工程热力学 第十章 制冷循环

qk h2 h3
单位质量工质从冷藏室中吸收的热量为：
qo h1 h4
压缩空气制冷循环系统所消耗的循环净功为：
wnet qk q0
15
制冷系数
cw qn o et qkq -oqoh2-hh 31 --h 4 h1-h4
空气视为理想气体，且比热容为定值，则：
c
T2
T1T4
T3T1T4
定义
p2 p1
30
热泵工作原理
热泵装置与制冷装置的工作原理相同，只是 工作目的不同，前者为了供热，后者为了制冷。
31
热泵系数
热泵循环的经济性用供热系数（或称为热泵系 数、供暖系数）来表示。
c ' 收 代 获 价 w q n k et qkq kqoh h2 2 h h1 31
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热泵供暖
热泵使用限制：
1.ε'与TR-T0反比，所以北方ε'比较低。
2.制冷，供暖联合运行工质性质要求苛刻。
3.环境热源土壤，水，空气分别存在λ小、
凝固、腐蚀等。
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第10章 制冷循环
10-1 概述 10-2 逆向卡诺循环 10-3 压缩空气制冷循环 10-4 压缩蒸气制冷循环 10-5 热泵
10-6 制冷循环工质
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制冷剂热力性质
❖制冷剂热力性质：
1.对应制冷装置工作温度的饱和压力适中； 2.汽化潜热大； 3.临界温度应高于环境温度； 4.蒸汽比体积小，导热系数大； 5.蒸发压力不低于环境压力，三相点低于制冷循 环下限温度。 6.上、下界限线（在T-s图）陡峭，使冷凝更接近 定温放热及减少节流引起制冷能力损失。
（4）碳氢化合物：碳氢化合物制冷剂有甲烷、
乙烷、丙烷、乙烯、丙烯和异丁烷R600a
等。
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课后思考题
❖压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀 机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这 种方法？为什么？
❖对逆向卡诺循环而言，冷、热源温差越大， 制冷系数是越大还是越小？为什么？
❖压缩空气制冷循环采用回热措施后是否提 高其理论制冷系数？能否提高其实际制冷 系数？为什么？
工程热力学 第十章 制冷循环
第10章 制冷循环
10-1 概述 10-2 逆向卡诺循环 10-3 压缩空气制冷循环 10-4 压缩蒸气制冷循环 10-5 热泵
10-6 制冷循环工质
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第10章 制冷循环
10-1 概述 10-2 逆向卡诺循环 10-3 压缩空气制冷循环 10-4 压缩蒸气制冷循环 10-5 热泵
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热泵分类1
❖根据热泵的驱动方式，热泵可分为： ❖（1）电驱动热泵：以电能驱动压缩机工作
的蒸气压缩式或空气压缩式热泵。 ❖（2）燃料发动机驱动热泵：以燃料发动机，
如柴（汽）油机、燃气发动机及蒸汽透平 驱动压缩机工作的机械压缩式热泵。 ❖（3）热能驱动热泵：有第一类和第二类吸 收式热泵，以及蒸汽喷射式热泵。
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制冷剂其他性质
❖对环境友善 ❖安全无毒 ❖ 溶油性好，化学稳定性好
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制冷剂种类
（1）无机化合物：氨R717、水R718、二氧 化碳R744、二氧化硫R764等。
（2）氟里昂：氟里昂是饱和碳氢化合物（饱 和烃类）的卤族衍生物的总称，最常用的 有R12、R22、R14和R134a等。
（3）混合溶液：由两种或两种以上不同的制 冷剂按一定比例相互溶解而成的混合物。 主要有R502（R22和R115）、R407C （R32/R125/R134a）。
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第10章 制冷循环
10-1 概述 10-2 逆向卡诺循环 10-3 压缩空气制冷循环 10-4 压缩蒸气制冷循环 10-5 热泵
10-6 制冷循环工质
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逆向卡诺循环
绝热压缩过程1-2，制冷剂温度由To升至Tk，外界输入功wc； 等温冷凝过程2-3，制冷剂等温向高温热源Tk放出热量qk； 绝热膨胀过程3-4，制冷剂温度由Tk降至To，膨胀机输出功we， 为压缩机所利用； 等温蒸发过程4-1，制冷剂等温从低温热源To吸收热量qo
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压缩蒸气制冷循环
用低沸点物质（大气压 下的沸点低于0℃）作为工 质（制冷剂），利用其在 定压下汽化和凝结时温度 不变的特性实现定温放热 和定温吸热，可以大大提 高制冷系数；制冷剂的汽 化潜热较大，因此制冷量 大。
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压缩蒸气制冷循环
1-2 为从 蒸 发 器 中 出 来 的 蒸气在压缩机中被可逆绝 热压缩的过程；
为循环增压比，可得：
