第11章 制冷循环

lnp 4
q1
T 3 2 4 2
3
1 s
5
1
q2
w
h
5
q2 h1 h5
w0 h2 h1
q1 h2 h4

q2 h1 h5 w0 h2 h1
四、影响制冷系数的主要因素
制冷系数是评价制冷效果的重要指标，其影响因素主要是冷凝 温度和蒸发温度。 1.冷凝温度
显然，如将冷源温度降低，此时由原循环123451变为 12’3’4’5’1，耗功减少，制冷量增大，因此制冷系数增大， 但受冷却水温度的限制。
回热循环 回热循环 与非回热 循环比较 234562 h1-h6 h3-h4 (h3-h2)(h5-h6) 不同 相同 相同 相同 因为 h3’=h3 h5’= h2 h 5 = h1 相同 P3/p2 减小
结论：采用回热循环后，在
制冷效果相同时减小了压比， 从而可采用高效的透平压缩 机以及透平膨胀机
与净耗功的增加有什么联系？
制冷量q2的减小：(h5-h5’) 耗功w0的增加：(h4-h5’) T
2
因为 h5 h4
所以：节流阀代替膨胀机后，制 冷量的减小量与耗功的增加量相 同。
4 3
从图中看：
h4 h5 h4 h6 h6 h5 (h4 h6 ) (h5 h6 ) 面积4654
T
2
循环
1’345’1’
1’3451’ 3
制冷 量 q2
耗功 w0 制冷 系数ε
H1’-h5’
h1’-h5
减小 (h5-h5’)
增加 (h4-h5’) 减小 7 6
4
(h3-h1’)(h4-h5’) q2/w0
h3-h1’
5’
5
1’
1
q2/w0
S
8 9 10 11
问题：节流阀代替膨胀机后制冷量的减少
T m2 5’ 4 5 m1+ m2 m1 1’
m1
水泵
5
3 2’ 2 1 S
5’
锅炉
二、工质的两个循环 动力循环 制冷循环 1’2’2345’1’ 512345 循环量 m2 循环量 m1
三、能量分析
制冷量
吸热量
T
m2 5’ 4 m1+ m2ຫໍສະໝຸດ Baidu1’
Q0 m1 h1 h5
Q1 m2 h1' h5 '
第十一章 制冷循环
第一节 空气压缩制冷
一、制冷的含义
对物体进行冷却，使其温度低于周围环境温度，并维持在 这个温度，称为制冷。 二、制冷方式 空气压缩制冷 蒸气压缩制冷 蒸汽喷射制冷 吸收式制冷 温差制冷(半导体制冷或热电制冷) 三、空气压缩制冷
1.流程图 过程组成：
3
冷却器 膨胀机 冷藏室 压缩机
空气在回热器中的预热过程代替一部分绝热压缩过程，从
而降低增压比。
1-2为空气在回热器中的定压预热；2-3为压气机中空气的绝热压缩；34为冷却器中空气的定压放热；4-5为回热器中空气的定压回热；5-6为 膨胀机中空气的绝热膨胀；6-1为冷藏库的换热器中空气定压吸热。
非回热循 环 循环 过程 制冷 量q2 放热 量q1 净耗 功w 0 13’5’61 h1-h6 h3’-h5’ (h3’-h1)(h5 ’-h6)= (h3’- h5 ’)(h1 -h6) Q2 / w 0 P3’/p1
3
2’ 2 1 S
水泵耗功 Wp m2 h5 ' h4 冷凝器放热量 Q2 m1 m2 h3 h4
5
m1
热能利用率
m1 h1 h5 收益 Q0 代价 Q1 m2 h1' h5 '
1
下面求
m1 ，可通过对混合器列能量方程来得到 m2
c
4.ε 1与ε c比较大小如何？
T3 T1
5.空气压缩制冷的缺点是什么？
1、ε小 （因无法使工质实现等温吸放热） 2、单位工质制冷量小(因为空气的比热小，因此， 制冷量一定时工值的质量流量大，故设备庞大。
3.回热式空气压缩制冷装置的循环
从循环1-2-3-4来看，如果提高压比可获得较低温度，但 将加重压气机和膨胀机的负荷。为此，可采用回热器，用
4 m2 节流阀 m1 水泵 5’ 锅炉 5 冷凝器
m1+ m2 3
T
扩压管
混合室
m2
1’
1
2 2’ 喷射器
5’
4 5
m1+ m2 m1
3
2’ 2 1
蒸发器
1’
S
对混合器列能量方程
由m1 h1 m2 h1' m1 m2 h3
(2)代入(1)得：
h h3 m1 1' m2 h3 h1
h4 h5
4.干压缩代替湿压缩的优缺点
优点：提高了压机的效率和寿命 缺点：引起ε 减小。 5.膨胀阀代替膨胀机的优缺点 优点：系统设备简化，易调节
缺点：引起ε 减小，原因q2减小且w0增大。
6.具体的能量分析（理论循环）
节流阀代替膨胀机的比较
膨胀机 节流阀 节流阀 代替膨 胀机的 结果
6 4 3
2
5’
5
1’
1
S
7 8 9
5.工作温度应远离临界温度（保持大的汽化潜热）和凝固温度。
6.不燃、不爆、无害、稳定、不腐蚀设备、价格低廉。
常用的制冷剂： 空气 各种各样的氟里昂制品 水（R718） 氨（R717）
第三节
一、流程图及T-S图
4
m2 节流阀 冷凝器
蒸汽喷射制冷
m1+ m2
3 扩压管 混合室 1 蒸发器 1’ 2 2’ 喷射器
2
绝热压缩过程1-2 定压放热过程2-3 绝热膨胀过程3-4 定压吸热过程4-1
4
1
2.制冷系数
q2 q2 COP w0 q1 q2
1 T2 T3 1 T1 T4

