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1、第五章 电冰箱,1.压强与真空,制冷系统中所说的“压力”是指压强,绝对压力=相对压力+大气压力,工程中取 P绝=P表+1,真空度是指压强远小于1.01105Pa的气态空间。电冰箱的制冷系统的真空度要求在1.064Pa以下。,第一节 制冷技术中的几个基本概念,2.临界温度与临界压力,各种气体在一定的温度和压力下可以液化，但温度升高超过某一值时，即使再增大压力也不能使气体液化临界温度,在这一温度下使气体液化的最低压力叫做临界压力,几种制冷剂的临界温度和临界压力,3.饱和温度与饱和压力,密闭容器中的液体和气体处于动态平衡时，蒸汽的密度不再改变，温度和压力也稳定不变，这种状态下的蒸汽叫做饱和蒸汽，液体
2、称为饱和液体。他们具有的温度称为饱和温度，饱和蒸汽的压力称为饱和压力。,4.干度和湿度,干度x= 干饱和蒸汽量(kg)/湿饱和蒸汽量(kg),湿度为1-x 即1-x =饱和液体量(kg)/湿饱和蒸汽量(kg),5.蒸发温度与冷凝温度,电冰箱的蒸发和冷凝都是在饱和温度下进行的。制冷技术中的蒸发温度就是制冷剂在蒸发器中达到饱和压力下的沸点温度，即饱和温度。这时的饱和压力称蒸发压力。 电冰箱冷凝器中具有一定的高压。在这个高压下，制冷剂达到饱和温度时就会冷凝放热，这时的饱和温度称为冷凝温度，这时的饱和压力为冷凝压力。,在一定的压力下，制冷剂液体被冷却，温度下降而压力不变，导致制冷液的温度低于该饱和压力
3、下的饱和温度，这个现象叫过冷。,6.过冷与过热,当压力一定制冷剂蒸汽的温度高于该压力下的饱和温度的现象称为过热。,7.焓与熵,制冷剂在某种状态下所具有的内能和压力能的和叫焓。焓与制冷剂重量的比值叫比焓，用i表示i=+APv 为制冷剂的内能（热能）；P为制冷剂的压力；v为制冷剂的比容；A为功的热当量；APv为每Kg制冷剂所具有的热能,熵是表征制冷剂状态变化时热量传递程度的物理量。外界输给制冷剂的热量与加热时该物质绝对温度之比叫熵ds=dq/T,8.IgP-i图,等压线,等温线,等熵线,等容线,等焓线,等干线,以绝对压力和焓为坐标轴，用来表示制冷剂状态参数变化及其相互关系的图形。,i,lgP,K,
4、过热区,饱和区,过冷区,在制冷系统中，制冷剂的状态参数，常用压力与焓所组成的压焓图来表示。压焓图是制冷工程中进行热力计算的最简便的工具，对分析制冷过程中制冷剂的状态变化、运行情况、故障原因，以及理解制冷机理有很大用处。 以制冷剂的焓(H)值为横坐标，绝对压力(P)为纵坐标，绘出的表示制冷剂状态的曲线图就叫压焓图。图上用不同的线簇将工质在不同状态下的温度、比体积、熵及蒸气的干度同时表示出来。每一种制冷剂都有一张标准的压焓图，在图上可以查到该制冷剂在各种状态下的参数。,8.IgP-i图（压焓图）,压焓图由“8线1点”组成:,1)等压线p 以垂直于纵坐标的水平线表示。每一个压力值有一条等压线。等压线
5、所标志的压力为绝对压力。等压线上的任意一点压力相等，是一条水平直线。,2)等焓线h 以垂直于横坐标的垂线表示。等焓线上的各点焓值相等，是一条垂直线。,3)饱和液体线(x=0) 在压焓图中，将表示各种温度下的饱和液体的点标出，再将这些点连成一条曲线，这条曲线就称为饱和液体线。饱和液体线表示制冷剂是将要沸腾的液体。饱和液体线上各点的干度x=0。,4)饱和蒸汽线(x=1) 饱和蒸汽线是表示干蒸汽的线。将表示各种温度下的饱和蒸汽的点标出，连接成一条曲线，即为饱和蒸汽线。饱和蒸汽线上各点的干度x=1。,5)临界点k 饱和液体线与饱和蒸汽线的交点k称为临界点，即液、气、过热蒸汽三个状态区的交点。这二线一点
