制冷方法讲义.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,制冷原理及设备,谈起制冷大家就会联想起冷和热的关系，但冷和热仅仅说明物体温度高或低，在本质上无什么区别，均是分子热运动的关系，也就是说大量分子无规则的运动，冷表示物体内部热量减少，分子热运动的减弱，热表示物体内部热量的增加，表示分子热运动的激烈。所以制冷实质上就是使物质内部热量的减少，分子热运动的减弱，但如何达到此目的而获得冷呢?这就是我们所要说的,制冷原理,。首先回想一下日常生活中例子：如酒精擦手或游泳上岸时有冷的感觉，出汗时用风扇吹也感到很冷，这些例子均说明一个问题，即液体汽化时吸收了皮肤(即被冷却物体)上的热量而造成的。也就是皮肤上失去了热量，而液体得到了热量而蒸发(汽化)。但为什么液体汽化的时候，被冷却物体的温度就下降?从分子角度来解释：当液体汽化时，分子之间的距离越来越大，而液体的液分子在脱离液体时，必须克服分子间的吸引力而做功，那么做功就需要一定的能量，但这些做功的能量靠什么来供给，毫无疑问靠外界热量即被冷却物体，或靠本身热量来使液体变成汽体所需的内能。由于被冷却物体提供了热量，使液体在物体中汽化，而吸收了大量的汽化潜热，导致被冷却物体的温度下降。通过上述得知，利用低沸点的液体物质，吸热汽化是基本的制冷原理，但很不全面。因为它无法保持温度的稳定性，而且浪费液体。为了克服此点，就必须把低沸点的液体(如制冷剂)回收循环利用，就必须循环热力学的第二定律的规律。热力学第二定律指出“热量能自发地从高温物体传向低温物体，而绝不可能从低温物体传向另一个高温物体”说明了热量交换的方向性。例如水，它们不能自发的从低处向高处运动(必须注意自发两字)，如果外界给于一个力(如水泵)，水就能改变运动方向，但必须消耗外功(即补偿)。从上例说明，热量并非绝对不能由低温物体传向高温物体，需要给它一个补偿过程，即消耗功，就能实现制冷。,绪 论,从示意图说明：被冷却物体(即食物、空气、水)，被蒸发器内的低沸点制冷剂液体吸热蒸发，再经压缩机外功补偿，而传给冷凝器放出热量。它整个传递过程由低温热源传向高温热源，但必须消耗外功。即：QK=Qo+AIQl广冷凝器放出的热量Q 蒸发器吸收被冷却物体的热量Al 压缩机耗功的热量从理论上讲，蒸发器吸收的热量应等于冷凝器放出的热量，也就是说，1公斤蒸汽液化放出的热量等于同一温度下，1公斤液体汽化时所吸收的热量。即QK=Q。通过上述得出结论：,制冷基本原理,在热力学第二定律基础上，利用某些低沸点的物质(制冷剂)在低温下吸热汽化(循环相变)。如果要实现低温物体的热量转移到另一个高温物体中去，就必须消耗外功，热量才能反自然的倒流，从而使被冷却物体的温度下降到比环境介质温度更低。,图l 制冷中低温物体传向高温物体示意图,制冷过程 制冷过程和制冷原理是两种不同的概念。制冷过程主要叙述制冷循环中的工作过程。实质上制冷循环就是一个相变过程。所谓相变过程，就是从一相(固相、液相、汽相)，通过加热或冷却来改变分子结构，而转变为另一相的过程。制冷循环中的物质，就是我们平时所说的工作物质(简称工质、制冷剂)，它是利用本身制冷剂汽化、凝结的相变，并在相变过程中与外界进行交换，时而吸热(液体变成了汽体)，时而放热(气体变成了液体)。主要原因是加热、冷却后分子结构改变的结果。