蒸气压缩式制冷循环原理

? ? ?c ' ? 1 ?c
高、低温热源温度和传热温差对 制冷系数和热力完善度的影响
高温热 源温度
tk'
30
低温热 源温度
t0'
-5
冷凝器 △tk
蒸发器 △t0
逆卡诺 循环
有温差 的逆卡 诺循环
热力完 善度
0
0 7.66 －
1
40
-5
0
0 5.96 －
1
40
+5
0
0 7.94 －
1
5
5
－ 6.07 0.76
用来克服绝热节流过程中的各种阻力损失，而这
些损失最终转化为热量，被流过膨胀阀的制冷剂
吸收，使部分制冷剂汽化，增加了干度，降低了
湿蒸气中的液体含量，减少了其制冷能力，此损
失称为制冷剂通过膨胀阀的 节流损失 。
? 影响节流损失大小的因素
? （Tk－T0）取决于 制冷循环工况 ? 饱和液体线的 斜率取决于液态制冷剂的 物性
?
? T0 )
?
?c
? 表明具有传热温差的不可逆循环的制冷 系数，总小于相同冷热源温度时的逆卡 诺循环制冷系数，而且随传热温差△T0 和△Tk的增大而降低。
? 蒸发器传热温差△T0对制冷系数的影响 大于冷凝器传热温差△Tk 。
? 相同冷热源温度时，实际循环和逆卡诺 循环制冷系数的比值，可用来表示实际 循环的热力完善度。
蒸气压缩式 制冷循环原理
第一节 逆向可逆循环
正 向 循 环
——
动 力 循 环
逆 向 循 环
——
制 冷 循 环
? 可逆循环： 是一种理想循环，它不考虑 工质在流动和状态变化过程中的各种损 失。
? 不可逆循环： 在工质循环过程中考虑了 上述各种损失。
不可逆损失主要是指制冷剂在流动和 状态变化时因内部摩擦、不平衡等因素引 起的内部不可逆损失，以及冷凝器、蒸发 器等换热器存在传热温差的外部不可逆损 失。
? 通过对εc分别求T0和Tk的偏导数，可以得 知T0和Tk对εc的影响是不等价的，并且T0 的影响大于Tk 。
冷凝器和蒸发器的传热温差分别 △Tk和△T0时
T
Tk
Tk 3
2
Tk'
3'
2'
T0'
4'
T0
T0 4
b
1' 1
a
S
?c
'?
T0 Tk ? T0
?
(Tk
T0 '? ? T0 '? T0 ') ? (? Tk
2
1
绝热 压缩
S a 等温 b
蒸发
逆卡诺循环的热量和功量
在每个制冷循环中，1kg的制冷剂：
从低温热源吸热 T
q0=T0(Sa－Sb)
面积4ab14 Tk
3 qk
2
向低温热源放热
qk=Tk(Sa－Sb) T0
0 we
4
wc q0
1
面积3ab23
压缩机的净功
S
b
a
wc=qk－q0 =(Tk－T0)(Sa－Sb) 面积12341
一、逆卡诺循环
? 实现逆卡诺循环必须具备的条件：
（1）高、低温热源温度恒定； （ 2 ）工质在冷凝器和蒸发器中与外界热源之间
无传热温差； （3）工质流经各个设备时无内部不可逆损失； （4）作为实现逆卡诺循环的必要设备是压缩机、
冷凝器、膨胀机和蒸发器。
逆卡诺循环示意图
T 绝热
膨胀 3 Tk
T0
4
等温 冷凝
40
+5
10
10
－ 4.87 0.61
10
5
－ 5.46 0.69
二、变温热源的逆向循环
冷却介质 被冷却介质
图1.4 恒温热源逆向循环
冷却介质 被冷却介质
图1.5 变温热源逆向循环
单一物质制冷剂无法实现变温逆向循环， 非共沸混合制冷剂可以实现。
三、热泵的应用
? 逆向循环可以用来制冷，也可以用来供 热，或者冷、热同时使用。
? 过量的液体制冷剂进入高温的气缸后，会 发生强烈的热交换而迅速汽化， 占有气缸 容积 ，使吸气量减少，制冷量下降。
干压缩代替湿压缩后的影响
T
Tk
3
T'k
3'
we
T0'
4'
T0 Fra Baidu bibliotek 尴 4
尲 2'
2 Pk
5 wb
1'
P0
就
1
q 01 cb
q 02
da
S
饱和损失 面积522”5
增加制冷量 △q02=h1－h1” 面积1”1ad1
T
损失膨胀功
we=h3－h4''
面积34”03
Tk T'k
减少制冷量
T0'
△q01=h4－h4”
T0
面积4”4bc4”
3 3'
we 4'
0 尴4
q 01 cb
尲 2'
2 Pk
5 wb
1'
P0
就
1
q02
da
S
因为绝热节流过程前、后焓值不变，即
h3 = h4
所以
we = △q01
这表明制冷剂在绝热膨胀中的作功能力全部
比热
? 制冷剂节流后的 干度取决于其 潜热
? 用膨胀阀代替膨胀机后，增加了 we ，损失了 △q01，这使制冷系数和热力完善度 下降。
二、用干压缩代替湿压缩后的饱和损失
? 为什么要用干压缩代替湿压缩
? 在制冷压缩机的实际运行中，若气缸吸入 湿蒸气，会引起 液击现象，损坏压缩机的 阀片和其他零部件。
? ε＝3.11 ? qk=4230W，μc=4.11
第二节 理论制冷循环
T
Tk
3
w
T0
04
q0 b
2 Pk
P0 1
a
S
三种制冷循环过程在T-S 图上的表示
T
Tk
3
T'k
3'
we
T0'
4'
T0 0 尴 4
q 01 cb
2 Pk
尲
5
2'
wb
1'
P0
就1
q 02
da
逆卡诺循环 1'2'3'4'1'
具有温差的逆 卡诺循环 1”2”34”1”
理论制冷循环 12341
S
? 理论制冷循环与逆卡诺循环（理想制冷 循环）的区别：
1．在冷凝器和蒸发器中，制冷剂按等压过 程循环，而且具有传热温差；
2．制冷剂用膨胀阀绝热节流，而非膨胀机 绝热膨胀；
3．压缩机吸入饱和蒸气，而不是湿蒸气。
一、用膨胀阀代替膨胀机后的节流损失
? 为什么要用膨胀阀代替膨胀机？ ? 代替之后有什么影响呢？
增加耗功量△wb 面积122”1”1
第三节 液体过冷和吸气过热 对制冷循环的影响
? 用来制冷的逆向循环装置，称为制冷装 置；用来供热时则称为热泵装置。
? 供热系数：
?c
?
qk wc
?
wc ? q0 wc
? 1?
??c ?
Tk Tk ? T0
?1
例：
? 有一台冷暖两用的热泵型空调器，假设 其按照逆卡诺循环运行，压缩机的净功 率是1030W，夏季的制冷量为3200W，问 制冷系数为多少？在冬季运行时，制热 量和供热系数各为多少？
两者相等
绝热压缩过程 外界输入功w 面积123041
绝热膨胀过程 膨胀机输出功 we
面积3043
外界输给压缩机的 净功wc＝w －we 面积12341
? 衡量制冷循环经济性能的指标： 制冷系数（ COP）
?c
?
q0 wc
?
T0 Tk ? T0
? 制冷系数仅与高、低温热源的温度有关，而 与制冷剂的热物理性能无关。