第9章制冷循環(huán)

1、逆向循環(huán)逆向循環(huán)( (廣義熱泵循環(huán)廣義熱泵循環(huán)) ) 按按 目目 的的 制冷循環(huán)制冷循環(huán) 供暖供暖(熱泵熱泵)循環(huán)循環(huán) ：為維持低溫?zé)嵩吹牡蜏貫榫S持低溫?zé)嵩吹牡蜏?：為維持高溫?zé)嵩吹母邷貫榫S持高溫?zé)嵩吹母邷?按工按工 質(zhì)種質(zhì)種 類(lèi)類(lèi) 氣體循環(huán)氣體循環(huán)：工質(zhì)只發(fā)生狀態(tài)改變：工質(zhì)只發(fā)生狀態(tài)改變 蒸汽循環(huán)蒸汽循環(huán)：工質(zhì)發(fā)生相變：工質(zhì)發(fā)生相變 制冷制冷循環(huán)與循環(huán)與供暖供暖循環(huán)有何異同？循環(huán)有何異同？ 制冷循環(huán)和制冷制冷循環(huán)和制冷系數(shù)系數(shù) 2 COP q w T0環(huán)境環(huán)境 T2冷庫(kù)冷庫(kù) 卡諾逆循環(huán)卡諾逆循環(huán) 222 C 1202 qqT wqqTT q1 q2 w T s T2 T0 0 2 1 1 T

2、 T T0不變不變, T2 C T2不變不變, T0 C 熱泵循環(huán)和供熱熱泵循環(huán)和供熱系數(shù)系數(shù) 1 COP q w T1房間房間 T0環(huán)境環(huán)境 卡諾逆循環(huán)卡諾逆循環(huán) q1 q2 w T s T2 T0 0 1 1 1 T T T1不變不變, T0 C T0不變不變, T1 C T1 第九章第九章 制冷（致冷）循環(huán)制冷（致冷）循環(huán) 制冷循環(huán)種類(lèi)制冷循環(huán)種類(lèi) 空氣壓縮制冷空氣壓縮制冷 壓縮制冷壓縮制冷 蒸汽壓縮制冷蒸汽壓縮制冷 吸收式制冷吸收式制冷 制冷循環(huán)制冷循環(huán) 蒸汽噴射制冷蒸汽噴射制冷 吸附式制冷吸附式制冷 半導(dǎo)體制冷半導(dǎo)體制冷 熱聲制冷熱聲制冷 1. 1. 熟練空氣和蒸汽壓縮制冷循環(huán)的組熟

3、練空氣和蒸汽壓縮制冷循環(huán)的組 成、圖示、制冷系數(shù)的計(jì)算及提高制成、圖示、制冷系數(shù)的計(jì)算及提高制 冷系數(shù)的方法和途徑。冷系數(shù)的方法和途徑。 2. 了解吸收制冷、蒸汽噴射制冷。了解吸收制冷、蒸汽噴射制冷。 基本知識(shí)點(diǎn)基本知識(shí)點(diǎn) 91 空氣壓縮制冷循環(huán)空氣壓縮制冷循環(huán) (T1 = Tc) (T2 T0) (T3 = T0) (T4 Tc) 冷卻水冷卻水 膨脹機(jī)膨脹機(jī) 壓縮機(jī)壓縮機(jī) 冷庫(kù)冷庫(kù) 冷卻器冷卻器 3 2 14 空氣壓縮制冷循環(huán)流程示意圖空氣壓縮制冷循環(huán)流程示意圖 Tc 理想化處理：理想化處理：理氣；理氣； 定比熱定比熱; 可逆；可逆； 91 空氣壓縮制冷循環(huán)空氣壓縮制冷循環(huán) T s T1 =

4、 Tc T0 = T3 1 2 3 4 理想化處理：理想化處理： 理氣；理氣； 定比熱定比熱; 可逆；可逆； p v 32 1 4 逆勃雷登循環(huán)逆勃雷登循環(huán) 空氣壓縮制冷循環(huán)過(guò)程空氣壓縮制冷循環(huán)過(guò)程 四個(gè)四個(gè)主要部件；工質(zhì)：主要部件；工質(zhì)：空氣空氣 1 2 絕熱壓縮絕熱壓縮 p T 2 3 定壓冷卻定壓冷卻 向環(huán)境放熱，向環(huán)境放熱，T 3 4 絕熱膨脹絕熱膨脹 T T1 （冷庫(kù)）（冷庫(kù)） 4 1 定壓吸熱定壓吸熱 T T1 理想化處理：理想化處理：理氣；理氣； 定比熱定比熱; 可逆；可逆； pv圖和圖和Ts圖圖 1 2 絕熱壓縮絕熱壓縮 2 3 定壓冷卻定壓冷卻 3 4 絕熱膨脹絕熱膨脹 4

