【正文】 ，可向 6000 戶居民、 100 萬 ㎡ 的居民 面積供冷。膠片廠、機(jī)器設(shè)備的操作控制房、精密儀器車間、精密機(jī)床加工車間、精密計(jì)量室、計(jì)算機(jī)房等的環(huán)境除了對溫度要求調(diào)節(jié)外，往往對環(huán)境的溫度也有較高的要求 ,這時(shí)通常使用冷凍除濕機(jī)進(jìn)行除濕，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量，或機(jī)器、儀表的精度、或精密設(shè)備的正常特性。鹽類結(jié)晶 、燃料、化肥的生產(chǎn)、天然氣的液化、貯運(yùn)也需要制冷。 在鋼鐵工業(yè)中，高爐鼓風(fēng)需要制冷的方法先將其除濕，然后送入高爐，以降低焦比化，保證鐵水質(zhì)量，一般大型高爐需幾千千瓦冷量。 建筑工程 利用制冷可實(shí)現(xiàn)凍土法開采土方。 國防工業(yè) 高寒條件下工業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)、汽車、坦克、大炮等常規(guī)武器的性能，在研制和生產(chǎn)過程中往往需要進(jìn)行環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)：航空儀表、火箭、導(dǎo)彈中控制儀器、也需要在地面模擬高空低溫條件進(jìn)行性能實(shí)驗(yàn)，這些都需要利用制冷為其提供低溫和低溫環(huán)境試驗(yàn)條件，原子能反應(yīng)堆的控制也需要制冷，人防與地下工程需要進(jìn)行除濕。生物化學(xué)產(chǎn)品、藥品需要利用真空冷凍干燥 [10]。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 正文 4 第一章 循環(huán)系統(tǒng) 循環(huán) 熱力學(xué)循環(huán) 是一系列傳遞熱量并做功的熱力學(xué)過程組成的集合，通過壓強(qiáng)、溫度等狀態(tài)變量的變化，最終使熱力學(xué)系統(tǒng)回到初始狀態(tài)。熱力學(xué)第一定律指出在一個(gè)循環(huán)中輸入的凈熱量總等于輸出的凈功。在實(shí)際應(yīng)用中，熱力學(xué)循環(huán)經(jīng)常被看作是一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過程并被當(dāng)作實(shí)際熱機(jī)和熱泵的工作模型。 法國 軍事工程師薩迪 卡諾 以找出熱機(jī)不完善性的原因作為研究的出發(fā)點(diǎn)，闡明從熱機(jī)中獲得動(dòng)力的條件就能夠改進(jìn)熱機(jī)的效率。他指出，熱機(jī)必須在 高 溫?zé)嵩?和低溫?zé)嵩粗g工作， “ 凡是有溫度差的地方就能夠產(chǎn)生動(dòng)力；反之，凡能夠消耗這個(gè)力的地方就能夠形成溫度差，就可能破壞熱質(zhì)的平衡。然后使汽缸與加熱器隔絕， 蒸汽絕熱膨脹 到溫度降至與冷凝器的溫度相同為止。這是由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè) 絕熱過程 組成的循環(huán)， 即后來所稱的 “ 卡諾 循環(huán) ” ，如圖（ ）。如圖（ ）是卡諾循環(huán)圖，卡諾 循環(huán)可以想象為是工作于兩個(gè)恒溫 熱源 之間的 準(zhǔn)靜態(tài)過程 ，其 高溫 熱源的溫度為 TH， 低溫?zé)嵩?的溫度為 TC。 萊昂納爾 卡諾在對熱機(jī)的最大可能效率問題作理論研究時(shí)提出的。為使過程是準(zhǔn)靜態(tài)過程 ，工作物質(zhì)從 高溫?zé)嵩?吸熱應(yīng)是無溫度差的等溫膨脹過程，同樣，向低溫?zé)嵩捶艧釕?yīng)是 等溫壓縮 過程。作 卡諾 循環(huán)的熱機(jī)叫做 卡諾熱機(jī)。這種由兩個(gè)等溫過程和兩個(gè) 絕熱過程 所構(gòu)成的循環(huán)成為 卡諾 循環(huán)。