制冷技术最新进展总结
制冷技术最新进展
考试时间：第十七周周一，第三、四节填空、简答、问答第一章
1.制冷工质的分类：（1）按化学成分分为---无机物（He、NH3、H2O、CO2）、氟利昂（R22、R134a、R407C、R410a）、烷烃类（R290、R600a）；（2）按组成分为---单一组分（CO2、R22、R600a）、混合工质，其中混合工质又分为共沸工质（R502、R507）和非共沸工质（R407C、R410a）2.制冷工质的命名：
1）无机化合物：R7(XX)XX－分子量的整数部分
2）氟利昂和烷烃类烷烃类分子通式：CmH2m+2氟利昂分子通式：CmHnFxClyBrz简写符号：R(m-1)(n+1)(x)B(z)n+x+y+z=2m+2数值为零时省去不写同分异构体在其最后加小写英文字母
3）非共沸混合制冷工质：R4(XX)XX－命名的先后顺序号，从00开始。共沸混合制冷工质：R5(XX)XX－命名的先后顺序号，从00开始3.氟利昂对大气的危害：1对臭氧层的破坏和耗损2温室效应
4.ODP与GWP：ODP------臭氧层消耗指数(OzoneDepletionPotential)－相对于R11GWP：全球变暖潜能值(GlobalWarmingPotential)－相对于CO25.制冷工质的替代路线：1采用HFCs制冷剂替代；2采用天然工质替代
6采用天然工质替代的理由：1、HFC物质的GWP太高，已列入《京都议定书》温室气体清单2、HFC物质还可能有不可预测的后果3、全球性环保问题比只有局域性伤害的可燃性更严重4、小型制冷设备（冰箱）HC的泄漏量很少5、相信21世纪将是天然工质的世纪6、在小型的家用冰箱类制冷设备中，可使用HC7、大中型制冷空调设备，在没有证据表明其安全可靠时，拒绝使用HC，一般使用HFC及混合物、HCFC及混合物、NH38、CO2开始使用7.替代制冷剂实用性质研究：（1）制冷剂电气性质－介电常数、导电率与击穿电压（2）制冷剂与润滑油和材料的相容性：:制冷剂/润滑油混合物的溶解度模型、混合物的溶解度及对粘度的影响、油添加剂对轴承负载能力、热稳定性、水解性、分子筛相容性及毛细管堵塞的影响、制冷剂/润滑油对电动机材料的相容性（3）压缩机的重新设计8.HFCs制冷剂的实用化：
1、润滑油（1）POE（Polyolester）聚酯油：lineartypePOE－润滑性好，吸水性和水解性强;branchedchaintypePOE－highlystablePOE－稳定性好;mixedPOE－稳定性好(2)PVE（Polyvinylether）聚乙烯醚类化合物：优良的润滑性和弱的水解性
2、提高COP（1）高效压缩机（2）高效换热技术（3）系统的优化设计及匹配（4）运行、使用过程中的节能
第二章
1.CO2制冷工质的性质：CO2是与环境最为友善的制冷工质、良好的安全性和化学稳定性、单位容积制冷量相当高、优良的流动传热特性、CO2制冷循环的压缩比低、价格低廉、临界温度太低2.CO2跨（超）临界循环的研究和应用：以空气为冷、热源的制冷和热泵系统、以水或盐水为冷、热源的各种热泵系统、复叠式制冷系统中用做低温级。3.CO2制冷循环亚/跨/超临界循环图（p-h图，T-S图）
1、亚临界循环2、跨临界循环pTpT4"3"prp3TrT434"4
2212"11"1"
hShS3、超临界循环带膨胀机的跨临界CO2制冷循环3"4"3"pT4"2"1"2"1"pThS4.带回热器的跨临界CO2制冷循环：复叠式CO2制冷循环
