制冷空调与自动化

杭州电子科技大学精品课程,制冷空调与自动化(AutomationofRefrigeration&Air-conditioning)杭州电子科技大学自动化学院人工环境实验室精品课制作小组2007年8月,第一讲制冷技术概述,第一节制冷技术发展的历史第二节制冷的主要方法第三节制冷技术在国民经济的应用第四节本课程的安排与基本要求,什么是制冷技术？,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。,第一节制冷技术发展的历史,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。,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，采摘付中橱，经齿冷于雪，劝人投此珠”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（No8080#）,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,第二节制冷的主要方法及分类,相变制冷蒸汽压缩，吸收式制冷，吸附式制冷气体绝热膨胀制冷气体涡流管制冷热电制冷磁制冷太阳能制冷热管制冷脉管制冷等等,1.主要方法分类,蒸汽压缩以及吸收式制冷,气体绝热膨胀制冷,涡流制冷,热电制冷,磁热效应-磁制冷,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,2.制冷技术的分类：,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,制冷技术一般按温度范围来划分，可分为：120K（-153）以上普通制冷120K20K（-153-253）深温制冷120K20K（-153-253）深温制冷20K0.3K（-253-273）低温制冷0.3K（-273）以下超低温制冷,第三节制冷技术应用,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,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3类：,3.食品冷冻与冷冻干燥,典型应用例子,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-CERN27km超导磁体过冷态超流氦冷却,第四节本课程的安排与要求,（一）绪论2学时（二）蒸汽压缩式制冷原理4学时（三）电冰箱及其控制技术4学时（四）空气调节原理2学时（五）制冷空调新技术2学时（六）考查2学时,课程安排,教材：顾四方等.制冷技术基础.杭州：杭州电子科技大学.教学参考书：陈光明，陈国邦.制冷与低温原理.北京：机械工业出版社，2000周远，王如竹.制冷与低温工程.北京：中国电力出版社，2003吴业正.制冷原理与设备.西安：西