1、吸收吸附式制冷及应用技术,课程号：0183306010 课序号: 100 主讲： 赖艳华 Prof./PhD山东大学 能源与动力工程学院上课时间：2014年秋季 周三 3,4节(1-16周)上课地址：千佛山1号楼412d联系方式： 13306406388,课 程主要内容,第一章 绪论,制冷的定义及研究内容制冷应用及主要环境问题主要制冷方式特点及环境制冷技术的发展制冷专业大学网址介绍多媒体网上课件自主学习,教学要求,了解制冷系统发展的历史；理解各种制冷方式的概念；熟悉制冷剂存在的问题与今后发展趋势；了解制冷行业的发展现状；,一、制冷的定义,在当代社会，制冷理论和制冷技术已经广泛地应用到工农业生产
2、、科学研究、运输、日常生活等各个领域当中，在提高人类的生活水平和质量方面发挥了巨大作用。 商场、各类建筑、冰箱，冰库，空调。,所谓制冷（ Refrigeration），是指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，并保持所需要的低温。从热力学中我们可以得知，热量不能自发的由低温物体传至高温物体。因此，实现制冷必须以消耗能量作为补偿。,一定空间 ,温度 T0,环境 ，Ta,?,要求：T0Ta,实现制冷的途径有两种,天然冷却 和人工制冷天然冷却利用天然冰或深井水冷却物体，但其制冷量（即从被冷却物体取走的热量）和可能达到的制冷温度往往不能满足生产需要。人工制冷是利用制冷设备
3、加入能量，驱使热量从低温物体向高温物体转移。,如何长期可靠地提供 一定的 +低于环境的 温度？ -引发了人们的思考、创造、实践和制冷学科的发展,从利用天然冰等自然冷源过渡到人工制冷，是制冷技术发展的初始级段。1834年(68)发明家英国人波尔金斯造出了第一台以乙醚为工质的蒸汽压缩式制冷机，并正式申请了英国第6662号专利。这是后来所有蒸汽压缩式制冷机的雏型。1844年美国人约翰高里制成了用空气为制冷剂的制冷机，可用来制冰。,Jacob Perkins雅各布波尔金斯17661849（83）制冷机之父,波尔金斯压缩式制冷机专利文本,波尔金斯制造的世界上第一台 蒸汽压缩式制冷机,1862年法国人卡尔
4、里制成了第一台吸收式制冷机（水和硫酸作为工质对）,Ferdinand Carr费迪南德卡尔里18241900（76）,法国人卡尔里设计的第一台吸收式制冷机,1874年德国人林德成功设计氨制冷压缩机，被大家公认为现代压缩式制冷机的始祖，对制冷技术的发展起了重大作用到目前为止，氨仍为主要的制冷剂之一。1881年林德和文德豪津制成了用二氧化碳为制冷剂的制冷机,该制冷机曾在欧洲获得了广泛流行。,Carl von Linde卡尔冯林德18421934 （92）,人物简介-机械工程师,发明家,慕尼黑工业大学教授，制冷技术的先驱。,制冷统称及温度范围-（与什么有关？）普通制冷：120K（-153.15）以上
5、深度制冷：20-120K（-253.15至-153.15 ）低温制冷：0.3-20K（ -272.85 至-253.15 ）超低温制冷：0.3K（ -272.85 ）以下,制冷问题及研究内容：？,研究获得低温的方法和机理、相应的制冷循环，并对制冷循环进行热力学的分析和计算；研究制冷剂的性质研究实现制冷循环所必须的制冷机械和技术设备，工作原理、性能分析、结构设计以及各种制冷装置的流程、系统配置计算；保温；自动化智能控制等。,制冷问题的研究内容：,1商业：冷冻、冷藏2降温和空气调节：工艺用、生活用3工业生产4农牧业、生物5医疗6建筑工程7国防等,二、制冷应用及主要环境问题,？应用多多极其广泛,用于
