北京石油化工学院
教 案 本
任课教师：吴立志 吴小华
课程名称：制冷原理与装置
2006年1月
课程：制冷原理与设备
总学时：56学时
授课对象：热能与动力工程
授课班级：讲课内容：
（一）理论教学
1 绪论 2学时 2 制冷的热力学基础
3 制冷剂、载冷剂及润滑油
4 单级压缩蒸气制冷循环
5 两级压缩和复叠制冷循环
6 吸收式制冷机
7 热电制冷、磁制冷
8 制冷机的热交换设备
9 制冷设备的分类以及应用
10制冷设备的隔热、其它辅助设备及管道
理论课总学时
（二）实验课
1 制冷机组性能实验
实验课总学时
4学时 4学时 8学时 6学时 10学时 2学时 10学时 4学时 4学时 54学时 2学时 2学时
绪论
教学目的：
使学生了解与制冷相关的概念；普冷与低温的区别；制冷技术的研究内容和理论基础；制冷的发展过程及其在国民经济中的地位和作用；制冷工业的发展趋势。 重点和难点：
如何通过基本情况的介绍，使学生对该门学科产生兴趣。
教学方法：
多媒体和板书相结合，讲述为主。
内容提要：
0.1制冷
制冷：作为一门学科，是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将某物体或流体冷却，使其温度降到环境温度以下，并保持这个温度。
制冷机：机械制冷中所需要的机器和设备的总和称为制冷机。
制冷剂：制冷机中使用的工作介质。
制冷循环：制冷机中制冷剂通过一系列的热力学变化，从某一特定空间带走热量的整个过程。
0.2制冷的区分：
（a）120K以上，普通制冷
（b）120～20K，深度制冷
（c）20～0.3K，低温制冷
（d）0.3K以下，超低温制冷
0.3制冷技术的研究内容和理论基础
研究获得低温的方法和有关的机理以及与此相关的制冷循环，并对制冷循环进行热力学分析和计算；研究制冷剂的性质，从而为制冷机提供满意的工作介质；研究实现制冷循环所必须的各种机械和技术设备，包括他们的工作原理、性能分析、结构设计，以及制冷装置的流程组织、系统配套设计，装置的热绝缘问题、制冷装置的自动化问题等。 0.4制冷技术的应用
商业及人民生活
工业生产及农牧业
建筑工程
科学实验研究
医疗
其它领域
0.5制冷技术的发展历史
远古时代，用地窖作冷贮室、用泉水冷却贮藏室。
1755年，爱丁堡化学教授库仓（Cullen）利用乙醚蒸发使水结冰。它的学生布拉克（Black）从本质上解释了融化和气化现象，导出了潜热的概念，并发明了冰量热器，标志着现代制冷技术的开始。
1834年，美国发明家波尔金斯（Perkins）造出了第一台以乙醚为工质的蒸气压缩式制冷机。
空气绝热膨胀用于制冷。1844年，美国医生高里（Gorrie）用封闭循环的空气建立了空调站。
1859年，卡列发明了氨水吸收式制冷系统。
1910年左右，马里斯.莱兰克发明了了蒸气喷射式制冷系统。
到了20世纪，利用逆向循环能量转换，出现了热泵；在低温制冷领域，开辟了氦的温度范围；出现了1K以下的低温。0.6制冷工业的发展趋势
微电子和计算机技术在制冷上的应用
新材料在制冷产品上的应用
机器、设备的发展
制冷工质的替代
1 制冷方法
教学目的：
介绍目前常用的制冷方法及其原理，使学生掌握蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷，了解吸附式制冷、热电制冷、磁致冷、气体膨胀制冷、涡流管制冷等。
重点和难点：
各种制冷方式的原理，重点掌握蒸气压缩式制冷、吸收式制冷。
教学方法：
多媒体课件、FLASH动画和板书相结合，讲述为主。
内容提要：
1.1常见的制冷方式
包括：a.液体气化制冷；b.气体膨胀制冷；c.涡流管制冷；d.热电制冷等。 液体汽化制冷包括：蒸气压缩式；吸收式；蒸气喷射式；吸附式。
1.1.1蒸气压缩式制冷
系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成，用管道将其连接成一个封闭的系统。工质在蒸发器内与被冷却对象发生热量交换，吸收被冷却对象的热量，产生的低压蒸汽被压缩机吸入，经压缩后以高压排出。压缩过程需要消耗能量。压缩机排出的高温高压气态工质在冷凝器被常温冷却介质(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、低温湿蒸气，进入蒸发器，其中的低压液体在蒸发器中再次汽化制冷。如此周而复始。
1.1.2蒸气吸收式制冷
吸收式制冷系统由发生器、冷凝器、节流阀、蒸发器、吸收器、热交换器、溶液泵等组成。吸收器中充有氨水稀溶液，用它吸收氨蒸气。溶液吸收氨的过程是放热过程。因此，吸收器必须被冷却。吸收器中形成的氨水浓溶液用溶液泵提高压力送入发生器。在发生器中浓溶液被加热至沸腾。产生的蒸气先经过精馏，得到几乎是纯氨的蒸气，然后人冷凝器。在发生器中形成的稀溶液通过热交换器返回吸收器。
1.1.3蒸气喷射式制冷
蒸气喷射式制冷系统其组成部件包括：喷射器、冷凝器、蒸发器、节流阀、泵。喷射器又由喷嘴、吸人室、扩压器三个部分组成。
喷射器的吸人室与蒸发器相连；扩压器与冷凝器相连。锅炉产生的高温高压工作蒸气进入喷嘴，膨胀并以高速流动，于是在喷嘴出口处造成很低的压力，为蒸发器中水在低温下汽化创造了条件。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，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，另一路用泵提升压力后送回锅炉，重新加热产生工作蒸汽。
1.1.4吸附式制冷
吸附制冷系统是以热能为动力的能量转换系统。其原理是：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，释放出制冷剂气体，并使之凝为液体；吸附时，制冷剂液体蒸发，产生制冷作用。
按吸附机理说，有物理吸附与化学吸附之别。
1.1.5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。 用铜板和铜导线将N，P半导体连成一个回路，铜板和导线只起导电作用，回路由低压直流电源供电。回路中接通电流时，一个结点变冷，另一个结点变热。如果改变电流方向，则两结点的冷、热作用互易，即原来的冷结点变热，原来的热结点变冷。
由于每对热电偶只需零点几伏电源电压，所以产生的冷量也很小，所以需要将许多热电偶联成热电堆后才能使用。热电制冷不需要明显的工质来实现能量的转移。整个装置没有任何机械运动部件。但热电制冷的效率很低，半导体器件的价格又很高，而且必须使用直流电源，因此变压整流装置往往不可避免，增加了电堆以外的附加体积，故热电制冷不宜大规模使用。但由于它的灵活性强、使用方便可靠，非常适合于微型制冷领域或有特殊要求的用冷场合。
1.1.6磁制冷基本概念
低温磁制冷
高温磁制冷
1.1.7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。它由喷嘴、涡流室、孔板、管子和控制阀组成。涡流室将管子分为冷端、热端两部分。孔板在涡流室与冷端管子之间，热端管子出口处装控制阀。管外为大气。喷嘴沿涡流室切向布置。
经过压缩并冷却到常温的气体进入喷嘴，在喷嘴中膨胀并加速到音速，从切线方向射入涡流室，形成自由涡流。自由涡流的旋转角速度离中心越近就越大。由于角速度不同，在环形气流的层与层之间产生摩擦，中心层部分的气流角速度逐渐降低；外层气流的角速度逐渐升高，因此存在着由中心向外层的动量流。内层气体失去能量，从孔板流出时具有较低的温度；外层气体吸收能量，动能增加，又因为与管壁摩擦，将部分动能变成热能，使得从控制阀流出的气体具有较高的温度。1.1.8空气膨胀制冷
高压气体绝热膨胀时，对膨胀机作功，同时气体的温度降低。用这种方法可以实现制冷。其循环方式主要有：定压循环，有回热的定压循环和定容循环。
1.1.9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（该过程又称焦耳膨胀），利用此效应可以制冷。
包括：
G-M制冷机
脉管制冷机
斯特林制冷机
1.1.10电化学制冷
利用化学反应伴随的热效应可以用来制冷。一般在负极上发生氧化反应，放热；在正极上发生还原反应，吸热。
1.2制冷的基本热力学原理
按补偿能量的形式，制冷方法归为两大类：以机械能或电能为补偿的（蒸气压缩式、热电式制冷等）和以热能为补偿的（吸收、蒸气喷射、吸附式制冷机等）。
对于能量转换的经济性，引入热力系数ξ和制冷系数ε来衡量。
ε=Q0
ξ=Q0Qg
它们可以统称为制冷机的性能系数COP。
可逆制冷机的制冷系数为
εc=1 Tac−1
热能驱动的可逆制冷机的热力系数
ξc=1(1−Tag) Tac−1
从上式可以看出，可逆制冷机的性能系数（或热力系数）只与热源的温度Tg，Ta和Tc有关，而与工质的性质无关。
1.3热泵
热泵和制冷机的区别：
当使用目的是从低温热源吸收热量是，系统称为制冷机；当使用目的是向高温热源释放热量时，系统称为热泵。
2单级蒸气压缩式制冷循环
教学目的：
使学生掌握单级蒸气压缩制冷理论循环的组成，循环在p-h图上的表示，循环的热力过程分析；掌握蒸气过热、液体过冷、冷凝温度及蒸发温度变化时对系统循环的影响；了解分凝循环和混合制冷剂循环。
重点和难点：
单级蒸气压缩制冷循环在p-h图上的表示及循环特性、热力变化过程的分析。 教学方法：
多媒体课件和板书相结合，讲述为主。
内容提要：
2.1单级蒸气压缩式制冷的理论循环
2.1.1系统与循环
系统由压缩及、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成。
在整个驯化过程中，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气并
造成蒸发器中低压力、冷凝器中高压力的作用；节流阀对制冷
剂起节流调节作用并调节进入蒸发器的制冷剂流量；蒸发器是
输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中气化，吸收被冷却物体的
热量，达到制冷的目的；冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器
中吸取的热量连同压缩机所消耗的功都转换成热量在冷凝
器中被冷却介质带走。
2.1.2压焓图和温熵图
它是为了了解各个过程之间的关系以及某一过程发生变
化时对其它过程的影响；用热力状态图来研究整个循环可使
问题简化，并可看到循环中各状态的变化以及这些变化对循
环的影响。
1)压焓图
以绝对压力为纵坐标，比焓值为横坐标。
共分为三个区域：过冷液体区、过热蒸汽区和两相区。
六条等参数线族：等压线、等焓线、等温线、等熵线、等
容线和等干度线。
2)温熵图
以比熵为横坐标，温度为纵坐标。
也分为三个区域：过冷液体区、过热蒸汽区和两相区。
六条等参数线族：等温线、等熵线、等压线、等容线、等
焓线和等干度线。
2.1.3制冷循环过程在压焓图上的表示
点1表示制冷剂进入压缩机的状态；点2表示制冷剂出压缩机时的状态；点3表示制冷剂出冷凝器时的状态；点4表示制冷剂出节流阀时的状态。
2.1.4单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算
(1)节流阀
制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功，因此
h4=h3
即节流前后焓值不变。
(2)压缩机
如果忽略压缩机与外界环境交换的热量，则
P0=qm(h2−h1)
(3)蒸发器
被冷却物体通过蒸发器向制冷剂传递的热量为：
Q0=qm(h1−h4)
(4)冷凝器
冷凝器向外界释放的热量为：
Qk=qm(h2−h3)
(5)制冷系数
在理论循环中，制冷系数可以表示为：
ε0=q0h1−h4= w0h2−h1
2.2单级蒸汽压缩式制冷的实际循环
2.2.1液体过冷对循环性能的影响
