工学]河南科技大学制冷原理第一章人工制冷的基本方法

制冷原理及操作方法制冷原理是指通过降低物体的温度来达到制冷的目的。

其基本原理是利用热力学的第二定律，即热量自高温区传递到低温区。

根据此原理，制冷系统中使用了一种特殊的工质，通过改变工质的物理状态来在低温区吸收热量，并将其排放到高温区，从而达到降低温度的目的。

制冷系统的基本组成包括四大部分：压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。

首先，工质在蒸发器中由液体状态转变为蒸汽状态吸收热量，而后通过压缩机被压缩，增加了其温度和压力。

接着，高温高压的蒸汽通过冷凝器，与外部环境中较低温度的空气接触，将热量释放出来，工质从蒸汽状态转化为液体状态。

最后，工质通过膨胀阀流回到蒸发器中，从而完成一个制冷循环。

在制冷系统的操作过程中，有一些关键操作和参数需要注意。

首先，温度控制是非常重要的。

不同的应用场景需要不同的温度控制，因此在设计制冷系统时需要根据实际需求来确定制冷温度，并合理选择制冷剂。

其次，压缩机是整个制冷系统的核心部件，通过控制压缩机的工作状态，可以实现对制冷系统的整体性能的调节。

此外，冷凝器的设计和工作状态也影响着整个制冷系统的效果，因此在操作过程中需要注意冷凝器的散热效果。

制冷系统的操作方法也需要特别注意。

首先，在启动制冷系统时，需要先保证系统中的工质达到一定的工作状态，以保证制冷系统正常工作。

然后，根据实际需求调整压缩机的工作状态，控制整个系统的制冷能力。

在操作过程中，还需要定期清洗和维护冷凝器和蒸发器，以确保制冷系统的散热效果。

除了上述基本原理和操作方法外，制冷系统还有一些其他的注意事项。

首先，需要合理选择制冷剂，并遵守相关的安全操作规程，以确保操作过程中的安全性。

其次，制冷系统中的各个部件需要定期检查和维护，包括清洗过滤器、检查管道和阀门等，以确保整个系统的正常运行。

此外，制冷系统还需要注意节能和环保，采取一些措施来减少能源消耗和有害物质的排放。

总的来说，制冷原理是通过工质状态变化来实现物体降温的方法，操作制冷系统需要注意温度控制、压缩机和冷凝器的工作状态调节，以及系统的启动和维护等。

制冷工作原理
制冷是指将热量从低温区域转移到高温区域的过程，以达到降低低温区域温度
的目的。

制冷技术在现代社会中得到了广泛的应用，从家用冰箱到工业冷冻设备，制冷技术无处不在。

那么，制冷是如何实现的呢？下面我们就来了解一下制冷的工作原理。

首先，制冷的基本原理是利用物质的相变过程来吸收热量。

常见的制冷剂包括氨、氟利昂、丙烷等，它们在不同的温度下能够从液态转变为气态，或者从气态转变为液态。

在制冷装置中，制冷剂通过压缩、膨胀、蒸发和冷凝等过程，完成从液态到气态、再从气态到液态的循环，从而实现吸收和释放热量的目的。

其次，制冷装置通常由压缩机、蒸发器、冷凝器和节流阀等部件组成。

首先，
制冷剂从蒸发器中吸收低温区域的热量，使其蒸发成为低温蒸汽。

然后，这些低温蒸汽通过压缩机被压缩成高温高压的气体，同时释放出热量。

接着，高温高压的气体通过冷凝器散发热量，冷却成为高压液体。

最后，高压液体通过节流阀减压，再次成为低温低压的制冷剂，回到蒸发器中完成循环。

此外，制冷装置的工作原理还与热力学的基本规律密切相关。

根据热力学第一
