第6章 热泵-制冷装置循环

s
不要与逆卡诺循环中的高、 不要与逆卡诺循环中的高、低温热源温度相混淆 ！
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⑷ 压缩空气制冷循环与卡诺循环的比较
在环境温度及额定冷库温度下， 在环境温度及额定冷库温度下 ， 即制冷 装置的有效工作温度范围为(T 装置的有效工作温度范围为 c,T0)时 ， 相 时 应的逆卡诺循环 逆卡诺循环12 应的逆卡诺循环 c34c 制冷系数为
2
逆卡诺循环是最理想的热泵-制冷机循环 逆卡诺循环是最理想的热泵 制冷机循环 卡诺制冷机 T2 制冷系数 ε C =
T1 − T2
T1——环境温度 环境温度 T2——冷库温度 冷库温度
T2↓ T1↑
T T1 T2
ε↓、 ε ′ ↓ 、
T1 卡诺热泵 ε 'C = T1 − T2
T1——室内温度 室内温度 T2——环境温度 环境温度
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压缩制冷 吸收式制冷
空气压缩制冷 蒸汽压缩制冷
制冷循环种类
喷射制冷 吸附式制冷 半导体制冷
……
当前世界上绝大多数制冷装置属采用低沸点物质作制 冷剂的压缩蒸汽制冷 低沸点物质汽化潜热较大， 低沸点物质汽化潜热较大，制冷能力强
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空气压缩制冷 制冷循环 §6-2 空气压缩制冷循环
c
b
d 逆卡诺循环
a s
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常用制冷能力来衡量设备制冷量大小 常用制冷能力来衡量设备制冷量大小 制冷能力 制冷能力——制冷装置单位时间从冷库中吸取的热量 制冷装置单位时间从冷库中吸取的热量 制冷能力 —— kJ/h，或W、kW ， 、 商业上常用“冷吨” 商业上常用“冷吨” 来表达制冷装置的制冷能力 冷吨——能在 小时内将1吨0℃的水 冷吨 能在24小时内将 吨 ℃ 能在 小时内将 冻结成0℃ 冻结成 ℃的冰的制冷能力 水的凝结（冰熔化） 水的凝结（冰熔化）热 r =334 kJ/kg 1冷吨 冷吨=3860W 冷吨 美制1冷吨规定为 美制 冷吨规定为3516.85 W 冷吨规定为
回热式压缩空气制冷装置
冷却器出来的空气在回热器中继续冷却至状态3′ 冷却器出来的空气在回热器中继续冷却至状态 ′ 然后进入膨胀机中膨胀作功至4 然后进入膨胀机中膨胀作功至 低温空气重新进入冷库吸热完成循环
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在T0环境中 冷库额定温度为T 冷库额定温度为 c 不带回热时循环为 12341 T1=Tc; T =T 3 0 理想回热时 T1′′=T3=T0 T3′′=T1=Tc 空气回热循环应为1′ ′ ′ ′ 空气回热循环应为 ′2′53′411′ 冷库中过程41并不改变 冷库中过程 并不改变 对两个循环分别有 T3 T2 亦见图） （亦见图） = T T 两式相除 T3 T4 T1 = 1' × 2 T3' T2 ' T3' T1 T2' = T4 T1' T2′′=T2
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回热器 3′ ′ 1′ ′ 膨胀机 4 冷库 1 回热式压缩空气制冷装置 5
冷却器 冷 却 水 2′ ′ 压缩机
2 T T0 Tc 3 3′ ′ 1 4 5
2′ ′
1′ ′
s
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T2′′=T2
两种循环放热量相同 循环制冷量也并未因回热而改变 制冷系数ε 相同 增压比变小
2 T T0 Tc 3 3′ ′ 1 4 5
6
⑵ 空气压缩制冷理论循环
空气压缩制冷装置以空气为 制冷剂， 定温吸 制冷剂 ， 定温 吸 、 放热过程都 难于实现，代之以定压过程 难于实现，代之以定压过程 定压 ——循环过程理想化为 循环过程理想化为
P 3 2
2 T T0 Tc 4 1 3 1 4 s
v 空气压缩制冷循环
1-2——压缩机中绝热（定熵）压缩； 压缩机中绝热（定熵）压缩； 压缩机中绝热 2-3——冷却器中定压冷却（至环境温度T0）； 冷却器中定压冷却（至环境温度 冷却器中定压冷却 3-4——膨胀机中绝热（定熵）膨胀（回收功）； 膨胀机中绝热（定熵）膨胀（回收功）； 膨胀机中绝热 4-1——冷库中定压吸热（升温至冷库额定温度Tc） 冷库中定压吸热（升温至冷库额定温度 冷库中定压吸热 制冷循环为逆向、 制冷循环为逆向、耗功循环
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⑸ 增压比π 对空气压缩制冷循环的影响
①增压比与制冷系数 ε 的关系 增压比与制冷系数 空气压缩制冷循环的制冷系数仅取 决于增压比π 愈大， 增压比π 愈大，循环的制冷系数ε 愈小 当制冷对象要求温度较低（ 深度冷冻） 当制冷对象要求温度较低 （ 深度冷冻 ） 时 ， T0与Tc之差较大 增压比将会很大， 增压比将会很大，循环的制冷系数会很小
0
蒸汽压缩制冷循环