6、将压焓图分为三个区域：饱和液体线左方为过冷液区；饱和液体线与饱和蒸汽线之间的区域为气体与液体共存区(湿蒸汽区)，也称饱和区；饱和蒸汽线右方为过热蒸汽区。图中的k点对应着制冷剂的五种状态过冷状态(在过冷液体区内)、饱和液态(在饱和液线上)、湿蒸汽状态(在湿蒸汽区内，自左向右干度逐渐增大)、干饱和蒸汽状态(在干蒸汽线上)和过热蒸汽状态(在过热蒸汽区内)。,6)等干度线x 在饱和区内将干度相等的各点连接成一条曲线，即构成等干度线，用x表示。等干度线是一组曲线，每一个工值都可画一条曲线，但此线只存在于饱和区(湿蒸汽区)内。其中两条特殊的等干度线已绘出，即X=0和 X=1。,7)等温线t 将温度相同，但
7、压力和比体积各不相同的各状态点用线连接成一条折线，就构成等温线。等温线的温度用t表示。等温线在过冷液体区内为垂直线，与等焓线平行。因为制冷剂处于液态时，即使压力不同，只要温度相同，它的焓值就几乎不变。在饱和区内的等温线为水平线，与等压线一致。在过热区内的等温线为向右弯曲的倾斜线。,8)等比体积线v 将温度和压力都不同，但比体积相同的各状态点用虚线连成一条曲线，就构成等比体积线。等比体积线用v表示，如图所示，它是一组向右上方弯曲的曲线。,9)等熵线S 将相等熵值的各点连接成一条曲线，即构成等熵线，用S表示。,R12的IgP-i图,-60,-50,几种常用单位换算,第二节 压缩制冷原理,从低于环境
8、温度的物体中吸取热量，并将其转移给环境介质的过程，称为制冷。 实质：热量的转移的过程。,一、制冷,热力学第一定律的表述,能量守恒和转换定律,热力学第二定律的表述,克劳修斯(Clausius)表述:热量不能自动地从低温物体传向高温物体。,水 往 低 处 流,二、制冷方式,液体气化制冷：液体气化形成蒸汽，利用该过程的吸热效应进行制冷的方法。 如：蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷等。,热电制冷：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。,气体膨胀制冷：将高压气体做绝热膨胀，使其压力、温度下降
9、，利用降温后的气体来吸取被冷却物体的热量从而制冷。,吸附式制冷：,三、压缩制冷技术,二氧化硫,属中等毒类，对眼和呼吸道有强烈刺激作用。,无色有强烈辛辣刺激味的不燃性气体。分子量64.07，密度2.3g/L,溶点-72.7，沸点-10。在室温及392.266490.3325kPa(45kg/cm2)压强下为无色液体。,二氧化硫,模拟实验,（一）制冷剂,在制冷装置内完成热力循环的工质。是制冷机中的工作流体，它在制冷系统中循环流动， 通过自身热力状态的循环变化不断与外界发生能量交换，达到制冷的目的。,1. 热力学方面的要求, 在大气压力下，制冷剂的蒸发温度(沸点温度)ts要低。 一般，压缩式制冷系统
10、的制冷剂在标准大气压时沸点不应高于-10摄氏度，蒸发器中的制冷剂的压力最好与大气压相近或比大气压略高一些，可以防止制冷系统外部的空气或水分渗入系统内。, 要求制冷剂在常温下的冷凝压力Pc应尽量低些，以免处于高压下工作的压缩机、冷凝器及排气管道等设备的强度要求过高。并且，冷凝压力过高也有导致制冷剂向外渗漏的可能和引起消耗功的增大。一般不超过1215个大气压。 制冷剂在冷凝器中的液化温度不宜过低，以便通过室内的空气就可使其液化。, 制冷剂的临界温度要高些、凝固温度要低些。,临界温度的高低确定了制冷剂在常温或普通低温范围内能否液化。 凝固温度是制冷剂使用范围的下限，凝固温度越低制冷剂的适用范围愈大