5、1 定壓吸熱定壓吸熱 p v 32 1 4 T s T1 = Tc T0 = T3 1 2 3 4 逆勃雷登循環(huán)逆勃雷登循環(huán) s s p p 22 12 p14 p23p14 23 14 COP () ()() 1 1 qq wqq c TT c TTc TT TT TT 制冷系數(shù)制冷系數(shù) )( 41412 TTchhq p T s T1 T0 1 2 3 4 4 3 2 )( 32321 TTchhq p 11 3322 1144 3 2 2 232 141 4 1 1 1 1 kk kk pTTp TppT T T TTTT TTTT T T 空氣壓縮制冷循環(huán)特點(diǎn)空氣壓縮制冷循環(huán)特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)

6、：優(yōu)點(diǎn)：工質(zhì)無(wú)毒，無(wú)味，不怕泄漏。工質(zhì)無(wú)毒，無(wú)味，不怕泄漏。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 1. 無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)法實(shí)現(xiàn) T , 制冷系數(shù)小制冷系數(shù)小. 2. q2=cp(T1-T4)，空氣，空氣cp很小，很小， (T1-T4)不不 能太大，能太大， 因而單位工質(zhì)的制冷能力低。因而單位工質(zhì)的制冷能力低。 若若(T1-T4) 使用葉輪式，再回?zé)釀t可用。使用葉輪式，再回?zé)釀t可用。 3. 活塞式流量活塞式流量 小，制冷量小，制冷量 小小. 22 qmQ m T s T1 T0 1 2 3 4 13 1 TT T c 12 1 1 2 1 1 TT T T T T s T1 1 2 3 4 4 3 2 a b 回回 顧顧

7、內(nèi)內(nèi) 容容 8 8-4-4 蒸汽回?zé)嵫h(huán)蒸汽回?zé)嵫h(huán)(regenerative) (1- )kg kg 6 5 7 s 4 32 1 1kg T 1 2 36 1kg 7 45 kg (1-)kg B T R C S p 37 35 hh hh )( 1 1 7131 32 , hhhh hh RGt 蒸汽蒸汽抽汽抽汽回?zé)嵫h(huán)的特點(diǎn)回?zé)嵫h(huán)的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) l汽輪機(jī)最后幾級(jí)流量減少，使汽輪機(jī)第一級(jí)汽輪機(jī)最后幾級(jí)流量減少，使汽輪機(jī)第一級(jí) 葉片太短，最末一級(jí)葉片太長(zhǎng)的問(wèn)題得到改葉片太短，最末一級(jí)葉片太長(zhǎng)的問(wèn)題得到改 善。善。 l由于工質(zhì)吸熱量減少，鍋爐熱負(fù)荷降低，因由于工質(zhì)吸熱量減少，鍋爐熱負(fù)荷降

8、低，因 而可減小鍋爐受熱面；而可減小鍋爐受熱面； l因排汽量減少，冷凝器換熱面積也可減少。因排汽量減少，冷凝器換熱面積也可減少。 l 提高熱效率提高熱效率 8 8-5-5 熱電聯(lián)產(chǎn)熱電聯(lián)產(chǎn)(供供)循環(huán)循環(huán) 1 2 3 4給水泵 熱用戶 汽輪機(jī) 過(guò)熱器 鍋爐 背壓式背壓式缺點(diǎn)缺點(diǎn)： 熱電互相影響熱電互相影響 1 2 36 7 4 5 抽汽式熱電聯(lián)供循環(huán)設(shè)備流程圖抽汽式熱電聯(lián)供循環(huán)設(shè)備流程圖 B T C S p p C 可以自動(dòng)調(diào)節(jié)熱、電供應(yīng)比例?？梢宰詣?dòng)調(diào)節(jié)熱、電供應(yīng)比例。 91 空氣壓縮制冷循環(huán)空氣壓縮制冷循環(huán) T s T1 = Tc T0 = T3 1 2 3 4 p v 32 1 4 逆勃