6、食物保鲜的冰浆,从家用电冰箱、空调、冰柜，到汽车空调、火车空调、大型建筑的中央空调，再到农业、食品、医疗用品等冷藏冷冻设备等都离不开制冷技术。在工业生产中，利用制冷技术可提供恒温恒湿的生产加工环境，对材料进行低温处理等；在日常生活中，果蔬肉类等食品的保鲜、冷藏、冷冻和运输；现代医学中对骨髓和造血干细胞进行深低温冷冻等。,应用及其温度范围()27 0热泵、空调0 -10 冷藏运输-10 -33 冷冻运输、食品保鲜、燃气液化-33 -50 矿井工作面的冻结-50 -73 低温环境实验室、制取干冰,-73 -123 乙烯的液化、低温医学、低温生物学-123 -173 天然气液化-普通制冷 范围-17
7、3 -223 空气液化、空气分离等-223 -253 氖和氢的液化、宇航舱空间环境模拟-深度制冷-253 -269 超导低温制冷-269 -273.15 物理研究,由液态氮所冷却的超导体把磁石悬浮起来。,大气臭氧层破环：ODP指标（臭氧消耗潜值）由于压缩制冷所采用的CFCs（氯氟烃类）和HCFCs（含氢氯氟烃类）制冷剂的大量使用，大气臭氧层遭到了严重的破坏。温室效应：GWP指标 （温室效应潜值）CFCs和HCFCs制冷剂还是一种温室效应气体。太阳光中波长在8-12微米的红外线会被吸收，同时还吸收地球表面辐射出的红外线，导致大气温度升高。GWP ODP 值的大小 ？,南极臭氧空洞,制冷应用与环境
8、保护：,为了应对臭氧层破坏和温室效应所引发的生态失衡现象。以联合国为首的国际组织相继制订了：保护臭氧层破坏：保护臭氧层维也纳公约（1985年3月22日）蒙特利尔议定书（1989年1月1日生效）控制温室气体排放：联合国气候变化框架公约（1992年6月4日） 京都议定书（1997年12月）。作为世界排放温室气体最多的国家-美国，始终没有签署京都议定书 。为什么？,因此采用自然工质的制冷方式未来将很有前景,国际社会在行动国际条约,液体汽化制冷气体膨胀制冷涡流管制冷热电制冷,三、主要制冷的方式,蒸汽压缩制冷吸收式制冷吸附式制冷,蒸汽压缩式制冷：是由压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器等四个主要部分组成，用
9、管道依次连接，形成一个完全封闭的系统，制冷工质循环其中，制冷剂以流体状态循环。通过相变，制冷剂连续不断地从蒸发器中吸取热量，并在冷凝器中放出热量，从而实现利用蒸发器制冷的目的。,吸收式制冷：由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、循环泵、节流阀等部件组成。利用某些具有特殊性质的工质对，通过一种物质对另一种物质的吸收和释放，产生物质的状态变化，从而伴随吸热和放热过程，实现制冷的目的。目前常用的工质对有氨/水和水/溴化锂。-本课程后面章节将进行详细的介绍,吸附式制冷：由反应床、冷凝器、蒸发器、节流阀等部件组成。通过吸附和解吸反应床使制冷剂被解吸和被吸附，从而产生相变，并伴随吸热和放热过程，实现制冷的目的
10、。（活性炭-甲醇）-本课程设置一章进行详细学习和介绍,气体膨胀制冷：气体膨胀制冷是利用压缩气体在绝热条件下膨胀，消耗内能而降温的一种制冷方法。气体被压缩机吸入，经压缩后温度与压力升高，再进入冷却器作等压冷却，然后利用膨胀机作绝热膨胀降温，低温的气流进入低温室吸热制冷后，被压缩机重新吸入或直接排入大气中。,涡流管制冷：效率低压缩气体进入进气管，经喷嘴膨胀后，以亚音速或超音速沿切线方向进入涡流室，形成自由涡流。经过动能交换分成温度不同的两部分，通过隔板中心孔流出的气流是冷气流，边缘部分的气体经调节阀流出的是热气流。利用冷气流实现制冷目的。,涡流管,如上述的MX2型涡流管，制冷温度可达-55。国内试