定律，能量守恒，热量可以从一个系统传递到另一个系统，但不能自发地从低温传递到高温。

因此，为了将热量从低温区域转移到高温区域，需要借助外部能量，如电能或机械能，来推动制冷剂的循环流动。

总的来说，制冷的工作原理是通过制冷剂的相变过程来吸收和释放热量，利用
制冷装置完成制冷循环，并借助外部能量来推动循环过程。

制冷技术的发展不仅改善了人们的生活质量，也在工业生产中发挥着重要作用。

随着科学技术的不断进步，相信制冷技术将会有更广阔的应用前景。

第一章制冷技术基本知识§1-1 概述一、何谓制冷日常生活中常说的“热”或“冷”是人体对温度高低感觉的反应。

在制冷技术中所说的冷，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”就是使某一空间内物体的温度低于周围环境介质的温度，并连续维持这样一个温度的过程。

二、何谓人工制冷我们都知道，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，甚至低得很多。

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主要有相变制冷、气体绝热膨胀制冷和半导体制冷三种。

℃。

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。

但是纯金属的珀尔帖效应很弱，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，半导体制冷就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）、吸收式制冷（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，人们通常根据制冷温度的不同把人工制冷分为“普冷”和“深冷”两个体系。

制冷基本原理
制冷技术是现代生活和工业生产中必不可少的一种技术。

制冷的基本原理是根据热力学第一定律和第二定律，利用制冷剂在膨胀、压缩、凝结、蒸发等过程中吸收和放出热量来实现物体的制冷。

制冷技术的基本原理是将热量从制冷物体中移除，使其温度降低。

这个过程需要通过制冷循环来完成。

制冷循环包含了四个基本过程：压缩、冷凝、膨胀和蒸发。

制冷循环的四个过程构成了一个封闭系统，在这个系统内，制冷剂在不同的条件下，通过吸热和放热来实现物体的制冷。

在制冷循环中，压缩是最重要的过程之一。

在这个过程中，制冷剂被压缩成高压气体。

高压气体中的热量会随着压缩而变得更加密集，从而使制冷剂的温度升高。

然后，高压气体通过冷凝器，使其冷却并变成液态。

在膨胀过程中，制冷剂会通过节流阀或者其他装置，在压力的作用下进行膨胀。

这个过程会使制冷剂的温度急剧降低，并吸收周围环境中的热量。

随后，制冷剂在蒸发器中蒸发，并带走蒸发器中的热量。

制冷技术的基本原理是通过制冷剂的循环，使制冷物体的温度降低。

制冷循环包含了各种过程，例如压缩、冷凝、膨胀和蒸发。

这个过程需要一定的能量输入，以便使制冷剂完成吸热和放热的过程。

制冷技术的应用范围非常广泛，包括生活中的冰箱、空调以及工业生产中的冷却设备等。

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§1-3制冷与空调基本原理
一、学习目标：
1、知道人工制冷的原理及方法。