制冷设备四大件中的冷凝器，主要作用是释放出被冷却物体的热量(食品或介质)和压缩机压缩时的热量，热量释放过程是以冷却介质(水或空气)冷却来改变分子结构，使气体转变成液体，在转变过程中放出二种热；即潜热和显热，但以潜热为主。所谓潜热是指：物质在吸、放热过程中，温度不变，而集态发生相变，在相变过程中有热量交换。例如烧开水时，烧到100时水才沸腾，如果继续烧还是100 ，此时温度不变。但水从液态相变成汽态。而冷凝器在冷凝过程中，如同烧开水，制冷剂的冷凝温度不变，而汽变成液，所以放出的是潜热。所谓显热是指，物质在吸、放热过程中，集态不变，温度发生了变化，这种吸收或放出的热量称为显热。例如烧水时，从冷水烧到100 的过程中，水温度变化了，但水还是水。即温度变了，而相不变。冷凝器在冷却过程中由过热蒸汽变成饱和干蒸汽而温度下降。所以冷却过程是放出的显热。而冷凝器在过热过程中，同样放出的是显热。即饱和液体变成了过冷液体相不变，而温度在下降变化。通过上述得知：冷凝器在放热过程中由：冷却过程 冷凝过程 过冷过程。冷凝器放出的热由显热 潜热 显热。冷凝放热过程中的变化由：过热蒸汽转变成饱和干蒸汽 饱和干蒸汽转变成饱和液体 饱和液体转变成过冷液体。,基本概念,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,制冷技术,就是研究,人工冷却,的一门科学。,研究内容包括：,制冷过程、制冷过程热力学,和,传热学原理,，以及,制冷机器与设备,的,制造,、,性能,、,操作,与,控制,、,故障诊断,与,维修,技术等。,目前制冷技术实际上是一门非常综合性的学科，涉及到多个领域。,制冷冷却,制冷就是从物体或流体中取出热量，并将热量排放到坏境介质中去，以产生低于环境温度的过程。,制冷机：,实现制冷所需的机器和设备。,特点：必须消耗能量电能、机械能等,制冷剂：,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。,制冷循环：,在制冷机中，制冷剂周而复始吸热、放热的流动循环。,制冷方法,液体汽化制冷：,利用液体气化吸热原理。,如：,蒸汽压缩式制冷,、,吸收式制冷,、,蒸汽喷射式制冷,等,气体膨胀制冷：,将高压气体做绝热膨胀，使其压力、温度下降，利用降温后的气体来吸取被冷却物体的热量从而制冷。,热电制冷,：,利用某种半导体材料的热电效应。,制冷技术分类,按照制冷温度大小，分为：,120K以上，普通制冷；,12020K，深度制冷；,200.3K，低温制冷；,0.3K以下，超低温制冷。,空调用制冷技术属于普通制冷。,绝对温度T（K）=摄氏温度t(,）+273,华氏温度F（,）=1.8,摄氏温度t(,）+32,温度范围,我国早在三千年前的周朝,人们利用天然冰来冷藏食品和制作饮料,诗经:,“二之日凿冰冲冲,三之日纳入凌阴”,汉书周礼中记载了:,周朝专管冰的,官史,凌人,春秋战国和秦汉时期:天然用冰制冷技术有了,较大的发展,汉书上载道:春秋时期，秦国皇宫造有一座,冰宫,魏国曹植在大暑赋中有:,“积素冰于幽馆，气飞积而为霜”,人类“制冷技术”的发展，经历了,“自然冷却”,和,“人工制冷”,两个阶段。,2 发展概况,秦汉以后:,冰,的应用范围逐步扩大,唐朝，在长安市场出现了一种有名的冷饮：,槐叶冷淘,青青高槐叶，采缀付中橱。,新面来近市，汁滓宛相俱。入鼎资过熟，加餐愁欲无。