9、雷登循環(huán)逆勃雷登循環(huán) 2 23 21 14 1 11 1 ()1 k k q TT wp TT p 制冷系數(shù)制冷系數(shù) )( 41412 TTchhq p T s T1 T0 1 2 3 4 4 3 2 )( 32321 TTchhq p 空氣壓縮制冷循環(huán)特點(diǎn)空氣壓縮制冷循環(huán)特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：工質(zhì)無(wú)毒，無(wú)味，不怕泄漏。工質(zhì)無(wú)毒，無(wú)味，不怕泄漏。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 1. 無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)法實(shí)現(xiàn) T , 制冷系數(shù)小制冷系數(shù)小. 2. q2=cp(T1-T4)，空氣，空氣cp很小，很小， (T1-T4)不不 能太大，能太大， 因而單位工質(zhì)的制冷能力低。因而單位工質(zhì)的制冷能力低。 若若(T1-T4) 改進(jìn)改進(jìn):

10、使用葉輪式，再回?zé)釀t可用。使用葉輪式，再回?zé)釀t可用。 3. 活塞式流量活塞式流量 小，制冷量小，制冷量 小小. 22 qmQ m 9-2 9-2 蒸氣壓縮制冷循環(huán)蒸氣壓縮制冷循環(huán) 水能用否？水能用否？ 0C以下凝固不能流動(dòng)。以下凝固不能流動(dòng)。 一般用低沸點(diǎn)工質(zhì)，如氟利昂、氨一般用低沸點(diǎn)工質(zhì)，如氟利昂、氨 沸點(diǎn)：沸點(diǎn)：(1) s T patm 水水100C R22- 40.8C R134a THR01 - 26.1C - 30.18C freon NH3 根據(jù)氟里昂制冷劑的分子結(jié)構(gòu)，大致可以分根據(jù)氟里昂制冷劑的分子結(jié)構(gòu)，大致可以分 為以下為以下3 3類(lèi)：類(lèi)： 1.氯氟烴類(lèi)：氯氟烴類(lèi)：簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱CF

11、C，主要包括，主要包括R11、R12、R113、R114、 R115、R500、R502等，由于對(duì)臭氧層的破壞作用最大，被等，由于對(duì)臭氧層的破壞作用最大，被蒙蒙 特利爾協(xié)議書(shū)特利爾協(xié)議書(shū)列為一類(lèi)受控物質(zhì)。此類(lèi)物質(zhì)目前已禁止使用，列為一類(lèi)受控物質(zhì)。此類(lèi)物質(zhì)目前已禁止使用， 在制造聚氨酯海綿的過(guò)程中，在制造聚氨酯海綿的過(guò)程中，R11已由已由R141b作為過(guò)渡性替代品。作為過(guò)渡性替代品。 2.氫氯氟烴：氫氯氟烴：簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱HCFC，主要包括，主要包括R22、R123、R141b、 R142b等，臭氧層破壞系數(shù)僅僅是等，臭氧層破壞系數(shù)僅僅是R11的百分之幾，因此，目前的百分之幾，因此，目前 HCFC類(lèi)物

12、質(zhì)被視為類(lèi)物質(zhì)被視為CFC類(lèi)物質(zhì)的最重要的過(guò)渡性替代物質(zhì)。在類(lèi)物質(zhì)的最重要的過(guò)渡性替代物質(zhì)。在 蒙特利爾協(xié)議書(shū)蒙特利爾協(xié)議書(shū)中中R22被限定被限定2020年淘汰，年淘汰，R123被限定被限定 2030年，發(fā)展中國(guó)家可以推遲年，發(fā)展中國(guó)家可以推遲10年。年。 3.氫氟烴類(lèi)：氫氟烴類(lèi)：簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱HFC，主要包括，主要包括R134a，R125，R32，R407C， R410A、R152等，臭氧層破壞系數(shù)為等，臭氧層破壞系數(shù)為0，但是氣候變暖潛能值很，但是氣候變暖潛能值很 高。在高。在蒙特利爾協(xié)議書(shū)蒙特利爾協(xié)議書(shū)沒(méi)有規(guī)定其使用期限，在沒(méi)有規(guī)定其使用期限，在聯(lián)合國(guó)氣聯(lián)合國(guó)氣 候變化框架公約候變化框架公約京

13、都議定書(shū)中定性為溫室氣體。京都議定書(shū)中定性為溫室氣體。 蒸汽逆向卡諾循環(huán)蒸汽逆向卡諾循環(huán) THR01THR01是清華研制的新型制冷劑替代品系列之一，它的各是清華研制的新型制冷劑替代品系列之一，它的各 項(xiàng)性能均優(yōu)于項(xiàng)性能均優(yōu)于R134R134a, ,前景看好。由于目前尚沒(méi)有大批量前景看好。由于目前尚沒(méi)有大批量 生產(chǎn)，所以在市面上很難買(mǎi)到。生產(chǎn)，所以在市面上很難買(mǎi)到。THRTHR系列制冷劑的最大特系列制冷劑的最大特 點(diǎn)之一就是不需對(duì)原點(diǎn)之一就是不需對(duì)原R12R12，R22R22系統(tǒng)進(jìn)行任何改造，就可系統(tǒng)進(jìn)行任何改造，就可 直接替換。直接替換。 T1 T2 T S 1 2 3 4 蒸發(fā)器（冷庫(kù)蒸發(fā)器