5.CO2制冷压缩机：
1）影响压缩机的指示效率的因素：吸、排气压力的损失、气体与气缸传热、气缸泄漏、余隙气体膨胀2）研究结果表明：气缸泄漏的影响最大，其余因素与之相比可以忽略3）应用活塞环密封油润滑机制可以达到最低的泄漏率6.CO2换热器：
（1）气体冷却器：1）CO2工作在超临界状态下：压力高、出口温度独立于出口压力、→允许压降↑、管径↓2）CO2具有良好的传热性能3）制冷剂侧一般设计成较大的流量密度（600～1200kg/m2s）（2）蒸发器：1）工作压力为3.5～7.0MPa（传统制冷剂压力的10倍左右）；2）流体特性和最优制冷剂质量流量及压降与传统制冷剂的不同；3）蒸发器发展趋势：1、管径↓、流量密度↑→换热系数↑2、“平行流”式蒸发器具有较高的性能
7.CO2节流机构：涡流管＋辅助热交换器→膨胀阀
1）利用膨胀机回收膨胀功是提高CO2跨临界循环效率的根本途径2）膨胀机结构复杂
3）长期在湿工况下工作，对膨胀机的设计、制造带来了较大难度
rrrr3"2"8.CO2跨临界循环应用前景：1、跨临界CO2汽车空调、跨临界CO2制冷循环在热泵（热水器、干燥器）、食品冷藏冷冻、商用制冷装置
第三章
1.压缩机分类：往复活塞式、滚动转子式、单螺杆、双螺杆、涡旋式、离心式2.各类压缩机优缺点：
（1）活塞式制冷压缩机：历史最长(>100年)、技术成熟；适应的压力广，压力不随输气量变化；变工况性能好；结构复杂，零部件多；转速不能太高，变频特性不好
（2）滚动转子压缩机：绝大多数为全封闭型，制冷量3.两床基本循环连续制冷系统：基本系统：间歇制冷两床系统：连续制冷、吸附床温度波动过大、解吸周期2.空冷技术的发展历程的目前水平：
1）在普通制冷空调温区：COPAIR＜＜COPCOM2）在-50℃～-80℃：COPAIR≈COPCOM3）-80℃以下温区：COPAIR＞COPCOM
3.空冷技术的优点：系统流程和设备简单，气密性要求低，维护操作简单；流程比较灵活，适应性强；制冷量及用冷温度容易调节；工质是空气，取之不尽而又无害，随着CFCs工质的禁用，空气制冷机的这个优势更加突出。4.空冷的基本循环：
基本系统：空气压缩机、冷却器、膨胀机、用冷装置理论循环（逆Brayton循环）：由两个等压过程和两个等熵过程组成（1－2s－3－4s－1）实际循环：由两个等压过程和两个多变过程组成（1－2－3－4－1）
T1-T4m(h1-h4)COP的计算：COPQ0TTWm(h2-h1)-(h3-h4)T12T-1-T43T-114k-1T4sT11pkkpkT3T2COPCOP对于等熵程：==k1TTTTTT2s134s14p0pkkp01p05.回热循环与基本循环的比较：
1）在相同工作温度范围条件下COP相同2）回热循环的工作压力范围↓↓3）Wc↓、We↓
4）压缩机和膨胀机内各种损失的绝对值↓
5）实际回热循环的COP>实际无回热循环COP6.涡轮的分类：小流量、小焓差、效率较低纯径流式向轴心流涡大流量、大焓差、效率较大式径一轴流式涡轮加工制造复杂轮径
离流
心式
涡轮
第七章
1.空调器（机）的种类：
1）房间空调器（≤14Kw）：单冷型；热泵型；辅助电热型2）单元式空调机：冷型（冷风机）；热泵型3）单元式冷（热）水机组：单冷型；热泵型4）多联式空调机组（系统）：单冷型；热泵型；热回收型5）家用中央空调机（组）：
1、水系统＋末端装置：空气源冷（热）水机组；空气源冷水机组＋热水炉（或其他热源）；地源冷（热）水机组；水源冷（热）水机组；直燃型溴化锂冷（热）水机组