cp (T1 T4 ) cp (T2 T3 ) cp (T1 T4 )
T2 p2 T1 p1
2
2 1
4
1
5
6
S
2.能量分析
制冷量：q2=h1-h4; 散热量：q1=h2-h3; 净耗功：w0=q1-q2=(h2-h3)-(h1-h4) =(h2-h1)-(h3-h4)
p
C
3 4
2 1
q2 h1 h4 ε1 w0 (h2 h1 ) (h3 h4 )
3.思考
5
6
S
压缩机与膨胀机均在两相区工作，故理论上可以，但实 际上是严格禁止的。
k 1 k
p3 p4
k 1 k
T3 T4
1 T2 1 T1 T1 T2 T1
T2 T3 T2 T1 T4 T1
cop
思考题
1.能获得的最低冷室温度是多少？ T1
2.冷却水的最高温度为多少？ T3 3.使用同样的冷却水、获得同样的冷室温度时，逆卡诺循 环T-S图怎样？制冷系数为多少？ T1
(2)
h1' h3 h1 h5 h3 h1 h1' h5 '
四、优缺点：
优点：可直接利用热能制冷；
缺点：只能获得0℃以上的冷媒；性能系数较低。
第三节 吸收式制冷循环
（absorption refrigeration） 1.特点及基本原理
原理：溶液温度升高，溶剂吸收溶质的能力下降；反之亦然。 特点：压缩制冷循环以消耗机械功为代价吸收式制冷以消耗热量为代价 常用工质对：①氨（溶质） + 水（溶剂） ②溴化锂（溶剂） + 水（溶质）
2.制冷原理图
第五节
热 泵
热泵又称热量采掘机，它以高品质的电能为代价，自低温环境中采掘热 量，并将热量提供给高温的环境。它是按逆循环工作的。
一、工作原理
与制冷循环相同，只是目的不同，目的是为房间提供热量
房间
Q1
T0
Q2
T0
二、能量分析
lnp
q1
4
T 3 2 2 4 3
5
1
q2
w
h
1 5 s
q2 h1 h5
制冷 系数ε 压比 β
第二节 蒸气压缩制冷循环
由于空气压缩制冷有其局限性（单位工质制冷量小、制冷系数小）， 故考虑采用低沸点工质，且在两相区内进行循环，从而两个等压吸、 放热过程便可成为两个等温过程，以使循环接近逆卡诺循环。
一、理想蒸气压缩制冷循环 1.流程图及T-S图
3
冷凝器 膨胀机 蒸发器 压缩机 T C 3 4
T 2 4 3 3’ 2’
4’
1 5’ 5 s
2.提高蒸发温度
此时，耗功减少： （h2-h1）-(h2-h1’)=h1’- h1
T 2 3
4
冷量增大：
（h1’-h5’)-(h1-h5)
显然制冷系数增大
5’ 5
1’ 1 s
五、对制冷剂的要求
1.蒸发温度下，压力不宜过低，以稍高于大气压为宜，以免内漏空气。
2.冷凝温度下，压力不宜过高，以降低设备对密封及耐压的要求。 3.工作温度范围内，汽化潜热较大，以减少之后的循环量。
4.制冷剂液态比热要小，即T-S图中饱和液线要陡，以减少节流损失。
原因解释
T
q cp t 4 t6
q可用面积46784表示,显然 t4-t6一定时， q小，比热就 小。此时饱和液线越陡。
二、理论蒸气压缩制冷循环
1.特点: 干压缩代替湿压缩 ；节流阀代替膨胀机(即绝热节流）。
2.原理 T
2 3 3’ 1
4
S
3.能量分析 蒸发器中吸热量（即制冷量）
T
2 4 3 1
q2 h1 h5
5
冷凝器中放热量
S
q1 h2 h4
制冷系数
h1 h5 h1 h5 q2 q2 q1 q2 (h2 h4 ) (h1 h5 ) h2 h1 w0
q1 h2 h4
2
q1 h2 h4 w0 h2 h1
三、热泵的分类
空气源热泵
水源热泵
土壤源热泵 电动热泵 燃气热泵
6
5’
5
1’
1
S
7 8 9
h5 h5 面积55895
面积55895 面积4654
面积F45‘6被称之为节流损失，并 且饱和液线越陡（制冷剂液态比热 越小），节流损失越小
三、制冷剂的压焓图
因为理论循环是由两个等压过程、一个等熵过程和一个节流过 程组成，而节流过程的前后焓值相等，因此，为进行制冷计算 的方便，通常都采用lnp-h图进行分析和计算。 1、压焓图的介绍