《制冷原理与装置》电子教案
《制冷原理与装置》电子教案
绪论
一、人工制冷
用人为的方法不断地从被冷却系统排热到环境介质中去，从而使被冷却系统达到比环境介质更低的温度，并在必要长的时间内维持所必要的低温的一门工程技术。
人工制冷的分类:
, 普通制冷:T>120K
食品冷加工、空调制冷、生产工艺用冷
, 深度制冷:120---20K
气体液化、分离等
, 低温制冷:20K---0. 3K
, 超低温制冷:T<0.3K
二、人工制冷的基本方法
, 蒸汽压缩式制冷
, 吸收和吸附式制冷
, 空气制冷
, 历史上第一次实现的气体制冷机是以空气作为工质的，并且称为空气制冷机
, 压缩式空气制冷机的工作过程也是包括等熵压缩，等压冷却，等熵膨胀及等压吸热四个过程
, 这与蒸汽压缩式制冷机的四个工作过程相近，其区别在于工质在循环过程中不发生相态改变
, 热电制冷
, 热电制冷(亦名温差电制冷、半导体制冷或电子制冷)是以温差电现象为基础的制冷方法，它是利用“塞贝克”效应的逆反应——珀尔帖效应的原理
达到制冷目的。
塞贝克效应就是在两种不同金属组成的闭合线路中，如果保持两接触点的温度不同，就会在两接触点间产生一个电势差——接触电动势。同时闭合线路中就有电流流过，称为温差电流。反之，在两种不同金属组成的闭合线路中，若通以直流电，就会使一个接点变冷，一个变热，这称为珀尔贴效应，亦称温差电现象
, 半导体材料内部结构的特点，决定了它产生的温差电现象比其他金属要显著得多，所以热电制冷都采用半导体材料，亦称半导体制冷
, 当电偶通以直流电流时，P型半导体内载流子(空穴)和N型半导体内载流子(电子)在外电场作用下产生运动，并在金属片与半导体接头处发生能量
的传递及转换。
, 如果将电源极性互换，则电偶对的制冷端与发热端也随之互换。
半导体制冷设备的特点及应用
, 不用制冷剂
, 无机械传动部分
, 冷却速度和制冷温度可任意调节
, 可将冷热端互换
, 体积和功率都可做得很小
半导体制冷的用途
, 方便的可逆操作
, 可做成家用冰箱，或小型低温冰箱
, 可制成低温医疗器具
, 可对仪器进行冷却
, 可做成零点仪
, 蒸气喷射式制冷循环
, 蒸气喷射式制冷机只用单一物质为工质
, 虽然从理论上谈可应用一般的制冷剂作为工质,但到目前为止，只有以水为工质的蒸气喷射式制冷机得到实际应用。
, 当用水为工质所制取的低温必须在0?以上，故蒸气喷射式制冷机目前只用于空调装置或用来制备某些工艺过程需要的冷媒水。
三、制冷技术的发展与应用
, 制冷技术的发展
人工制冷的方法是随着工业革命而开始的。
1834年英国人波尔金斯制成了用乙醚为制冷剂的第一台制冷机1844年美国人高斯发明了空气压缩式制冷机
1862年法国人卡尔里制成吸收式制冷机
1874年德国人林德发明了世界上第一台氨压缩机
空气制冷机的发明比蒸气压缩式制冷机稍晚。
空调技术的应用起始于1919年。
, 低温技术的发展
1908年，Onnes最先液化了氦气
1911年，超导电性首次被发现
1942年，德国V-2武器试验成功，低温技术军事应用开始 1961年，土星V号是首个用液氢液氧混合推进剂的飞行器
, 制冷与低温技术的应用
1. 空气调节
制冷和空调的关系相互联系又独立
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
2.人工环境
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。
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
3. 食品冷冻与冷冻干燥
根据对食品处理方式不同，食品低温处理工艺可分三类:
(1) 食品的冷藏与冷却
(2) 食品的冻结与冻藏
(3) 冷冻干燥
4. 低温生物医学技术
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。
5. 低温电子技术
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。
6. 机械设计
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。
m/h的低温超导磁悬浮列车已经在日本投入试验运行。时速500k
7. 红外遥感技术
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。
8. 加工过程
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。
9. 材料回收
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。
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。
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。
10. 火箭推力系统与高能物理
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。 LHC-CERN
27km超导磁体
过冷态超流氦冷却
综上所述，可见没有制冷空调，就没有现代社会。美国工程院2000年评出20世纪20项对人类社会和生活影响最大的工程技术成就，制冷空调技术就是其中的一项
四、制冷空调行业国内外关注的热点
, 制冷剂破坏臭氧层问题
, 制冷空调的节能
, 食品冷藏链的完善