制冷技术基础知识

一、制冷技术研究目的：1）减少能耗(充分利用太阳能、地热能等)。2）合理选择和利用制冷剂。3）提高制冷机的机械热力性能。

二、制冷技术发展概况及应用

1.发展概况：1）1777年，John（约翰）实验发现制冷现象——长时间将浓硫酸和水封闭在一个容器里，水面渐渐结冰。2）1859年，Carre（卡列）发明氨-水吸收式制冷机。3）1872年，Boyie（波依尔）发明氨压缩式制冷机。由此制冷技术长足发展，至1929年美国通用电气公司发现“氟利昂”。4）1845年，Corrie（格里）发明空气膨胀式制冷机。

制冷技术的应用

第一章制冷技术基础制冷=冷却？？？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。（注意和“冷却”的区别）

实质：将热量从被冷却对象中转移到环境中★制冷≠冷却3制冷种类制冷方法气体膨胀制冷蒸汽压缩制冷

吸收式制冷吸附式制冷蒸汽喷射制冷热电制冷4（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。制冷技术分类：不同的制冷类型，可制取不同的温度范围，所采取的制冷方法、制冷剂、制冷设备也不相同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。

1、蒸汽压缩式制冷制冷剂液体在蒸发器内以低温与被冷却对象发生热交换，吸收被冷却对象的热量并气化，产生的低压蒸汽被压缩机吸入，经压缩后以高压排出。压缩机排出的高压气态制冷剂进入冷凝器，被常温的冷却水或空气冷却，凝结成高压液体。高压液体流经膨胀阀时节流，变成低压低温的气液两相混合物，进入蒸发器，其中的液态制冷剂在蒸发器中蒸发制冷，产生的低压蒸汽再次被压缩机吸入。

2、蒸汽吸收式制冷

（1）氨水吸收式制冷机：

氨为制冷剂

水为吸收剂（2）溴化锂吸收式制冷机：水为制冷剂

溴化锂为吸收剂吸收式制冷机和蒸气压缩是制冷机都是利用制冷剂的气化潜热制取冷量的。1.发生器2冷凝器3.节流阀4.蒸发皿5吸收皿6.节流阀7.热交换器8.溶液泵3、蒸汽喷射式制冷

其组成部件包括：喷射器、冷凝器、蒸发器、截留法、泵。喷射器又由喷嘴、吸入室、扩压器三个部分组成。（1）工作过程用锅炉产生的高温高压工作蒸气。工作蒸气进入喷嘴。膨胀并以高速流动（流速可达1000m/s以上），于是在喷嘴出口处造成很低的压力，这就为蒸发器中水在低温下汽化创造了条件。由于水汽化时需从未汽化的水中吸收潜热，因而使未汽化的水温度降低（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。蒸发器中产生的冷剂水蒸气与工作蒸气在喷嘴出口处混合，一起进入扩压器；在扩压器中由于流速降低于是压力升高；到冷凝器，被外部冷却水冷却变为液态水。液态水再由冷凝器引出，分两路：一路经过节流阀降压后送回蒸发器，继续蒸发制冷；另一路用泵提高压力送回锅炉，重新加热产生工作蒸气。(3)工作介质：水，也可以用低沸点的氟里昂与压缩机组合使用

可获点更低温度。(4)蒸汽喷射式制冷机特点：以热量为补偿能量形式，结构简单,加工方便,没有运动部件,使用寿命长,故具有一定的使用价值。但效率低，故空调冷水机中采用溴化锂吸收式制冷机比蒸汽喷射式制冷机有明显的优势。

4．吸附制冷吸附制冷机原理：一定的固体吸附剂对某种制冷剂气体具有吸附作用。吸附能力随吸附剂温度的不同而不同。周期性地冷却和加热吸附剂，使之交替吸附和解吸。解吸时释放并使之凝为液体吸附体时，制冷剂液体蒸发，产生制冷作用。吸附工质（吸附剂、制冷剂）（沸石－水）（硅胶—水）（活性炭—甲醇）（金属氢化物）（氯化锶—氨）5.热电制冷

热电制冷又称温差电制冷.它是利用热电效应(即帕尔帖效应)的一种制冷方法.关于半导体制冷将在后面的课程中详细介绍.6、磁制冷

这是利用磁热效应的制冷方式。基于“磁热效应”（MCE）的磁制冷是传统的蒸汽循环制冷技术的一种有希望的替代方法。在有这种效应的材料中，施加和除去一个外加磁场时磁动量的排列和随机化引起材料中温度的变化，这种变化可传递给环境空气中。Gd5Ge2Si2是其中一种所谓的巨型MCE材料，当在上个世纪90年代后期被发现时曾引起人们很大兴趣。磁制冷就是利用磁热效应，又称磁卡效应的制冷.磁热效应是指融制冷工质在等温磁化时向外界放出热量，而绝热去磁时温度降低，从外界吸收热量的现象.磁制冷技术中的制冷工质是固态的磁性材料.我们知道，物质由原子构成，原子由电子和原子核构成，电子有自旋磁矩还有轨道磁矩，这使得有些物质的原子或离子带有磁矩.JI顶磁性材料的离子或原子磁矩在无外磁场时是杂乱无章的，加外磁场后，原子的磁矩沿外磁场取向排列，使磁矩有序化，从而减少材料的磁惰，因而会向外放出热量;而一旦去掉外磁场，材料系统的磁有序减小，磁恼增大，因而会从外界吸收热量.磁'脑是温度和磁场的函数，如果把这样两个绝热去磁引起的吸热过程和绝热磁化引起的放热过程用一个循环连接起来，通过外加磁场，有意识地控制磁惰，就可使得磁性材料不断地从一端吸热而在另一端放热，从而达到制冷的目的。早在1907年郎杰斐就注意到：顺磁体绝热去磁过程中，其温度会降低。从机理上说，固体磁性物质（磁性离子构成的系统）在受磁场作用磁化时，系统的磁有序度加强（磁熵减小），对外放出热量；再将其去磁，则磁有序度下降（磁熵增大），又要从外界吸收热量。这种磁性离子系统在磁场施加与除去过程中所出现的热现象称为磁热效应。1927年德贝（Debye）和杰克预言了可以利用此效应制冷。1933年杰克实现了绝热去磁制冷。从此，在极低温领域（mK级至16K范围）磁制冷发挥了很大作用。现在低温磁制冷技术比较成熟。美国、日本、法国均研制出多种低温磁制冷冰箱，为各种科学研究创造极低温条件。例如用于卫星、宇宙飞船等航天器的参数检测和数处理系统中，磁制冷还用在氦液化制冷机上。而高温区磁制冷尚处于研究阶段。但由于磁制冷不要压缩机、噪声小，小型、量轻等优点，进一步扩大其高温制冷应用很有诱惑力，目前十分重视高温磁制冷的开发。（２）低温磁制冷（１６Ｋ以下）在16K以下的极低温区，由于固体的晶格振动和传导电子的热运动可以忽略，故磁离子系统的磁熵变近似等于整个固体的总熵变这种情况下，磁制冷采用卡诺循环，磁材料用稀土顺磁盐。磁制冷卡诺循环是由以下四个过程组成：１－２:等温磁化（排放热量）２－３:绝热退磁（温度降低）３－４:等温退磁（吸收热量制冷）４－１:绝热磁化（温度升高）已开发的磁材料：钆镓石榴(Gd3GaO12）)镝铝石榴石(Dy3Al5O12)、钆镓铝石榴石Gd3(Ga1-x-Al2)5O12(x=0.1~0.4)制冷温度:4.2K—20K正在开发的磁材料：RAl2RNi2