2、风系统：空气源热泵机组；冷风机＋其他热源；地源热泵机组；水源热泵机组2.热泵的工作原理与分类：
电能
空气源热泵：热能
从空气中吸取热量Q0燃料
水源热泵：从水中吸取热量Q0土壤源热泵：从土壤中吸取热量Q0太阳能热泵：从太阳能中吸取热量Q0
3.各类热泵的特点：
（1）空气源热泵：夏季制冷，冬季制热，一机两用，设备的利用率高；
夏季制冷时不需要冷却水系统，省去了冷却塔，机组安装简单，可置于屋顶；广泛应用在房间空调器、户用空调、中大型建筑物；
空气热容量小，为了从空气中获取所需的热量，换热器的体积大，风机的风量也大；空气温度（冬季）↓→Qk↓－与建筑物的供热需要不匹配→COP↓
室外换热器表面会结霜------严重影响换热器的正常工作；除霜过程对机组的正常供热产生负面影响；对压缩机及四通阀的稳定运行利→热泵可靠性↓
（2）水源热泵：从水中吸取低位热能，水源温度稳定（冬季10～22℃，夏季18～30℃）；机组效率高，COP＝3.5～4.4；冬季制热、夏季制冷，也可供生活用水，一机多用，设备利用率高；水源热泵系统设计、自控简单，运行可靠；可利用地表水、地下水、废水及建筑物内部水源（水环热泵）
（3）土壤源热泵：土壤是一个大蓄热体，在地下的一定深度下，土壤的温度变化很小；通过地下换热器（埋管）与大地进行热交换，通过水循环实现地下能量与制冷剂系统的能量交换机组效率高，COP＝3.5～4.4；地埋管受地质条件影响大；地下埋管的施工条件复杂，换热器体积大，系统造价较高；土壤源热泵机组有水水式热泵机组、水气式热泵机组
扩展阅读：制冷技术的最新进展
1-1、制冷工质分类：按化学成分分：无机物、氟利昂、
烷烃类
按组成分：单一组分、混合工质（共沸工质、非共沸工质）
制冷工质命名：a、无机化合物：R7(XX)，XX－分子量。例：NH3：R717、CO2：R744b、烷烃类分子通式：CmH2m+2n+x+y+z=2m+2
氟利昂分子通式：CmHnFxClyBrz
简写符号：R(m-1)(n+1)(x)B(z)数值为零时省去不写
例：四氟乙烷：C2H2F4m=2，n=2，x=4,R134a
二氟一氯甲烷:CHF2Clm=1，n=1，x=2R22正丁烷：R600异丁烷：R600a
c、非共沸混合制冷工质：R4(XX)XX－命名的先后顺序。例：R407B、R407C
d、共沸混合制冷工质：R5(XX)XX－命名的先后顺序。例如：R502、R507e、氯氟烃类物质:RCFC：R12CFCl2氢氯氟烃类物质:RHCFC：R22HCFC22氢氟烃类物质:RHFC：R134aHFCl34a碳氢化合物:RHC：R600aHC600a
制冷工质对环境的影响：对臭氧层的破坏和温室效应
环境保护的发展：1987年，CFCs、哈龙受控，HCFC过渡，
1993年，HCFCs受控，2030年所有国家削减100%1997年，发达国家提前到2020年
1-2、制冷工质替代路线：采用HFCs制冷剂替代；采用天然工质替代。TEWI指标：变暖影响总当量TotalEquivalentWarmingImpact
考虑了制冷剂排放的直接效应和能源利用引起的间接效应
直接效应取决于制冷剂的GWP值、气体释放量和考虑的时间框架长度间接效应取决于系统的效率以及能源型式
1-3、替代制冷剂实用性质研究：a、制冷剂电气性质－介电常数、导电率与击穿电压
b、制冷剂与润滑油和材料的相容性
制冷剂/润滑油混合物的溶解度模型混合物的溶解度及对粘度的影响
油添加剂对轴承负载能力、热稳定性、水解性、分子筛相容性及毛细管堵塞的影响