2、掌握蒸汽压缩式制冷原理。

二、重点难点：
1、重点：人工制冷的原理及方法。

2、难点：制冷原理分析。

三、学习导航：
1、人工制冷方法有几种？分析它们的制冷过程及原理。

2、蒸汽压缩的制冷循环包括那四个过程？结合四个过程分析总结它的基本原理。

四、导学：
根据学生预习情况进行重点讲解与指导，充分发挥学生的主体作用，努力实现学生的自主学习、主动学习。

五、能力提高：
学生讨论总结，共同处理学习导航中的问题，检查学生的学习效果。

画电冰箱的工作原理示意图，花空调器的工作原理示意图。

六、布置作业：
P192 15、16、17。

制冷的主要方式及工作原理制冷是一种常见的热力学过程，可将低温传导或传热到较高温区域，用于制造冷食品、空调、冷藏冷冻设备等。

制冷的主要方式包括压缩式制冷、蒸发式制冷和吸收式制冷。

下面将详细介绍每种制冷方式的工作原理。

压缩式制冷是制冷工程中最常见的方式。

其基本工作原理是通过压缩机对制冷剂进行增压，并通过冷凝换热器的散热将高温高压的制冷剂冷却变成液体。

接着，液体制冷剂流经节流阀（或膨胀阀），压力骤降导致温度降低，并进入蒸发器。

在蒸发器内，制冷剂吸收周围热量而变成气体，从而达到制冷的目的。

最后，蒸发器中的气体通过压缩器再次进入冷凝器，循环工作。

蒸发式制冷利用液体蒸发时所吸收的潜热来达到制冷的效果。

其工作原理是通过喷射器将高压液体制冷剂喷射到蒸发器内，制冷剂在蒸发器内蒸发时吸收外界的热量，从而使空气温度降低。

这种方式在常见的家用空调和冷藏设备中广泛应用。

吸收式制冷是一种采用热能驱动的制冷方式，其工作原理基于溶液浓度变化和蒸发时的能量吸收特性。

吸收式制冷通常包括一个吸收器、一个发生器、一个冷凝器和一个蒸发器。

首先，制冷剂在吸收器中通过吸收剂吸收。

然后，通过发生器中的热源提供热量，使制冷剂从吸收剂中释放出来。

接着，制冷剂被冷凝器冷却，并在蒸发器中蒸发，吸收周围热量，实现制冷。

最后，制冷剂再次通过吸收器回到发生器，循环工作。

除了以上几种常见的制冷方式，还有一些其他制冷方式，如热力膨胀制冷、磁制冷和热电制冷等，它们在特定领域有着独特的应用。

总之，制冷的方式有多种多样，但其工作原理大致相似。

制冷过程通过物质的相变和热量的转移，将热量从低温区域转移到高温区域，从而使低温区域的温度降低。

根据需求的不同，可以选择适合的制冷方式来满足各种不同的制冷需求。

第一章 人工制冷的基本方法制冷是指用人工的方法使某一物体或某一空间达到并保持低温。

按其所能达到的温度范围，可分为：普冷（>120K ），深冷（120K----20K ）和低温制冷（<20K ）。

在普通制冷范围内，有许多人工制冷方法，即利用吸热效用的物质在相变过程中获得低温，利用气体的节流效应和等墒膨胀获得低温，涡流冷却效用和半导体温差效应。

一、相变制冷的概述(一) 工程热力学基础自然界中大多数纯物质都以三种聚集态存在：固相、液相和气相。

例如水、制冷剂中的氨、氟里昂、2CO 等。

三项点的概念（有图）如图所示，可分为三个区，即固态区、液态区和气态区。

其中A 点是固液气三态共存的状态，成为三相态。

三相态是气液共存曲线的最低点，也称为三相点。

每种物质的三相点压力和温度都为定值。

如 水 a A P P 2.611= 01.0=A t ℃ 2H a A P P 4.719= 4.259-=A t ℃ 2O a A PP 12534= 210-=A t ℃ 。