制冷剂液体的温度低于同一压力下饱和状态的温度称为过冷。两者温度之差称为过冷度。
具有液体过冷的循环表示在图2－6上，为了和理论循环进行比较，图中同时也画出了理论。1－2－3－4－1表示理论循环，1−2−3'−4'−1表示过冷循环。
可以看出，液体过冷后单位制冷量有所增加，增加量用4和4'两点的焓差（h4−h4'）表示。
由于单位制冷量的增加，对给定的制冷量Q0，过冷循环所需要的的制冷剂质量流量qm将小于理论循环的质量流量。
2.2.2蒸气过热对循环性能的影响
实际循环中，为了不将液滴带入压缩机，通常制冷剂液体在蒸发器中完全蒸发后仍然要继续吸收一部分热量，这样，在它到达压缩机之前已处于过热状态。
从图中可以看出：（1）过热循环中压缩机的排气温度比
理论循环的排气温度高；（2）过热循环的比功大于理论循环
比功；（3）由于过热循环在过热过程中吸收了一部分热量，
再加上比功又稍有增加，因此每公斤制冷剂在冷凝器中排出
的热量较理论循环大；（4）相同压力下，温度升高时，过热
蒸汽的比容要比饱和蒸汽的比容大，这意味着对每公斤制冷
剂而言，将需要更大的压缩机容积。换句话说，对于给定的
压缩机，过热循环中压缩机的制冷剂质量流量始终小于理论
循环的质量流量。
它又分为两种情况：（1）过热没有产生有用的制冷效
果；（2）过热本身产生有用的的制冷效果。其中第一种情况
对循环有害，对于第二种情况，就它对制冷系数而言，有部
分制冷机过热是有利的，一部分是不利的，但是它能改善压
缩机的吸气状态，因此虽然有时它降低制冷系数，我们仍然
采用。如右图所示。
2.2.3气－液热交换器对循环性能的影响
在系统中增加一个气－液热交换器（或者称为回热器），使节流前的液体和来自蒸发器的低温蒸气进行内部热交换，结果使制冷剂液体过冷，低温蒸气有效过热。这样不仅可以增加单位制冷量，而且可以减少蒸气与环境的空气之间的传热温差，减少甚至消除吸气管道中的有害过热。它对循环的影响同2.2.2中的第二种情况一样。
2.2.4热交换及压力损失对循环性能的影响
(1)吸入管道
吸入管道中的热交换和压力降对循环性能的影响最大，因为它直接影响压缩机的吸入状态，从而导致性能上的更大改变。
吸入管道中的压力降总是有害的，它使得吸气比容增大，压缩机的压比增大，单位容积制冷量减少，压缩机容积效率降低，比压缩功增大，制冷系数下降。
(2)排出管道
在压缩机的排出管道中，热量由高温制冷剂蒸气传给周围空气，不会引起性能的改变，仅仅是减少了冷凝器中的热负荷。
压缩机和冷凝器之间连接管道中的压力降是有害的，它增加了压缩机的排气压力，因而增加了压缩机的压力比和比功，使压缩机的容积效率降低，制冷系数下降。 a器到膨胀阀之间的流体管道
在这段管路中，如果热量由液体制冷剂传给周围空气，则液体制冷剂过冷，制冷量增大；如果热量由环境传给液体制冷剂，则可能导致部分液体气化，单位制冷量下降，且使得膨胀阀不能正常工作。
b膨胀阀到蒸发器之间的管道
如果该管路被安装在被冷却空间内，传给管道的的热量将产生有效制冷量，若安装在室外，热量的传递将使制冷量减少，此时需要保温。
(3)蒸发器
在讨论蒸发器中的压降对循环性能的影响时，必须注意到它的比较条件。假定不改
变制冷剂出蒸发器时的状态，为了克服蒸发器中的流动阻力，必须提高制冷剂进蒸发器时的压力，也就是必须提高制冷剂进蒸发器时的温度，从而提高蒸发过程中的平均蒸发温度，使蒸发器中的传热温差减小，要求增大传热面积。但由于节流前后制冷剂的焓值相等，又因为压缩机的吸入状态没有变化，故蒸发器中的压力降对循环的性能没有什么影响。假定不改变蒸发过程中的传热温差，那么出蒸发器时制冷剂的压力便稍有降低，吸气比容有所增大，压力比增高，制冷量减少，制冷系数下降。
(4)冷凝器
假定出冷凝器的压力不变，为克服冷凝器中制冷剂的流动阻力，必须提高进冷凝器时制冷剂的压力，这必然导致压缩机的排气压力升高，压力比增大，压缩机耗功增加，制冷系数下降。
(5)压缩机
实际循环中，在压缩的开始阶段，由于气缸壁温度高于吸入蒸气的温度，因而存在着由气缸壁向蒸气传递热量的过程，压缩到某一阶段后，由于气体被压缩后温度升高，当气体温度高于气缸壁面温度时，热量又由蒸气传向气缸壁面，因此整个压缩过程是一个压缩指数在不断变化的多方过程。另外，由于压缩机气缸中有余隙容积存在，气体经过吸、排气阀及通道处有热量交换及流动阻力，气体通过活塞与气缸壁间隙处会产生泄漏等，这些因素都会使压缩机的输气量减少，制冷量下降，消耗的功率增大。
2.2.5不凝性气体的存在对循环性能的影响
系统中的不凝性气体（如空气等）往往积存在冷凝器上部，因此它不能通过冷凝器（或贮液器）的液封。不凝性气体的存在将使冷凝器内的压力增加，从而导致压缩机排气压力提高，比功增加，制冷系数下降，压缩机容积效率降低。因此，应及时排出。
2.2.6单级压缩实际制冷循环
将实际循环偏离理论循环的各种因素综合在
一起考虑，可以用图2－13表示。图中4'−1表示
制冷剂在蒸发器中的蒸发和压降过程；1−1'表示
蒸气的回热循环（如果有的话）及吸气管道中的
加热和压降过程；1'−1''表示蒸气经过吸气阀时的
1''−2s表示压缩机内实际的多方加热和压降过程；
压缩过程；2s−2s'表示排气经过排气阀时的压降
过程；2s'−3表示蒸汽经排气管道进入冷凝器的冷
却、冷凝及降压过程；3−3'表示液体在回热器（如果有的话）及管道中的降温、降压过程；3'−4'表示节流过程。图中1－2－3－4－1表示单级压缩理论制冷循环过程。
2.3单级蒸汽压缩式制冷机的性能和工况
2.3.1单级蒸气压缩制冷机的性能
制冷压缩机的性能随蒸发温度和冷凝温度的变化而变化，其中蒸发温度的变化对性能具有更大的影响。
(1)蒸发温度对循环性能的影响
在分析蒸发温度对循环性能的影响时，假定冷凝温度保持不变。
① 单位容积制冷量将随着蒸发温度的降低而迅速下降；
② 比容积功可能增大，也可能减少，无法直接判断出制冷机功率的变化规律； ③ 制冷系数随蒸发温度的降低而减小。
(2)冷凝温度对循环性能的影响
在分析冷凝温度对循环性能的影响时，假定蒸发温度保持不变。
④ 单位容积制冷量随冷凝温度的升高而降低；
⑤ 比容积功随冷凝温度的升高而增加；
⑥ 制冷系数随蒸发温度的升高而降低。
2.3.2制冷机工况
中、小型制冷压缩机的名义工况、考核工况和实验工况可参照相应的国家标准。
2.4单级蒸气压缩混合工质制冷循环
2.4.1劳仑兹循环
使制冷工质在吸、排热过程中其温度也发生变化，且
变化趋势与冷、热源的变化趋势完全一致，这样制冷工质
与冷、热源之间进行热交换过程中的传热温差始终为无限
小，另外两个过程仍分别为可逆绝热压缩和可逆绝热膨胀
过程，如右图所示。
2.4.2单级蒸气压缩混合工质制冷循环
非共沸混合制冷剂在等压下冷凝或蒸发时温度均发生
蒸发时温度由T0逐渐变化，冷凝时温度由Tk逐渐降至Tk'，
升高至T0'，利用这一特性，采用非共沸混合工质就可以达
到减少传热温差的目的，如右图所示。极限情况下循环就
变为劳仑兹循环。
3制冷剂
教学目的：
使学生掌握常用制冷剂的类型；制冷剂的命名方法；了解常用制冷剂的性质；制冷剂的选用原则；了解制冷剂的替代；润滑油的种类和一般特性、功效；第二制冷剂的选用原则和种类。
重点和难点：
使学生掌握常用制冷剂的类型；制冷剂的命名方法；润滑油的功效。
教学方法：
多媒体课件和板书相结合，讲述为主。
内容提要：
3.1概述
制冷剂是制冷机中的工作流体，它在制冷机系统中循环流动，通过自身热力状态的循环变化不断与外界发生能量交换，达到制冷目的。习惯上又称制冷剂为制冷工作介质或简称工质。
3.1.1制冷剂的种类和符号表示
按化学成分，主要有三类：无机物、氟里昂和碳氢化合物。
为了书写和表达方便，采用国际统一规定的符号作为制冷剂物质的简化代号，它是由字母“R”和它后面的一组数字或字母组成。
(1)无机物
符号为R7（）（）。
(2)氟里昂和烷烃类
烷烃化合物的分子通式为CmH2m+2；氟里昂的分子通式为CmHnFxClyBrz（n+x+y+z=2m+2）。
(3)共沸混合物
符号为R5（）（）。
3.1.2选择制冷剂的考虑
选择制冷剂时对其性质要求方面的考虑如下：
（1）具有环境可接受性。制冷剂的臭氧破坏指数(ODP)和温室效应指数(GWP)为零或尽可能小。
（2）热力性质满足指定的使用要求。就是说制冷剂在指定的温度范围进行制冷循环时，循环特性较满意。它包括压力和压力比适中(高压不过高；低压无负压；压力比不过大)；单位容积制冷量和单位质量制冷量较大；排气温度不过高；等熵压缩的比功小；制冷系数较大。
（3）传热性和流动性好。可以使制冷机热交换设备的尺寸较小(减少重量和材耗)和保证制冷剂流动中的阻力损失小。
（4）化学稳定性和热稳定性好，使用可靠。
（5）无毒害，无刺激性气味，不燃、不爆或燃爆性很小，使用安全。
（6）价格便宜，来源广。
3.2.1环境影响指标
考察物质对臭氧层的危害程度用臭氧衰减指数ODP表示，物质造成温室效应危害的程度用温室指数GWP表示。参考标准是规定R11的ODP和GWP值规定为1。
3.2.2热力性质及其对循环的影响
制冷剂的热力性质是指其热力参数之间的相互关系，诸如饱和蒸气压力与温度的关系，热力状态参数p，Tv，h，s之间的关系，还有与比热c，绝热指数k，音速a等的关系。
3.2.3粘性、导热性和比热容
制冷剂的粘性、导热性和比热容对制冷机辅机（特别是热交换设备）的设计有重要影响。
粘性反映流体内部分子之间发生相对运动时的摩擦阻力。它的大小与流体的种类、温度、压力有关。
制冷剂的导热性用导热系数λ[W/(m⋅K)]表示。气体的导热系数一般很小，并随温度的升高而增大，在制冷技术常用的压力范围内，气体的导热系数实际上不随压力而变化。液体的导热系数主要受温度影响，受压力影响很小。
3.2.4制冷剂与润滑油的溶解性
制冷剂与油的溶解性分为有限溶解和完全溶解两种情况。溶解度与温度有关，有限溶解和完全溶解可以相互转化。
对常用的制冷剂如氨，氟里昂，混合物制冷剂与油的溶解性有所了解。
3.2.5其它物理、化学性质
(1)电绝缘性
由于在全封闭和半封闭式压缩机中，电动机的绕组与制冷剂和润滑油直接接触，因此要求制冷剂和润滑油有较好的电绝缘性。
(2)燃烧性和爆炸性
为了使用安全，制冷剂应不具有易燃、易爆性。若不得不使用有燃、爆性的制冷剂时，必须具备可靠的防火、防爆措施。
制冷剂的燃烧性用燃点表示。制冷剂的爆炸性用爆炸极限表示。
(3)毒性
(4)制冷剂的溶水性
对于难溶于水的制冷剂，若系统中的含水量超过制冷剂中水的溶解度，当制冷温度低于0℃时，易发生冰堵。
对于溶水性强的制冷剂，当它发生水解时，生成的物质对金属材料会有腐蚀危害。
(5)热稳定性和化学稳定型
① 热稳定性
② 制冷剂对金属的作用
③ 制冷剂对非金属的作用
混合制冷剂是由两种或两种以上纯制冷剂组成的混合物。它为调制制冷剂的性质和扩大制冷剂的选择方面提供了更大的自由度。
可以分为共沸混合制冷剂和非共沸混合制冷剂。
共沸混合制冷剂的好处是：它几乎具有纯制冷剂的所有特征，可以像纯制冷剂一样使用。共沸混合制冷剂的标准沸点比构成它的的组分物质的标准沸点都低，因而蒸发压力比其组分的蒸发压力高，可以扩大应用温度范围和提高单位容积制冷量。
非共沸混合制冷剂可以利用它定压下相变不等温的特性，与实际有限大热源的变温特点相适应，以减少冷凝器和蒸发器的传热不可逆损失，在热泵中取得了较好的节能效果。
使用混合制冷剂的缺点是：泄漏后较难补充制冷剂。
3.4各种实用的制冷剂
主要包括水、氨、碳氢化合物、氟里昂，掌握它们的基本性质，使用范围；同时要注意氟里昂制冷工质的替换问题。
3.5第二制冷剂
3.5.1载冷剂
（1） 对载冷剂性质的要求
① 无毒、无可燃性、无刺激性气味。
② 在使用温度范围内呈液态。
③ 比重小、粘度小、传热性好、比热容大。
（2） 常用的载冷剂
① 水
② 无机盐水溶液
③ 有机载冷剂
3.5.2蓄冷剂
形式：共晶冰
用途：主要用来蓄冷
4两级压缩和复叠式制冷循环
教学目的：