1
k 1 k
1
16
回热式压缩空气制冷循环
采用叶轮式压缩机和膨胀机以增大空气流 量，再辅以回热措施，制冷量得到改善， 它在深度冷冻、液化气体等方面获得了实 际的应用。
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回热式压缩空气制冷循环
1-2为空气在回热器中的定压预热过程； 2-3为空气在压缩机中的可逆绝热压缩过程； 3-4为空气在冷却器中的定压放热过程； 4-5为空气在回热器中的定压放热过程； 5-6为空气在膨胀机中可逆绝热膨胀过程； 6-1为空气在冷藏室中的定压吸热过程。
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热泵分类2
❖（1）空气源热泵：低温热源为空气，热泵 从空气中吸取热量。
❖（2）水源热泵：低温热源为水，热泵从水 中吸取热量。水源可以是地表水、地下水、 生活与工业废水、中水等。
❖（3）土壤源热泵：低温热源为土壤，热泵 通过地埋管从土壤中吸取热量。
❖（4）太阳能热泵：以低温的太阳能作为低 温热源。
10-6 制冷循环工质
3
制冷循环种类
4
太阳能沸石-水吸附制冷
5
半导体制冷原理
6
制冷（热泵）循环
• 动力循环 —正循环 输入热通过循环输出功
• 制冷循环 —逆循环 输入功量（或其他代价），从低
温热源取热
• 热泵循环 —逆循环 输入功量（或其他代价），向高温
热源供热
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工质循环的两种方式
a）正向循环（动力循环） b）逆向循环（制冷或热泵循环）
10
制冷系数
❖制冷循环的性能指标——制冷系数εc
cw q n o et (T kT oT (s oa )( sa sb )sb)T kT oT o
逆向卡诺循环的制冷系数εc与制冷剂性质 无关，仅取决于高、低温热源温度。
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第10章 制冷循环
10-1 概述 10-2 逆向卡诺循环 10-3 压缩空气制冷循环 10-4 压缩蒸气制冷循环 10-5 热泵
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状态参数确定：p-h图
c
qo wnet
qo qk -qo
h1-h3 h2-h1
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第10章 制冷循环
10-1 概述 10-2 逆向卡诺循环 10-3 压缩空气制冷循环
10-4 压缩蒸气制冷循环 10-5 蒸汽吸收式制冷循环 10-6 蒸汽喷射式制冷循环 10-5 热泵
10-6 制冷循环工质
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第10章 制冷循环
10-1 概述 10-2 逆向卡诺循环 10-3 压缩空气制冷循环 10-4 压缩蒸气制冷循环 10-5 热泵
10-6 制冷循环工质
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压缩空气制冷循环特点
压缩空气制冷循环的优点：工质容易获得、 成本低、无毒安全。
缺点：空气的比热容小，单位质量空气的制 冷量比较小；吸热、放热均在定压下进行，偏离 逆向卡诺循环较大，经济性差。
10-6 制冷循环工质
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原理
原理：利用空 气绝热膨胀时 温度降低来获 得低温。
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循环各过程
1－2为空气在压气机中的绝热压缩过程；
2－3为热空气在冷却器中的定压放热过程；
3－4为空气在膨胀机中可逆绝热膨胀过程；
4－1为空气在冷藏室中定压吸热过程。
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制冷系数
单位质量工质向高温热源排放的热量为：
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蒸汽吸收式制冷循环
❖ 常用工质对：氨（制冷剂）＋水（吸收剂）
❖
水（制冷剂）＋溴化锂 （吸收剂）
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蒸汽喷射式制冷循环
从锅炉引来的高温高压蒸汽（状态 1/）在喷管中膨胀至混合室，压力 降低而获得高速气流（状态2/）， 在混合室里与从蒸发器引来的低压 蒸汽（状态1）混合，而形成一股速 度略低的汽流，进入扩压管减速升 压（过程2-3），然后在凝汽器中凝 结（过程3-4）。凝结后的液体分成 两路：一路通过膨胀阀降压降温 （过程4-5）后进入蒸发器，吸热气 化变成低温低压的蒸汽（状态1）； 另一路通过水泵提高压力后（状态 5'）返回锅炉重新加热，产生工作 蒸气1'，完成循环。
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2-3 为过 热 蒸 气 在 冷 凝 器 中定压放热被冷凝的过程；
3-4 为饱 和 液 体 在 节 流 阀 中节流、降压、降温的过 程；
4-1 为湿 饱 和 蒸 气 在 蒸 发
器中定压吸热、汽化的过
程。
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制冷系数
c
qo wnet
qo h1-h3 qk-qo h2-h1
T1 T4 T2 T1