫度計的測溫原理。在電偶對環(huán)路中接入一電流計，此電流計的指標(biāo)，就可反映利用珀爾帖效應(yīng)，將電偶對的冷節(jié)點置于需制冷的空間部位，就可使該處制冷；而將電偶對的熱節(jié)點置于需供熱的空間部位，就可向該處供熱，這就是熱電式制冷和熱電式熱泵的基本原理。利用珀爾帖效應(yīng)，將電偶對的冷節(jié)點置于需制冷的空間部位（4）珀爾帖效應(yīng)的微觀機理

不同導(dǎo)體中自由電子的數(shù)密度大小不同，將兩種不同導(dǎo)體相連接時，在接觸處(即節(jié)點處)自由電子將從其數(shù)密度大的導(dǎo)體向數(shù)密度小的導(dǎo)體擴散，從而在節(jié)點處出現(xiàn)電勢差，稱為接觸電勢差。（4）珀爾帖效應(yīng)的微觀機理當(dāng)有電流從高電勢端通過節(jié)點流向低電勢端時，其減少的電勢能將以熱能的形式向外界釋放，此節(jié)點就是向外界放熱的高溫節(jié)點，即熱節(jié)點；當(dāng)有電流從高電勢端通過節(jié)點流向低電勢端時，其減少的電當(dāng)有電流從低電勢端通過節(jié)點流向高電勢端時，則需要以吸收熱量的形式從外界補充能量來提高它的電勢，此節(jié)點就成為向外界吸熱的低溫節(jié)點，即冷節(jié)點。當(dāng)有電流從低電勢端通過節(jié)點流向高電勢端時，則需要以吸

金屬導(dǎo)體的珀爾帖效應(yīng)十分微弱，對制冷沒有實用價值。將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體用銅片焊接成電偶對時，珀爾帖效應(yīng)較為顯著。因此，實際應(yīng)用都采用半導(dǎo)體材料制作電偶對。金屬導(dǎo)體的珀爾帖效應(yīng)十分微弱，對制冷沒有實用價值。將第三章-制冷基本原理分解課件

一個半導(dǎo)體電偶對產(chǎn)生的致冷效應(yīng)一般約為1.163W，仍然較小。如將數(shù)十個半導(dǎo)體電偶對的冷熱兩端各放在一起，串聯(lián)組成熱電堆，就可獲得較大的制冷量。一個半導(dǎo)體電偶對產(chǎn)生的致冷效應(yīng)一般約為1.163W根據(jù)制冷所要求的溫差，熱電堆可制作成單級電堆和多級電堆。下圖所示為單級電堆，單級電堆制冷溫差通常約為50C。根據(jù)制冷所要求的溫差，熱電堆可制作成單級電堆和多級電單級電堆單級電堆圖中的冷板1裝在電堆4的吸熱端(即冷端)；散熱器5則裝在電堆的放熱端：冷板和散熱器與電堆連接時，中間都隔有電絕緣導(dǎo)熱層2；冷板和散熱器可根據(jù)換熱要求制成各種形式，如平板式或肋片式等；圖中的冷板1裝在電堆4的吸熱端(即冷端)；散熱器5則連接片3是導(dǎo)體片(如銅片)，它將同一半導(dǎo)體電偶對在一端(圖中為上端)連接起來，又將組成電堆的各個電偶對在另一端(圖中為下端)串聯(lián)起來。連接片3是導(dǎo)體片(如銅片)，它將同一半導(dǎo)體電偶對在一二級電堆二級電堆上圖為二級電堆，它將第二級電堆的熱端置于第一級電堆的冷端上，讓第一級電堆作為第二級電堆的散熱器。采用多級電堆制冷可獲得較大的溫差和更低的溫度。上圖為二級電堆，它將第二級電堆的熱端置于第一級電堆的我國試制的WCD---30型半導(dǎo)體冰箱，其容積為30L：采用6個電堆，每一電堆由72個電偶對組成，耗電量為250W左右；熱端采用強迫通