R:(Gd,Dy,Ho,Er)制冷温度(15K—77K)13241－2：等温磁化（排热）2－3：等磁场过程（温度降低）3－4：等温退磁（吸热制冷）4－1：等磁过程（温度上升）(3)高温磁制冷（20K以上）温度20K以上，特别是近室温附近，磁性离子系统热运动大大加强，顺磁盐中磁有序态难以形成，它在受外磁场作用前后造成的磁系统熵变大大减小，磁热效应也大大减弱。所以，进入高温区制冷，低温磁制冷所采用的材料和循环都不适用。７．涡流管制冷涡流管制冷是使压缩气体产生涡流运动并分离成冷热两部分，其中冷气流用来制冷。1931年兰克发现旋风分离器中旋转的空气流具有低温。1933年发明了兰克管。缺点：效率低噪声大。优点：结构简单、维护方便、使用灵活、启动快。

8、空气膨胀制冷（１）定压循环空气制冷机9.绝热放气制冷刚性容器中的高压气体在绝热放气时温度降低,利用此效用可以制冷。1)

G－Ｍ制冷机制冷情况：单级22Ｋ－77K

双级

12K

三级

10－77K

2)脉管制冷机

制冷情况：单级28K（法）

23.5K(日本)

多级研发中

10、电化学制冷

利用化学反应伴随的热效应也可以制冷◆负极板上发生氧化反应

防热◆正极板上发生还原反应

吸热制冷的方式方法很多；任何伴随有吸热的物理现象原则上都有可能用来制冷本书主要讲液体蒸发制冷方式空调用制冷技术属于普通制冷。按照制冷温度大小，分为三类21逆向循环：具有从低温热源吸热、向高温热源放热的特点，根据使用目的不同，可分为制冷、供热、制冷与供热三类，又称制冷机、热泵和联合机。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。22状态参数：描述热力系统状态的物理量统称为系统的状态参数。温度、压力和比容三个物理量就可以确定热力系统的状态，称为基本状态参数。热力系统系统：在工程热力学研究中，将所指定的具体研究对象称之为系统。外界：和系统发生相互作用（能量交换或质量交换）的周围环境，也称为环境。热力状态：某一时刻，系统中工质表现在热力现象方面的总状况，称为系统的热力状态。注意：表压力和真空度不是状态参数，只有绝对压力才能作为描述工质状态的状态参数。23物态的变化固态液态气态凝固熔解凝华升华液化汽化24教材P4流体的基本状态参数在热力工程中，用来实现能量转换的物质叫工质。工质都具有一定的状态，表示工质状态的物理量称为流体或工质的状态参数。流体状态参数有温度（T）、压力(p)、比容(v)、焓（H）、熵（S）和内能（U）。绝对温度的0度是根据物理学原理推导出来的最低温度，物质内部分子运动速度为零时所对应的温度，以绝对0度为起点的温度标准。用K表示。温度表示物体冷热程度的物理量。摄氏温度：在标准大气压下，规定水结冰时的温度为0度，水沸腾时温度100度，每一份为1度，用℃表示。华氏温度：在标准大气压下，规定水结冰时的温度为32度，水沸腾时温度212度，在32度和212度之间，平均分成180等份，每一份为1度，用℉表示。25教材P1摄氏温度换算华氏温度：华氏温度=9/5×（摄氏温度）+32华氏温度换算摄氏温度摄氏温度=5/9×（华氏温度-32）绝对温度与摄氏温度绝对温度=摄氏温度+273思考题：摄氏度为33度换算成华氏度是多少？华氏度911度换算成摄氏度是多少？26教材P2压力：物理学中，把单位面积上承受的压力称为压强，工程上称为压力，工程上的压力通常以P表示压力的单位及换算国际单位制中，力的单位是N，面积的单位是㎡，压力的单位是帕斯卡（N/㎡），用Pa表示。因Pa太小，在制冷技术中采用MPa1MPa=106Pa工程单位工程技术上常用的单位1㎏f/㎝2=10000㎏f/㎡1㎏f/㎝2=9.8×104Pa≈0.1MPa采用液柱高度为压力单位1㎜Hg=13.6g/㎝3×1㎜=13.6g/㎝3×0.1㎝=1.36g/㎝2=0.00136㎏f/㎝21㎜Hg=9.8×104Pa×0.00136=133.3Pa标准大气压又称为物理大气压，在纬度45°的海平面上大气的常年平均压力为760㎜Hg,用B（atm)1atm=0.00136㎏f/㎝2×760=1.033㎏f/㎝227

纬度45度经过的地方有法国波尔多地区、意大利北部、罗马尼亚，加拿大南部，美国拿帕，南纬45度有新西兰、南美的智利和阿根廷等，北纬45度有欧洲一片。大气压不是固定不变的。为了比较大气压的大小，在1954年第十届国际计量大会上，科学家对大气压规定了一个“标准”：在纬度45°的海平面上，当温度为0℃时，760毫米高汞柱产生的压强叫做标准大气压。既然是“标准”，在根据液体压强公式计算时就要注意各物理量取值的准确性。从有关资料上查得：0℃时汞的密度为13.595×103Kg／m3，纬度45°的海平面上的g值为9.80672牛／千克。可得760毫米高汞柱产生的压强为：P汞=ρ汞gh=13.595×103千克／m3×9.80672牛／千克×0.76mP汞=1.01325×105Pa。这就是1个标准大气压的值教材P2思考题2MPa等于多少bar？等于多少Pa？等于多少㎏f/㎝2？等于多少KPa？工业大气压工程上为了计算方便，把大气压近似定为1㎏f/㎝2来计算

1atm=1.033㎏f/㎝2≈1㎏f/㎝2≈0.1MPa绝对压力容器内的气体或液体对于容器内壁的实际压力，用P绝表示:

Pg（表）=P绝-B

或P绝=P表+B真空度当密闭容器内气体压力低于大气压力时，大气压力(Pb)与容器内气体压力的差，用Pv表示:

P真=B-P绝比容

（体积）物质所占有的体积与该物质的质量比值。密度ρ物质的质量与该物质所占有的体积比值。28教材P3用u型压力计测量系统压力的方法如图所示：热量（J）和比热（C）1大卡指1千克纯水在1个标准大气压条件下从19.5℃加热到20.5℃需要的热量。1J=0.2389Cal英热单位（Btu)1磅的纯水温度上升1℉需要的热量1Btu=0.252Kcal

绝热指数热平衡方程式Q吸=Q放Q吸=C1.G1.(t2-t1)

式中t1、t2为物体的初始和终了温度Q放=C2.G2.(t4-t3)

式中C、G为物体的比热和质量C1.G1.(t2-t1)=C2.G2.(t4-t3)

