蒸汽压缩制冷循环

2. 制冷剂的p-h图
p
3 2Байду номын сангаас4 1 h
1-2：制冷剂在压缩机中的绝热压缩过程 2-3：制冷剂在冷凝器中的定压放热过程 3-4：制冷剂在膨胀阀中的绝热节流过程 4-1：制冷剂在蒸发器中的定压定温汽化过程
三、影响制冷系数ε的主要因素
1. 蒸发温度
p
原循环的制冷系数
h1 h4 h2 h1
热 泵
制冷装置—从低温处吸收热量，保持低温。 热泵—向高温处提供热量。 逆循环
Q1 Q2 W 1 供热系数 h W W
热泵传给高温物体的热量包括由消耗的机械功变成的热量 。所以，热泵的供热系数比工作在相同条件下制冷装置的制冷
系数大。直接用电炉取暖所消耗的能量要比用电机带动热泵消 耗的能量大得多，这是因为电炉至多只能将电能全部转化为热 能，而热泵循环不仅如此，还可将取自环境的热量一起送到需 要取暖的房间。
p
25 ℃ 3 30℃ 2
-15℃ 4
1
-5℃
h
附：单级压缩双蒸发器的制冷循环
T-ｓ图及ｐ-ｈ图
高压蒸发器的蒸发压力由蒸发器后面的背压阀来控制,使之 具有较高的蒸发温度。5-6：绝热节流过程，6与8混合成状态点1 。
吸收制冷循环
由低温热源向高温热源传递热量必须消耗能量。在压缩式 制冷装置中要消耗机械功,而在吸收式制冷装置中则主要是消耗
第九节
蒸汽压缩制冷循环
• 一、蒸汽压缩制冷的理想循环 • 二、制冷剂p-h图的特征及其应用 • 三、影响制冷系数的主要因素
制冷循环 — 制冷系数 热泵循环 — 热泵系数 性能系数 COP =收益/花费的代价 h
一、蒸气压缩制冷的理想循环
1、蒸气压缩制冷的逆卡诺循环 它由两个等温过程和两个绝热过程组成。 假设低温热源（即被冷却物体）的温度为 T0，高温热源（即环境介质）的温度为Tk, 则工质的温度在 吸热过程中为T0， 在放 热过程中为Tk, 就是说在吸热和放热过程 中工质与冷源及高温热源之间没有温差， 即传热是在等温下进行的，压缩和膨胀过 程是在没有任何损失情况下进行的。其循 环过程为：
q1＝ h2-h3 =面积23da2
T
2 3
单位质量制冷剂在冷凝器中放热量：
单位质量制冷剂在蒸发器中吸热量： 5 q2＝ h1-h4 =面积41ac4
d c
4
1
压缩机消耗的比轴功就是循环消耗外 界的比净功：
a
s
w wc h2 h1
12341是不可逆循环，所以循环的净功和净热量都不能用闭 合曲线的面积来表示，因为h3＝h4，推导可得
对于逆卡诺循环来说，由图可知： q0=T0(S1-S4） qk=Tk(S2-S3)=Tk(S1-S4） w0=qk-q0=Tk(S1-S4)-T0(S1-S4) =(Tk-T0)(S1-S4）
• 则逆卡诺循环制冷系数εk 为： 由上式可见，逆卡诺循环的制冷系数与 工质的性质无关，只取决于冷源（即被 冷却物体）的温度 T0 和热源（即环境介 质）的温度 Tk；降低 Tk，提高 T0 ，均 可提高制冷系数。
2. 冷凝温度
p
原循环的制冷系数
h1 h4 h2 h1
3 3’ 2 2’
新循环的制冷系数
4’ 4
1
h
h1 h4 h2 h1
h1 h4 h1 h4

h2' h1 h2 h1
冷凝温度取决于冷却介质(大气或冷却水等)的温度,不能随意 变动。但在允许选择冷却介质的温度时，比如，冰箱、冰柜从提 高制冷系数出发,应放置在房间温度较低的地方。一般冷凝温度要 高于冷却介质温度５～７℃,以保证必要的传热温差。
新循环的制冷系数
2’ 2 1’ 1 h
3 4’ 4
h1 h4 h2' h1
h1 h4 h1 h4 h2' h1 h2 h1