碧鲜俱照箸，香饭兼苞芦。,经齿冷于雪，劝人投比珠。,愿随金騕褭(yao 三声niao 三声，即骏马)，走置锦屠苏君王纳凉晚，此味亦时须。杜甫,元朝:饮料生产技术已相当发达,意大利著名旅游家马可.波罗，曾来我国长期居住，并把饮料生产技术带回意大利，传向欧洲。,近代现代：自然冷却技术的在各领域得到全面发展,冰镇啤酒、饮料，冰冻鱼肉,地窑、山洞的综合运用,发动机、机床的水冷却,电风扇、水空调,1755,年 化学家库仑在爱丁堡利用乙醚蒸发制造出冰,人类首次人工制冷,1834,年 美国发明家波尔斯在伦敦造出了第一台以乙醚为工质的,蒸汽压缩机,1844,年 美国医生高里在弗罗里达州利用刚发明的制冰机造出了,第一台空调器,，并于,1851,年获得美国专利（,No 8080#,）,1910,年 第一台以,氨为工质,的,冰箱,问世,1920,年 美国,开利公司,制造出第一台,开启式压缩机,的,卧式柜型空调器,1930,年 第一台以,氟利昂为工质（,R-12),的,制冷机,问世,1951,年 第一台,窗式空调器,正式问世,1964,年 我国第一台,“双鹿”牌,窗式空调器,问世,80,年代末 我国,电冰箱,产量占,全世界第一位,90,年代中 我国,空调器,产量占,全世界第一位,3 制冷技术应用,1.,空气调节,2.,人工环境,3.,食品冷冻与冷冻干燥,4.,低温生物医学技术,5.,低温电子技术,6.,机械设计,7.,红外遥感技术,8.,加工过程,9.,材料回收,10.,火箭推力系统与高能物理,空调工程,食品工程：冷库、家用冰箱、冰柜、冷藏陈列柜等；,机械与电子工业：工业的许多生产过程需要在低温下进行；,农业：种子贮存以及育苗等；,医疗卫生事业：血浆、疫苗及某些特殊药品的低温保存；,国防工业和现代科学：人工降雨；在高寒地区使用的发动机、汽车、常规武器的环境模拟试验等。,制冷在空调中的作用,(1)干式冷却,(2)减湿冷却,(3)减湿与干式冷却混合方式,1)空气调节,图,1-26,制冷与空调的关系,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,(1)低温环境试验,(2)湿热试验,(3)盐雾试验,(4)多种气候试验,(5)空间模拟试验,根据对食品处理方式不同，食品低温处理工艺可分3类：,(1)食品的冷藏与冷却,(2)食品的冻结与冻藏,(3)冷冻干燥,3)食品冷冻与冷冻干燥,低温生物学,-,研究低温对生物体产生的影响及应用的学科。,低温医学,-,研究温度降低对人类生命过程的影响，,以及低温技术在人类同疾病作斗争中的应用的学科。,低温生物医学,-,低温生物学和低温医学的统称。,典型应用例子,(1)细胞组织程序冷却的低温保存,(2),超快速的玻璃化低温保存方法,(3),利用低温器械使病灶细胞和组织低温损伤,而坏死的低温外科。,4)低温生物医学技术,微波激射器,必须冷到液氮或液氦温度,以使放大器元素原子的热振荡不至于严重干扰微波的吸收与发射。,超导量子干涉器,即SQUIDs,被用在相当灵敏的数字式磁力计和伏安表上。,在MHD系统、线性加速器和托克马克装置中，超导磁体被用来产生强磁场。,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,低温粉碎机,生物低温切片机,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。