11、验工质为空气，压力为780kPa，温度为室温时，单级涡流管的制冷温度可达-70 C。涡流管的效率可达到0.235以上,热电制冷：利用帕尔帖效应将两种不同的金属线相互连接形成的闭合线路，会产生两个不同温度的连接点。通以直流电，其中一个连接点变热，另一个连接点变冷，这就是帕尔帖效应（ Peltier effect ）。冷端可以产生冷量。,四、制冷技术的发展,制冷剂必须具备一定的特性，包括：热力学性质：沸点、蒸发与冷凝压力、单位容积制冷量、循环效率、压缩终了温度等；安全性：毒性、燃烧性和爆炸性；腐蚀性润滑油：溶解性、水溶性、充注量、导热系数等。环保方面要求：臭氧层的破坏和全球气候变化是当今全球面临的
12、两大主要环境问题。因此，在开发制冷剂时除考虑以上性质外,还需遵循两个重要的选择原则： (1)值，即臭氧层破坏潜能; (2)值，即温室效应能力。,制冷剂的发展史：制冷剂本身所必须具备的特性和所要遵循的原则决定了制冷剂的发展方向和演变过程。寻找理想的或者环保的制冷剂之路，艰难、漫长。,从时间上看，制冷剂的发展经历了三个阶段。第一阶段：十九世纪的早期制冷剂；第二阶段：二十世纪时代的CFC与HCFC类制冷剂；第三阶段：二十一世纪的绿色环保制冷剂。,第一阶段：早期制冷剂1805年，Oliver Evans 最早提出了在封闭循环中，使用挥发性流体的思路，用以将水冷冻成冰。具体描述为，在真空下将乙醚蒸发，并
13、将蒸汽泵到水冷式换热器，冷凝后再利用。1834年，Jacob Perkins第一次开发了蒸气压缩制冷循环。在他所设计的蒸气压缩制冷设备中使用乙醚作为制冷剂。随着Jacob Perkins所发明的蒸气压缩式制冷设备正式投入使用，从十九世纪三十年代开始陆续开发了一些早期实用的制冷剂。,Jacob Perkins的助手John Hegel 对这套设备进行了改造并且换了一种特殊的制冷剂生橡胶，那是天然橡胶分解蒸馏后得到的挥发性溶液。19世纪，天然橡胶只能从印度进口，未能大规模使用。因此乙醚、甲醚作为主要制冷剂的地位延续到19世纪60年代才逐渐被氨所取代。氨作为制冷剂是1869年首次应用于美国新奥尔良一
14、家酿造厂的冷冻设备中，设计者是两位法国人。最初没有氨气来源，只能使用氨水，而水易对制冷系统造成损害，故早期的制冷设备不得不采用一些临时性的应急手段，如用生石灰或氢氧化钠对氨/水制冷剂进行干燥处理。直到1876年，由克利夫兰的麦克米兰公司推出了直接适于制冷设备应用的氨/水制冷剂。,继氨/水之后又推出了二氧化碳、氯甲烷等早期制冷剂。多数早期的制冷剂是可燃的或有毒的,或两者兼而有之,而且有些还有很强的反应性。,美国人小托马斯米基利于上世纪20年代被要求为制冷工业开发一种新的制冷剂。此时他已经发明了汽油抗爆剂四乙基铅，用于改进正辛烷汽油的性能。于是他与其助手Albert L.H.和Robert R.
15、M从当时的物性表中搜寻具有合适沸点的化合物，条件是有好的稳定性，无毒和不燃。当时出版的四氟化碳沸点，引导他们的注意力集中到了有机氟化物。氟本身有毒,但他们认识到含氟的化合物可以是无毒的。,第二阶段：CFC和HCFC制冷剂,Thomas Midgley, Jr.美国人-小托马斯米基利18891944,他们从元素周期表中删除了不理想的挥发物元素，然后又删除了会导致不稳定、有毒化合物的那些元素以及低沸点的惰性气体元素。最后只剩下8种元素,即C, N, O, S, H, F, Cl和Br。他们发现当时众所周知的制冷剂无非是除以外的7种元素的组合,唯独没有含的。于是他们确定了这个目标。他们通过碳氢化合物
16、氟化或氯化，并研究化合物成分将如何影响可燃性和毒性。,第二阶段：CFC和HCFC制冷剂,1931年，CFC-12商业化。1932年，CFC-11也被商业化。R-22, 二氟一氯甲烷。成为二十世纪制冷剂的主要潮流。目前也在逐渐替代。,小托马斯米基利的这两项发明（氟利昂和含铅汽油）使他在世时得到了很多赞誉。但是后来人们发现它们的副作用后，他也被称为：“地球历史上对大气影响最大的个体生物”和“历史上杀戮最多的个体”！,真乃成也萧何，败也萧何！,天使or恶魔？,第三阶段：HFC和天然制冷剂1974年，Molina M. J. 和Rowland F. S.指出，CFC类物质会产生改变自然界臭氧生长和消亡