气化潜热是指将1kg 饱和液体转变成同温度的干饱和蒸汽所需要的热量 用r 表示。

。

饱和蒸汽和饱和水的混合物称为湿饱和蒸汽，简称湿蒸汽，不含饱和水的饱和蒸汽称为干饱和蒸汽。

。

干度：在湿饱和蒸汽区，湿蒸汽成分用干度表示，即湿蒸汽的总质量量湿蒸汽中含干蒸汽的质=x 。

临界点：在液体的P-V 图上，随着饱和压力和饱和温度的提高，液体的预热过程拉长，汽化过程缩短，直到某一压力时，汽化过程线缩为一点，这一点称为临界点。

临界点参数称为临界参数，各种物质的临界参数是不同的。

（二）相变制冷的概述物质有三种集态，即气态、固态、液态。

物质集合的改变称为相变。

在相变过程中，由于物质分子的重新排列和分子运动速度的改变而吸收或放出热量。

这种热量称作潜热。

物质从质密态到质稀态将吸收潜热。

反之。

当它发生由质稀态向质密态相变时将放出潜热。

物质相变制冷是利用液体在低温下的蒸发过程及固体的融化和升华过程向被冷却物体吸收热量——即制冷量。

ξ2、制冷原理（一）各种制冷方法制冷：是指用人工的方法在一定的时间和一定空间内将某物体或流体冷却，使其温度降低到环境温度以下并保持这个低温。

常见的制冷方法有以下四种：相变制冷、热电制冷、气体膨胀制冷和涡流管制冷。

以下只作相变制冷介绍。

蒸气压缩式制冷蒸气压缩式制冷属于相变制冷，即利用制冷剂由液体变为气态（相变）时的吸热效应来获取冷量。

液体汽化形成蒸气。

当液体处于密闭容器内时，液体和产生的蒸气将在某一压力下达到平衡。

如果将部分蒸气从容器中抽走，平衡遭到破坏，液体中就必然再汽化一部分蒸气来维持平衡。

而液体汽化时需吸收热量（汽化潜热），它可来自于被冷却对象，使它变冷，从而达到制冷的目的。

蒸气压缩式制冷如图2-1所示。

它由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器四大部件组成。

图2-1单级蒸气压缩式制冷循环系统图1.压缩机；2.冷凝器3.节流阀；4.蒸发器它的工作过程是：压缩机吸入蒸发器内发生的低温、低压制冷剂蒸气，保持蒸发器内的低压状态，创造了蒸发器内制冷剂液体不断地在低温下沸腾的条件；压缩机吸入的蒸气经过压缩，其温度、压力升高，创造了制冷剂蒸气能在常温下被液化的条件；高温高压蒸气排入冷凝器，在压力保持不变的情况下被冷却介质（水或空气）冷却，放出热量，温度降低，并进一步凝结成液体，从冷凝器排出；高压制冷剂液体经过节流阀时，因受阻而使压力下降，导致部分制冷剂液体汽化，吸收汽化潜热，使其本身温度也相应降低，成为低温低压下的湿蒸气，进入蒸发器；在蒸发器中，制冷剂液体在压力不变的情况下吸收被冷却介质（空气、水或盐水等）的热量（即制取冷量）而汽化，形成的低温低压蒸气又被压缩机吸走，如此循环不已。

吸收式制冷是利用溶液在一定条件下能析出低沸点组分的蒸气，而在另一条件下又能吸收低沸点组分的蒸气，实现能量的转移。

吸收工质对：一种为制冷剂；另一种为吸收剂。

常用有氨溶液、溴化锂。

吸收式制冷系统示意图2-2图2-2吸收式制冷系统1.发生器；2.冷凝器；3.节流阀1；4.蒸发器；5.吸收器；6.节流阀27.热交换器；8.溶液泵（二）蒸气压缩式制冷循环1、单级蒸气压缩式制冷循环（1）理论循环所谓单级蒸气压缩制冷理论循环是指制冷剂在一次循环中只经过一次压缩,且循环满足下列假设条件：1）无温差传热，即制冷剂的冷凝温度等于冷却介质的温度，制冷剂的蒸发温度等于被冷却介质的温度；2）制冷剂离开蒸发器时的状态是处于蒸发压力下的饱和蒸气状态，离开冷凝的状态是处于冷凝压力下的饱和液体状态；3）制冷剂在压缩机内的压缩过程为可逆绝热的等熵压缩过程；4）在各设备的连接管道中，制冷剂不发生状态变化，即忽略管内流动阻力及与周围环境的热量交换；5）制冷剂在蒸发器和冷凝器内流动时没有压力损失。

制冷原理制冷基础一、冷却的概念及人工制冷1、冷却的基本概念冷却——就是取出物体的热量，使物体的温度降低。

冷却的过程伴随着物体本身热能的减少。

自热冷却的程度受周围介质的影响，冷却的极限温度不可能低于周围介质的温度。

要想把某一物体的温度降到低于周围介质的温度，只能借助于人工冷却的方法，即：人工制冷。

2、人工制冷人工制冷：就是通过消耗一定的外功，利用不同的制冷方式，使被冷却的物体温度下降到低于周围介质温度的某一预定温度。

普冷技术：利用人工制冷所制取的温度不低于120K（-153.15℃）时，称为普冷技术。

深冷技术：利用人工制冷制取的温度范围在120K至绝对温度零度（-273.15℃）的制冷技术称为深冷技术。

人工制冷所采用的制冷方式，按制冷原理分，主要有以下5种：（1）高压气体膨胀制冷使常温下的高压气体在膨胀机中绝热膨胀，达到较低的温度，再让气体复热，即可产生冷量，而对被冷却物体制冷。