,第章 制冷方法,相变制冷蒸汽压缩、蒸汽吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷,吸附制冷,热电制冷,磁制冷,涡流管制冷,空气膨胀制冷,绝热放气制冷,电化学制冷,1.各种制冷方法,制冷的方法很多，常见的有以下四种：,液体汽化制冷、气体膨胀制冷、涡流管制冷和热电制冷。,其中液体汽化制冷的应用最为广泛，它是利用液体汽化时的吸热效应而实现制冷的。,蒸气压缩式、吸收式、蒸气喷射式和吸附式制冷都属于液体汽化制冷方式。,饱和状态,饱和压力,饱和温度,气化潜热,1.1.1 蒸气压缩式制冷,系统由,压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器,组成，用管道将其连成一个封闭的系统。工质在蒸发器内与被冷却对象发生热量交换，吸收被冷却对象的热量并汽化，产生的低压蒸气被压缩机吸入，经压缩后以高压排出、压缩过程描要消耗能量。压缩机排出的高温高压气态工质在冷凝器被常温冷却介质（水或空气）冷却。凝结成高压液体。高压液体流经膨胀阀时节流，变成低压、低温湿蒸气，进人蒸发器；其中的低压液体在蒸发器中再次汽化制冷。,1.1.2 蒸气吸收式制冷,1.属于液体气化制冷方法：制冷剂气化吸热达到对外制冷的目的,2.制冷剂在吸收剂中不同温度下具有不同溶解度,1喷射器（喷嘴 b扩压器 c吸入室）2冷凝器 3蒸发器 4节流阀 5、6泵,1.1.3 蒸气喷射式制冷,图 1-3 蒸汽喷射式制冷机系统,工作过程：,从锅炉来的高温高压工作蒸汽进入喷射器，在喷嘴中膨胀，获得很大汽流速度（可达1000m/s以上），从而在喷嘴的出口处造成压力很低的真空（例如，蒸发温度为5时，相应的压力为0.87kPa），这就为蒸发器内水在低温下汽化创造了条件。由于水汽化时需从未气化的水中吸收汽化潜热，因而使未汽化的水的温度降低（制冷），这部分低温水便可用于空气调节或其它生产工艺过程。蒸发器3中产生的冷剂蒸汽和工作蒸汽在喷嘴出口处混合，一起进入扩压器b，在扩压器中由于速度的降低而使压力升高（例如，当冷凝温度为35时，其相应的压力为5.63kPa），然后进入冷凝器2，与外部的冷却水交换热量，冷凝成液体。出冷凝器时，凝结水分为两路：一路通过节流阀4降压后进入蒸发器，以补充蒸发掉的水量；另一路通过水泵5返回锅炉，重新加热，产生工作蒸汽。,图1-3表示的是一个封闭循坏系统。在实际使用过程中，冷凝后的水往往不再进人锅炉和蒸发器，而是排人冷却水池，作为循环冷却水的补充水使用。蒸发器和锅炉的补充水另设水源供给。,蒸气喷射式制冷,图1-4 蒸汽喷射式制冷机理论工作循环的温熵图,图1-4为蒸汽喷射式制冷机理论工作过程的温熵（T-s）图。1-2表示工作蒸汽在喷嘴内部的等熵膨胀过程，状态2的工作蒸汽与状态3的冷剂水蒸气混合后，达到状态4，4-5是混合蒸汽在扩压器中的等熵压缩过程，5-6是冷凝器中的等压冷凝过程。然后冷凝水分为两部分：一部分节流后进入蒸发器制冷，用6-7-3过程线表示；另一部分用泵打入锅炉，产生工作蒸汽，用6-9-1过程线表示（忽略了泵耗功所产生的热量）。,近年来，为了达到特殊的目的（如制取0以下的低温），蒸汽喷射式制冷机系统可以采用其它的工质作为制冷剂，如氟利昂等。也可以将喷射式系统用于蒸气压缩式制冷机的低压级，作为增压器使用，以便用单级活塞式制冷压缩机制取更低的温度。