制冷的基本原理

制冷的基本原理

1、定义

制冷：从低于环境的物体中吸取热量，并将其转移给环境介质的过程。
制冷机：完成制冷循环所必需的机器和设备的总称。
制冷装置：将制冷机同使用冷量的设施结合在一起的装置。如冰箱，空调机等。
制冷剂：除半导体制冷以外，制冷机都是依靠内部循环流动的工作介质来实现制冷过程，完成这种功能的工作介质，称为制冷剂，也称制冷工质。

2、制冷的基本原理

由于热量只能自动地从高温物体传给低温物体，因此实现制冷必须包括消耗能量的补偿过程。
制冷机的基本原理：利用某种工质的状态变化，从较低温度的热源吸取一定的热量Q0，通过一个消耗功W的补偿过程，向较高温度的热源放出热量Qk,。在这一过程中，由能量守恒得 Qk= Q0 + W。

3、制冷的基本方法       

为了实现能量转移，首先必须有使制冷剂能达到比低温环境介质更低的温度的过程，并连续不断地从被冷却物体吸取热量，在制冷技术的范围内，实现这一过程有下述几种基本方法：

相变制冷：利用液体在低温下的蒸发过程或固体在低温下的熔化或升华过程向被冷却物体吸取热量。普通空调器都是这种制冷方法。
气体膨胀制冷：高压气体经绝热膨胀后可达到较低的温度，令低压气体复热即可制冷。
气体涡流制冷：高压气体经过涡流管膨胀后即可分离为热、冷两股气流，利用冷气流的复热过程即可制冷。
热电制冷：令直流电通过半导体热电堆，即可在一端产生冷效应，在另一端产生热效应。

4、单级压缩蒸气制冷循环

            蒸气压缩式制冷机是目前应用最广泛的一种制冷机，有单级、多级和复叠式之分。

            单级压缩蒸气制冷机是指将制冷剂经过一级压缩从蒸发压力压缩到冷凝压力的制冷机。单级制冷机一般可用来制取-40℃以上的低温。
            
           普通的空调器都是利用单级压缩蒸气制冷机的原理制造的。
           单级压缩蒸气制冷机的由以下几个基本组成部份：
压缩机
冷凝器
节流机构（毛细管）
蒸发器
制冷剂

单级压缩蒸气制冷机的流程图与lgP-h图

压缩机：它的作用是将蒸发器中的低温低压制冷剂蒸气吸入，并压缩到高温高压的过热蒸气，然后排到冷凝器。
常用的压缩机有活塞式、转子式、涡旋式、螺杆式和离心式等等。
压缩机有定速压缩机和变频压缩机。

冷凝器：它的作用是将来自压缩机的高温高压制冷剂蒸气冷凝成过冷的液体，在冷凝过程中，制冷剂蒸气放出热量，故要用水或空气来冷却。

不同制冷剂有不同的冷凝压力。普通家用空调器冷凝器里面的制冷剂（R22）压力：标准制冷工况下一般在18 — 19 bar左右，过负荷工况下一般在22—24bar左右。

节流机构：普通空调常用的是毛细管，高档的空调器用电子膨胀阀。制冷剂经过节流机构时，压力由冷凝压力降到蒸发压力，一部份制冷剂会在节流的过程中闪发成为气体。

节流过程中制冷剂的焓值不变。

普通的家用空调器节流结束时大约有20%的制冷剂会闪发成气体。制冷剂没有蒸发就闪发成气体降低了空调器的性能。

蒸发器：它的作用是使经节流机构后的制冷剂液体蒸发成蒸气，以吸收被冷却物体的热量。蒸发器是对外输出冷量的设备。

普通家用空调器蒸发器里的制冷剂（R22）的蒸发压力在5.5-6.5bar左右。