注意：热力学中规定系统（工质）从外界吸热，热量为正；系统（工质）向外界放热，热量为负。30教材P631热力学第一定律：能量守恒和转换定律热力学基本定律法国物理学家卡诺（NicolasLeonardSadiCarnot,1796～1832）(右图)生于巴黎。其父L.卡诺是法国有名的数学家、将军和政治活动家，学术上很有造诣，对卡诺的影响很大。卡诺身处蒸汽机迅速发展、广泛应用的时代，他看到从国外进口的尤其是英国制造的蒸汽机，性能远远超过自己国家生产的，便决心从事热机效率问题的研究。他从理论的高度上对热机的工作原理进行研究，以期得到普遍性的规律；1824年他发表了名著《谈谈火的动力和能发动这种动力的机器》书中写道：“为了以最普遍的形式来考虑热产生运动的原理，就必须撇开任何的机构或任何特殊的工作介质来进行考虑，就必须不仅建立蒸汽机原理，而且建立所有假想的热机的原理，不论在这种热机里用的是什么工作介质，也不论以什么方法来运转它们。”卡诺出色地运用了理想模型的研究方法，以他富于创造性的想象力，精心构思了理想化的热机——后称卡诺可逆热机（卡诺热机），提出了作为热力学重要理论基础的卡诺循环和卡诺定理，从理论上解决了提高热机效率的根本途径。卡诺在这篇论文中指出了热机工作过程中最本质的东西：热机必须工作于两个热源之间，才能将高温热源的热量不断地转化为有用的机械功；明确了“热的动力与用来实现动力的介质无关，动力的量仅由最终影响热素传递的物体之间的温度来确定”，指明了循环工作热机的效率有一极限值，而按可逆卡诺循环工作的热机所产生的效率最高。实际上卡诺的理论已经深含了热力学第二定律的基本思想，但由于受到热质说的束缚，使他当时未能完全探究到问题的底蕴。1832年8月24日卡诺因染霍乱症在巴黎逝世，年仅36岁。卡诺的学术地位随着热功当量的发现，热力学第一定律、能量守恒与转化定律及热力学第二定律相继被揭示的过程慢慢形成了。热力学第一定律与能量守恒定律有着极其密切的关系。德国物理学家、医生迈尔（JuliusRobertMayer，1814～1878）1840年2月到1841年2月作为船医远航到印度尼西亚。他从船员静脉血的颜色的不同，发现体力和体热来源于食物中所含的化学能，提出如果动物体能的输入同支出是平衡的，所有这些形式的能在量上就必定守恒。他由此受到启发，去探索热和机械功的关系。他将自己的发现写成《论力的量和质的测定》一文，但他的观点缺少精确的实验论证，论文没能发表（直到1881年他逝世后才发表）。迈尔很快觉察到了这篇论文的缺陷，并且发奋进一步学习数学和物理学。1842年他发表了《论无机性质的力》的论文，表述了物理、化学过程中各种力（能）的转化和守恒的思想。迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律并计算出热功当量的人。但1842年发表的这篇科学杰作当时未受到重视。32后来英国杰出的物理学家焦耳（1818～1889）德国物理学家亥姆霍兹（1821～1894）等人各自独立地发现了能量守恒定律1843年8月21日焦耳在英国科学协会数理组会议上宣读了《论磁电的热效应及热的机械值》论文，强调了自然界的能是等量转换、不会消灭的，哪里消耗了机械能或电磁能，总在某些地方能得到相当的热。焦耳用了近40年的时间，不懈地钻研和测定了热功当量。他先后用不同的方法做了400多次实验，得出结论：热功当量是一个普适常量，与做功方式无关。他自己1878年~1849年的测验结果相同。后来公认值是427千克重·米每千卡。这说明了焦耳不愧为真正的实验大师。他的这一实验常数，为能量守恒与转换定律提供了无可置疑的证据。

热力学第一定律：能量守恒和转换定律热力学基本定律1847年，亥姆霍兹发表《论力的守恒》，第一次系统地阐述了能量守恒原理，从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示其运动形式之间的统一性，它们不仅可以相互转化，而且在量上还有一种确定的关系。能量守恒与转化使物理学达到空前的综合与统一。将能量守恒定律应用到热力学上，就是热力学第一定律。热力学第一定律：能量守恒和转换定律热力学基本定律热可以转变为功，功也可以转变成热，一定量的热消失时，必然伴随产生相应量的功；消耗一定的功时，必然产生与之对应量的热。或者说：热能可以转变为机械能，机械能可以转变为热能，在它们的传递和转换过程中，总量保持不变。

实际的工质状态变化过程中，热力学第一定律的表达式为教材P734AB1234气体所作的微小膨胀功为：而，即在此过程中的乘积，正是1千克工质比容的变化量，所以得：dF的乘积在压容图上等于面积dF，所以面积dF在压容图上即表示的数值35热力学第二定律：能量贬值原理1、热量不可能自发地、不花任何代价地从低温物体传向高温物体。

2、不可能从单一热源取得热量使之完全转变为功而不产生其他影响。3、不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。历史上首个成型的第二类永动机装置是1881年美国人约翰·嘎姆吉为美国海军设计的零发动机，这一装置利用海水的热量将液氨汽化，推动机械运转。但是这一装置无法持续运转，因为汽化后的液氨在没有低温热源存在的条件下无法重新液化，因而不能完成循环。

1820年代法国工程师卡诺设计了一种工作于两个热源之间的理想热机——卡诺热机，卡诺热机从理论上证明了热机的工作效率与两个热源的温差相关。德国人克劳修斯和英国人开尔文在研究了卡诺循环和热力学第一定律后，提出了热力学第二定律。这一定律指出：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。热力学第二定律的提出宣判了第二类永动机的死刑，而这一定律的表述方式之一就是：第二类永动机不可能实现。教材P7热量的传递方式:热传导、对流、热辐射热传导是指热量从系统的一部分传递到另一部分或由一个系统传递到另一个系统的现象。在固体的热量传递中，热传导是主要方式，气体或液体，热传导过程往往和对流同时发生。对流是指在气体或液体中进行的热传递热辐射是指物体之间互不接触的情况下，将热量直接从一个系统传给另一个系统。36twtn教材P837物质在加热（或冷却）过程中，温度升高（或降低）所吸收（或放出）的热量叫显热。用符号Q显表示。显热计算公式：物质在加热（或冷却）过程中，只改变原有状态，而温度不发生变化，这种改变状态所消耗（或得到）的热叫做潜热。用符号Q潜表示。显热和潜热温度

1000时间水为例气态固态液态凝固熔解汽化液化物质在加热（冷却）过程中温度和状态随时间变化曲线图教材P81934年美国人波尔金斯试制成功了第一台以乙醚为工质、闭式循环的蒸汽压缩式制冷机。1830～1930，主要采取NH3、HCS、CO2、空气等作为制冷剂；1930～1990，主要采用氟里昂作为制冷剂；1990～，积极寻找无污染的制冷剂，替代氟利昂。制冷剂发展概况38教材P31臭氧层的破坏和全球气候变暖，是当前人类所面临的两个主要环境问题。因空调行业广泛采取的CFCs（氯氟烃）与HCFCs（氢氯烃）类物质中的氯原子对臭氧层有着极强的破坏作用以及产生温室效应，全球的空调行业面临着严重的挑战。CFCs与HCFCs的替代已成为当前国际性的热门话题。根据<蒙特利尔协议书>，国际上对CFCs和HCFCs使用限制日程有如下要求：CFCs,包括CFC11、CFC12等，对发展中国家停用的日期是2010年；HCFCs，包括HCFC22等，对发展中国家从2016年开始冻结生产量，2040年完全停用。制冷剂是制冷系统中的工作介质，说到制冷剂的替代，首先，得说一说制冷剂发展的几个阶段：第一阶段：从1830年到1930年，主要采取NH3、HCS、CO2、空气等作为制冷剂，有的有毒，有的可燃，有的效率很低，使用了一百年之久。第二阶段：从1930年到1990年，卤代烴（也称氟利昂是链状饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物的总称）中的CFCS（氯氟烃）和HCFCS（氢氯烃）成了主角。使用了60年后，人类发现这些制冷剂严重破坏臭氧层。出于环保的需要，不得不被迫实现第二次转轨。

第三阶段，从1990年至今，科学家正努力寻找CFCS（氯氟烃）和HCFCS（氢氯烃）合理的替代物，HFCS（氢氟烃）正要成为下一个主角。我们要寻找到一种合适的替代物，在选择新的制冷剂除了考虑其热力性质外，还需要考虑物理化学性，一般来说选择制冷剂有以下几点需要考虑：1）安全性（低毒性、燃烧性、爆炸性）；2）合理的热稳定性；3）对金属和非金属材料的作用；4）对润滑油的互溶性；5）对水的溶解性；6）可检漏；7）对大气环境影响小：通常使用ODP（臭氧层的消耗潜能）、GWP(全球变暖潜能)及TEWI（总等效温室效应）等值进行衡量；8）绿色环保，高效节能。39制冷剂及其状态制冷剂在被冷却对象和环境介质之间传递热量，并最终把热量从被冷却对象传给环境介质的制冷机中进行制冷循环的工作物质。