蒸发温度主要取决于制冷对象的温度要求,不能随意变动,但 在制冷对象允许情况下,取较高的蒸发温度有利于提高循环的制 冷系数。一般蒸发温度比冷库温度低５～７℃,以保证传热需要
此外，由热力学第二定律还可以证明：“在给定的冷 源和热源温度范围内工作的逆循环，以逆卡诺循环的 制冷系数为最高”。任何实际制冷循环的制冷系数都 小于逆卡诺循环的制冷系数。 • 总上所述，理想制冷循环应为逆卡诺循环。而实际上 逆卡诺循环是无法实现的，但它可以用作评价实际制 冷循环完善程度的指标。通常将工作于相同温度间的 实际制冷循环的制冷系数ε与逆卡诺循环制冷系数εk 之比，称为该制冷机循环的热力完善度，用符号η表 示。即： η=ε/εk 热力完善度是用来表示制冷机循环接近逆卡诺循环循 环的程度。它也是制冷循环的一个技术经济指标，但 它与制冷系数的意义不同，对于工作温度不同的制冷 机循环无法按其制冷系数的大小来比较循环的经济性 好坏，而只能根据循环的热力完善度的大小来判断。
2、蒸气压缩制冷的理想循环
蒸气压缩制冷的理想循环
q1 3 2 T 2 3
冷凝器
膨 胀 阀 压缩机 w
4
1
4
q2 蒸发器
1
s
1-2: 制冷剂在压缩机中的绝热压缩过程 2-3: 制冷剂在冷凝器中的定压放热过程 3-4: 制冷剂在膨胀阀中的绝热节流过程 4-1: 制冷剂在蒸发器中的定压定温气化过程
q2 w
q=w=面积12351
蒸气压缩制冷理想循环的制冷系数为
q 2 h1 h4 面积41ac4 w h2 h1 面积12351
二、制冷剂ｐ-ｈ图的特征及应用
• 1.对制冷剂的热力学要求 • （1）在标准大气压下制冷剂的饱和温度（沸 点）要低，一般应低于 -10℃。（2）蒸发温度 所对应的饱和压力不应过低，冷凝温度所对应 的饱和压力不宜过高。（3）在工作温度（蒸 发温度和冷凝温度）范围内，汽化潜热要大。 （4）临界温度应远高于环境温度，使循环不 在临界点附近运行，而运行于具有较大气化潜 热的范围之内。（5）凝固点要低，以免在低 温下凝固阻塞管路。而且饱和气的比容要小， 以减少设备的体积。
q1 3 冷凝器 2
膨 胀 阀
压缩机
w
4
q2 蒸发器
1
•
首先工质在T0下从冷源（即被冷却物体）吸取热量 q0，并进行等温膨胀4-1，然后通过绝热压缩1-2， 使其温度由T0升高至环境介质的温度Tk, 再在Tk下 进行等温压缩2-3，并向环境介质（即高温热源） 放出热量qk, 最后再进行绝热膨胀3-4，使其温度由 Tk 降至T0即使工质回到初始状态4，从而完成一个 循环。
2
3
h1 397 .469 kJ / kg h2 433 .0kJ / kg
4
1 h
h3 h4 224 .084 kJ / kg
h1 h4 4.88 h2 h1
例12-2 以HFC134a为制冷剂的制冷装置，其制冷量Ｑ＝ 41686 kJ/h。制冷循环的工作条件是：冷凝温度为30℃，过冷 度Δt ＝5℃,蒸发温度为-15℃，压缩机的吸气温度t1＝-5℃,试 求： （1）单位质量制冷量；（2）每小时的循环量qm；(3)制 冷剂在冷凝器中每小时的放热量；（4）压缩机每小时消耗的 理论功W和功率N；（5）制冷系数ε。
3. 过冷度
p
3’ 3
2
4’ 4
1
h
过冷度愈大,制冷系数增加愈多。制冷剂液体离开冷凝器的 温度取决于冷却介质的温度,过冷度一般很小。多数制冷装置专 设一回热器,使从冷凝器出来的制冷剂液体通过回热器进一步冷

却,增大过冷度。回热器的冷却介质通常为离开蒸发器的低温低 压蒸气。
例12-1 以R22为制冷剂的制冷装置，制冷剂的蒸发温度t4＝20℃，压缩机的吸气温度t1＝-20℃，冷凝温度t3＝20℃，试求该 循环的制冷系数。 解 由附图3的ｐ-ｈ图上找出给定 p 的各点,并查出各点的焓值如下:
热能。
吸收式制冷装置的制冷系数
Q2 Qw
在相同的制冷量情况下，吸收式制冷循环的设备体积要比
蒸汽压缩制冷循环的大，并只适用于具有稳定冷负荷的场合， 因为从起动到稳定需要较长时间。但其优点是可利用较低温度 的热能如低压蒸汽、热水、烟气等的余热资源或太阳能实现制 冷。此外,还有以水作制冷剂，溴化锂（LiBr）作吸收剂的吸收 式制冷装置。