14、（冷庫(kù)） q2 壓縮機(jī)壓縮機(jī) q1 冷凝器冷凝器 1 2 4 3 膨脹機(jī)膨脹機(jī)wc w 1 1、狀態(tài)、狀態(tài)1下工質(zhì)的濕度太大，對(duì)壓縮機(jī)安全可靠下工質(zhì)的濕度太大，對(duì)壓縮機(jī)安全可靠 運(yùn)行構(gòu)成威脅。運(yùn)行構(gòu)成威脅。 2 2、狀態(tài)、狀態(tài)4下工質(zhì)的濕度也大，對(duì)膨脹機(jī)工作不利。下工質(zhì)的濕度也大，對(duì)膨脹機(jī)工作不利。 3 3、膨脹機(jī)成本高，且液體在膨脹機(jī)內(nèi)膨脹，做功、膨脹機(jī)成本高，且液體在膨脹機(jī)內(nèi)膨脹，做功 量很小。量很小。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 3 蒸發(fā)器（冷庫(kù)）蒸發(fā)器（冷庫(kù)） q2 壓縮機(jī)壓縮機(jī) q1 wc 冷凝器冷凝器 1 2 3 4 膨脹機(jī)膨脹機(jī) w T1 T2 T S 1 2 3 4 濕壓縮濕壓縮 干壓縮干壓

15、縮 不采用濕壓縮的原因 采用濕壓縮，合適的壓縮設(shè)備無(wú)法選用。采用濕壓縮，合適的壓縮設(shè)備無(wú)法選用。 若選泵，由于工質(zhì)中有氣體，會(huì)發(fā)生汽若選泵，由于工質(zhì)中有氣體，會(huì)發(fā)生汽 蝕現(xiàn)象；若選壓縮機(jī)，因?yàn)楣べ|(zhì)中的液蝕現(xiàn)象；若選壓縮機(jī)，因?yàn)楣べ|(zhì)中的液 體不易壓縮，需要提高壓力。而提高壓體不易壓縮，需要提高壓力。而提高壓 力對(duì)壓縮機(jī)的安全可靠運(yùn)行構(gòu)成威脅，力對(duì)壓縮機(jī)的安全可靠運(yùn)行構(gòu)成威脅， 壓力過(guò)大會(huì)使壓縮機(jī)解體。壓力過(guò)大會(huì)使壓縮機(jī)解體。 T s 1 2 3 4 6 蒸氣壓縮制冷循環(huán)裝置蒸氣壓縮制冷循環(huán)裝置 蒸發(fā)器（冷庫(kù)） q2 壓縮機(jī) q1 wc 冷凝器 1 2 4 6 膨脹機(jī) w 3 蒸發(fā)器（冷庫(kù)） q2

16、 壓縮機(jī) q1 w 冷凝器 節(jié)流閥 1 24 5 3 工程中常用節(jié)流閥代替膨脹機(jī)工程中常用節(jié)流閥代替膨脹機(jī) T s 1 2 3 4 5 6 1-2：定熵壓縮：定熵壓縮 2-3-4：定壓放熱冷凝：定壓放熱冷凝 4-5：絕熱節(jié)流：絕熱節(jié)流 5-1：定壓吸熱蒸發(fā)定壓吸熱蒸發(fā) 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：損失部分膨損失部分膨 脹功；制冷量也減脹功；制冷量也減 少了相應(yīng)數(shù)值。少了相應(yīng)數(shù)值。 T s 1 2 3 4 5 6 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化了設(shè)備，簡(jiǎn)化了設(shè)備， 節(jié)省了投資；利用節(jié)省了投資；利用 節(jié)流閥可方便地調(diào)節(jié)流閥可方便地調(diào) 節(jié)下游工質(zhì)的壓力，節(jié)下游工質(zhì)的壓力， 從而調(diào)節(jié)冷庫(kù)的溫從而調(diào)節(jié)冷庫(kù)的溫 度。度。 用節(jié)流閥代替