,蒸汽喷射式制冷机以热能代替机械能或电能，同时具有结构简单、加工方便、没有运动部件（除泵外）、运行安全可靠、使用寿命长等一系列优点，故具有一定的使用价值，可用来制取空调用冷水。但是，由于溴化锂吸收式制冷机的热效率高，对加热蒸汽的品位要求低，因此在空调系统中，蒸汽喷射式制冷机已逐渐被溴化锂吸收式制冷机所取代。,1.1.4 吸附制冷,吸附制冷系统是以热能为动力的能量转换系统。,其道理是：一定的固体吸附剂对某种制冷剂气体具有吸附作用。,制冷原理：,固体吸附剂受热解吸出制冷剂，在制冷剂压力达到冷凝压力时即开始解吸,-,冷凝过程，制冷剂被冷凝成液体。,特点：无膨胀阀 吸附床 间歇式制冷,吸附能力随吸附温度的不同而不同。,周期性地冷却和加热吸附剂，使之交替吸附和解析。解析时，释放出制冷剂气体，并使之凝为液体；,吸附时，制冷级液体蒸发，产生制冷作用.,吸附式制冷系统原理,1吸附剂容器 2、5单向阀 3冷凝器 4贮液器,人们早已发现，有些固体物质在一定的温度及压力下能吸附某种气体或水蒸气，在另一种温度及压力下又能把它释放出来。这种吸附与解吸的过程将导致压力的变化，从而起到了压缩机的作用。固体吸附制冷就是利用这一原理来制冷的。,如果热源温度较低、冷凝温度较高时，氨水吸收式与溴化锂吸收式制冷机的热力系数都很低，若此时采用吸附式制冷方式，则可获得较满意的结果。,所谓吸附，就是物质在相的界面上，质量分数自动发生变化的现象。当气体分子运动到固体表面时，由于分子间的相互作用，气体分子便会停留在固体表面，形成气体分子在固体表面上的质量分数增大，即气体分子被固体表面所吸附。已被吸附的原子或分子，返回到气相中的现象称为解吸或脱附。,具有吸附作用的物质称为吸附剂；被吸附的物质称为吸附质。显然，在一定条件下，吸附剂的表面积越大，它的吸附能力就越强。为了提高吸附剂的吸附能力，必须尽可能地增大吸附剂的表面积，所以那些具有多孔的或细粉状的物质，如活性炭、硅胶、分子筛等，都是很好的吸附剂。,吸附式制冷系统中，吸附对（吸附剂-吸附质）的性能直接影响到制冷循环的效率、装置的大小。如果选择不当，会使吸附剂的晶格遭到破坏，从而降低甚至丧失吸附能力，致使循环无法正常工作。,工质对：两种可以相互吸收的液体形成的溶液.,吸附工质对：沸石水 硅胶水 活性炭甲醇 金属氢化物氢氯化锶氨,目前，可作为吸附对的物质是很多的，在制冷与空调方面已进行过实验研究的有沸石（分子筛）-水、硅胶-水、氯化钙-水、氯化钙-氨、氯化钙-甲醇、活性碳-甲醇等。甲醇凝固点低（-98），适合于具有冷冻室的吸附式家用冰箱中使用，但甲醇的汽化潜热仅为水的50。,图1-5 沸石太阳能制冷系统原理图,a）白天脱附 b）夜间吸附,1吸附床(沸石 密封盒)2冷凝器 3贮水箱（蒸发器）,利用太阳能的沸石-水吸附式制冷系统由沸石密封盒、冷凝器、贮水箱（蒸发器）组成。沸石密封在一个密闭的密封盒1中，白天受到太阳的照射，沸石被加热，在大约40时水蒸气开始从沸石上脱附，系统内压力开始上升。当压力达到7373Pa（与40对应的饱和压力）时，蒸汽便开始液化，热量由冷凝器2排向环境，凝结下来的水流入贮水箱3。夜间沸石被冷却到接近环境温度，具有了吸收水蒸气的能力，甚至在低压下也能迅速吸收水蒸气，因而使贮水箱（蒸发器）中的水不断汽化，吸收被冷却介质的热量。