在壓 容 (pV)圖 （圖（ ） ） 和溫 熵 (TS)圖 （ 圖（ ） ） 中 , ɑbcdɑ為正 卡諾 循環(huán)， ɑb為可逆定溫吸熱過程 ， 工質(zhì) 在溫度T1下從相同溫度的高溫?zé)嵩次霟崃?Q1； bc 為可逆絕熱過程 ,工質(zhì)溫度自 T1降為 T2； cd 為可逆定溫放熱過程，工質(zhì)在溫度 T2 下向相同溫度的低溫?zé)嵩磁欧艧崃?Q2； dɑ為可逆絕熱過程 ,工質(zhì)溫度自 T2升高到 T1，完成一個(gè)可逆循環(huán) ,對外作出凈功 W。 正 卡諾 循環(huán)的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)用卡諾循環(huán)熱效率 η t 表示 （ ） 逆卡諾循環(huán) 的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)用卡諾制冷系數(shù) ε 表示 （ ） 圖（ ） 卡諾循環(huán) PV圖 圖（ ） 卡諾循環(huán) TS 圖 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 正文 7 由此可以看出，卡諾循環(huán)的效率只與兩個(gè)熱源的熱力學(xué)溫度有關(guān)，如果高溫?zé)嵩吹臏囟?T1愈高，低溫?zé)嵩吹臏囟?T2 愈低，則卡諾循環(huán)的效率愈高。 通過卡諾效率公式可以證明， 以任何工作物質(zhì)作 卡諾 循環(huán)，其效率都一致；還可以證明，所有實(shí)際循環(huán)的效率都低于同樣條件下卡諾循環(huán)的效率，也就是說，如果高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟却_定之后卡諾循環(huán)的效率是在它們之間工作的一切熱機(jī)的最高效率界限。 林德循環(huán) — 等焓節(jié)流 林德循環(huán)原理 林 德循環(huán)，即蒸氣壓縮式制冷循環(huán) ,是 1877 年德國慕尼黑工學(xué)院教授林德發(fā)明設(shè)計(jì)出的。四大件由聯(lián)接管道串聯(lián)成一個(gè)閉合循環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)注制冷工質(zhì)。 以氨為例，當(dāng)蒸發(fā)器內(nèi)的蒸氣壓力為 1公斤 /平方厘米時(shí)，液態(tài)氨在蒸 發(fā)器內(nèi)的蒸發(fā)溫度為 33℃ ，制冷壓縮機(jī)將氨蒸氣從蒸發(fā)器吸走，并將其蒸氣壓力提高到20公斤 /平方厘米。當(dāng)氣溫低于 50℃ 時(shí)，氨氣通過冷凝器向自然環(huán)境排熱，并重新液化。 如圖（ ）所示，常溫 T常壓 P1 的氣體經(jīng)過壓縮至高壓 P2（由于壓縮比很大，實(shí)際上是多級壓縮組成的，可視為等溫壓縮）。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 正文 8 圖（ ） 林德循環(huán)圖 林德循環(huán)效率 由熱力學(xué)第一定律 △ H=Q+Ws （ ） Ws=0 （ ） Q=0 （ ） ＝＞ ∑H 入 =∑H 出 （ ） 因此，林德循環(huán)也是一個(gè)等焓節(jié)流循環(huán) ? 制冷系數(shù) ε =q0/Ws=H1H2/Wx （ ） 注：制冷量 q0 、 功耗 Ws、 比功 Wx 克勞德循環(huán) — 等熵對外做功 克勞德循環(huán)原理 利用等熵膨脹和等焓膨脹結(jié)合制冷來使原料氣液化的循環(huán)（圖 （ ） ）。此后氣體分為兩部分 ,一部分氣體繼續(xù)經(jīng)換熱器 EE3，降溫到狀態(tài) 5,再通過節(jié)流閥等焓膨脹到狀態(tài) 6。其他尚有在此基礎(chǔ)上發(fā)展的液化循環(huán)，如帶附加制冷循環(huán)（如帶氨或液氮或其他冷源的預(yù)冷循環(huán)）的節(jié)流液化循環(huán)或等熵膨脹液化循環(huán)，帶外加制冷循環(huán)（如外加氮制冷循環(huán)）等熵膨脹的液化循 環(huán)、回?zé)崾綒怏w制冷循環(huán)（見制冷機(jī)循環(huán)）和多級等熵膨脹的液化循環(huán)等。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 正文 10 第二章 制冷工作原理 制冷裝置 制冷系統(tǒng)大致分為四個(gè)大塊，即壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置、冷凝器。 