使学生掌握两级压缩一级节流中间完全冷却和不完全冷却制冷循环原理图，循环过程在p-h图上的表示；循环的热力学分析；中间压力的确定；复叠式制冷循环的原理图及其在p-h图上的表示。
重点和难点：
两级压缩一级节流中间完全冷却和不完全冷却制冷循环原理图，循环过程在p-h图上的表示；循环的热力学分析。
教学方法：
多媒体课件和板书相结合，讲述为主。
内容提要：
4.1概述
单级压缩的最低蒸发温度不仅受到容积系数为零的限制，随着压力比的增大，除了引起制冷量下降、功耗增加、制冷系数下降、经济性降低外，排气温度的限制也是选择压缩机级数的另一个重要原因。
对于离心式压缩机，要保证其一定效率，每一级压缩的焓增量都不能超过一定的范围。当压比很大以致焓增量超过此范围时，需要用两级或多级压缩。
对于回转式压缩机，容积效率并不随压力比的上升而明显下降，但排气温度将上升。采用多级压缩，多级节流后不仅能降低排汽温度，而且能使循环性能得到改善。
在一套制冷机组中同时采用两种或两种以上不同的制冷剂，使之满足在低温下蒸发时具有合适的蒸发压力，又满足在环境温度下冷凝时具有适中的冷凝压力，这就是通常所说的复叠式制冷循环机组。
4.2两级压缩制冷循环
4.2.1一级节流、中间完全冷却的两级压缩循环
在蒸发器E中产生的压力为p0的低压蒸气首先被低压压缩机A吸入并压缩到中间压力pm，进入中间冷却器F，在其中被液体制冷剂的蒸发冷却到与中间压力相对应的饱
和温度tm，再进入高压压缩机B进一步压缩到冷凝压力pk，然后进入冷凝器C被冷凝
成液体。由冷凝器出来的液体分为两路：一路流经中间冷却器内盘管，在管内被盘管外
再经节流阀H节流到蒸发压力p0，在蒸发器E中蒸发，的液体的蒸发而得到冷却(过冷)，
制取冷量；另一路经节流阀G节流到中间压力pm，进入中间冷却器，节流后的液体在
中间冷却器F内蒸发，冷却低压压缩机的排气和盘管内的高压液体，节流后产生的部分蒸气和液体蒸发产生的蒸气随同低压压缩机的排气一同进入高压压缩机B中，压缩到冷凝压力后排入冷凝器C。
4.2.2一级节流、中间不完全冷却的两级压缩循环
它的工作过程和一级节流、中间完全冷却循环的主要区别在于低压压缩机的排气不进入中间冷却器，而是与中间冷却器产生的饱和蒸气在管路中混合后进入高压压缩机。因此，高压压缩机吸入的是中间压力下的过热蒸汽。
4.3两级压缩制冷机的热力计算和温度变动时的特性
4.3.1两级压缩制冷机的热力计算
两级压缩制冷机进行循环的热力计算时，首先需要对制冷工质及循环型式加以选择，然后确定循环的工作参数，按上节所述方法进行具体计算。
4.3.2两级压缩制冷机中间压力的确定
确定中间压力时要区分两种情况：一种是已经选配好高、低压级压缩机，需要通过计算去确定中间压力；另一种是从循环的计算出发来确定中间压力数值。
4.3.3温度变动时制冷机特性
一部已经设计制造或选配组成的两级压缩制冷机组，它们的理论输气量之比ξ为定值。当制冷机的运行工况与设计工况相同时，制冷机即具有设计计算中所确定的中间压力pm，制冷量Q0、轴功率PeG、PeD、制冷系数ε0等，但当工况发生变动时，上述指标
也将都发生变化。
在蒸发温度要求调节的低温装置中以及制冷机的启动过程中，都会出现tk、ξ不变
而t0发生变化的情况。当t0升高时，压缩机的进气比容v1减小，单位制冷量q0增大，故机组的制冷量Q0增大；由于工作的温度区间减小，故制冷系数得到提高。相反地当t0下
降时，制冷量及制冷系数都下降。而功率的变化，由单级压缩制冷循环的分析可知，当pkpm≈3时，高压级的PeG将达最大值，而低压级的PeD将取决于蒸发温度改变时pm与p0的变化关系。因此在电机的选配上可按高、低压级分别考虑。高压压缩机应按最大功率工况选配。至于低压压缩机的电机选配问题，由于两级压缩机组通常都是先启动高压级，等到蒸发温度降到某一数值后再启动低压级，因此电机的功率可按它在开始投入运行时的工况来选配。对于单机双级型压缩机，高、低压级同时启动，如有能量卸载装置，则电机功率的选配可按运行工况计算。
4.4复叠式制冷机循环
4.4.1复叠式制冷机循环系统
复叠式制冷机通常由两个单独的制冷系统组成，分别称为高温级和低温级部分。高温部分使用中温制冷剂，低温部分使用低温制冷剂。高温部分的蒸发器是用来冷却低温部分的冷凝器。
4.4.2复叠式制冷循环的热力计算
采用前面的计算方法，对高温部分和低温部分分别进行计算，计算中令高温部分的制冷量等于低温部分的冷凝负荷加上冷损。
5吸收式制冷机的溶液热力学基础
教学目的：
使学生了解与溶液相关的概念；掌握溶解、结晶，吸收、解析，蒸馏、精馏过程。 重点和难点：
溶解、结晶，吸收、解析，蒸馏、精馏过程。
教学方法：
多媒体课件和板书相结合，讲述为主。
内容提要：
5.1溶液、溶液的成分
溶液：由两种或两种以上的物质所组成的均匀、稳定的体系。它可以分为：气体溶液（即气体混合物）、液态溶液和固态溶液（即固溶体）。
溶液的成分：表示各成分在溶液中所占的百分比。一般有两种表示方法：质量分数和摩尔分数。
5.2相、独立组分数、自由度和相律
相：体系内物理和化学性质完全均匀一致的部分。
独立组分：平衡体系中能独立存在的物质。组分的数目称为组分数。
自由度：体系的独立可变因素，如温度、压力、浓度等，在一定范围内，这些因素的数值可以任意改变而不会引起相数目的改变。
相律：体系处于平衡状态时，它的自由度、相数和组分数之间存在着一定的关系，这个关系就称为相律，又称为吉普斯方程。
5.3理想溶液两组分体系的相图
在这一部分主要要讲述溶液的相平衡、p-x图、T-x图和杠杆规则。
5.4溶解与结晶、吸收与解析、蒸馏与精馏
溶解：当把 溶质放入溶剂中，溶质表面上的分子（或离子）由于本身的振动和受到溶剂分子的吸引，脱离溶质表面并均匀的扩散到溶剂中而形成溶液，这个过程称为溶解。 结晶：一定温度下的饱和溶液，当温度降低时，溶解度减小，溶液中就有固体溶质的晶体析出，这种现象称为结晶。
吸收：气体溶解于液体的过程。
解析：将溶解于溶液中的气体自溶液中析出的过程。
6 氨吸收式制冷机
教学目的：
对蒸气压缩式和吸收式制冷机工作原理进行比较；使学生了解氨水溶液的性质；掌握循环过程；理解循环过程在h−ξ图上的表示。
重点和难点：
氨水吸收式制冷循环过程；循环过程在h−ξ图上的表示。
教学方法：
多媒体课件和板书相结合，讲述为主。
内容提要：
6.1概述
将蒸气压缩式与吸收式制冷机工作原理进行比较。
6.2氨水溶液的性质
① 氨在水中的溶解
② 对有色金属的腐蚀作用
③ 氨的物理化学性质
6.3单级氨水吸收式制冷机循环过程及其在h−ξ图上的表示
① 系统中的压力和温度
② 系统的循环过程
③ 循环在h−ξ图上的表示
6.4氨水吸收式制冷机与蒸汽压缩式制冷机性能的比较
由于吸收式制冷机系统的运行过程中存在着更多的热力不可逆过程，吸收式制冷机的热力系数仍然低于压缩式的当量热力系数。
氨水吸收式制冷机的特点：
（1） 有利于废热的利用；
（2） 能制取0℃以下的低温；
（3） 结构简单，便于加工制造；
（4） 振动、噪音小，可露天安装，降低了建筑费用；
（5） 负荷调节范围大，且调节时装置的经济性没有明显变化；
（6） 维修简单，操作方便，易于管理；
（7） 氨价格低廉，来源充足；
（8） 对臭氧层没有破坏；
（9） 对铜和铜合金（磷青铜除外）有腐蚀作用；
（10）钢材及冷却水消耗量大；
（11）热力系数较低；
（12）由于氨、水的沸点比较接近，为提高氨气的浓度，系统中必须增设精馏和分
凝设备。
7溴化锂吸收式制冷机
教学目的：
了解溴化锂水溶液的性质；掌握溴化锂吸收式制冷机的原理、循环图、循环过程在
h−ξ图上的表示；了解溴化锂吸收式制冷循环的热力计算过程；了解溴化锂吸收式制冷系统的保护措施和系统特点。 重点和难点：
溴化锂吸收式制冷机的原理、循环图、循环过程在h−ξ图上的表示。 教学方法：
多媒体课件、FLASH动画和板书相结合，讲述为主。 内容提要：
7.1溴化锂水溶液的性质
（1） 水； （2） 溴化锂 （3） 溴化锂溶液
上述三种物质的物理、化学性质。
7.2溴化锂吸收式制冷机的原理
（1）循环图
系统由发生器、冷凝器、蒸发器、节流阀、泵和溶液热交换器等组成。采取对稀溶液加热的方法，使之沸腾，从而获得蒸馏水供不断蒸发使用。稀溶液在加热以前用泵将压力升高，使沸腾所产生的蒸气能够在常温下冷凝。发生器和冷凝器与蒸发器和吸收器之间的压差通过安装在相应管道上的膨胀阀或其它节流机构来保持。通过一台热交换器，使浓溶液和稀溶液在各自进入吸收器和发生器之前彼此进行热量交换，使稀溶液温度升高，浓溶液温度下降。 （2）在h−ξ图上的表示
① 发生过程
点2表示吸收器的饱和稀溶液状态，其浓度为ξa，压力为pa，温度为t2，经过发生器泵，压力升高到pk，然后送往溶液热交换器，在等压条件下温度由t2升高至t7，浓度不变，再进入发生器，被发生器传热管内的工作蒸气加热，温度由t7升高到pk压力下的饱和温度t5，并开始在等压下沸腾，溶液中的水分不断蒸发，浓度逐渐增大，温度也逐渐升高，发生过程终了时溶液的浓度
达到ξr，温度达到t4，用点4表示。2－7表示稀溶液在溶液热交换器中的升温过程，7－5－4表示稀溶液在发生器中的加热和发生过程，所产生的水蒸气状态用开始发生时的状态(点5')和发生终了时的状态(点4')的平均状态点3'表示，由于产生的是纯水蒸气，故状态3'位于ξ=0的纵坐标轴上。 ② 冷凝过程
由发生器产生的水蒸气(点3')进入冷凝器后，在压力pk不变的情况下被冷凝器管内流动的冷却水冷却，首先变为饱和蒸气，继而被冷凝成饱和液体(点3)，3'−3表示冷剂蒸气在冷凝器中冷却及冷凝的过程。 ③ 节流过程
压力降为p0(p0=pa)后进压力为pk的饱和冷剂水(点3)经过节流装置(如U形管)，
入蒸发器。节流前后因冷剂水的焓值和浓度均不发生变化，故节流后的状态点（图中未
标出）与点3重合。但由于压力的降低，部分冷剂水气化成冷剂蒸气(点1')，尚未气化的大部分冷剂水温度降低到与蒸发压力p0相对应的饱和温度t1(点1)，并积存在蒸发器水盘中，因此节流前的点3表示冷凝压力pk下的饱和水状态，而节流后的点3表示压力为p0的饱和蒸气(点1')和饱和液体(点1)相混合的湿蒸气状态。
④ 蒸发过程
积存在蒸发器水盘中的冷剂水(点1)通过蒸发器泵均匀地喷淋在蒸发器管簇的外表
1−1'表面，吸收管内冷媒水的热量而蒸发，使冷剂水在等压、等温条件下由点1变为1'，
示冷剂水在蒸发器中的气化过程。 ⑤ 吸收过程
浓度为ξr、温度为t4、压力为pk的溶液，在自身的压力与压差作用下由发生器流至溶液热交换器，将部分热量传给稀溶液，温度降至t8(点8)，4－8表示浓溶液在溶液热交换器中的放热过程。状态点8的浓溶液进入吸收器，与吸收器中的部分稀溶液(点2)混合，形成浓度为ξ0、温度为t9'的中间溶液(点9')，然后由吸收器泵均匀喷淋在吸收器管簇的外表面。中间溶液进入吸收器后，由于压力的突然降低，故首先闪发出一部分水蒸气，浓度增大，用点9表示。由于吸收器管簇内流动的冷却水不断地带走吸收过程中放出的吸收热，因此中间溶液便具有不断地吸收来自蒸发器的水蒸气的能力，使溶液的浓度降至ξa，温度由t9降至t2(点2)。8−9'和2−9'表示混合过程，9－2表示吸收器中的吸收过程。
7.3溴化锂吸收式制冷机的热力及传热计算 7.3.1热力计算 （1） 已知参数
① 制冷量Q0
② 冷媒水出口温度tx' ③ 冷却水进口温度tw' ④ 加热热源温度
（2） 设计参数的选定
① 吸收器出口冷却水温度tw1和冷凝器出口冷却水温度tw2 ② 冷凝温度tk和冷凝压力pk ③ 蒸发温度t0及蒸发压力p0 ④ 吸收器内稀溶液的最低温度t2 ⑤ 吸收器压力pa ⑥ 稀溶液浓度ξa ⑦ 浓溶液浓度ξr
⑧ 发生器内溶液的最高温度t4 ⑨ 溶液热交换器出口温度t7和t8 ⑩ 吸收器喷淋溶液状态
（3） 设备热负荷计算
① 制冷机中冷剂水的流量qmw ② 发生器热负荷Qg ③ 冷凝器热负荷Qk ④ 吸收器热负荷Qa ⑤ 溶液热交换器热负荷Qex
（4） 装置的热平衡式、热力系数及热力完善度 （5） 加热蒸气的消耗量和各类泵的流量计算