制冷剂的选择要求安全性：应具备无毒、无味、不燃烧、不爆炸，对人体无害，并对人体器官无刺激性。热力学特性

其它要求403.单位质量和单位体积制冷量均大：q0大：获取相同的制冷量时，可减少制冷剂的循环量。qv大：压缩机尺寸小，设备小，可减少材料消耗和投资。1.具有较大的制冷工作范围：临界温度高、标准蒸发温度低、凝固温度低。热力学特性2.具有适当的工作压力和压缩比：蒸发压力：最好接近且稍高于大气压力。冷凝压力：不宜过高，一般不超过1.2～1.5Mpa。压缩比：≠3，且不宜过大。4.绝热指数低：可减少耗功率，降低排气温度，利于润滑。41压缩比：是指汽缸活塞的最大行程容积与最小行程容积的比值其它要求1.流动性好（粘度小，密度小）：可减少流动阻力损失，降低能耗，缩小管径，减少材料消耗。2.安全性好，化学结构稳定（高温下不分解、不燃、不爆，无毒）。3.对金属和其它工程材料无腐蚀，4.溶油性：溶油性差：制冷剂和润滑油易分离，t0稳定；易产生油膜影响传热。

溶油性好：润滑好，不易有油膜，传热好；但易引起t0升高。5.溶水性：溶水性差：在节流阀处，蒸发温度低于0℃时，游离态的水便会结冰而发生“冰堵”。氟利昂难溶于水。溶水性好：不会发生“冰堵”，氨易溶于水，但氨溶于水中易腐蚀金属。6.来源广，易制取。42制冷剂的分类

(Refrigerant)四大类(制冷剂的标准符号表示)：1.无机化合物无机化合物：NH3、CO2、H2O、N2O。

命名：R7****为分子量

例：NH3——R717CO2——R744H2O——R718

N2O——R744a2.烃类(碳氢化合物）烷烃类：甲烷CH4，乙烷C2H6，丙烷C3H8;链烯烃类：乙烯C2H4，丙稀C3H6；◆烷烃类命名方法与氟利昂相同：（丁烷例外，为R600）

CH4——R50，C2H6——R170，C3H8——R290；◆烯烃类命名方法：R后先写上“1”，再按氟利昂方法：

C2H4——R1150，C3H6——R127043一、根据常温下冷凝压力大小和在大气压力下蒸发温度的高低分三类：高温低压制冷剂，冷凝压力小于0.3MPa，蒸发温度大于0℃（R11、R21）中温中压制冷剂，冷凝压力为0.3~2MPa，蒸发温度大于0~-50℃（R717、R22、R502）低温高压制冷剂，冷凝压力大于2MPa，蒸发温度低于-50℃（R13、R14、R503）二、根据制冷剂化学成分及组成可分为四类：无机化合物碳氢化合物氟利昂系列混合共沸溶液3.卤代烃（氟利昂）卤代烃是饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物的总称。目前作制冷剂的主要是甲烷和乙烷的衍生物。

分子式：CmHnFxClyBrz

（满足2m+2=n+x+y+z）

1）命名法1：RM-1(为0时略)N+1xBz（z为0时与B一起略）例：一氯二氟甲烷分子CHF2Cl——R22

一溴三氟甲烷分子CF3Br——R13B1

三氟三氯乙烷分子C2F3Cl3——R113

2）命名法2：表示含氯原子的氟利昂对大气臭氧层的破坏作用

CFC——氯氟化碳，不含氢，公害物，严重破坏臭氧层，禁用；

例：CF2Cl2——R12——CFC12、CFCl3——R11——CFC11

HCFC——氢氯氟化碳，含氢，低公害物质，属于过渡性物质；

例：CHF2Cl——R22——HCFC22

HFC——氢氟化碳，不含氯，无公害，可作为替代物，待研究开发。

例：C2H2F4——R134a——HFC134a

4.混合溶液由两种(或以上)制冷剂按一定比例相互溶解而成的混合物。

A共沸溶液：固定p下蒸发或冷凝时，t0、tk不变，气、液相组分相同。

命名：R5****为发现的顺序：R500、R501、R502…….R509等。

B非共沸溶液：固定p下蒸发或冷凝时，t0、tk变，气、液相组分不同。

命名：R4****为发现的顺序：R400、R401、R402、….R507等。44常用制冷剂的性质2.R12（分子CF2Cl2）Ｒ12为烷烃的卤代物，学名二氟二氯甲烷。它是我国中小型制冷装置中使用较为广泛的中压中温制冷剂。Ｒ12的标准蒸发温度为－29.8℃，冷凝压力一般为0.78～0.98MPa，凝固温度为-155℃，单位容积标准制冷量约为288kcal/ｍ3。

Ｒ12是一种无色、透明、没有气味，几乎无毒性、不燃烧、不爆炸，很安全的制冷剂。只有在空气中容积浓度超过80％时才会使人窒息。但与明火接触或温度达400℃以上时，则分解出对人体有害的气体。

Ｒ12能与任意比例的润滑油互溶且能溶解各种有机物，但其吸水性极弱。因此，在小型氟利昂制冷装置中不设分油器，而装设干燥器。同时规定Ｒ12中含水量不得大于0.0025％，系统中不能用一般天然橡胶作密封垫片，而应采用丁腈橡胶或氯乙醇等人造橡胶。否则，会造成密封垫片的膨胀引起制冷剂的泄漏

3.R22（分子CHF2Cl）Ｒ22也是烷烃的卤代物，学名二氟一氯甲烷，标准蒸发温度约为－41℃，凝固温度约为－160℃，冷凝压力同氨相似，单位容积标准制冷量约为454kcal/ｍ3。

Ｒ22的许多性质与Ｒ12相似，但化学稳定性不如Ｒ12，毒性也比Ｒ12稍大。但是，Ｒ22的单位容积制冷量却比Ｒ12大的多，接近于氨。当要求－40～－70℃的低温时，利用Ｒ22比Ｒ12适宜，故目前Ｒ22被广泛应用于－40～－60℃的双级压缩或空调制冷系统中。

4.R134a（四氟乙烷分子式C2H2F4）标准蒸发温度-26.5℃，凝固温度-96.6℃，温室效应是R112的十分之一，对臭氧层无破坏作用，对金属件有腐蚀性。45注意：R134a的吸气压力约为0MPa,R600a的吸气压力约为-0.05MPa,HC混合制冷剂的吸气压力基本同R12相当。1、氨（代号：Ｒ717分子式NH3）

氨是目前使用最为广泛的一种中压中温制冷剂。氨的凝固温度为-77.7℃，标准蒸发温度为－33.3℃，在常温下冷凝压力一般为1.1～1.3MPa，即使当夏季冷却水温高达３０℃时也决不可能超过1.5MPa。氨的单位标准容积制冷量大约为520kcal/ｍ3。氨有很好的吸水性，即使在低温下水也不会从氨液中析出而冻结，故系统内不会发生“冰塞”现象。氨对钢铁不起腐蚀作用，但氨液中含有水分后，对铜及铜合金有腐蚀作用，且使蒸发温度稍许提高。因此，氨制冷装置中不能使用铜及铜合金材料，并规定氨中含水量不应超过0.2％。