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⑶ 蒸汽压缩制冷循环的演变由来
制冷工质的定压汽化和凝结过程即定温 过程， 过程，从热力学意义上说 逆卡诺循环73467应可实现 逆卡诺循环 应可实现 不过从技术上讲
T
2
T0 Tc
4 6 5
3 7 1 s
·73——两相压缩难于实现 两相压缩难于实现 蒸汽压缩制冷循环的演变 工质完成制冷任务后成为干饱和蒸汽， 工质完成制冷任务后成为干饱和蒸汽，7 → 1 压缩机将饱和蒸汽压缩成过热蒸汽——单相压缩 压缩机将饱和蒸汽压缩成过热蒸汽 单相压缩 制冷量增大 ·46——工质膨胀能力不强，能够回收的功不大； 工质膨胀能力不强， 工质膨胀能力不强 能够回收的功不大； 湿蒸汽的干度不高， 湿蒸汽的干度不高，对膨胀机的工作也不利 节流阀取代膨胀机 取代膨胀机46 用节流阀取代膨胀机 → 45 损失的功不多，调节温度方便了， 损失的功不多，调节温度方便了，系统简化了
2 T T0 Tc 4 5 5′ ′ 6 3 3′ ′ 4′ ′ 1 q2 s 2′ ′
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小结： 小结：空气作为制冷剂的特点
优点：来源丰富、无腐蚀性、 优点：来源丰富、无腐蚀性、无毒不怕泄漏 缺点：（ ）压缩空气制冷循环偏离逆卡诺循环较大； 缺点：（1）压缩空气制冷循环偏离逆卡诺循环较大； ：（ （2）比热容小，制冷能力不强 ）比热容小， ——装置要有一定制冷能力需有较大空气流量 装置要有一定制冷能力需有较大空气流量 （3）要有较高的制冷系数，要求有更大的流量 ）要有较高的制冷系数， ——装置笨重、庞大，tc> -50℃的普冷系统极少采用 装置笨重、庞大， 装置笨重 ℃ 克服缺点方法：（ ）回热、（ 、（2） 克服缺点方法：（1）回热、（ ）透平式压气机 ：（ ——装置在气体液化等深冷工程中得到应用 装置在气体液化等深冷工程中得到应用
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⑶ 空气压缩制冷循环的制冷系数
循环的放热量（排向环境大气） 循环的放热量（排向环境大气）
T 3
q1=q23 2
q1 = q 23 = h2 − h3
循环的吸热量（制冷量，取自冷库） 循环的吸热量（制冷量，取自冷库）
1 4 q2=q41 s
q2 = q41 = h1 − h4
循环的净功
T T0 Tc
ε=
1
k −1 π k
−1
2 3 1 4 s
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②增压比对循环制冷能力 q2 )的影响 增压比对循环制冷能力( 制冷能力 的影响 在环境温度T 额定的冷库温度T 在环境温度 0、 额定的冷库温度 c下 理论空气压缩制冷循环为12341 理论空气压缩制冷循环为 制冷能力q 制冷能力 2如阴影面积所示 减小，压气机出口压力由P 当增压比π 减小，压气机出口压力由 2下降 为P2′′时 循环过程将变为12′3′4′1 循环过程将变为 ′ ′ ′ 循环制冷能力(q 下降 循环制冷能力 2)下降 增压比减小：制冷系数增大，制冷能力减小！ 增压比减小：制冷系数增大，制冷能力减小！ 制冷系数的大小与制冷能力的高低是一对矛盾体。 制冷系数的大小与制冷能力的高低是一对矛盾体。
⑴ 空气压缩制冷装置
装置中的基本设备有： 装置中的基本设备有： 压缩机 膨胀机 冷却器 冷库
膨胀机 4 冷却器 3 冷却水 冷库 1
2 压缩机
连接起来构成整个制冷装置 各设备进、出口处的状态标为 各设备进、 压缩机进口 1； ； 冷却器进口 2 膨胀机进口 3 冷库进口 4
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压缩机出口 2 冷却器出口 3 膨胀机出口 4 冷库出口 1
2′ ′
1′ ′
s
回热的作用：不降低制冷能力却令增压比有所降低。 回热的作用：不降低制冷能力却令增压比有所降低。这 为采用增压比较小的透平式压气机创造了条件
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§6-3 蒸汽压缩制冷循环
⑴ 蒸汽压缩制冷装置及其工作过程
装置由以下列主要设备组成 压缩机 节流阀 冷凝器 蒸发器
节流阀 5 冷库（蒸发器） 冷库（蒸发器） 蒸汽压缩制冷装置 1 压缩机 冷凝器 3 4 冷却水 2
Tc T1 εc = = T0 − Tc T3 − T1
T T0 Tc 3 4c 4 s 2
2c 1
对比空气压缩制冷循环 1 = ε = k −1
π
k
−1
T1 T2 − T1
由于T 由于 2 >T3
ε c >ε
有效工作温度范围(T 有效工作温度范围 c,T0)内逆卡诺循环的制冷 内逆卡诺循环的制冷 系数大于空气压缩制冷循环
2011-10-15 18 Nhomakorabea⑵ 蒸汽压缩制冷循环
蒸汽压缩制冷的工作过程理想化为 12——饱和蒸汽绝热压缩成过热蒸汽 饱和蒸汽绝热压缩成过热蒸汽 饱和蒸汽绝热 234——过热蒸汽定压冷凝成饱和液体 过热蒸汽定压冷凝成饱和液体 过热蒸汽定压 45——饱和液体节流降压降温成湿蒸汽 饱和液体节流降压降温成湿蒸汽 饱和液体节流