① 加热蒸汽的消耗量qmv
② 吸收器泵的流量qva ③ 发生器泵的流量qvg ④ 冷媒水泵的流量qv0 ⑤ 冷却水泵的流量qvb ⑥ 蒸发器泵的流量qvd
7.3.2传热计算
（1） 传热计算公式
（2） 各种换热设备传热面积的计算 （3） 传热系数
7.4溴化锂吸收式制冷机的性能及其提高途径
（1） 加热蒸汽压力（温度）的变化对机组性能的影响
当其它参数不变时，加热蒸汽压力提高，制冷量增大，但不易过高，否则浓溶液有结晶危险，同时铬酸钾的缓蚀作用也将减弱。 （2） 冷媒水出口温度的变化对机组性能的影响
当其它参数不变时，冷媒水出口温度下降，制冷量随之降低。 （3） 冷却水进口温度的变化对机组性能的影响
当其它参数不变时，冷却水进口温度降低，制冷量增大。 （4） 冷却水量和冷媒水量的变化对机组性能的影响
当其它参数不变时，冷却水量增加，制冷量增加；冷媒水量的变化不影响制冷量。 （5）冷媒水与冷却水水质的变化对机组性能的影响
当水质下降时，制冷量也将随着下降。 （5） 稀溶液循环量的变化对机组性能的影响
当溶液的循环倍率a保持不变时，由于单位制冷量变化不大，因此机组的制冷量几乎与溶液的循环量成正比。
（6） 不凝性气体对机组性能的影响
不凝性气体的存在，将显著的降低机组的性能。 （7） 提高机组性能的措施
① 及时抽除不凝性气体 ② 调节溶液的循环量 ③ 强化传热和传质过程 ④ 采取适当的防腐措施
7.5溴化锂吸收式制冷机制冷量的调节及其安全保护措施 7.5.1冷量的调节
① 加热蒸气量调节法 ② 加热蒸汽压力调节法
③ 加热蒸汽凝结水量调节法 ④ 冷却水量调节法 ⑤ 溶液循环量调节法
⑥ 溶液循环量与蒸气量组合调节法
⑦ 溶液循环量与加热蒸气凝结水量组合调节法
7.5.2安全保护措施
（1） 防止溴化锂溶液结晶的措施
① 设置自动溶晶管
② 在发生器出口浓溶液管道上设温度继电器，用它控制加热蒸汽阀门的开启度，预防溶液因温度过高，从而防止浓溶液在热交换器出口处结晶。
③ 在蒸发器液囊中装设液位控制器，使冷剂水旁通到吸收器中，从而防止溶液因浓度过高而结晶。
④ 装设溶液泵和蒸发器泵延时继电器，使机组在关闭加热蒸汽阀门后，两泵能继续运转10分钟左右，使吸收器中的稀溶液和发生器中的浓溶液充分混合，也可使蒸发器中的冷剂水能被喷淋溶液充分吸收，溶液得到稀释，就能防止停车后溶液因温度降低而结晶。
⑤ 加设手动阀门控制的冷剂水旁通管。 （2） 预防蒸发器中冷媒水或冷剂水冻结的措施
可在冷剂水管道上装设温度继电器，在冷媒水管道上装设压力继电器或压差继电器。 （3） 屏蔽泵的保护
① 在蒸发器和吸收器液囊中装设液位控制器，保证屏蔽泵有足够的吸入高度，以有效地防止气蚀现象的产生并使轴承润滑液有足够的压力。
② 在屏蔽泵电路中装设过负荷继电器，对电机和叶轮等起保护作用。
③ 在屏蔽泵出口管道上装设温度继电器，以防止润滑液温度过高使轴承受到损坏。 （4） 预防冷剂水污染的措施
在冷却水进口处装设水量调节阀，通过减少冷却水量的办法提高冷却水进冷凝器的温度及冷凝压力，从而预防冷剂水的污染。
7.6溴化锂吸收式制冷机的特点
溴化锂吸收式制冷机也是以热能作补偿实现制冷的装置，因而很多特点与氨—水吸收式制冷机相似。
(1)以水作制冷剂，溴化锂溶液作吸收剂，因此它无臭、无味、无毒，对人体无危害。
(2)对热源的要求不高。一般的低压蒸气(0.12MPa以上)或75℃以上的热水均能满足要求，特别适用于有废气、废热水可利用的化工、冶金和轻工业企业，有利于热源的综合利用。随着地热和太阳能的开发利用，它将具有更加广泛的前途。
(3)整台装置基本上是热交换器的组合体，因除泵以外没有其它运动部件，所以振动、噪声都很小，运转平稳，对基建的要求不高，可在露天甚至楼顶安装，尤其适用于舰艇、医院、宾馆等场合。 (4)结构简单，制造方便。
(5)装置处于真空下运行，无爆炸危险。
(6)操作简单，维护保养方便，易于实行自动化运行。
(7)能在10％－100％的范围内进行制冷量的自动无级调节力系数并不明显下降。而且在部分负荷时机组的热力系数并不明显下降。
(8)溴化锂溶液对金属，尤其对黑色金属有强烈的腐蚀性，特别在有空气存在的情况下更为严重，因而机组应很好地密封。
(9)由于系统以热能作为补偿，加上溴化锂溶液的吸收过程是放热过程，故对外界的排热量大(通常比活塞式制冷机大一倍)，冷却水消耗量大。但它允许有较高的冷却水温度升高。冷却水可采用串联流动方式，以减少冷却水的消耗量。
(10) 因用水作制冷剂，故一般只能制取5℃以上的冷水，多用于空气调节及一些生产工艺用冷冻水。 (11) 热力系数较低。
(12) 溴化锂价格较贵，机组充灌量大，初投资较高。
8热电制冷
教学目的：
了解热电制冷的应用场合；掌握热电制冷的原理。 重点和难点：
热电制冷的原理。 教学方法：
多媒体课件和板书相结合，讲述为主。 内容提要：
8.1热电制冷原理及分析
8.1.1热电制冷的应用场合
8.1.2热电效应
（1） 西伯克（Secbeck）效应
由两种不同导体组成的开路中，如果导体的两个结点存在温度差，则开路中将产生电动势E。
（2） 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。 （3） 汤姆逊（Thomson）效应
电流通过具有温度梯度的均匀导体时，导体将吸收或放出热量。
9制冷机的热交换设备
教学目的：
回顾热交换设备的传热相关知识；掌握冷凝器、蒸发器的结构和工作原理；强化传热的措施。 重点和难点：
冷凝器、蒸发器的结构和工作原理；强化传热的措施。 教学方法：
多媒体课件和板书相结合，讲述为主。 内容提要：
9.1热交换设备中的传热问题
9.1.1平壁传热
Q=KF∆t
11δ1=++ Kα1λα2
9.1.2圆管传热 Ko=
1
1dododo1
+ln+αidi2λdiαo
当
do
1
1ooo1
++αidiλdmαo
Ko=
热交换器使用一段时间以后，会产生污垢，此时传热系数变为：
Ko=
1
dododo11
++γo)+γi)+
αidiλdmαo
注意：
只有已知换热系数（α）后，才能求得传热系数Ko、壁面温度tw以及热流密度q，但是换热系数是壁面温度tw和热流密度q的函数，因此tw和q不能直接求取。有两种方法：迭代法；图解法。现在一般采用前者。应用迭代法时，将壁面外表面温度two作为参变数，
q=
∆tiQ
=αo∆to；q=
dododo1Fo
+γo(+γi)+
αidiλdm
用图解法时，q为纵坐标轴，t为横坐标轴，如下图所示：
9.1.3肋壁传热
Q=αofFr(two−to)+αofFfηf(two−to)=αofFofηo(two−to)
ηf为肋效率，ηo为肋面总效率。ηo=
Q=
Fr+ηfFf
Fof
11++
αiFiλFiαofηoFof
ti−to
以肋侧总表面积为基准，传热计算公式为： Q=KofFof∆t
Kof=
1Fof1
++
αiFiλFiαofηo
1δFof
引入污垢系数后：
Kof=
1
FofδFof111++(+
γof)(+γi)
FiλFiαiαofηo
9.2蒸发器
9.2.1干式蒸发器
（1）冷却液体型干式蒸发器 （2）冷却空气型干式蒸发器 9.2.2再循环式蒸发器
9.2.3满液式蒸发器 冷却液体型干式蒸发器：
干式蒸发器的优点：
・能保证将润滑油带回压缩机
・制冷剂的充注量少，只有满液式的1／3 ・可用热力膨胀阀供液，比使用浮球阀简单 干式蒸发器的注意事项：
・在多流程的干式蒸发器中，气液两相的制冷剂在端盖内转向时，会出现气液分层现象，从而影响制冷剂在下一流程各管中的均匀分配。 ・水侧的泄漏问题
冷却空气型干式蒸发器：
满液式蒸发器：
9.3 冷凝器
9.3.1空气冷却式冷凝器
1）自然对流空气冷却式冷凝器
强制通风空气冷却式冷凝器
9.3.2壳管式冷凝器
9.3.3套管式冷凝器
9.3.4壳－盘管式冷凝器
9.3.5螺旋板式冷凝器
9.3.6蒸发式和淋激式冷凝器
壳管式冷凝器的发展趋势：
①长径比的变化 卧式冷凝器的外形变为细长型，长径比一般在6～9
②采用新型的冷凝管以强化传热
空冷式冷凝器的发展趋势：
①强化制冷剂蒸气在管内冷凝换热的方法
a.提高蒸气平均流速
b.气流扰动
②强化外部换热
10制冷机的辅助设备
教学目的：
使学生掌握基本的膨胀阀的结构和工作原理；了解电磁阀、截止阀的工作原理和作用；其他的制冷系统的配件的作用和安装位置。
重点和难点：
掌握基本的膨胀阀的结构和工作原理；其他的制冷系统的配件的作用和安装位置。 教学方法：
多媒体课件和板书相结合，讲述为主。
内容提要：、
10.1膨胀机构
位置：冷凝器之后，蒸发器之前。
作用：①节流；②调节流量。
种类和应用范围：
①手动膨胀阀，用于工业用制冷装置；
②热力膨胀阀，用于工业、商业和空气调节装置；
③电子膨胀阀，用于工业、商业和空气调节装置；
④毛细管，用于家用制冷装置；
⑤浮球调节阀，用于工业、商业和生活用制冷装置；
⑥U型管，用于溴化锂－水吸收式制冷装置。
（1）手动膨胀阀
主要用于干式或湿式蒸发器。优点是结构简单，缺点
是，人工调节，控制较复杂。
（2）热力膨胀阀
该型式的膨胀阀在氟里昂系统中得到了普遍使用。优点：在蒸发器负荷变化时，可以自动调节制冷剂的流量，以控制蒸发器出口处制冷剂的过热度。分类：内平衡式和外平衡式。
热力膨胀阀的特性取决于蒸发压力、弹簧压力和感温元件的性能。其充注方式有：液体充注式、交叉充注式、气体充注式和吸附充注式等。
感温包的安装：
处于不受积液和油的作用的位置。
热力膨胀阀以蒸发器出口处的温度为控制信号。通过感温包将此信号转换为蒸气压力，进而控制膨胀阀针的开度，达到调节的目的。
缺点：
①讯号的反馈有较大的滞后
②控制精度较低
③调节范围有限
（3）电子膨胀阀
电子膨胀阀利用被调节参数产生的电讯号，控制施加于膨胀阀上的电压或电流，进而控制阀针的运动，达到调节目的。
分类：
①电磁式电子膨胀阀
②电动式电子膨胀阀
1）直动型
2）减速型
电磁式电子膨胀阀结构及其控制特性：
直动型电动式电子膨胀阀结构及其调节特性：
减速型电动式电子膨胀阀结构及其调节特性：
（4）毛细管常用于家用制冷装置；优点：便宜、有效、无磨损；缺点：直径小，易堵塞，需良好的过滤器。
毛细管的供液取决于5个因素:管长；管内径；热交换作用；毛细管的等圆程度；安装位置。
10.2截止阀
起接通和切断制冷剂通道的作用。分为直通式和直角式两种。
10.3电磁阀
电磁阀是一种自动开启的阀门，用于自动接通和切断制冷系统的管路，广泛应用于氟里昂机组。
安装位置：膨胀阀和冷凝器之间，靠近冷凝器。
分类：直接作用式和间接作用式。
10.4蒸气压缩式制冷机的辅助设备
（1）润滑油分离器
用于分离压缩机排出气体中夹带的润滑油。它的型式随制冷机制冷量的大小和使用的制冷剂而定。
常见的型式有：洗涤式，离心式，填料式，过滤式等。
（2）气液分离器
有两种a.分配液氨，同时用于分离蒸发器来的低压蒸气的液滴；b.只用于分离蒸发器所排出蒸气中的液滴。
（3）空气分离器系统中混有的空气或其它不凝性气体的来源：
①第一次充灌制冷剂前有残留空气；
②补充润滑油、制冷剂或检修时混入系统的空气；
③蒸发压力低于大气压时发生的空气泄漏；
④制冷剂及润滑油分解时产生的不凝性气体。
11小型制冷装置
教学目的：
了解常见小型制冷装置的分类；掌握其基本结构和工作原理。 重点和难点：
常见小型制冷装置的基本结构和工作原理。
教学方法：
多媒体课件和板书相结合，讲述为主。
内容提要：
11.1家用电冰箱
（1）分类
①制冷方式
②用途
③箱门形式
④容积大小
⑤使用环境
⑥冷冻室温度
（2）箱体结构
（3）蒸发器、冷凝器
（4）系统循环图
（5）温度控制与除霜
11.2小型冷库
11.3空调机（器）及去湿机
☆
小型空调器（机）
①窗式空调器
②柜式空调器
③分体式空调器
④小型家用中央空调器
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《制冷原理与装置》教案