制冷剂/润滑油对电动机材料的相容性c、压缩机的重新设计
1-4、NH3的应用：优点：ODP=0，GWP＝0，价格低廉，能效高，传热性能好
缺点：毒性，排汽温度高
解决方法：用螺杆压缩机；板式热换器，减少充灌量；用封闭式压缩机
CO2的应用：优点：ODP=0，GWP＝1，价格低廉，传热性能好
缺点：能效低，压力高
应用前景：汽车空调系统；热泵热水加热器；复叠式制冷系统热点研究领域之一
2-1、CO2制冷工质的性质：CO2是与环境最为友善的制冷工质；良好的安全性和化学稳定性；单位
容积制冷量相当高；优良的流动传热特性；CO2制冷循环的压缩比低；价格低廉；临界温度太低，循环效率较低（采用膨胀机回收部分膨胀功）；运行压力高
CO2制冷循环：亚临界循环；跨临界循环；超临界循环（扩展自己加）
2-2、带回热器的跨临界CO2制冷循环：提高跨临界CO2制冷循环的COP
带膨胀机的跨临界CO2制冷循环：减少节流损失；回收膨胀功复叠式CO2制冷循环
2-3、影响压缩机的指示效率的因素：吸、排气压力的损失；气体与气缸传热；气缸泄漏；余隙气体膨胀。研究结果表明：气缸泄漏的影响最大。
应用活塞环密封油润滑机制可以达到最低的泄漏率。滚动转子式压缩机不适用：依靠润滑油进行密封；
涡旋式压缩机是适用的：多个压缩腔同时工作，相邻腔压差小活塞式压缩机：行程／缸径比↑，→密封长度↓，→泄漏↓3-1、压缩机分类：
滚动转子式压缩机的特点：绝大多数为全封闭型，制冷量
设备和技术；由于工作腔密封与零部件强度条件的限制，排气压力不宜过高。
变频涡旋压缩机存在的问题：a、回油问题：电机频率较低时，由于制冷剂流动缓慢，会造成
润滑油回流至压缩机的问题；电机频率较高时，大量润滑油会被挤出压缩机，从而又会造成润滑问题b、电磁干扰问题c、控制复杂
d、不是无级性地调节容量
3-5.、双螺杆压缩机特点：高速运转，体积小，重量轻，无往复惯性力；零部件少，易损件数仅为往
复活塞式压缩机的1/10，无吸、排气阀，可靠性高；能适应较大压缩比，对湿行程不敏感；能量调节性能好，可实现10%～100%范围内的有级或无级调节；易实现自动控制，操作、维修方便；造价高，价格高于同等容量的活塞压缩机；由于受转子开度及轴承寿命等方面的影响，排气压力一般不能超过4.5Mpa；一般在容积流量大于0.2m3/min时，其优越性才能显现出来，不适宜小流量范围的使用。
离心压缩机的进步：a、进一步提高效率：叶轮及流道流场的CFD分析；三元流动叶轮设计
b、改进离心压缩机的部分负荷性能：叶轮进口导叶调节；变频调节c、工质替代：R22、R123仍为过渡性制冷剂，R134a因其温室效应在京
都议定书中被限制使用
4-1、吸附：当气体与固体接触时，在固体表面或内部发生容纳气体的现象。
脱附：气体从固体表面或内部脱离的过程固体－吸附剂，气体－吸附质吸附过程中放出热量（吸附热），脱附过程中吸收热量（脱附热）
p↑、T↓，→吸附量↑，→通过降低压力或提高温度达到脱附目的吸附原理及循环过程：基本的固体吸附式制冷系统:吸附床（发生器）；冷凝器；蒸发器
1－2等容脱附－吸附床吸收热量Qh
2－3等压脱附（冷凝）－吸附床吸收热量Qg3－4等容吸附－制冷剂放出热量Qce
4－1等压吸附（蒸发）－制冷剂吸收热量Qref两床基本循环连续制冷系统：见上图4-2、吸收式制冷原理：氨水：（自行总结）溴化锂：自行总结）
提高COP方式：冷剂蒸汽凝结热的多次利用；吸收热的利用；三效溴化锂吸收式冷水机组、