（2）液体蒸发制冷使常温下的冷凝液体经过节流降压，达到较低的温度，再让液体在低压下蒸发，即可产生冷量，而对被冷却物体制冷。

（3）气体涡流制冷使常温下的高压气体在涡流管中分流，分离出冷、热两股气流，再让冷气流复热，即可产生冷量，而对被冷却物体制冷。

（4）半导体制冷用导电片将N型半导体和P型半导体串联起来，构成电偶，接在直流电路中，电流便由N型半导体流向P型半导体，从而在电偶的一端产生吸热现象，另一端产生放热现象，利用电偶吸热的一端产生的冷量而对被冷却物体制冷。

（5）化学方法制冷利用有吸热效应的化学反应过程，可产生冷量而对被冷却物体制冷。

3、常用的几种制冷系统人工制冷所采用的方式，按制冷系统分主要由4种：（1）压缩式制冷系统依靠压缩机提高制冷剂的压力，以实现制冷循环的系统称为压缩式制冷系统，主要由压缩机、冷凝器、节流或膨胀装置、蒸发器等组成封闭的制冷循环系统，制冷剂在系统中循环工作。

（2）吸收式制冷系统依靠吸收器——发生器组的作用完成制冷剂和吸收剂之间的热交换，从而实现制冷循环的制冷系统，主要由发生器、吸收器、冷凝器、节流装置，蒸发器组成封闭系统，二元溶液工质在系统内循环工作，其中低沸点组份作为制冷剂用以蒸发制冷，高沸点组份作为吸收剂，利用其对制冷剂蒸气的吸收作用完成工作循环。

制冷的基本原理1、定义制冷：从低于环境的物体中吸取热量，并将其转移给环境介质的过程。

制冷机：完成制冷循环所必需的机器和设备的总称。

制冷装置：将制冷机同使用冷量的设施结合在一起的装置。

如冰箱，空调机等。

制冷剂：除半导体制冷以外，制冷机都是依靠内部循环流动的工作介质来实现制冷过程，完成这种功能的工作介质，称为制冷剂，也称制冷工质。

2、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。

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。

3、制冷的基本方法为了实现能量转移，首先必须有使制冷剂能达到比低温环境介质更低的温度的过程，并连续不断地从被冷却物体吸取热量，在制冷技术的范围内，实现这一过程有下述几种基本方法：相变制冷：利用液体在低温下的蒸发过程或固体在低温下的熔化或升华过程向被冷却物体吸取热量。

普通空调器都是这种制冷方法。

气体膨胀制冷：高压气体经绝热膨胀后可达到较低的温度，令低压气体复热即可制冷。

气体涡流制冷：高压气体经过涡流管膨胀后即可分离为热、冷两股气流，利用冷气流的复热过程即可制冷。

热电制冷：令直流电通过半导体热电堆，即可在一端产生冷效应，在另一端产生热效应。

4、单级压缩蒸气制冷循环蒸气压缩式制冷机是目前应用最广泛的一种制冷机，有单级、多级和复叠式之分。

单级压缩蒸气制冷机是指将制冷剂经过一级压缩从蒸发压力压缩到冷凝压力的制冷机。

单级制冷机一般可用来制取-40℃以上的低温。

普通的空调器都是利用单级压缩蒸气制冷机的原理制造的。

单级压缩蒸气制冷机的由以下几个基本组成部份：压缩机冷凝器节流机构（毛细管）蒸发器制冷剂单级压缩蒸气制冷机的流程图与lgP-h图压缩机：它的作用是将蒸发器中的低温低压制冷剂蒸气吸入，并压缩到高温高压的过热蒸气，然后排到冷凝器。