☆ 风机盘管机组及去湿器11.4陈列柜
・岛式陈列柜
・壁式陈列柜
・带冷凝机组的陈列柜
北京石油化工学院 41
机械系热能教研室
北京石油化工学院
教 案 本
任课教师：吴立志 吴小华
课程名称：制冷原理与装置
2006年1月
课程：制冷原理与设备
总学时：56学时
授课对象：热能与动力工程
授课班级：讲课内容：
（一）理论教学
1 绪论 2学时 2 制冷的热力学基础
3 制冷剂、载冷剂及润滑油
4 单级压缩蒸气制冷循环
5 两级压缩和复叠制冷循环
6 吸收式制冷机
7 热电制冷、磁制冷
8 制冷机的热交换设备
9 制冷设备的分类以及应用
10制冷设备的隔热、其它辅助设备及管道
理论课总学时
（二）实验课
1 制冷机组性能实验
实验课总学时
4学时 4学时 8学时 6学时 10学时 2学时 10学时 4学时 4学时 54学时 2学时 2学时
绪论
教学目的：
使学生了解与制冷相关的概念；普冷与低温的区别；制冷技术的研究内容和理论基础；制冷的发展过程及其在国民经济中的地位和作用；制冷工业的发展趋势。 重点和难点：
如何通过基本情况的介绍，使学生对该门学科产生兴趣。
教学方法：
多媒体和板书相结合，讲述为主。
内容提要：
0.1制冷
制冷：作为一门学科，是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将某物体或流体冷却，使其温度降到环境温度以下，并保持这个温度。
制冷机：机械制冷中所需要的机器和设备的总和称为制冷机。
制冷剂：制冷机中使用的工作介质。
制冷循环：制冷机中制冷剂通过一系列的热力学变化，从某一特定空间带走热量的整个过程。
0.2制冷的区分：
（a）120K以上，普通制冷
（b）120～20K，深度制冷
（c）20～0.3K，低温制冷
（d）0.3K以下，超低温制冷
0.3制冷技术的研究内容和理论基础
研究获得低温的方法和有关的机理以及与此相关的制冷循环，并对制冷循环进行热力学分析和计算；研究制冷剂的性质，从而为制冷机提供满意的工作介质；研究实现制冷循环所必须的各种机械和技术设备，包括他们的工作原理、性能分析、结构设计，以及制冷装置的流程组织、系统配套设计，装置的热绝缘问题、制冷装置的自动化问题等。 0.4制冷技术的应用
商业及人民生活
工业生产及农牧业
建筑工程
科学实验研究
医疗
其它领域
0.5制冷技术的发展历史
远古时代，用地窖作冷贮室、用泉水冷却贮藏室。
1755年，爱丁堡化学教授库仓（Cullen）利用乙醚蒸发使水结冰。它的学生布拉克（Black）从本质上解释了融化和气化现象，导出了潜热的概念，并发明了冰量热器，标志着现代制冷技术的开始。
1834年，美国发明家波尔金斯（Perkins）造出了第一台以乙醚为工质的蒸气压缩式制冷机。
空气绝热膨胀用于制冷。1844年，美国医生高里（Gorrie）用封闭循环的空气建立了空调站。
1859年，卡列发明了氨水吸收式制冷系统。
1910年左右，马里斯.莱兰克发明了了蒸气喷射式制冷系统。
到了20世纪，利用逆向循环能量转换，出现了热泵；在低温制冷领域，开辟了氦的温度范围；出现了1K以下的低温。0.6制冷工业的发展趋势
微电子和计算机技术在制冷上的应用
新材料在制冷产品上的应用
机器、设备的发展
制冷工质的替代
1 制冷方法
教学目的：
介绍目前常用的制冷方法及其原理，使学生掌握蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷，了解吸附式制冷、热电制冷、磁致冷、气体膨胀制冷、涡流管制冷等。
重点和难点：
各种制冷方式的原理，重点掌握蒸气压缩式制冷、吸收式制冷。
教学方法：
多媒体课件、FLASH动画和板书相结合，讲述为主。
内容提要：
1.1常见的制冷方式
包括：a.液体气化制冷；b.气体膨胀制冷；c.涡流管制冷；d.热电制冷等。 液体汽化制冷包括：蒸气压缩式；吸收式；蒸气喷射式；吸附式。
1.1.1蒸气压缩式制冷
系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成，用管道将其连接成一个封闭的系统。工质在蒸发器内与被冷却对象发生热量交换，吸收被冷却对象的热量，产生的低压蒸汽被压缩机吸入，经压缩后以高压排出。压缩过程需要消耗能量。压缩机排出的高温高压气态工质在冷凝器被常温冷却介质(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、低温湿蒸气，进入蒸发器，其中的低压液体在蒸发器中再次汽化制冷。如此周而复始。
1.1.2蒸气吸收式制冷
吸收式制冷系统由发生器、冷凝器、节流阀、蒸发器、吸收器、热交换器、溶液泵等组成。吸收器中充有氨水稀溶液，用它吸收氨蒸气。溶液吸收氨的过程是放热过程。因此，吸收器必须被冷却。吸收器中形成的氨水浓溶液用溶液泵提高压力送入发生器。在发生器中浓溶液被加热至沸腾。产生的蒸气先经过精馏，得到几乎是纯氨的蒸气，然后人冷凝器。在发生器中形成的稀溶液通过热交换器返回吸收器。
1.1.3蒸气喷射式制冷
蒸气喷射式制冷系统其组成部件包括：喷射器、冷凝器、蒸发器、节流阀、泵。喷射器又由喷嘴、吸人室、扩压器三个部分组成。
喷射器的吸人室与蒸发器相连；扩压器与冷凝器相连。锅炉产生的高温高压工作蒸气进入喷嘴，膨胀并以高速流动，于是在喷嘴出口处造成很低的压力，为蒸发器中水在低温下汽化创造了条件。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，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，另一路用泵提升压力后送回锅炉，重新加热产生工作蒸汽。
1.1.4吸附式制冷
吸附制冷系统是以热能为动力的能量转换系统。其原理是：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，释放出制冷剂气体，并使之凝为液体；吸附时，制冷剂液体蒸发，产生制冷作用。
按吸附机理说，有物理吸附与化学吸附之别。
1.1.5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。 用铜板和铜导线将N，P半导体连成一个回路，铜板和导线只起导电作用，回路由低压直流电源供电。回路中接通电流时，一个结点变冷，另一个结点变热。如果改变电流方向，则两结点的冷、热作用互易，即原来的冷结点变热，原来的热结点变冷。
由于每对热电偶只需零点几伏电源电压，所以产生的冷量也很小，所以需要将许多热电偶联成热电堆后才能使用。热电制冷不需要明显的工质来实现能量的转移。整个装置没有任何机械运动部件。但热电制冷的效率很低，半导体器件的价格又很高，而且必须使用直流电源，因此变压整流装置往往不可避免，增加了电堆以外的附加体积，故热电制冷不宜大规模使用。但由于它的灵活性强、使用方便可靠，非常适合于微型制冷领域或有特殊要求的用冷场合。
1.1.6磁制冷基本概念
低温磁制冷
高温磁制冷
1.1.7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。它由喷嘴、涡流室、孔板、管子和控制阀组成。涡流室将管子分为冷端、热端两部分。孔板在涡流室与冷端管子之间，热端管子出口处装控制阀。管外为大气。喷嘴沿涡流室切向布置。
经过压缩并冷却到常温的气体进入喷嘴，在喷嘴中膨胀并加速到音速，从切线方向射入涡流室，形成自由涡流。自由涡流的旋转角速度离中心越近就越大。由于角速度不同，在环形气流的层与层之间产生摩擦，中心层部分的气流角速度逐渐降低；外层气流的角速度逐渐升高，因此存在着由中心向外层的动量流。内层气体失去能量，从孔板流出时具有较低的温度；外层气体吸收能量，动能增加，又因为与管壁摩擦，将部分动能变成热能，使得从控制阀流出的气体具有较高的温度。1.1.8空气膨胀制冷
高压气体绝热膨胀时，对膨胀机作功，同时气体的温度降低。用这种方法可以实现制冷。其循环方式主要有：定压循环，有回热的定压循环和定容循环。
1.1.9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（该过程又称焦耳膨胀），利用此效应可以制冷。
包括：
G-M制冷机
脉管制冷机
斯特林制冷机
1.1.10电化学制冷
利用化学反应伴随的热效应可以用来制冷。一般在负极上发生氧化反应，放热；在正极上发生还原反应，吸热。
1.2制冷的基本热力学原理
按补偿能量的形式，制冷方法归为两大类：以机械能或电能为补偿的（蒸气压缩式、热电式制冷等）和以热能为补偿的（吸收、蒸气喷射、吸附式制冷机等）。
对于能量转换的经济性，引入热力系数ξ和制冷系数ε来衡量。
ε=Q0
ξ=Q0Qg
它们可以统称为制冷机的性能系数COP。
可逆制冷机的制冷系数为
εc=1 Tac−1
热能驱动的可逆制冷机的热力系数
ξc=1(1−Tag) Tac−1
从上式可以看出，可逆制冷机的性能系数（或热力系数）只与热源的温度Tg，Ta和Tc有关，而与工质的性质无关。
1.3热泵
热泵和制冷机的区别：
当使用目的是从低温热源吸收热量是，系统称为制冷机；当使用目的是向高温热源释放热量时，系统称为热泵。
2单级蒸气压缩式制冷循环
教学目的：
使学生掌握单级蒸气压缩制冷理论循环的组成，循环在p-h图上的表示，循环的热力过程分析；掌握蒸气过热、液体过冷、冷凝温度及蒸发温度变化时对系统循环的影响；了解分凝循环和混合制冷剂循环。
重点和难点：
单级蒸气压缩制冷循环在p-h图上的表示及循环特性、热力变化过程的分析。 教学方法：
多媒体课件和板书相结合，讲述为主。
内容提要：
2.1单级蒸气压缩式制冷的理论循环
2.1.1系统与循环
系统由压缩及、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成。
在整个驯化过程中，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气并
造成蒸发器中低压力、冷凝器中高压力的作用；节流阀对制冷
剂起节流调节作用并调节进入蒸发器的制冷剂流量；蒸发器是
输出冷量的设备，制冷剂在蒸发器中气化，吸收被冷却物体的
热量，达到制冷的目的；冷凝器是输出热量的设备，从蒸发器
中吸取的热量连同压缩机所消耗的功都转换成热量在冷凝
器中被冷却介质带走。
2.1.2压焓图和温熵图
它是为了了解各个过程之间的关系以及某一过程发生变
化时对其它过程的影响；用热力状态图来研究整个循环可使
问题简化，并可看到循环中各状态的变化以及这些变化对循
环的影响。
1)压焓图
以绝对压力为纵坐标，比焓值为横坐标。
共分为三个区域：过冷液体区、过热蒸汽区和两相区。
六条等参数线族：等压线、等焓线、等温线、等熵线、等
容线和等干度线。
2)温熵图
以比熵为横坐标，温度为纵坐标。
也分为三个区域：过冷液体区、过热蒸汽区和两相区。
六条等参数线族：等温线、等熵线、等压线、等容线、等
焓线和等干度线。
2.1.3制冷循环过程在压焓图上的表示
点1表示制冷剂进入压缩机的状态；点2表示制冷剂出压缩机时的状态；点3表示制冷剂出冷凝器时的状态；点4表示制冷剂出节流阀时的状态。
2.1.4单级蒸气压缩式制冷理论循环的热力计算
(1)节流阀
制冷剂液体通过节流孔口时绝热膨胀，对外不作功，因此
h4=h3
即节流前后焓值不变。
(2)压缩机
如果忽略压缩机与外界环境交换的热量，则
P0=qm(h2−h1)
(3)蒸发器
被冷却物体通过蒸发器向制冷剂传递的热量为：
Q0=qm(h1−h4)
(4)冷凝器
冷凝器向外界释放的热量为：
Qk=qm(h2−h3)
(5)制冷系数
在理论循环中，制冷系数可以表示为：
ε0=q0h1−h4= w0h2−h1
2.2单级蒸汽压缩式制冷的实际循环
2.2.1液体过冷对循环性能的影响
制冷剂液体的温度低于同一压力下饱和状态的温度称为过冷。两者温度之差称为过冷度。