17、平衡的氯，含有氯的气体逸散至同温层中破坏臭氧层动态平衡。由此引发了人们对由于人造化合物中含有氯元素而引起的臭氧层变薄的关注。蒙特利尔议定书及其修正案对发达国家和发展中国家分别要求和规定了CFC和HCFC制冷剂的淘汰进程。,寻找、开发替代制冷剂的两大思路思路一。1）仍以元素周期表中的F为中心，在剔除了Cl和Br元素后，开发了以F, H, C元素组成的化合物，即HFCs制冷剂，如HFC-134a、HFC-152a、HFC-143a等及其混合物R407C和R410A等。存在问题：除HFC-152a、HFC-32外，其他HFC制冷剂的GWP值都在1000以上，而被京都协议书列为“温室气体”,需控制它们
18、的排放量。,寻找、开发替代制冷剂的两种思路。思路二。 2）以天然工质为对象，重新回到了早期制冷剂中的碳氢化合物、二氧化碳、和氨等制冷剂。 存在问题：碳氢化合物制冷剂具有强可燃性； 二氧化碳的压力很高，制冷效率较低，实际应用中受到限制。,开发、研究绿色环保型制冷剂是21世纪制冷空调行业的发展趋势和目标。,1989年，制冷空调行业全国各类产品生产企业不足300家，其工业总产值为65.34亿元人民币，出口产值为2.69亿元。截至2008年底，制冷行业具有一定规模的包括空调器和冰箱等在内的生产企业约为1000家，工业总产值约为3070亿元，出口产值约为750亿元。出口产值增幅 300倍,制冷行业快速发
19、展,虽然制冷行业发展很快，但我们与发达国家还是存在很大的差距。比如冷库行业，2011 年全国冷库总容积 7111万m3，以全国 13.7 亿人均冷库占有量计算，约 为 美 国 2008 年人 均 数 的 22%。,2011年,2008年,只有美国的22%,国内外差距很大发展空间很大！,冷藏汽车数量少：我国冷藏汽车约有4.5万辆，仅占货运汽车的比例仅为 0.35%。 食品冷藏链问题多：如冷藏链设施和装备落后，管理落后等，需要未来不断发展和完善。,结霜严重,人工操作,冷库整齐可使用叉车等机械设备,国内冷库,欧洲冷库,我们能为行业发展做什么？您想到什么，想做什么？,国内部分制冷专业大学网址介绍,创建
20、于 1956 年http:/ 所长：陈光明教授/博导,浙江大学能源工程学系制冷与低温研究所,立足能源领域，勇攀科学高峰制冷领域校友 孙大明 副教授/博导快速发展中目前在欧洲,工作研究领域,，创建于 1956 年，是国内第一个建立的制冷、低温领域高级人才培养和技术研究基地，为我国最早设置的制冷低温本科生专业。,西安交通大学制冷与低温工程系,陈光明所长,系主任：鱼剑琳 教授/博导,山东大学制冷与低温工程研究所 Http:/ 薛小代：山东大学硕士 师从周远院士 成长中郑建朋：2013 年制冷专业毕业 考取中科院 学习中 周远课题组,中国科学院理化技术研究所,您还关心哪些高校科研院所。？哪些人和科研方
21、向。？,课件辅助多媒体网络介绍步灵飞网页-制冷机仿真,课程配套上机学习网页：4个小时步灵飞网页-制冷机仿真网址：http:/ 刘振乾教授在1993年出版的吸收式制冷机机械工业出版社，本校基本内容沿用至今。辛长平溴化锂吸收式制冷机实用教程电子工业出版社，2004年。,目前出版的参考书籍,制冷问题的研究内容有哪些方面？收集一些目前制冷研究方面的资料。常用的制冷方式有哪些？他们的原理是什么？制冷剂的发展有哪些阶段？每个阶段存在的问题是什么？制冷剂发展的未来趋势是什么？,作业题：,1、通过国内外网站、期刊探寻制冷技术有哪些新的进展和未来的发展趋势。2、通过网络，熟悉国内985，211等大学的制冷专业发展情况。,课后拓展,Thank you,目标：如何和同学们一起顺利愉快完成课程学习，提高能力？方法：同学们有什么要求和建议？,课 程 研 讨,以同学们发展为目标！,