氨的比重和粘度小，放热系数高，价格便宜，易于获得。但是，氨有较强的毒性和可燃性。若以容积计，当空气中氨的含量达到0.5％～0.6％时，人在其中停留半个小时即可中毒，达到11％～13％时即可点燃，达到16％时遇明火就会爆炸。因此，氨制冷机房必须注意通风排气，并需经常排除系统中的空气及其它不凝性气体。总上所述，氨作为制冷剂的优点是：易于获得、价格低廉、压力适中、单位制冷量大、放热系数高、几乎不溶解于油、流动阻力小，泄漏时易发现爆炸极限：15.8%-28%R600a制冷剂标准蒸发温度-11.7℃，凝固温度-160℃，对大气臭氧层无破坏作用，无温室效应。无毒、但可燃、可爆，在空气中爆炸的体积分数为1.8%~8.4%，能与矿物油互溶。气化潜热大，故系统充注量少，热导率高，压缩比小，单位容积制冷量仅为R12的50%左右，作为R12的替代工质之一。R407c制冷剂R407c的ODP值为零，GWP值较高，为R22的替代物，R407c与R22的沸点比较接近，标准大气压下，其沸点是-43.4~-36.1℃。空调工况下，单位容积制冷量和制冷系数比R22低5%；在低温工况下，制冷系数变化不大，单位容积制冷量却低20%。R407c传热性能较差，不能与矿物性润滑油互溶，但能溶解与聚酯类合成润滑油，对干燥有较高要求。R600a制冷剂蒸发潜热大，冷却能力强；流动性能好，输送压力低，耗电量低，负载温度回升速度慢。R600a制冷剂与各种压缩机润滑油兼容。（注：R600a在制冷系统中含量不足时，会造成压力值过大，机器声音异常，压缩机寿命缩短）主要用作超低温制冷剂，与R22组成的制冷系统用于-80～-120℃的超低温制冷装置。也用作泡沫塑料的发泡剂,作制冷剂替代R12。健康危害：具有弱刺激和麻醉作用。急性中毒：主要表现为头痛、头晕、嗜睡、恶心、酒醉状态，严重者可出现昏迷。慢性影响：出现头痛、头晕、睡眠不佳、易疲倦。制冷剂的储存与制冷剂钢瓶的使用要求47制冷剂的储存要求1、储存钢瓶的仓库距厂房不得小于25m，距离住地和公共建筑物不得小于50m。2、氨瓶仓库应为不低于二级耐火等级的单独建筑物。3、仓库不应有明火或其他取暖设备。4、仓库内要自然通风或有机械通风装置。5、钢瓶卧放时应头部朝向一方，防止滚动，堆放不应超过5层。6、氨瓶严禁与氧气瓶、氢气瓶同室存放，以免引起燃烧、爆炸。7、制冷剂钢瓶应远离热源，防止阳光暴晒。制冷剂钢瓶使用注意事项：1、操作人员启钢瓶阀门时，应站在阀的侧面缓慢开启；2、钢瓶阀门冻结时，应把钢瓶移到较暖的地方，或用洁净的温水解冻，严禁明火烘烤。3、不得靠近热源，与明火的距离不得小于10m，夏季防止阳光暴晒。4、瓶中气体不能全部用完，必须留有剩余压力。几种常用制冷剂水H2O（R718）

优点：环保、安全易得、无毒无味；

缺点：比容大、qv小，凝固点高，制冷温度0℃。

适用：蒸汽喷射式制冷机、溴化锂吸收式制冷机。

2.氨NH3（R717）优点：环保、热力性质好（沸点-33.4℃，凝固点-77.7℃）、工作压力适中、q0、qv较大、粘性小，密度小，流动阻力小、传热性能好、溶水性好、不会“冰塞”，纯氨不腐蚀，但含水后腐蚀铜及铜合金（磷青铜除外）。

缺点：毒性大、有刺激性臭味、易燃易爆、一旦泄漏，将污染空气、食品，并刺激人，微溶于润滑油，易有油膜。

适用：大中型工业制冷装置（-65℃以上）和大中型冷库。3.氟利昂

优点：无味、不易燃易爆、毒性小、等熵指数小、排气温度低，不腐蚀金属，分子量大。

缺点：密度大、粘性大、流动阻力大，渗透性强，易于泄漏而不被发现，含氟原子的氟利昂与明火接触能分解出剧毒的光气COCl2，价格高。

适用：使用范围广。48臭氧衰减指数ODP：表示物质对大气臭氧层的破坏程度。应越小越好，ODP=0则对大气臭氧层无害。温室效应指数GWP：表示物质造成温室效应的影响程度。应越小越好，GWP=0则不会造成大气变暖。49关于CFC的问题1.全球温度上升2.全球海平面上升3.皮肤癌患者增多教材P39ODP制冷剂对大气臭氧层消耗潜能值，以CFC-11的ODP=1.0为相对值，以HFC-134a的ODP值为零。GWP制冷剂温室效应潜能值，以CFC-11的ODP=1.0为相对值，以HFC-134a的GWP值为0.24~0.29。载冷剂定义

将制冷装置的制冷量传递给被冷却介质的媒介物质（冷媒）。

其实质就是在间接制冷系统中，用来传递冷量的中间介质，制冷装置的制冷量，通过载冷剂的循环流动传递给被冷却对象。50教材P4051对载冷剂的要求

(1)在使用温度范围内不凝固、不汽化。

(2)比热要大。

(3)密度小，粘度小。

(4)导热系数大。

(5)不腐蚀设备、管道及其他附件；无毒，化学稳定性好。

(6)价格便宜，易于购买。52载冷剂的种类载冷剂按其工作温度大致可分为3类：

1.高温载冷剂

高温载冷剂（如水）适用于0℃以上的制冷循环，被广泛用于空调装置。

2.中温载冷剂

中温载冷剂，如氯化钠、氯化钙的水溶液，适用于5～－50℃的制冷装置中。

3.低温载冷剂

低温载冷剂，如R11、三氯乙烯，适用于低于－50℃的制冷装置。载冷剂类型及常用载冷剂1.水：空调系统中常用，但只能做0℃以上的载冷剂。2.盐水溶液：工作温度在0℃以下，NaCl、CaCl2、MgCl2

3.有机物及其水溶液甲醇、乙二醇、丙三醇。

53当蒸发器距离被冷却对象较远，或在氨制冷系统中为了避免制冷剂对被冷却对象造成污染，可利用载冷剂来传递冷量。载冷剂先在蒸发器中与制冷剂发生热量交换获得冷量，将获得的冷量贮存于冷媒罐中，用泵输送到需要冷量的地方，对被冷却对象进行冷却，这种冷却方式称为间接蒸发式冷却。在葡萄酒生产中，大多采用这种供冷方式。采用载冷剂供冷的优点在于可将制冷剂的使用限制在一个较小的系统范围内，减少制冷机房中管道和接头，减少泄漏的可能性。采用载冷剂供冷易于解决冷量的控制和分配问题，对于容量大、集中供冷的制冷装置，都采用载冷剂供冷。54用作载冷剂的液体要求在使用温度下保持液态，凝固温度应低于制冷剂的蒸发温度，沸点越高越好；载冷剂的化学稳定性要好，不分解、不挥发、不腐蚀设备；无毒，对人体无害；比热大，载冷量大；黏度小，流动性好，传热性好。常用的载冷剂有水、无机盐水溶液及有机物水溶液。葡萄酒生产中主要是水及有机溶液。55（1）水水是一种很好的载冷剂。水的冰点高，只能用于载冷温度在0℃以上的场合，如空气调节等。在葡萄酒生产中，可用作发酵冷却系统的载冷剂。56（2）无机盐水溶液

无机盐水溶液具有较大的比重和比热，载冷量大，凝固点较低，是一种应用较广的载冷剂，多用于中低温制冷系统。常用的有氯化钙、氯化钠、氯化镁的水溶液。无机盐水溶液中含有氯离子，对金属具有较强的腐蚀性。奥氏不锈钢对氯离子非常敏感，当氯离子含量高时会引起应力腐蚀。在葡萄酒生产中，各种酿造容器、工艺管道及换热装置用奥氏体不锈钢制造，供冷系统中不宜用无机盐水溶液作载冷剂。57盐水溶液温度-浓度图5859盐水作为载冷剂时应注意以下问题：一、要合理地选择盐水的浓度盐水的浓度增高，虽可降低凝固点，但使盐水密度加大、比热减小，使输液泵的功率消耗增大。

目前一般在选择盐水浓度时，使其凝固温度比制冷剂的蒸发温度低５～８℃为宜。

二、注意盐水对设备及管道的腐蚀问题1、最好采用闭式盐水系统。以减少盐水与空气接触机会，从而降低对设备及管道的腐蚀2、盐水浓度不可太低。因为盐水的含氧量随盐水浓度的降低而增高。3、在盐水中加入一定量的防腐剂并使其具有合适的酸碱性。