具有液体过冷的循环表示在图2－6上，为了和理论循环进行比较，图中同时也画出了理论。1－2－3－4－1表示理论循环，1−2−3'−4'−1表示过冷循环。
可以看出，液体过冷后单位制冷量有所增加，增加量用4和4'两点的焓差（h4−h4'）表示。
由于单位制冷量的增加，对给定的制冷量Q0，过冷循环所需要的的制冷剂质量流量qm将小于理论循环的质量流量。
2.2.2蒸气过热对循环性能的影响
实际循环中，为了不将液滴带入压缩机，通常制冷剂液体在蒸发器中完全蒸发后仍然要继续吸收一部分热量，这样，在它到达压缩机之前已处于过热状态。
从图中可以看出：（1）过热循环中压缩机的排气温度比
理论循环的排气温度高；（2）过热循环的比功大于理论循环
比功；（3）由于过热循环在过热过程中吸收了一部分热量，
再加上比功又稍有增加，因此每公斤制冷剂在冷凝器中排出
的热量较理论循环大；（4）相同压力下，温度升高时，过热
蒸汽的比容要比饱和蒸汽的比容大，这意味着对每公斤制冷
剂而言，将需要更大的压缩机容积。换句话说，对于给定的
压缩机，过热循环中压缩机的制冷剂质量流量始终小于理论
循环的质量流量。
它又分为两种情况：（1）过热没有产生有用的制冷效
果；（2）过热本身产生有用的的制冷效果。其中第一种情况
对循环有害，对于第二种情况，就它对制冷系数而言，有部
分制冷机过热是有利的，一部分是不利的，但是它能改善压
缩机的吸气状态，因此虽然有时它降低制冷系数，我们仍然
采用。如右图所示。
2.2.3气－液热交换器对循环性能的影响
在系统中增加一个气－液热交换器（或者称为回热器），使节流前的液体和来自蒸发器的低温蒸气进行内部热交换，结果使制冷剂液体过冷，低温蒸气有效过热。这样不仅可以增加单位制冷量，而且可以减少蒸气与环境的空气之间的传热温差，减少甚至消除吸气管道中的有害过热。它对循环的影响同2.2.2中的第二种情况一样。
2.2.4热交换及压力损失对循环性能的影响
(1)吸入管道
吸入管道中的热交换和压力降对循环性能的影响最大，因为它直接影响压缩机的吸入状态，从而导致性能上的更大改变。
吸入管道中的压力降总是有害的，它使得吸气比容增大，压缩机的压比增大，单位容积制冷量减少，压缩机容积效率降低，比压缩功增大，制冷系数下降。
(2)排出管道
在压缩机的排出管道中，热量由高温制冷剂蒸气传给周围空气，不会引起性能的改变，仅仅是减少了冷凝器中的热负荷。
压缩机和冷凝器之间连接管道中的压力降是有害的，它增加了压缩机的排气压力，因而增加了压缩机的压力比和比功，使压缩机的容积效率降低，制冷系数下降。 a器到膨胀阀之间的流体管道
在这段管路中，如果热量由液体制冷剂传给周围空气，则液体制冷剂过冷，制冷量增大；如果热量由环境传给液体制冷剂，则可能导致部分液体气化，单位制冷量下降，且使得膨胀阀不能正常工作。
b膨胀阀到蒸发器之间的管道
如果该管路被安装在被冷却空间内，传给管道的的热量将产生有效制冷量，若安装在室外，热量的传递将使制冷量减少，此时需要保温。
(3)蒸发器
在讨论蒸发器中的压降对循环性能的影响时，必须注意到它的比较条件。假定不改
变制冷剂出蒸发器时的状态，为了克服蒸发器中的流动阻力，必须提高制冷剂进蒸发器时的压力，也就是必须提高制冷剂进蒸发器时的温度，从而提高蒸发过程中的平均蒸发温度，使蒸发器中的传热温差减小，要求增大传热面积。但由于节流前后制冷剂的焓值相等，又因为压缩机的吸入状态没有变化，故蒸发器中的压力降对循环的性能没有什么影响。假定不改变蒸发过程中的传热温差，那么出蒸发器时制冷剂的压力便稍有降低，吸气比容有所增大，压力比增高，制冷量减少，制冷系数下降。
(4)冷凝器
假定出冷凝器的压力不变，为克服冷凝器中制冷剂的流动阻力，必须提高进冷凝器时制冷剂的压力，这必然导致压缩机的排气压力升高，压力比增大，压缩机耗功增加，制冷系数下降。
(5)压缩机
实际循环中，在压缩的开始阶段，由于气缸壁温度高于吸入蒸气的温度，因而存在着由气缸壁向蒸气传递热量的过程，压缩到某一阶段后，由于气体被压缩后温度升高，当气体温度高于气缸壁面温度时，热量又由蒸气传向气缸壁面，因此整个压缩过程是一个压缩指数在不断变化的多方过程。另外，由于压缩机气缸中有余隙容积存在，气体经过吸、排气阀及通道处有热量交换及流动阻力，气体通过活塞与气缸壁间隙处会产生泄漏等，这些因素都会使压缩机的输气量减少，制冷量下降，消耗的功率增大。
2.2.5不凝性气体的存在对循环性能的影响
系统中的不凝性气体（如空气等）往往积存在冷凝器上部，因此它不能通过冷凝器（或贮液器）的液封。不凝性气体的存在将使冷凝器内的压力增加，从而导致压缩机排气压力提高，比功增加，制冷系数下降，压缩机容积效率降低。因此，应及时排出。
2.2.6单级压缩实际制冷循环
将实际循环偏离理论循环的各种因素综合在
一起考虑，可以用图2－13表示。图中4'−1表示
制冷剂在蒸发器中的蒸发和压降过程；1−1'表示
蒸气的回热循环（如果有的话）及吸气管道中的
加热和压降过程；1'−1''表示蒸气经过吸气阀时的
1''−2s表示压缩机内实际的多方加热和压降过程；
压缩过程；2s−2s'表示排气经过排气阀时的压降
过程；2s'−3表示蒸汽经排气管道进入冷凝器的冷
却、冷凝及降压过程；3−3'表示液体在回热器（如果有的话）及管道中的降温、降压过程；3'−4'表示节流过程。图中1－2－3－4－1表示单级压缩理论制冷循环过程。
2.3单级蒸汽压缩式制冷机的性能和工况
2.3.1单级蒸气压缩制冷机的性能
制冷压缩机的性能随蒸发温度和冷凝温度的变化而变化，其中蒸发温度的变化对性能具有更大的影响。
(1)蒸发温度对循环性能的影响
在分析蒸发温度对循环性能的影响时，假定冷凝温度保持不变。
① 单位容积制冷量将随着蒸发温度的降低而迅速下降；
② 比容积功可能增大，也可能减少，无法直接判断出制冷机功率的变化规律； ③ 制冷系数随蒸发温度的降低而减小。
(2)冷凝温度对循环性能的影响
在分析冷凝温度对循环性能的影响时，假定蒸发温度保持不变。
④ 单位容积制冷量随冷凝温度的升高而降低；
⑤ 比容积功随冷凝温度的升高而增加；
⑥ 制冷系数随蒸发温度的升高而降低。
2.3.2制冷机工况
中、小型制冷压缩机的名义工况、考核工况和实验工况可参照相应的国家标准。
2.4单级蒸气压缩混合工质制冷循环
2.4.1劳仑兹循环
使制冷工质在吸、排热过程中其温度也发生变化，且
变化趋势与冷、热源的变化趋势完全一致，这样制冷工质
与冷、热源之间进行热交换过程中的传热温差始终为无限
小，另外两个过程仍分别为可逆绝热压缩和可逆绝热膨胀
过程，如右图所示。
2.4.2单级蒸气压缩混合工质制冷循环
非共沸混合制冷剂在等压下冷凝或蒸发时温度均发生
蒸发时温度由T0逐渐变化，冷凝时温度由Tk逐渐降至Tk'，
升高至T0'，利用这一特性，采用非共沸混合工质就可以达
到减少传热温差的目的，如右图所示。极限情况下循环就
变为劳仑兹循环。
3制冷剂
教学目的：
使学生掌握常用制冷剂的类型；制冷剂的命名方法；了解常用制冷剂的性质；制冷剂的选用原则；了解制冷剂的替代；润滑油的种类和一般特性、功效；第二制冷剂的选用原则和种类。
重点和难点：
使学生掌握常用制冷剂的类型；制冷剂的命名方法；润滑油的功效。
教学方法：
多媒体课件和板书相结合，讲述为主。
内容提要：
3.1概述
制冷剂是制冷机中的工作流体，它在制冷机系统中循环流动，通过自身热力状态的循环变化不断与外界发生能量交换，达到制冷目的。习惯上又称制冷剂为制冷工作介质或简称工质。
3.1.1制冷剂的种类和符号表示
按化学成分，主要有三类：无机物、氟里昂和碳氢化合物。
为了书写和表达方便，采用国际统一规定的符号作为制冷剂物质的简化代号，它是由字母“R”和它后面的一组数字或字母组成。
(1)无机物
符号为R7（）（）。
(2)氟里昂和烷烃类
烷烃化合物的分子通式为CmH2m+2；氟里昂的分子通式为CmHnFxClyBrz（n+x+y+z=2m+2）。
(3)共沸混合物
符号为R5（）（）。
3.1.2选择制冷剂的考虑
选择制冷剂时对其性质要求方面的考虑如下：
（1）具有环境可接受性。制冷剂的臭氧破坏指数(ODP)和温室效应指数(GWP)为零或尽可能小。
（2）热力性质满足指定的使用要求。就是说制冷剂在指定的温度范围进行制冷循环时，循环特性较满意。它包括压力和压力比适中(高压不过高；低压无负压；压力比不过大)；单位容积制冷量和单位质量制冷量较大；排气温度不过高；等熵压缩的比功小；制冷系数较大。
（3）传热性和流动性好。可以使制冷机热交换设备的尺寸较小(减少重量和材耗)和保证制冷剂流动中的阻力损失小。
（4）化学稳定性和热稳定性好，使用可靠。
（5）无毒害，无刺激性气味，不燃、不爆或燃爆性很小，使用安全。
（6）价格便宜，来源广。
3.2.1环境影响指标
考察物质对臭氧层的危害程度用臭氧衰减指数ODP表示，物质造成温室效应危害的程度用温室指数GWP表示。参考标准是规定R11的ODP和GWP值规定为1。
3.2.2热力性质及其对循环的影响
制冷剂的热力性质是指其热力参数之间的相互关系，诸如饱和蒸气压力与温度的关系，热力状态参数p，Tv，h，s之间的关系，还有与比热c，绝热指数k，音速a等的关系。
3.2.3粘性、导热性和比热容
制冷剂的粘性、导热性和比热容对制冷机辅机（特别是热交换设备）的设计有重要影响。
粘性反映流体内部分子之间发生相对运动时的摩擦阻力。它的大小与流体的种类、温度、压力有关。
制冷剂的导热性用导热系数λ[W/(m⋅K)]表示。气体的导热系数一般很小，并随温度的升高而增大，在制冷技术常用的压力范围内，气体的导热系数实际上不随压力而变化。液体的导热系数主要受温度影响，受压力影响很小。
3.2.4制冷剂与润滑油的溶解性
制冷剂与油的溶解性分为有限溶解和完全溶解两种情况。溶解度与温度有关，有限溶解和完全溶解可以相互转化。
对常用的制冷剂如氨，氟里昂，混合物制冷剂与油的溶解性有所了解。
3.2.5其它物理、化学性质
(1)电绝缘性
由于在全封闭和半封闭式压缩机中，电动机的绕组与制冷剂和润滑油直接接触，因此要求制冷剂和润滑油有较好的电绝缘性。
(2)燃烧性和爆炸性
为了使用安全，制冷剂应不具有易燃、易爆性。若不得不使用有燃、爆性的制冷剂时，必须具备可靠的防火、防爆措施。
制冷剂的燃烧性用燃点表示。制冷剂的爆炸性用爆炸极限表示。
(3)毒性
(4)制冷剂的溶水性
对于难溶于水的制冷剂，若系统中的含水量超过制冷剂中水的溶解度，当制冷温度低于0℃时，易发生冰堵。
对于溶水性强的制冷剂，当它发生水解时，生成的物质对金属材料会有腐蚀危害。
(5)热稳定性和化学稳定型
① 热稳定性
② 制冷剂对金属的作用
③ 制冷剂对非金属的作用
混合制冷剂是由两种或两种以上纯制冷剂组成的混合物。它为调制制冷剂的性质和扩大制冷剂的选择方面提供了更大的自由度。
可以分为共沸混合制冷剂和非共沸混合制冷剂。
共沸混合制冷剂的好处是：它几乎具有纯制冷剂的所有特征，可以像纯制冷剂一样使用。共沸混合制冷剂的标准沸点比构成它的的组分物质的标准沸点都低，因而蒸发压力比其组分的蒸发压力高，可以扩大应用温度范围和提高单位容积制冷量。
非共沸混合制冷剂可以利用它定压下相变不等温的特性，与实际有限大热源的变温特点相适应，以减少冷凝器和蒸发器的传热不可逆损失，在热泵中取得了较好的节能效果。
使用混合制冷剂的缺点是：泄漏后较难补充制冷剂。
3.4各种实用的制冷剂
主要包括水、氨、碳氢化合物、氟里昂，掌握它们的基本性质，使用范围；同时要注意氟里昂制冷工质的替换问题。
3.5第二制冷剂
3.5.1载冷剂
（1） 对载冷剂性质的要求
① 无毒、无可燃性、无刺激性气味。
② 在使用温度范围内呈液态。
③ 比重小、粘度小、传热性好、比热容大。
（2） 常用的载冷剂
① 水
② 无机盐水溶液
③ 有机载冷剂
3.5.2蓄冷剂
形式：共晶冰
用途：主要用来蓄冷
4两级压缩和复叠式制冷循环
教学目的：
使学生掌握两级压缩一级节流中间完全冷却和不完全冷却制冷循环原理图，循环过程在p-h图上的表示；循环的热力学分析；中间压力的确定；复叠式制冷循环的原理图及其在p-h图上的表示。
重点和难点：