11、。,另外。汽化热要大，比容要小，以提高制冷效率。,汽化热大的制冷剂可以减少循环量，提高制冷效果，从而可以缩小系统的尺寸，减少成本。 比容指单位质量的制冷剂所占的体积，单位 立方米/kg。可减少压缩机的吸气量，以便减少压缩机的体积。,2.物理化学性质方面,制冷剂的粘度应尽可能小，以减少管道流动阻力、可以降低压缩机的耗功率和缩小管道直径 ；导热系数应当高，以提高换热设备的效率，减少传热面积； 应具有一定的吸水性，这样就不致在制冷系统中形成“冰塞”，影响正常运行。,“冰塞” R12与水的溶解度非常小，在0摄氏度时为0.0026%，在30度时为0.012%。当溶有水的制冷剂流经毛细管的末端时，由于制冷
12、剂在此处有部分蒸发，温度剧降，水的溶解度也会迅速降低，制冷剂中的部分水就被析出而冻结，造成堵塞，使系统无法工作。因此，注入制冷系统的制冷剂R12含水量不得超过25ppm，即0.0025%，在注入R12前，对整个系统进行严格的干燥处理。,电绝缘性能好。制冷剂在全封闭式压缩机内与电动机绕组相接触，因此要求制冷剂有良好的电绝缘性能。,应具有化学稳定性：不燃烧、不爆炸，使用中不分解，不变质。同时制冷剂本身或与油、水等相混时，对金属不应有显著的腐蚀作用，对密封材料的溶胀作用应小。,对人身健康无损害、无毒性、无刺激作用。制冷剂的毒性按照对人体的危害程度，可以分为6级。1级危害最大，6级最小；每一级又分a、
13、b两档，a档比b档危害大。如：R12是6；R22是5a。,经济方面的要求 制冷剂应价格低，质量好，容量买到。,水H2O（R718） 优点：环保、安全易得、无毒无味； 缺点：比容大、单位体积制冷量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。,当前能用作制冷剂的物质有80多种，最常用的是氨、氟利（里）昂类、水和少数碳氢化合物等。,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、单位质量制冷量q0、单位体积制冷量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（
14、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。,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：适用范围广。,氟里昂的应用比氨晚60余年，但它一问世就以其无毒无臭、不燃不爆、稳定性好、对设备有良好的润滑作用而成为制冷工业的明星，CFC-12更是广泛用于冰箱生产中，其他如CFC-11、HCFC-22
15、、HCFC-113、HCFC-114也都有广泛应用。氟里昂，这是饱和碳氢化合物卤族衍生物的总称，其中氟代烷烃写作FC，含氯氟代烷烃写作CFC，含氢写作HFC，两者都有的写作 HCFC。,但氟里昂是一种“温室效应气体”，更危险的是它会破坏大气层中的臭氧。80年代，美国两位学者率先指出，CFCs（氟氯烃）在紫外线的作用下放出氯原子，氯原子与臭氧发生自由基链反应，一个氯原子就可以消耗上万个臭氧分子。特别需要指出的是，CFCs的化学性质非常稳定，排放的CFCs可以稳定地到达平流层并在其中停留40-150年，对臭氧层造成长久的破坏。科学家甚至在地球两极的上空发现臭氧空洞。,什么是臭氧层？,臭氧是氧的一种
16、存在形式。平流层中含有地球上90%的臭氧。尽管在整个平流层中均可发现臭氧，但在距地面大约25公里的一个区域内臭氧浓度最高，这一区域被称为“臭氧层”。,臭氧层的作用,尽管臭氧层在地球表面并不太厚，臭氧在大气层中只占百万分之几，但能够阻止太阳光中大量的紫外线，有效地保护了地球生物的生存。臭氧层中臭氧含量的减少等于在屋顶上开了天窗，导致太阳对地球紫外线辐射增强。大量紫外光照射进来，严重损害动植物的基本结构，降低生物产量，使气候和生态环境发生变异，特别对人类健康造成重大损害。,传说远古时天破了一个大洞，洪水泛滥，灾祸横行，是女娲炼得五色石把天补上，才使世界恢复安宁与太平。今天，我们的天空真的出现了一个大洞。怎样才能把它补上？,