配制方法：1m3的氯化钙水溶液中应加1．6kg的重铬酸钠和0．43kg的氢氧化钠；1m3氯化钠水溶液中加入3．2kg的重铬酸钠和0．864kg的氢氧化钠。加入防腐剂后，必须使盐水呈弱碱性（pＨ=7.5～8.5），这可通过氢氧化钠的加入量进行调整，添加防腐剂时应特别小心并注意毒性。三、盐水作为载冷剂时应注意以下问题：载冷剂在使用过程中，会因吸收空气中的水分而使其浓度降低。为了防止盐水的浓度降低，引起凝固点温度升高，必须定期检测盐水的比重。若浓度降低，应适当补充盐量，以保持在适当的浓度。故选用工业级的无水氯化钙（对形状无要求），应合理配置，定期检查。60（3）有机物水溶液常用的有机物水溶液有甲醇水溶液、乙醇水溶液、乙二醇水溶液等，它们都可用作葡萄酒生产中的载冷剂。甲醇和乙醇具有燃烧性，使用时应采取防火措施。由于乙二醇的比重和比热大，载冷量大，无燃烧性及腐蚀性，使用安全，应用普遍。61载冷剂选择要求1.

工作温度范围内始终呈液态，不凝固、不汽化；2.

无毒、无刺激性，环保、安全，腐蚀性小；3.

比热大，同样质量则载冷量大，传热性好；4.

流动性好，密度小，粘度小，流动阻力小；5.来源广泛，价低易得。6.热导率大

62冷冻机油压缩机中，冷冻油主要起润滑、密封、降温以及能量调节四个作用。

（1）润滑

冷冻油在压缩机运转中起润滑作用，以减少压缩机运行摩擦和磨损程度，从而延长压缩机的使用寿命。

（2）密封

冷冻油在压缩机中起密封作用，使压缩机内活塞与汽缸面之间、各转动的轴承之间达到密封的作用，以防止制冷剂泄漏。

（3）降温

冷冻油在压缩机各运动部件间润滑时，可带走工作过程中所产生的热量，使各运动部件保持较低的温度，从而提高压缩机的效率和使用的可靠性。

（4）能量调节

对于带有能量调节机构的制冷压缩机，可利用冷冻油的油压作为能量调节机械的动力。

63教材P42冷冻油的性能要求：由于使用场合和制冷剂的不同，制冷设备对冷冻油的选择也不一样。对冷冻油的要求有以下几方面：（1）黏度

冷冻油黏度油料特性中的一个重要参数，使用不同制冷剂要相应选择不同的冷冻油。若冷冻油黏度过大，会使机械摩擦功率、摩擦热量和启动力矩增大。反之，若黏度过小，则会使运动件之间不能形成所需的油膜，从而无法达到应有的润滑和冷却效果。

（2）浊点

冷冻油的浊点是指温度降低到某一数值时，冷冻油中开始析出石蜡，使润滑油变得混浊时的温度。制冷设备所用冷冻油的浊点应低于制冷剂的蒸发温度，否则会引起节流阀堵塞或影响传热性能。

（3）凝固点

冷冻油在实验条件下冷却到停止流动的温度称为凝固点。制冷设备所用冷冻油的凝固点应越低越好（如R22的压缩机，冷冻油应在-55℃以下），否则会影响制冷剂的流动，增加流动阻力，从而导致传热效果差的后果。

（4）闪点

冷冻油的闪点是指润滑油加热到它的蒸汽与火焰接触时发生打火的最低温度。制冷设备所用冷冻油的闪点必须比排气温度高15～30℃以上，以免引起润滑油的燃烧和结焦。

（5）其他

如化学稳定性和抗氧性、水分和机械杂质以及绝缘性能。

64冷冻机油规格和选用：目前我国生产的冷冻油有13号、18号、25号、30号和企业标准40号五种牌号的冷冻油。其中，普遍采用的制冷压缩机润滑油有13号、18号和25号三种。

氨系统一般选用13号或25号，R12和R600a压缩机一般选用18号，R22压缩机一般选用25号。

为保护臭氧层，国际上对空调设备的制冷剂都做了限制，出现了各种替代制冷剂，其冷冻油也相应发生了变化。对空调替代制冷剂为R134a、R410a/R407c，其替代分别采用PAG、POE。

POE又称聚酯油，它是一类合成的多元醇酯类油。PAG是一种合成的聚（乙）二醇类润滑油。其中，POE油不仅能良好地用于HFC类制冷剂系统中，也能用于烃类制冷。PAG油则可用HFC类、烃类和氨作为制冷剂的制冷系统中的润滑油。6566冷冻油变质的原因：1.混入水分2.氧化3.污染冷冻油质量外观判断：从外观、颜色、气味判断好坏，当冷冻油中含有水分或杂质时，透明度会降低；当冷冻油质量下降，颜色会变深。因此，可用滴管将冷冻油的抽样滴在白色吸水纸上，若油迹颜色浅而均匀，则质量尚可；若油迹呈一组同心圆状分布时，则油内含杂质；若油迹呈褐色斑点状分布，则油已经变质，不能使用。671、定压加热（或冷却）时制冷剂状态的变化如果我们取1千克液态R12注入到汽缸中，并保持在一定的压力（P=0.74MPa）下对其进行加热（或冷却）时，所引起温度和体积的变化如左图所示：制冷剂的状态

由于所取的液态R12是1000克，所以其体积可用比容v来表示。在变化过程中，温度和体积的关系如右图所示。2.饱和温度和饱和压力制冷剂的液态和气态处于共存，而液态和气态的制冷剂又可以彼此互相转换，处于一种动态平衡时，这种状态的制冷剂叫饱和蒸汽，而饱和蒸汽的温度就叫饱和温度，饱和蒸汽的压力叫饱和压力，但其压力由制冷剂的温度而定。3.临界温度和临界压力各种气体在一定的温度和压力条件下都可以液化，但当温度升高超过某一数值时，压力再增加也不能使气体液化，这一温度就叫临界温度，在这一温度下，使气体液化的最低压力叫临界压力。69制冷剂种类临界温度(℃)临界压力(MPa)R11198.04.37R12112.04.12R2296.04.94R50290.14.13R134a100.63.944R717132.411.297教材P10制冷剂状态的术语在一定压力下具有饱和温度的蒸汽，这种状态下的蒸汽称干饱和蒸汽。在一定压力下具有饱和温度的液体，这种状态下的液体称饱和液。同一压力的干饱和蒸汽都含有不同比例液体的湿饱和蒸汽，简称湿蒸汽。饱和状态下湿蒸汽中的蒸汽量与湿蒸汽总量的比值就是干度（表示：X）。过热蒸汽和过热度过冷液和过冷度蒸发和冷凝蒸发现象进行时的温度叫蒸发温度。冷凝现象进行时的温度叫冷凝温度。由上式可以看出，x最大值为1，x最小值为0，X值只在0~1之间x=0时，为饱和液体状态，饱和蒸汽为0，饱和液为100%，是湿蒸汽的一种极限状态。X=1时，为干饱和蒸汽状态，饱和蒸汽为100%，饱和液为0，也是湿蒸汽的一种极限状态。X=0.2时，为湿蒸汽状态，是饱和蒸汽占20%，饱和液占80%的湿蒸汽状态。在制冷系统的蒸发器中，制冷剂饱和液体吸热逐渐汽化为饱和蒸汽，干度逐渐增加；在冷凝器中，制冷剂饱和蒸汽放热逐渐液化为饱和液体，干度逐渐减小。教材P10蒸发和液化一般情况下，液体在某一压力下被加热后因吸热而温度上升，当温度上升到某一定值时，液体开始沸腾并变为蒸汽，但此刻温度并不改变，这种现象叫沸腾。在制冷技术中，习惯上将液体汽化的两种形式：蒸发和沸腾统称蒸发。如果把此蒸汽在同样压力下冷却，则会出现与上述情况完全相反的变化过程，在放出等于蒸发潜热的全部热量后液化，这一过程中所放出的热量称为冷凝潜热，这一过程称为冷凝过程。71饱和状态液体发生状态变化而变成过热蒸汽的过程。开始蒸发时的液体称为饱和液体；其蒸发后全部变成蒸汽时，此蒸汽称为干饱和蒸汽；这两者之间的状态称为饱和状态；其中有液体和气体共存时的气体被叫作湿蒸汽。干饱和蒸汽再加热则变成过热蒸汽，饱和液体再冷却则变成过冷液体，过热蒸汽与干饱和蒸汽的温差称为过热度，过冷液体与饱和液体的温差称为过冷度。节流与增压在流体通路当中，通道突然缩小时，液体压力便会下降，所对应的沸点也随之下降，因此液体开始汽化，产生气体，汽化所耗的热量来自液体本身，这种变化只是状态的变化，与外界并没有热和功的交换，因此流体的焓值不变。这种状态变化被称为节流。制冷循环制冷循环共有四个过程：