两级压缩一级节流中间完全冷却和不完全冷却制冷循环原理图，循环过程在p-h图上的表示；循环的热力学分析。
教学方法：
多媒体课件和板书相结合，讲述为主。
内容提要：
4.1概述
单级压缩的最低蒸发温度不仅受到容积系数为零的限制，随着压力比的增大，除了引起制冷量下降、功耗增加、制冷系数下降、经济性降低外，排气温度的限制也是选择压缩机级数的另一个重要原因。
对于离心式压缩机，要保证其一定效率，每一级压缩的焓增量都不能超过一定的范围。当压比很大以致焓增量超过此范围时，需要用两级或多级压缩。
对于回转式压缩机，容积效率并不随压力比的上升而明显下降，但排气温度将上升。采用多级压缩，多级节流后不仅能降低排汽温度，而且能使循环性能得到改善。
在一套制冷机组中同时采用两种或两种以上不同的制冷剂，使之满足在低温下蒸发时具有合适的蒸发压力，又满足在环境温度下冷凝时具有适中的冷凝压力，这就是通常所说的复叠式制冷循环机组。
4.2两级压缩制冷循环
4.2.1一级节流、中间完全冷却的两级压缩循环
在蒸发器E中产生的压力为p0的低压蒸气首先被低压压缩机A吸入并压缩到中间压力pm，进入中间冷却器F，在其中被液体制冷剂的蒸发冷却到与中间压力相对应的饱
和温度tm，再进入高压压缩机B进一步压缩到冷凝压力pk，然后进入冷凝器C被冷凝
成液体。由冷凝器出来的液体分为两路：一路流经中间冷却器内盘管，在管内被盘管外
再经节流阀H节流到蒸发压力p0，在蒸发器E中蒸发，的液体的蒸发而得到冷却(过冷)，
制取冷量；另一路经节流阀G节流到中间压力pm，进入中间冷却器，节流后的液体在
中间冷却器F内蒸发，冷却低压压缩机的排气和盘管内的高压液体，节流后产生的部分蒸气和液体蒸发产生的蒸气随同低压压缩机的排气一同进入高压压缩机B中，压缩到冷凝压力后排入冷凝器C。
4.2.2一级节流、中间不完全冷却的两级压缩循环
它的工作过程和一级节流、中间完全冷却循环的主要区别在于低压压缩机的排气不进入中间冷却器，而是与中间冷却器产生的饱和蒸气在管路中混合后进入高压压缩机。因此，高压压缩机吸入的是中间压力下的过热蒸汽。
4.3两级压缩制冷机的热力计算和温度变动时的特性
4.3.1两级压缩制冷机的热力计算
两级压缩制冷机进行循环的热力计算时，首先需要对制冷工质及循环型式加以选择，然后确定循环的工作参数，按上节所述方法进行具体计算。
4.3.2两级压缩制冷机中间压力的确定
确定中间压力时要区分两种情况：一种是已经选配好高、低压级压缩机，需要通过计算去确定中间压力；另一种是从循环的计算出发来确定中间压力数值。
4.3.3温度变动时制冷机特性
一部已经设计制造或选配组成的两级压缩制冷机组，它们的理论输气量之比ξ为定值。当制冷机的运行工况与设计工况相同时，制冷机即具有设计计算中所确定的中间压力pm，制冷量Q0、轴功率PeG、PeD、制冷系数ε0等，但当工况发生变动时，上述指标
也将都发生变化。
在蒸发温度要求调节的低温装置中以及制冷机的启动过程中，都会出现tk、ξ不变
而t0发生变化的情况。当t0升高时，压缩机的进气比容v1减小，单位制冷量q0增大，故机组的制冷量Q0增大；由于工作的温度区间减小，故制冷系数得到提高。相反地当t0下
降时，制冷量及制冷系数都下降。而功率的变化，由单级压缩制冷循环的分析可知，当pkpm≈3时，高压级的PeG将达最大值，而低压级的PeD将取决于蒸发温度改变时pm与p0的变化关系。因此在电机的选配上可按高、低压级分别考虑。高压压缩机应按最大功率工况选配。至于低压压缩机的电机选配问题，由于两级压缩机组通常都是先启动高压级，等到蒸发温度降到某一数值后再启动低压级，因此电机的功率可按它在开始投入运行时的工况来选配。对于单机双级型压缩机，高、低压级同时启动，如有能量卸载装置，则电机功率的选配可按运行工况计算。
4.4复叠式制冷机循环
4.4.1复叠式制冷机循环系统
复叠式制冷机通常由两个单独的制冷系统组成，分别称为高温级和低温级部分。高温部分使用中温制冷剂，低温部分使用低温制冷剂。高温部分的蒸发器是用来冷却低温部分的冷凝器。
4.4.2复叠式制冷循环的热力计算
采用前面的计算方法，对高温部分和低温部分分别进行计算，计算中令高温部分的制冷量等于低温部分的冷凝负荷加上冷损。
5吸收式制冷机的溶液热力学基础
教学目的：
使学生了解与溶液相关的概念；掌握溶解、结晶，吸收、解析，蒸馏、精馏过程。 重点和难点：
溶解、结晶，吸收、解析，蒸馏、精馏过程。
教学方法：
多媒体课件和板书相结合，讲述为主。
内容提要：
5.1溶液、溶液的成分
溶液：由两种或两种以上的物质所组成的均匀、稳定的体系。它可以分为：气体溶液（即气体混合物）、液态溶液和固态溶液（即固溶体）。
溶液的成分：表示各成分在溶液中所占的百分比。一般有两种表示方法：质量分数和摩尔分数。
5.2相、独立组分数、自由度和相律
相：体系内物理和化学性质完全均匀一致的部分。
独立组分：平衡体系中能独立存在的物质。组分的数目称为组分数。
自由度：体系的独立可变因素，如温度、压力、浓度等，在一定范围内，这些因素的数值可以任意改变而不会引起相数目的改变。
相律：体系处于平衡状态时，它的自由度、相数和组分数之间存在着一定的关系，这个关系就称为相律，又称为吉普斯方程。
5.3理想溶液两组分体系的相图
在这一部分主要要讲述溶液的相平衡、p-x图、T-x图和杠杆规则。
5.4溶解与结晶、吸收与解析、蒸馏与精馏
溶解：当把 溶质放入溶剂中，溶质表面上的分子（或离子）由于本身的振动和受到溶剂分子的吸引，脱离溶质表面并均匀的扩散到溶剂中而形成溶液，这个过程称为溶解。 结晶：一定温度下的饱和溶液，当温度降低时，溶解度减小，溶液中就有固体溶质的晶体析出，这种现象称为结晶。
吸收：气体溶解于液体的过程。
解析：将溶解于溶液中的气体自溶液中析出的过程。
6 氨吸收式制冷机
教学目的：
对蒸气压缩式和吸收式制冷机工作原理进行比较；使学生了解氨水溶液的性质；掌握循环过程；理解循环过程在h−ξ图上的表示。
重点和难点：
氨水吸收式制冷循环过程；循环过程在h−ξ图上的表示。
教学方法：
多媒体课件和板书相结合，讲述为主。
内容提要：
6.1概述
将蒸气压缩式与吸收式制冷机工作原理进行比较。
6.2氨水溶液的性质
① 氨在水中的溶解
② 对有色金属的腐蚀作用
③ 氨的物理化学性质
6.3单级氨水吸收式制冷机循环过程及其在h−ξ图上的表示
① 系统中的压力和温度
② 系统的循环过程
③ 循环在h−ξ图上的表示
6.4氨水吸收式制冷机与蒸汽压缩式制冷机性能的比较
由于吸收式制冷机系统的运行过程中存在着更多的热力不可逆过程，吸收式制冷机的热力系数仍然低于压缩式的当量热力系数。
氨水吸收式制冷机的特点：
（1） 有利于废热的利用；
（2） 能制取0℃以下的低温；
（3） 结构简单，便于加工制造；
（4） 振动、噪音小，可露天安装，降低了建筑费用；
（5） 负荷调节范围大，且调节时装置的经济性没有明显变化；
（6） 维修简单，操作方便，易于管理；
（7） 氨价格低廉，来源充足；
（8） 对臭氧层没有破坏；
（9） 对铜和铜合金（磷青铜除外）有腐蚀作用；
（10）钢材及冷却水消耗量大；
（11）热力系数较低；
（12）由于氨、水的沸点比较接近，为提高氨气的浓度，系统中必须增设精馏和分
凝设备。
7溴化锂吸收式制冷机
教学目的：
了解溴化锂水溶液的性质；掌握溴化锂吸收式制冷机的原理、循环图、循环过程在
h−ξ图上的表示；了解溴化锂吸收式制冷循环的热力计算过程；了解溴化锂吸收式制冷系统的保护措施和系统特点。 重点和难点：
溴化锂吸收式制冷机的原理、循环图、循环过程在h−ξ图上的表示。 教学方法：
多媒体课件、FLASH动画和板书相结合，讲述为主。 内容提要：
7.1溴化锂水溶液的性质
（1） 水； （2） 溴化锂 （3） 溴化锂溶液
上述三种物质的物理、化学性质。
7.2溴化锂吸收式制冷机的原理
（1）循环图
系统由发生器、冷凝器、蒸发器、节流阀、泵和溶液热交换器等组成。采取对稀溶液加热的方法，使之沸腾，从而获得蒸馏水供不断蒸发使用。稀溶液在加热以前用泵将压力升高，使沸腾所产生的蒸气能够在常温下冷凝。发生器和冷凝器与蒸发器和吸收器之间的压差通过安装在相应管道上的膨胀阀或其它节流机构来保持。通过一台热交换器，使浓溶液和稀溶液在各自进入吸收器和发生器之前彼此进行热量交换，使稀溶液温度升高，浓溶液温度下降。 （2）在h−ξ图上的表示
① 发生过程
点2表示吸收器的饱和稀溶液状态，其浓度为ξa，压力为pa，温度为t2，经过发生器泵，压力升高到pk，然后送往溶液热交换器，在等压条件下温度由t2升高至t7，浓度不变，再进入发生器，被发生器传热管内的工作蒸气加热，温度由t7升高到pk压力下的饱和温度t5，并开始在等压下沸腾，溶液中的水分不断蒸发，浓度逐渐增大，温度也逐渐升高，发生过程终了时溶液的浓度
达到ξr，温度达到t4，用点4表示。2－7表示稀溶液在溶液热交换器中的升温过程，7－5－4表示稀溶液在发生器中的加热和发生过程，所产生的水蒸气状态用开始发生时的状态(点5')和发生终了时的状态(点4')的平均状态点3'表示，由于产生的是纯水蒸气，故状态3'位于ξ=0的纵坐标轴上。 ② 冷凝过程
由发生器产生的水蒸气(点3')进入冷凝器后，在压力pk不变的情况下被冷凝器管内流动的冷却水冷却，首先变为饱和蒸气，继而被冷凝成饱和液体(点3)，3'−3表示冷剂蒸气在冷凝器中冷却及冷凝的过程。 ③ 节流过程
压力降为p0(p0=pa)后进压力为pk的饱和冷剂水(点3)经过节流装置(如U形管)，
入蒸发器。节流前后因冷剂水的焓值和浓度均不发生变化，故节流后的状态点（图中未
标出）与点3重合。但由于压力的降低，部分冷剂水气化成冷剂蒸气(点1')，尚未气化的大部分冷剂水温度降低到与蒸发压力p0相对应的饱和温度t1(点1)，并积存在蒸发器水盘中，因此节流前的点3表示冷凝压力pk下的饱和水状态，而节流后的点3表示压力为p0的饱和蒸气(点1')和饱和液体(点1)相混合的湿蒸气状态。
④ 蒸发过程
积存在蒸发器水盘中的冷剂水(点1)通过蒸发器泵均匀地喷淋在蒸发器管簇的外表
1−1'表面，吸收管内冷媒水的热量而蒸发，使冷剂水在等压、等温条件下由点1变为1'，
示冷剂水在蒸发器中的气化过程。 ⑤ 吸收过程
浓度为ξr、温度为t4、压力为pk的溶液，在自身的压力与压差作用下由发生器流至溶液热交换器，将部分热量传给稀溶液，温度降至t8(点8)，4－8表示浓溶液在溶液热交换器中的放热过程。状态点8的浓溶液进入吸收器，与吸收器中的部分稀溶液(点2)混合，形成浓度为ξ0、温度为t9'的中间溶液(点9')，然后由吸收器泵均匀喷淋在吸收器管簇的外表面。中间溶液进入吸收器后，由于压力的突然降低，故首先闪发出一部分水蒸气，浓度增大，用点9表示。由于吸收器管簇内流动的冷却水不断地带走吸收过程中放出的吸收热，因此中间溶液便具有不断地吸收来自蒸发器的水蒸气的能力，使溶液的浓度降至ξa，温度由t9降至t2(点2)。8−9'和2−9'表示混合过程，9－2表示吸收器中的吸收过程。
7.3溴化锂吸收式制冷机的热力及传热计算 7.3.1热力计算 （1） 已知参数
① 制冷量Q0
② 冷媒水出口温度tx' ③ 冷却水进口温度tw' ④ 加热热源温度
（2） 设计参数的选定
① 吸收器出口冷却水温度tw1和冷凝器出口冷却水温度tw2 ② 冷凝温度tk和冷凝压力pk ③ 蒸发温度t0及蒸发压力p0 ④ 吸收器内稀溶液的最低温度t2 ⑤ 吸收器压力pa ⑥ 稀溶液浓度ξa ⑦ 浓溶液浓度ξr
⑧ 发生器内溶液的最高温度t4 ⑨ 溶液热交换器出口温度t7和t8 ⑩ 吸收器喷淋溶液状态
（3） 设备热负荷计算
① 制冷机中冷剂水的流量qmw ② 发生器热负荷Qg ③ 冷凝器热负荷Qk ④ 吸收器热负荷Qa ⑤ 溶液热交换器热负荷Qex
（4） 装置的热平衡式、热力系数及热力完善度 （5） 加热蒸气的消耗量和各类泵的流量计算
① 加热蒸汽的消耗量qmv
② 吸收器泵的流量qva ③ 发生器泵的流量qvg ④ 冷媒水泵的流量qv0 ⑤ 冷却水泵的流量qvb ⑥ 蒸发器泵的流量qvd