圖（ ） 制冷系統(tǒng) 壓縮機(jī) 制冷壓縮機(jī)是制冷裝置中最主要的設(shè)備，通常稱為制冷裝置中的主機(jī)。２、提高壓力，將低壓低溫的制冷劑蒸氣壓縮成為高壓高溫的過熱蒸氣，以創(chuàng)造在較高溫度（如夏季 35℃ 左右的氣溫）下冷凝的 條件 。 我們現(xiàn)在使用的就是螺桿壓縮機(jī)，螺桿壓縮機(jī)是靠氣缸中一對螺旋轉(zhuǎn)子相互嚙合旋轉(zhuǎn)，造成由齒型空間的基元容積的變化，實(shí)現(xiàn)對制冷劑氣體的壓縮。 2 冷凝器 （ 1） 空氣冷卻式（又叫風(fēng)冷式）：在這類冷凝器中，制冷劑放出的熱量被空氣帶走。這類冷凝器系用于氟利昂制冷裝置在供水不便或困難的場所。所以這類冷凝器東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 正文 11 的耗水量很少，對于空氣干燥、水質(zhì)、水溫低而水量不充裕的地區(qū)乃是冷凝器的優(yōu)選型式。 節(jié)流閥 起節(jié)流降壓的作用，經(jīng)冷凝器冷凝后的高壓制冷劑液體經(jīng)過節(jié)流閥時(shí)，因受阻而使壓力下降，導(dǎo)致部分制冷劑液體氣化，同時(shí)吸收氣化潛熱，其本身溫度也相應(yīng)降低，成 為低溫低壓的濕蒸汽，然后進(jìn)入蒸發(fā)器。 幾種常見的制冷原理 冰箱制冷 冰箱并不是“制造冷氣的機(jī)器”，而是一種用來吸收食品中的熱量的裝置。制冷劑通過冰箱的一系列裝置流動(dòng)，主要包括 3個(gè)基本的部件：壓縮機(jī)冷凝器和蒸發(fā)器，并不斷重復(fù)同一個(gè)制冷循環(huán)（近似卡諾循環(huán)） [7]。當(dāng)冰箱開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)開始工作，吸入處于低壓和常溫狀態(tài)下的氟利昂蒸汽，將其壓縮成為高溫高壓（約 10 幾個(gè)大氣壓）的蒸氣。冷凝器是一種被多次彎曲的管子，被稱為“蛇形管”，一般是安裝在冰箱背后。蒸發(fā)器由另一個(gè)蛇形管構(gòu)成，同冰箱的內(nèi)部接觸。由于在蒸發(fā)器中壓力急劇降低，氟利昂便劇烈蒸發(fā)，從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài) [11]，伴隨著一過程的是溫度降低。在經(jīng)歷一個(gè)過程之后，制冷劑氟利昂又重復(fù)上一個(gè)過程，這就是一個(gè)周而復(fù)始的循環(huán)。 冰箱主要有兩種類型。柜式冰箱用起來不方便，但比前一種效率更高。但這種現(xiàn)象是不會(huì)在柜式冰箱上發(fā)生的，而且柜式冰箱的優(yōu)點(diǎn)還在東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 正文 12 于它很少有除霜的必要。 液態(tài)的氟利昂經(jīng) 毛細(xì)管，進(jìn)入蒸發(fā)器（室內(nèi)機(jī)），空間突然增大，壓力減小，液態(tài)的氟利昂就會(huì)汽化，（從液態(tài)到氣態(tài)是個(gè)吸熱的過程），吸收大量的熱量，蒸發(fā)器就會(huì)變冷，室內(nèi)機(jī)的風(fēng)扇將室內(nèi)的空氣從蒸發(fā)器中吹過 [13]，所以室內(nèi)機(jī)吹出來的就是冷風(fēng)；空氣中的水蒸汽遇到冷的蒸發(fā)器后就會(huì)凝結(jié)成水滴，順著水管流出去，這就是空調(diào)會(huì)出水的原因。 制熱的時(shí)候有一個(gè)叫四通閥的部件，使氟利昂在冷凝器與蒸發(fā)器的流動(dòng)方向與制冷時(shí)相反，所以制熱的時(shí)候室外吹的是冷風(fēng)，室內(nèi)機(jī)吹的是熱風(fēng)。 值得我們 特別提出的 是 溴化鋰空調(diào)，與壓縮式空調(diào)不同，吸收式制冷使用的工質(zhì)通常是一種二元溶液，由沸點(diǎn)不同的兩種物質(zhì)所組成。因此，二元溶液又稱為制冷劑 —— 吸收劑工質(zhì)對。這種均勻混合物的各種物理性質(zhì)（如壓力、溫度、濃度等）在整個(gè)混合物中各處都完全一致，不能用純機(jī)械的沉淀或離心方式將它們分離成原組成物質(zhì)。