(１）蒸发过程；

(2）压缩过程；

(3）冷凝过程；

(4）节流过程。理解制冷，更近一点说，理解我们身边用着的空调，不需要高深的知识基础，只需要对初中物理基础知识还有记忆，然后加上一些日常所熟悉的散热、导热现象，比如三碗热水：

1、一碗热水静静地放在桌上，周围没有风；

2、一碗热水放在电风扇风口处；

3、一碗热水被倒进一个大盆里，然后放到电风扇风口处；比较上述三种情况，哪一种热水凉得快?很显然，第三种情况凉得最快，第一种情况凉的最慢，这在日常生活中经常见到，但是为什么呢？这里体现散热的好坏或者说快慢与2个因数有关：1、空气流通越快，空气带走的热量越多，散热当然越快；2、物质面积越大，物质跟外界的接触机会就越多，散热当然越好从这里联想到空调：1、有风扇，增加空气流通，使空调换热更好；2、把热交换器（空调里的冷凝器和蒸发器）做成薄薄的翅片（材料为铝），就是在有限的体积下增加换热面积，增强热交换能力；空调就是和我们一碗水的散热一样的道理。空调的目的就是进行热交换。冷的把热的冷却，热的把冷的加热。而之所以换热器用铜管和铝片，那是因为两者都比较柔软，易加工成各种形状，展薄加厚都没问题，另外导热好，价格可以接受，相比其它材料，这两者更成熟、经济、高效、安全。在传热过程中，温差是传热的动力，一定也有一个参数，它的变化是衡量是否传热的尺度，这个参数定义为熵，用S表示，1kg工质的熵称为比熵。

为表示制冷剂状态变化时，热量传递程度的物理量，一定温度的物体，它所得到或放出的放出的热量与该物体的绝对温度之比，称为熵，单位kJ/(kg.k)熵值规定：各种制冷剂0℃时熵值为1.00kJ/(kg.k)1、熵（S）制冷技术中常用的图表76教材P61、温熵（T－S）图ak饱和液体线。ak左侧的区域为过冷液体区，位于该区域的液体处于过冷状态。

bk饱和蒸汽线。bk右侧的区域为过热蒸汽区，位于该区域的蒸汽处于过热状态。饱和液体线与饱和蒸汽线中间的区域为汽—液共存区。Kab77制冷循环在T-S图上的表示1－2为压缩机中的绝热等熵过程，压缩机吸入状态为1（饱和蒸汽），排出状态为2（过热蒸汽），制冷剂的压力由P0（吸气压力）变为PK（排气压力）。2－3为压缩机排气在冷凝器中的冷却、冷凝过程。3－4为节流装置中的等焓节流过程。4－1为制冷剂在蒸发器中的等压汽化过程。吸收外界热量。782、焓（h）表示制冷剂在各种状态下所具有的能量总和，焓与温度、压力、比容等概念一样，表明制冷剂状态的一种参数。对于开口系统，当工质流进（或流出）系统时，不仅把工质所具有的内能带入（或带出）系统，而且还把它所获得的推动功也带入（或带出系统），就是说对于开口系统，当工质流进（或流出）系统时，它的内能和推动功总是同时出现。为计算方便，把工质的内能和推动功之和定义为焓。

制冷剂的总能量包含内能和外能之和，内能(u)与分子热运动有关，外能与制冷剂蒸汽的压力和比容有关，即焓等于内能与外能之和

h＝u＋Pv（KJ/kg）焓值规定：各种制冷剂0℃时饱和液的焓规定为200.00kJ/kg氨为500.00kJ/kg79压焓图：一点三区五态八线2、压焓图（logp-h图）80教材P20

压焓图为一热力状态图。图中纵坐标表示绝对压力的对数lnp，横坐标表示焓值h。压焓图81P－h图内容一点（临界点）干饱和蒸汽状态：饱和蒸汽线上任一点过热蒸汽状态：过热蒸汽区内任一点二线饱和液体线干饱和蒸汽线三区：过冷液体区：饱和液体线左侧区域湿饱和蒸汽区：饱和液体线与饱和蒸气线之间区域过热蒸汽区：饱和蒸汽线右侧区域五态：未饱和液体状态：过冷区内任一点饱和液体状态：饱和液体线上任一点湿饱和蒸汽状态：湿饱和蒸汽区内任八组等参数线群为：等压线p：与横坐标平行的水平线等焓线h：与纵坐标平行的垂直线饱和液线x=0饱和蒸汽线x=1等干度线x；仅在湿蒸汽区内存在近似平行于饱和液体线或饱和蒸气线的线。等熵线s：向右上方倾斜的实线。等比容线v：向右上方倾斜但比等熵线平缓的虚线。等温线（t）：在过冷区内近于垂直h轴；在湿蒸汽区为水平线；在过热蒸汽区则弯曲向下。图中临界点k左边的粗实线为饱和液体线，线上的任何一点代表一个饱和液体状态，干度x=0；右边的粗实线为干饱和蒸汽线，线上任何一点代表一个饱和蒸汽状态，干度x=1。这两条曲线将图形分为三个区域：饱和液体线的左边是过冷液体区，该区域的液体称为过冷液体，过冷液体的温度低于同一压力下饱和液体的温度；干饱和线的右边是过热蒸汽区，该区域内的蒸汽称为过热蒸汽，过热蒸汽的温度高于同一压力下饱和蒸汽的温度；两条线之间的区域为两相区，制冷剂在该区域处于汽、液混合状态（湿蒸汽状态）。图中共有六种等参数线簇：等压线p—水平线；等焓线h—铅垂线；等温线t—液态区几乎为铅垂线。两相区内由于制冷剂的状态变化是在等压等温下进行，与等压线重合，为水平线。过热蒸汽区为向右下方弯曲的倾斜线；等熵线s—向右上方倾斜的实线；等容线v—向右上方倾斜的虚线，但比等熵线平坦等干度线x—只存在于湿蒸汽区域内，其方向大致与饱和液体线或饱和蒸汽线相近，视干度大小而定。对于理论循环，离开蒸发器、进入压缩机的制冷剂蒸汽是处于蒸发压力下的饱和蒸汽；离开冷凝器和进入膨胀阀的液体是冷凝压力下的饱和液体；等熵过程：制冷剂在压缩机中压缩是等熵过程；等压过程：制冷剂在冷却及冷凝过程为等压过程等焓过程：制冷剂通过膨胀阀节流时，节流前后焓值相等等温过程：制冷剂在蒸发器和冷凝器中没压力损失。85点2表示表示制冷剂出压缩机、进入冷凝器时的状态。过程线1-2表示制冷剂蒸汽在压缩机中的等熵压缩过程（s1=s2），压力由蒸发压力p0压缩到冷凝压力pk。等熵线与于压力为冷凝压力pk等压线的交点为2点。压缩过程中外界对制冷剂作功，使制冷剂温度增加，2点处于过热蒸汽状态。点1表示制冷剂出蒸发器、进入压缩机时的状态。对应于蒸发温度t0的饱和蒸汽。根据压力和饱和温度的关系，该点应处于与蒸发压力p0相对应的等压线与饱和蒸汽线（x=0）的交点上。86点3表示制冷剂出冷凝器、进膨胀阀的状态，位于与冷凝温度tk相对应的饱和液体线上。过程2-2′-3表示制冷剂蒸汽在冷凝器中冷却（2-2′）和冷凝（2′-3）的过程。由于这个过程是在冷凝压力pk不变的情况下进行的，为等压过程。进入冷凝器的过热蒸汽首先将一部分热量放给外界冷却介质，在等压下变成饱和蒸汽（点2′），然后再在等压、等温下继续放出热量，直至最后冷凝成饱和液体（点3）。压力为pk的等压线与干度x=0的饱和液体线的交点即为点3的状态。87点4表示制冷剂出节流阀、进蒸发器的状态。过程线3-4表示制冷剂通过节流阀的节流过程。在这一过程中，制冷剂的压力由冷凝压力pk降低到蒸发压力p0，温度由冷凝温度tk降低到蒸发温度t0，并进入两相区。由于节流前后制冷剂的焓值不变，过程3-4为等焓过程。