7.3.2传热计算
（1） 传热计算公式
（2） 各种换热设备传热面积的计算 （3） 传热系数
7.4溴化锂吸收式制冷机的性能及其提高途径
（1） 加热蒸汽压力（温度）的变化对机组性能的影响
当其它参数不变时，加热蒸汽压力提高，制冷量增大，但不易过高，否则浓溶液有结晶危险，同时铬酸钾的缓蚀作用也将减弱。 （2） 冷媒水出口温度的变化对机组性能的影响
当其它参数不变时，冷媒水出口温度下降，制冷量随之降低。 （3） 冷却水进口温度的变化对机组性能的影响
当其它参数不变时，冷却水进口温度降低，制冷量增大。 （4） 冷却水量和冷媒水量的变化对机组性能的影响
当其它参数不变时，冷却水量增加，制冷量增加；冷媒水量的变化不影响制冷量。 （5）冷媒水与冷却水水质的变化对机组性能的影响
当水质下降时，制冷量也将随着下降。 （5） 稀溶液循环量的变化对机组性能的影响
当溶液的循环倍率a保持不变时，由于单位制冷量变化不大，因此机组的制冷量几乎与溶液的循环量成正比。
（6） 不凝性气体对机组性能的影响
不凝性气体的存在，将显著的降低机组的性能。 （7） 提高机组性能的措施
① 及时抽除不凝性气体 ② 调节溶液的循环量 ③ 强化传热和传质过程 ④ 采取适当的防腐措施
7.5溴化锂吸收式制冷机制冷量的调节及其安全保护措施 7.5.1冷量的调节
① 加热蒸气量调节法 ② 加热蒸汽压力调节法
③ 加热蒸汽凝结水量调节法 ④ 冷却水量调节法 ⑤ 溶液循环量调节法
⑥ 溶液循环量与蒸气量组合调节法
⑦ 溶液循环量与加热蒸气凝结水量组合调节法
7.5.2安全保护措施
（1） 防止溴化锂溶液结晶的措施
① 设置自动溶晶管
② 在发生器出口浓溶液管道上设温度继电器，用它控制加热蒸汽阀门的开启度，预防溶液因温度过高，从而防止浓溶液在热交换器出口处结晶。
③ 在蒸发器液囊中装设液位控制器，使冷剂水旁通到吸收器中，从而防止溶液因浓度过高而结晶。
④ 装设溶液泵和蒸发器泵延时继电器，使机组在关闭加热蒸汽阀门后，两泵能继续运转10分钟左右，使吸收器中的稀溶液和发生器中的浓溶液充分混合，也可使蒸发器中的冷剂水能被喷淋溶液充分吸收，溶液得到稀释，就能防止停车后溶液因温度降低而结晶。
⑤ 加设手动阀门控制的冷剂水旁通管。 （2） 预防蒸发器中冷媒水或冷剂水冻结的措施
可在冷剂水管道上装设温度继电器，在冷媒水管道上装设压力继电器或压差继电器。 （3） 屏蔽泵的保护
① 在蒸发器和吸收器液囊中装设液位控制器，保证屏蔽泵有足够的吸入高度，以有效地防止气蚀现象的产生并使轴承润滑液有足够的压力。
② 在屏蔽泵电路中装设过负荷继电器，对电机和叶轮等起保护作用。
③ 在屏蔽泵出口管道上装设温度继电器，以防止润滑液温度过高使轴承受到损坏。 （4） 预防冷剂水污染的措施
在冷却水进口处装设水量调节阀，通过减少冷却水量的办法提高冷却水进冷凝器的温度及冷凝压力，从而预防冷剂水的污染。
7.6溴化锂吸收式制冷机的特点
溴化锂吸收式制冷机也是以热能作补偿实现制冷的装置，因而很多特点与氨—水吸收式制冷机相似。
(1)以水作制冷剂，溴化锂溶液作吸收剂，因此它无臭、无味、无毒，对人体无危害。
(2)对热源的要求不高。一般的低压蒸气(0.12MPa以上)或75℃以上的热水均能满足要求，特别适用于有废气、废热水可利用的化工、冶金和轻工业企业，有利于热源的综合利用。随着地热和太阳能的开发利用，它将具有更加广泛的前途。
(3)整台装置基本上是热交换器的组合体，因除泵以外没有其它运动部件，所以振动、噪声都很小，运转平稳，对基建的要求不高，可在露天甚至楼顶安装，尤其适用于舰艇、医院、宾馆等场合。 (4)结构简单，制造方便。
(5)装置处于真空下运行，无爆炸危险。
(6)操作简单，维护保养方便，易于实行自动化运行。
(7)能在10％－100％的范围内进行制冷量的自动无级调节力系数并不明显下降。而且在部分负荷时机组的热力系数并不明显下降。
(8)溴化锂溶液对金属，尤其对黑色金属有强烈的腐蚀性，特别在有空气存在的情况下更为严重，因而机组应很好地密封。
(9)由于系统以热能作为补偿，加上溴化锂溶液的吸收过程是放热过程，故对外界的排热量大(通常比活塞式制冷机大一倍)，冷却水消耗量大。但它允许有较高的冷却水温度升高。冷却水可采用串联流动方式，以减少冷却水的消耗量。
(10) 因用水作制冷剂，故一般只能制取5℃以上的冷水，多用于空气调节及一些生产工艺用冷冻水。 (11) 热力系数较低。
(12) 溴化锂价格较贵，机组充灌量大，初投资较高。
8热电制冷
教学目的：
了解热电制冷的应用场合；掌握热电制冷的原理。 重点和难点：
热电制冷的原理。 教学方法：
多媒体课件和板书相结合，讲述为主。 内容提要：
8.1热电制冷原理及分析
8.1.1热电制冷的应用场合
8.1.2热电效应
（1） 西伯克（Secbeck）效应
由两种不同导体组成的开路中，如果导体的两个结点存在温度差，则开路中将产生电动势E。
（2） 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。 （3） 汤姆逊（Thomson）效应
电流通过具有温度梯度的均匀导体时，导体将吸收或放出热量。
9制冷机的热交换设备
教学目的：
回顾热交换设备的传热相关知识；掌握冷凝器、蒸发器的结构和工作原理；强化传热的措施。 重点和难点：
冷凝器、蒸发器的结构和工作原理；强化传热的措施。 教学方法：
多媒体课件和板书相结合，讲述为主。 内容提要：
9.1热交换设备中的传热问题
9.1.1平壁传热
Q=KF∆t
11δ1=++ Kα1λα2
9.1.2圆管传热 Ko=
1
1dododo1
+ln+αidi2λdiαo
当
do
1
1ooo1
++αidiλdmαo
Ko=
热交换器使用一段时间以后，会产生污垢，此时传热系数变为：
Ko=
1
dododo11
++γo)+γi)+
αidiλdmαo
注意：
只有已知换热系数（α）后，才能求得传热系数Ko、壁面温度tw以及热流密度q，但是换热系数是壁面温度tw和热流密度q的函数，因此tw和q不能直接求取。有两种方法：迭代法；图解法。现在一般采用前者。应用迭代法时，将壁面外表面温度two作为参变数，
q=
∆tiQ
=αo∆to；q=
dododo1Fo
+γo(+γi)+
αidiλdm
用图解法时，q为纵坐标轴，t为横坐标轴，如下图所示：
9.1.3肋壁传热
Q=αofFr(two−to)+αofFfηf(two−to)=αofFofηo(two−to)
ηf为肋效率，ηo为肋面总效率。ηo=
Q=
Fr+ηfFf
Fof
11++
αiFiλFiαofηoFof
ti−to
以肋侧总表面积为基准，传热计算公式为： Q=KofFof∆t
Kof=
1Fof1
++
αiFiλFiαofηo
1δFof
引入污垢系数后：
Kof=
1
FofδFof111++(+
γof)(+γi)
FiλFiαiαofηo
9.2蒸发器
9.2.1干式蒸发器
（1）冷却液体型干式蒸发器 （2）冷却空气型干式蒸发器 9.2.2再循环式蒸发器
9.2.3满液式蒸发器 冷却液体型干式蒸发器：
干式蒸发器的优点：
・能保证将润滑油带回压缩机
・制冷剂的充注量少，只有满液式的1／3 ・可用热力膨胀阀供液，比使用浮球阀简单 干式蒸发器的注意事项：
・在多流程的干式蒸发器中，气液两相的制冷剂在端盖内转向时，会出现气液分层现象，从而影响制冷剂在下一流程各管中的均匀分配。 ・水侧的泄漏问题
冷却空气型干式蒸发器：
满液式蒸发器：
9.3 冷凝器
9.3.1空气冷却式冷凝器
1）自然对流空气冷却式冷凝器
强制通风空气冷却式冷凝器
9.3.2壳管式冷凝器
9.3.3套管式冷凝器
9.3.4壳－盘管式冷凝器
9.3.5螺旋板式冷凝器
9.3.6蒸发式和淋激式冷凝器
壳管式冷凝器的发展趋势：
①长径比的变化 卧式冷凝器的外形变为细长型，长径比一般在6～9
②采用新型的冷凝管以强化传热
空冷式冷凝器的发展趋势：
①强化制冷剂蒸气在管内冷凝换热的方法
a.提高蒸气平均流速
b.气流扰动
②强化外部换热
10制冷机的辅助设备
教学目的：
使学生掌握基本的膨胀阀的结构和工作原理；了解电磁阀、截止阀的工作原理和作用；其他的制冷系统的配件的作用和安装位置。
重点和难点：
掌握基本的膨胀阀的结构和工作原理；其他的制冷系统的配件的作用和安装位置。 教学方法：
多媒体课件和板书相结合，讲述为主。
内容提要：、
10.1膨胀机构
位置：冷凝器之后，蒸发器之前。
作用：①节流；②调节流量。
种类和应用范围：
①手动膨胀阀，用于工业用制冷装置；
②热力膨胀阀，用于工业、商业和空气调节装置；
③电子膨胀阀，用于工业、商业和空气调节装置；
④毛细管，用于家用制冷装置；
⑤浮球调节阀，用于工业、商业和生活用制冷装置；
⑥U型管，用于溴化锂－水吸收式制冷装置。
（1）手动膨胀阀
主要用于干式或湿式蒸发器。优点是结构简单，缺点
是，人工调节，控制较复杂。
（2）热力膨胀阀
该型式的膨胀阀在氟里昂系统中得到了普遍使用。优点：在蒸发器负荷变化时，可以自动调节制冷剂的流量，以控制蒸发器出口处制冷剂的过热度。分类：内平衡式和外平衡式。
热力膨胀阀的特性取决于蒸发压力、弹簧压力和感温元件的性能。其充注方式有：液体充注式、交叉充注式、气体充注式和吸附充注式等。
感温包的安装：
处于不受积液和油的作用的位置。
热力膨胀阀以蒸发器出口处的温度为控制信号。通过感温包将此信号转换为蒸气压力，进而控制膨胀阀针的开度，达到调节的目的。
缺点：
①讯号的反馈有较大的滞后
②控制精度较低
③调节范围有限
（3）电子膨胀阀
电子膨胀阀利用被调节参数产生的电讯号，控制施加于膨胀阀上的电压或电流，进而控制阀针的运动，达到调节目的。
分类：
①电磁式电子膨胀阀
②电动式电子膨胀阀
1）直动型
2）减速型
电磁式电子膨胀阀结构及其控制特性：
直动型电动式电子膨胀阀结构及其调节特性：
减速型电动式电子膨胀阀结构及其调节特性：
（4）毛细管常用于家用制冷装置；优点：便宜、有效、无磨损；缺点：直径小，易堵塞，需良好的过滤器。
毛细管的供液取决于5个因素:管长；管内径；热交换作用；毛细管的等圆程度；安装位置。
10.2截止阀
起接通和切断制冷剂通道的作用。分为直通式和直角式两种。
10.3电磁阀
电磁阀是一种自动开启的阀门，用于自动接通和切断制冷系统的管路，广泛应用于氟里昂机组。
安装位置：膨胀阀和冷凝器之间，靠近冷凝器。
分类：直接作用式和间接作用式。
10.4蒸气压缩式制冷机的辅助设备
（1）润滑油分离器
用于分离压缩机排出气体中夹带的润滑油。它的型式随制冷机制冷量的大小和使用的制冷剂而定。
常见的型式有：洗涤式，离心式，填料式，过滤式等。
（2）气液分离器
有两种a.分配液氨，同时用于分离蒸发器来的低压蒸气的液滴；b.只用于分离蒸发器所排出蒸气中的液滴。
（3）空气分离器系统中混有的空气或其它不凝性气体的来源：
①第一次充灌制冷剂前有残留空气；
②补充润滑油、制冷剂或检修时混入系统的空气；
③蒸发压力低于大气压时发生的空气泄漏；
④制冷剂及润滑油分解时产生的不凝性气体。
11小型制冷装置
教学目的：
了解常见小型制冷装置的分类；掌握其基本结构和工作原理。 重点和难点：
常见小型制冷装置的基本结构和工作原理。
教学方法：
多媒体课件和板书相结合，讲述为主。
内容提要：
11.1家用电冰箱
（1）分类
①制冷方式
②用途
③箱门形式
④容积大小
⑤使用环境
⑥冷冻室温度
（2）箱体结构
（3）蒸发器、冷凝器
（4）系统循环图
（5）温度控制与除霜
11.2小型冷库
11.3空调机（器）及去湿机
☆
小型空调器（机）
①窗式空调器
②柜式空调器
③分体式空调器
④小型家用中央空调器
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《制冷原理与装置》教案
☆ 风机盘管机组及去湿器11.4陈列柜
・岛式陈列柜
・壁式陈列柜
・带冷凝机组的陈列柜
北京石油化工学院 41
机械系热能教研室