液態(tài)冷劑經(jīng) U形管節(jié)流后進(jìn)入蒸發(fā)器，經(jīng)蒸發(fā)器在低壓條件下噴淋，液態(tài)冷劑蒸發(fā)，吸收冷媒熱量，產(chǎn)生制冷效果。中間濃度溶液被吸收器泵輸送并噴淋，吸收從蒸發(fā)器出來的制冷劑蒸汽變?yōu)橄∪芤骸? 總結(jié)： 綜合所述任何制冷設(shè)備都有四大部分 組成（壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流裝置），制冷劑在制冷機(jī)內(nèi)通過物理狀態(tài)變化從而吸收或釋放熱量達(dá)到制冷或制熱的效果。因此制冷劑的注意力轉(zhuǎn)向安全性能方面。使用 CO2 作為制冷工質(zhì)，對大氣臭氧層沒有破壞作用，可以減少全球溫室效應(yīng)，來源廣泛，勿需回收，可以大大降低制冷劑替代成本，節(jié)約能源，從根本上解決化合物對環(huán)境的污染問題，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。萬一泄漏對人體、食品、生態(tài)都無損害。分子量小，制冷能力大， 0℃的單位制冷量比常規(guī)制冷劑高 5～ 8 倍，因而對于相同冷負(fù)荷的制冷系統(tǒng)，壓縮機(jī)的尺寸可以明顯減小，重量減輕，整個(gè)系統(tǒng)非常緊湊；潤滑條件容易滿足，對制冷系統(tǒng)常見材料無腐蝕，可以改善開啟式壓縮機(jī)的密封性能，減少泄漏。 缺點(diǎn)： 1． CO2 臨界壓力較高（ ），因此 CO2 跨臨界制冷循環(huán)的工作壓力較傳統(tǒng)的亞臨界兩相制冷循環(huán)的工作壓力高得多，約為傳統(tǒng)制冷工質(zhì) CFC或 HCFC 系統(tǒng)壓力的６～８倍 。 第二階段 氟利昂階段及其優(yōu)缺點(diǎn) 1931 年梅杰雷從眾多碳?xì)浠衔镏羞x出 R12，隨后一系列鹵代烴 [3]制冷劑相繼出現(xiàn)，這些物質(zhì)性能優(yōu)良、無毒、不燃，能適應(yīng)不同的溫度區(qū)域，顯著地改善了制冷劑的性能。到 1970 年代中期，對臭氧層變薄的關(guān)注浮出水面。新的解決方案是開發(fā) HFC 族，來擔(dān)當(dāng)制冷劑的主要角色。 東華理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 正文 14 氟利昂制冷劑的優(yōu)缺點(diǎn)： 常見的氟利昂制冷劑有 氟利昂 12（ CF2CL2， R12）、 氟利昂 13（ 分子式 CClF3）、氟利昂 22（ CHF2CL， R22） 、 氟里昂 502（ R502） 、 氟利昂 134a（ C2H2F4， R134a） 、氟利昂 R407C、 氟利昂 R410A、 氟利昂 R600a（ C4H10） 。 R12 具有較好的熱力學(xué)性能，冷藏壓力較低，采用風(fēng)冷或自然冷凝壓力約 。而對 大型離心式壓縮機(jī) 可獲得 80℃ 的低溫。 氟利昂 13 氟利昂 13， 分子式 CClF3，分子量 。熔點(diǎn) 182℃ 、沸點(diǎn) 82℃ 、密度（ 130℃ ） 克 /厘米 3。 氟利昂 22（ CHF2CL， R22） HCFC 制冷劑，是氟里昂制冷劑中應(yīng)用較多的一種，主要以家用空調(diào)和 低溫冰箱 中采用。標(biāo)準(zhǔn)氣化溫度為 ℃ ，通常冷凝壓力不超過 。 R22 的單位容積比R12 約高 60%，其低溫時(shí)單位容積制冷量和飽和壓力均高于 R12 和氨。 氟里昂 502（ R502） R502 是由 R12． R22 以 %和 %的百分比混合而成的共沸溶液。 R502 的標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)溫度為 ℃ ，正常工作壓力與 R22相近。 R502 用于全封閉、半封閉或某些中、小制冷裝置，其蒸發(fā)溫度可低達(dá) 55℃ 。 氟利昂 R600a（ C4H10） 氟利昂 R600a（ C4H10） 即 2甲基丙烷 (異丁烷 )，屬于 CH 類 制冷劑 A3 類物質(zhì)，充灌量很少時(shí)可用作冰箱制冷劑，具有節(jié)能、低噪、對大氣無破壞的優(yōu)勢，