制冷原理與制冷劑的聯系與區別

來源：東莞市立一試驗設備有限公司 2009年08月04日 11:11

制冷原理與制冷劑
　　 “制冷"是指用人工的方法將被冷卻對象（如物體或空間）的溫度降低到環境溫度以下，并保持這個溫度。
　　制冷過程與冷卻過程的區別是熱量的傳遞方向不同。冷卻過程是熱量自發地從高溫熱源傳向低溫熱源的過程。制冷過程與冷卻過程相反，故又稱為逆向傳熱過程。人們把這個從低溫熱源取出熱量的過程又稱為向低溫熱源放出冷量的過程，即制冷。
　　根據熱力學第二定律，制冷過程是不可能自發進行的。為使制冷過程得以實現，必須消耗一定的外界能量給予補償。這種能量可以是電能、熱能、太陽能或其他能量。實現人工制冷的機器和設備統稱為“制冷機"。制冷機是一種耗能機械，多利用物質的狀態變化來實現制冷的目的。工作在制冷機中的這類介質就稱為制冷劑（或稱為制冷工質）。人們對制冷機和制冷劑的不斷研究和發展，使制冷技術在各領域的作用日益加強，在各領域得到了廣泛的應用。
　　從制冷的定義可以知道，從環境溫度以下到接近OK這個范圍，都是制冷技術所研究的溫度范圍，人們利用各種制冷方法達到不同的低溫。根據研究對象、制冷方法和人們的習慣不同，制冷學界多數人的觀點是將制冷的溫區劃分為如下3個領域：
　　 1）普通制冷：120K以上。
　　 2）低溫制冷：120～4．2K。
　　 3）超低溫制冷：4．2K以下。
　　普通制冷的方法常用的有液體氣化制冷、氣體膨脹制冷和熱電制冷。液體氣化制冷利用低溫制冷劑液體的氣化吸收被冷卻對象的熱量，來達到制冷的目的，例如蒸氣壓縮式制冷、吸收式制冷、吸附式制冷和蒸氣噴射式制冷等就是這樣。氣體膨脹制冷利用高壓制冷劑氣體在降壓降溫膨脹后，吸收被冷卻對象的熱量。熱電制冷利用半導體熱電偶通直流電后，兩結點處出現一端吸熱、一端放熱的現象來實現制冷。其他制冷方法如磁制冷等正在研制開發中。
　　目前，空調工程中應用的制冷方法，主要是蒸氣壓縮式制冷和吸收式制冷，本課程制冷部分針對這兩部分內容編寫。制冷技術是以熱工理論基礎和流體力學等課程為基礎的，學習過程中一定要重視理論實際，才能為工程實踐打好基礎。
　　 1—1 制冷原理
　　理想制冷循環——逆卡諾循環沒有不可逆損失。在兩恒溫熱源間工作的理想制冷循環可以用逆卡諾循環來實現。逆卡諾循環由兩個等溫過程和兩個等熵過程

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組成。理論上，它可以在濕蒸氣區域內，由壓縮機、冷凝器、膨脹機和蒸發器組成一個循環系統，利用制冷劑在濕蒸氣區的等溫蒸發和等溫冷凝實現制冷。這里要注意的是，逆卡諾循環是在假定蒸發和冷凝兩過程與低溫熱源和高溫熱源間沒有傳熱溫差，高、低溫熱源恒定，制冷劑流動時沒有流動阻力，壓縮和膨脹過程為等熵過程的可逆條件下做出的，循環的全過程均是可逆過程，因此稱其為理想制冷循環。
　　逆卡諾循環原理圖如圖1—1所示。制冷劑沿絕3''→4''膨脹，溫度從了T''k降至T''o；然后，沿定溫線4''→1''膨脹，在定溫膨脹過程中制冷劑在T''o溫度下從要被冷卻的物質中吸收熱量q''o；制冷劑從狀態1''被絕熱壓縮至狀態2''，溫度從T''o升至T''k；zui后沿定溫線2，一3，壓縮，在定溫壓縮過程中，制冷劑在T''k溫度下向冷卻劑放出熱量q''k。將循環1''→2''→3''→4''→1''中的四個狀態點表示在T—S圖（溫—熵圖）上，如圖1—2所示。根據熱工學的知識，可以得出其制冷系數的表達式為

　　制冷系數是制冷量與消壓縮功的功耗之比，它是一個經濟性指標，制冷系數越大，經濟性越好。理想制冷循環的制冷系數zui大，因此將其作為制冷循環的標準。實際制冷循環存在不可逆損失，制冷系數低于理想循環制冷系數，用熱力完善度?來表示實際制冷循環接近理想制冷循環程度的指標。其表達式為

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