如果水蒸气分压能维持在6llPa以下，蒸发器中的水将在0下蒸发，并使它本身结冰。吸足了水蒸气的沸石，为白天的脱附循环创造了条件，而蒸发器中的冰在第二天慢慢地融化，提供了连续地制冷和恒定的室温。,与其它制冷系统一样，沸石吸附系统内不允许存在任何像空气等不凝性气体，因此，沸石装入密封容器后，用管道将沸石盒、冷凝器、蒸发器连在一起，充入一定量的制冷剂即水，然后整个系统须排气、抽空，最后加以密封。,用表面多孔的物质作为吸附剂时，使用前必须进行活化处理，去除吸附剂内预吸附水分和其它气体及杂质，提高其吸附能力。,吸附剂的活化处理，可用加热脱附或降压脱附来实现。,吸附式制冷系统的特点是：,具有不耗电、无任何运动部件、系统简单、没有噪声、无污染、不需维修、寿命长、安全可靠、投资回收期短、对大气臭氧层无破坏作用等一系列优点。,另外，还可利用吸附剂吸附吸附质时所放出的吸附热，提供家庭用热水和冬季采暖用热源。,缺点是循环属于间歇性的，热力状态不断地发生变化，难以实现自动化运行；对能量的贮存也较困难，特别是太阳能吸附式制冷系统，太阳能的波动会进一步影响到系统的循环特性。,1.1.5 热电制冷,1制冷原理（半导体制冷）：,利用某种半导体材料的热电效应。建立在帕尔帖(peltire)效应（电流流过两种不同导体的界面时，将从外界吸收热量，或向外界放出热量）原理上。,2工作过程,3.特点,图1-6由P型和N型半导体组成的热电制冷元件,1.1.6 磁热效应-磁制冷（自学）,磁热效应：,利用磁致冷材料的磁热效应(基本原理是磁性材料的磁化放热和退磁吸热)。,基于材料的磁热效应和一定的热力流程可以构成磁制冷循环。,永磁体驱动室温磁制冷原理样机,1.1.7 涡流管制冷,经过压缩并冷却到常温的气体（通常是空气，也可以是CO2,N2等其它气体）进人喷嘴，在喷嘴中膨账并加速到音速，从切线方向射入涡流室，形成自由涡流。自由涡梳的旋转角速度离中心越近就越大。由于角速度不同，在环形气流的层与层之间产生摩擦，中心层部分的气流角速度逐渐降低；外层气流的角速度逐浙升高，因此存在着由中心向外层的动量流。内层气体失去能量，从孔板流出时具有较低的温度，外层气体吸收能量动能增加，又因为与管壁摩擦，将部分动能变成热能，使得从控制阀流出的气体具有较高的温度。由此可见，涡流管可以同时获得冷、热两种效应。,涡流管制冷是使压缩气体产生涡流运动井分离成冷、热两部分，其中冷气流用来制冷。,涡流管装置的结构由喷嘴、涡流室、孔板、管子和控制阀组成。涡梳室将管子分为冷端、热端两部分。孔板在涡流室与冷端管子之间，热端管子出口处装控制阀。管外为大气。喷嘴沿涡流室切向布置。,1.1.8 空气膨胀制冷,高压气体绝热膨胀时，对膨胀机作功，同时气体的温度降低。用这种方法可以获得低温。,与液体汽化制冷相比，空气膨胀制冷是一种没有相变的制冷方式，所采用的工质主要是空气,。,根据使用的目的不同，工质也可以是CO,2,O2,N2,He或其他理想气体。,1.1.9 绝热放气制冷1.1.10 电化学制冷,1.2 制冷的基本热力学原理,图1-16 制冷机的能量转换关系(a)以电能或机械能驱动的制冷机(b)以热能驱动的制冷机,从热力学角度说，,制冷系统是利用逆向循环的能量转换系统,。按补偿能量的形式（或驱动方式），前面所提及的制冷方法归为两大类：以机械能或电能为补偿的和以热能为补偿的。前者如蒸气压缩式、热电式制冷机等；后者如吸收、蒸气喷射、吸附式制冷机等。