由点3作等焓线与等压线p0的交点即为点4的状态，由于节流过程是不可逆的，所以用一虚线表示。88过程4-1表示制冷剂在蒸发器中的汽化过程。这一过程是在等温、等压（温度为t0、压力为p0）下进行的，液体制冷剂吸收被冷却对象的热量而不断汽化，其状态沿等压线p0向干度增大的方向变化，直到全部变为饱和蒸汽为止。制冷剂的状态又变回到进入压缩机前的状态点1，完成了一个完整的循环。89压焓图的使用一台冰箱，制冷剂为R12，使用量1kg,to=-20℃t1=10℃tk=35℃t3=30℃查logp-h图，在logp-h图上画出制冷剂循环状态变化解：1.确定蒸发压力po和冷凝压力pk，蒸发温度to对应的饱和压力即为蒸发压力，冷凝温度对应的饱和压力即为冷凝压力。在饱和区内确定蒸发压力为0.15Mpa,冷凝压力为0.82Mpa，将此数据标在logp-h图上，

2.确定状态点查焓值压缩过程的确定，压缩过程均在过热蒸汽区进行，将吸气温度t1对应的等温线与po对应的等压线相交，得状态点1，查出焓值，然后从沿1点等熵线向上与pk等压线相交，得状态点2，查出焓值。冷凝过程的确定从状态点2沿pk等压线向左，经饱和区到达过冷区，由t3对应的等温线与pk等压线相交，确定状态点3，查出焓值。节流过程的确定，从状态点3沿等焓线向下，进入饱和区与po等压线相交，得到状态点4，查出焓值h4=h3

蒸发过程的确定，从状态点4沿等压线向右，回到状态点1，蒸发过程结束，画出状态循环图。注意：1.等压线po、pk的确定很关键，在确定时必须以区内的to、tk等温线为准2.确定各个变化过程时，要注意同一条等温线在不同区域的曲线类型是不同的3.不同制冷剂的logp-h图是不同的，要看清已知条件正确选择logp-h图4.确定状态点后，立即查出对应的焓值并记录下来。教材P26R12压焓图制冷的循环基本概念制冷剂在制冷设备中的能量交换关系热力计算制冷循环种类91基本概念焓熵焓是系统的状态参数，具有能量的意义。若在一可逆的微小状态变化过程中，1kg工质与外界交换的热量为δq，工质的温度为T，则工质熵的微小变化量ds定义为：ds=δq/T92制冷基本原理一、制冷基本原理液体汽化制冷是利用液体汽化时的吸热、冷凝时的放热效应来实现制冷的。液体汽化形成蒸汽。当液体（制冷工质）处在密闭的容器中时，此容器中除了液体及液体本身所产生的蒸汽外，不存在其他任何气体，液体和蒸汽将在某一压力下达到平衡，此时的汽体称为饱和蒸汽，压力称为饱和压力，温度称为饱和温度。平衡时液体不再汽化，这时如果将一部分蒸汽从容器中抽走，液体必然要继续汽化产生一部分蒸汽来维持这一平衡。93液体汽化时要吸收热量，此热量称为汽化潜热。汽化潜热来自被冷却对象，使被冷却对象变冷。为了使这一过程连续进行，就必须从容器中不断地抽走蒸汽，并使其凝结成液体后再回到容器中去。从容器中抽出的蒸汽如直接冷凝成蒸汽，则所需冷却介质的温度比液体的蒸发温度还要低，我们希望蒸汽的冷凝是在常温下进行，因此需要将蒸汽的压力提高到常温下的饱和压力。制冷工质将在低温、低压下蒸发，产生冷效应；并在常温、高压下冷凝，向周围环境或冷却介质放出热量。蒸汽在常温、高压下冷凝后变为高压液体，还需要将其压力降低到蒸发压力后才能进入容器。液体汽化制冷循环是由工质汽化、蒸汽升压、高压蒸汽冷凝、高压液体降压四个过程组成（蒸发过程、压缩过程、冷凝过程、节流过程）。94单级蒸汽压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成，用管道连接成一封闭系统，制冷剂在系统中循环流动。制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象的热量并沸腾汽化成蒸汽，与之相对应的压力P0称为蒸发压力，温度t0称为蒸发温度；压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸汽并将其压缩到冷凝压力Pk，然后送往冷凝器，蒸汽压缩式制冷系统图在冷凝压力下冷凝成液体，并将放出的热量传给了冷却介质（水或空气）。蒸汽压缩式制冷系统95教材P17与冷凝压力相对应的温度tk称为冷凝温度，tk一定要高于冷却介质的温度；冷凝后的高压液体通过膨胀阀或节流元件使其压力从冷凝压力pk降低到蒸发压力p0，使部分液体汽化，剩余液体温度降至t0；离开膨胀阀的制冷剂变为温度为t0的汽液混合物。混合物中的液体在蒸发器中从被冷却对象中吸收它所需要的蒸发热，使被冷却对象冷却；混合物中的蒸汽通常称为闪发蒸汽，不起吸热作用。在整个循环过程中，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸汽和造成蒸发器中低压的作用，推动系统循环，是整个系统的心脏；节流阀对制冷剂起着节流降压的作用，并用作调节进入蒸发器的制冷剂流量；蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象的热量，达到制冷的目的；冷凝器是输出热量的设备，制冷剂从蒸发器中吸收的热量连同压缩机消耗的功所转化的热量在冷凝器中一起被冷却介质带走。96“四大件”压缩机：“心脏”，压缩和输送制冷剂蒸汽节流阀：节流降压，并调节进入蒸发器的制冷剂流量蒸发器：吸收热量（输出冷量）从而制冷电冰箱中的蒸发温调整在-26～-20℃，空调为5～8℃冷凝器：输出热量。蒸汽压缩式制冷工作原理制冷系统个部件的主要用途97教材P18

在图1—15中，从压缩机出来的高压高温制冷剂气体（D）进入冷凝器被冷却去过热，并进一步冷凝成液体（A）后，进入节流装置如膨胀阀减压，部分液体闪发成蒸气，这些气液两相的混合物（B）进入蒸发器，在里面吸热蒸发成蒸气（C）后回到压缩机重新被压缩，从而完成一个循环。

制冷剂在一次循环中只经过一次压缩，最低温度可达到-40～-30℃即为单级蒸汽压缩式制冷循环图1－15单级压缩蒸气制冷机的流程图

98制冷系统中制冷剂的状态变化1、制冷剂在低压侧的状态变化从节流元件经过蒸发器到制冷压缩机吸气口之间为