复叠循环、复合循环、GAX循环及辅助循环（选两种具体说明）
例：复合式吸收制冷循环是由两个工质对组成，制冷剂、溶液不混合。
扩大了溴化锂制冷系统的使用范围，T0↓，水/溴化锂系统＝I型热泵水/溴化锂系统的吸收热、氨/水吸收式制冷循环的冷凝热得以利用→COP↑。例：在吸收制冷循环的主制冷剂中加入辅助制冷剂
蒸发器（混合蒸汽）→吸收器（制冷剂被吸收）→辅助制冷剂分压力↑→达到饱和压力时冷凝
辅助制冷剂→制冷量↑、COP↑。
5-1、空气制冷系统特点：系统流程和设备简单，气密性要求低，维护操作简单；流程比较灵活，适
应性强；制冷量及用冷温度容易调节；工质是空气，取之不尽而又无害，随着CFCs工质的禁用，空气制冷机的这个优势更加突出。
基本原理：利用压缩空气在膨胀机中绝热膨胀并对外界作功，从而获得低温气流来制取冷量基本系统：空气压缩机、冷却器、膨胀机、用冷装置
Q0m(h1-h4)T1-T4
COPTTT12-1-T43-1Wm(h2-h1)-(h3-h4)TT14
k-1
pkkT3T2==dui于等熵程：T1T4p0
T4sT11pkCOPCOPk1TTTT2s134sp0pkk1p0
5-2、涡轮分类：轴流式
径流式：向心涡轮（纯径流式、径-轴流式）、离心涡轮6-1、绝热去磁制冷原理：无外磁场作用时：磁矩方向杂乱无章
在外磁场作用下：磁矩顺序规则排列去除外界磁场：磁矩恢复无序
磁制冷的热力循环：卡诺循环；斯特林循环；布雷顿循环；埃里克森循环
卡诺循环：A→B：等温磁化；B→C：绝热去磁；C→D：等温去磁；D→A：绝热磁化
斯特林循环：两个等温过程；两个非绝热去磁过程布雷顿循环：两个等磁过程；两个绝热过程埃里克森循环：两个等温过程；两个等磁过程
磁制冷的特点：使用固态制冷剂，体积小；用磁场变化取代压力变化，结构简单，振动、噪声
小，无污染；液、固换热效率高；环保制冷剂。
7-2、热泵种类：空气源热泵；水源热泵；土壤源热泵；太阳能热泵
空气源热泵应用：夏季制冷，冬季制热，一机两用，设备的利用率高
夏季制冷时不需要冷却水系统，省去了冷却塔，机组安装简单，可置于屋顶广泛应用在房间空调器、户用空调、中大型建筑物气气式热泵－风冷热泵空调机组气水式热泵－风冷冷热水机组
空气源热泵存在的问题：空气热容量小，为了从空气中获取所需的热量，换热器的体积大，风
机的风量也大；空气温度（冬季）↓→Qk↓－与建筑物的供热需要
不匹配→COP↓；室外换热器表面会结霜：严重影响换热器的正常工作；除霜过程对机组的正常供热产生负面影响；对压缩机及四通阀的稳定运行利→热泵可靠性↓
水源热泵应用：从水中吸取低位热能，水源温度稳定（冬季10～22℃，夏季18～30℃）
机组效率高，COP＝3.5～4.4
冬季制热、夏季制冷，也可供生活用水，一机多用，设备利用率高水源热泵系统设计、自控简单，运行可靠
可利用地表水、地下水、废水及建筑物内部水源（水环热泵）
土壤源热泵应用：土壤是一个大蓄热体，在地下的一定深度下，土壤的温度变化很小
地下埋管与大地进行热交换，通过水循环实现地下能量与系统的能量交换机组效率高，COP＝3.5～4.4地埋管受地质条件影响大；
地下埋管的施工条件复杂，换热器体积大，系统造价较高土壤源热泵机组有水水式热泵机组、水气式热泵机组跨临界循环应用前景各类压缩机特点涡旋的能量调节
带经济器的螺杆机、单螺杆机工质对的要求板翅换热器的特点5
了解的内容：替代制冷剂性能研究
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