,两类制冷机的能量转换关系如图1所示。,热力学关心的是能量转换的经济性，即花费一定的补偿能，可以收到多少制冷效果（制冷量）。为此，对于机械或电驱动方式的制冷机引入制冷系数,来衡量；对于热能驱动方式的制冷机，引入热力系数,来衡量。,对于以热能驱动的制冷机，参见图2。制冷机从驱动热源（温度为 Tg）吸收热量Qg 作为补偿，完成从低温热源吸热，向高温热源排热的能量转换。我们假定驱动热源也是恒温热源，其它假定同前。,1.3 热泵逆向循环不仅可以用来制冷，还可以把热能释放给某物体或空间，使之温度升高，该逆向循环系统称为,热泵,。制冷机与热泵在热力学上并无区别，工作循环都是,逆向循环,，区别仅在于使用目的。逆向循环具有从低温热源吸热、向高温热源放热特点。,当使用目的是从低温热源吸热时，系统称为制冷机；当使用目的是向高温热源防热时，系统称为热泵。,在许多场合，同一台机器有时可作制冷机，有时可作热泵，有时可同时作制冷机和热泵使用。图1-16 的能量转换关系式(1-17),(1-21)也完全适用于热泵。只是这时的低温热源通常是环境；高温热源是被如热对像，我们所希望得到的是高温排热量Qa。热泵的性能系数COP又叫供热系数或泵热系数，等于供热量与补偿能之比，以机械能驱动的热泵为例,Qa/W (1-26）考虑到公式(1-17),(W+Qa)/W=1(1-27),上式给出同一台机器在相同工况下作热泵使用时的泵热系数和作制冷机使用时的制冷系数之间的关系。同时还表明，恒大于。所以热泵的热力学经济性比消耗电能或燃料直接烘暖的系统要好。,前面介绍的许多制冷循环原则上都可构成热泵循环。所以按循环特点区分，同样有蒸气压缩式热泵、吸收式热泵、空气式热泵、热电式热泵等多种形式。这里只简单介绍几个热泵的应用实例。,图1-18表示一个空调热泵系统。机器为一般的压缩式空调制冷系统，只需将空调风管的布置作适当改动就可以达到夏季供冷、冬季供暖的同的。如图所示，夏季4个风阀向上，室内循环空气经过蒸发盘管被冷却，室外空气流经冷凝器，带走高温排出的热量，系统起制冷作用；冬季，4个风阀向下，室外空气经过蒸发盘管，室内空气经过冷凝器盘管，室内空气彼加热，系统起热泵作用。,图1-19所示的系统与上面的系统类似，但被加热或冷却介质的流动方向不变，只改变系统中制冷剂的流动方向。系统中有两个换热器，一个置于室内，一个置于室外。夏天作制冷机用时，室内换热器起蒸发器的作用；室外换热器起冷凝器的作用。冬天作热泵用时，通过制冷剂流动方向的改变，室内换热器起冷疑器的作用，室外换热器起蒸发器的作用。,图l20示出一个氨水吸收式热泵系统。它与图 l-2具有相同的流程和工作过程，即氨液从低温热源吸取热量，在蒸发器3中蒸发，所产生的蒸气进人吸收器4，被来自发生器、经热交换器5降温、并节流的稀氨水溶液吸收，成为浓氨溶液同时放出吸收热。浓溶液用泵经热换器5送到发生器1中，使制冷剂氨从吸收剂中分离。纯度较高的氨蒸气自发生器顶郡引出，进人冷凝器2，放出冷凝热成为氨液，经节流重新送回蒸发器去蒸发。吸收器中的吸收热和冷凝器中的凝结热被披采暖系统的循环介质吸收，达到所需耍的供热温度。,在这种吸收式热泵系统中，发生器的加热热源可以利用发电厂180200 的废气、热水或利用炼焦厂的煤气等；蒸发器的低温源可以利用 30 50的工业废水、515 的河水或者冬季的室外空气，能达到的采暖温度在90,左右。,