17、膨脹機(jī)用節(jié)流閥代替膨脹機(jī)優(yōu)缺點(diǎn) T s T1 = Tc T0 = T3 1 2 3 4 T s 1 2 3 4 5 6 空氣壓縮制冷循環(huán)能否用節(jié)空氣壓縮制冷循環(huán)能否用節(jié) 流閥代替膨脹機(jī)？流閥代替膨脹機(jī)？ 蒸氣壓縮制冷循環(huán)的計(jì)算蒸氣壓縮制冷循環(huán)的計(jì)算 T s 1 2 3 4 5 蒸發(fā)器中吸熱量蒸發(fā)器中吸熱量 21514 qhhhh 冷凝器中放熱量冷凝器中放熱量 124 qhh 制冷系數(shù)制冷系數(shù) 221414 12241421 ()() c qqhhhh wqqhhhhhh 熱與功均與焓有關(guān)熱與功均與焓有關(guān) lnlnp p- -h h圖圖 (制冷量制冷量) lnlnp p- -h h圖及計(jì)算圖及計(jì)

18、算 T s 1 2 3 4 5 lnp h 1 2 3 4 5 2 q 1 q w 21514 qhhhh 124 qhh 214 21c qhh whh 過(guò)冷措施過(guò)冷措施 T s 1 2 3 4 5 lnp h 1 2 3 4 5 214 21c qhh whh 5 4 21c whh 不變不變 4 5 124 qhh 工程上常用工程上常用 蒸氣壓縮回?zé)嶂评溲h(huán)蒸氣壓縮回?zé)嶂评溲h(huán) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： T s 1 2 3 4 5 4 5 蒸氣壓縮回?zé)嶂评溲h(huán)流程蒸氣壓縮回?zé)嶂评溲h(huán)流程 （1）制冷量增加）制冷量增加 （2）制冷系數(shù)提高）制冷系數(shù)提高 （3）壓縮機(jī)吸入的工質(zhì)是過(guò)熱蒸氣，可防）壓縮機(jī)吸

19、入的工質(zhì)是過(guò)熱蒸氣，可防 止液擊現(xiàn)象。止液擊現(xiàn)象。 1 . 說(shuō)明說(shuō)明 制冷機(jī)的制冷能力是隨工作條件不同而制冷機(jī)的制冷能力是隨工作條件不同而 變化的。當(dāng)蒸發(fā)溫度降低或冷凝溫度升變化的。當(dāng)蒸發(fā)溫度降低或冷凝溫度升 高時(shí)，制冷能力下降。因此，給出制冷高時(shí)，制冷能力下降。因此，給出制冷 能力時(shí)，必須指明相應(yīng)的工作條件。能力時(shí)，必須指明相應(yīng)的工作條件。 制冷機(jī)銘牌上給出的制冷量是指標(biāo)準(zhǔn)溫制冷機(jī)銘牌上給出的制冷量是指標(biāo)準(zhǔn)溫 度下的制冷能力。度下的制冷能力。 9-39-3 制冷劑制冷劑 RefrigerantsRefrigerants （1）具有較高的臨界溫度，從而使大部分的放熱具有較高的臨界溫度，從而使大

20、部分的放熱 過(guò)程在兩相區(qū)內(nèi)定溫的進(jìn)行過(guò)程在兩相區(qū)內(nèi)定溫的進(jìn)行 （2）操作壓力要合適。即冷凝壓力（高壓）不要）操作壓力要合適。即冷凝壓力（高壓）不要 過(guò)高，蒸發(fā)壓力（低壓）不要過(guò)低。過(guò)高，蒸發(fā)壓力（低壓）不要過(guò)低。 （3）潛熱要大。）潛熱要大。 （4）化學(xué)穩(wěn)定性、不易燃、不分解、無(wú)腐蝕性。）化學(xué)穩(wěn)定性、不易燃、不分解、無(wú)腐蝕性。 （5）價(jià)格低。）價(jià)格低。 （6）冷凍劑對(duì)環(huán)境應(yīng)該無(wú)公害。）冷凍劑對(duì)環(huán)境應(yīng)該無(wú)公害。 制冷劑的選擇原則：制冷劑的選擇原則： 第九章第九章 完完 9-4 9-4 吸收式制冷循環(huán)吸收式制冷循環(huán) 利用利用溶液溶液性質(zhì)性質(zhì) 壓縮制冷循環(huán)壓縮制冷循環(huán)以消耗以消耗機(jī)械能機(jī)械能為代價(jià)為

21、代價(jià) 吸收式制冷吸收式制冷以消耗以消耗熱量熱量為代價(jià)為代價(jià) 溶液溶液 = 溶劑溶劑 + 溶質(zhì)溶質(zhì) 溶液溶液T 溶液溶液T 溶劑溶劑吸收吸收溶質(zhì)溶質(zhì)的能力的能力 溶劑溶劑吸收吸收溶質(zhì)溶質(zhì)的能力的能力 溶液溶液濃度濃度 溶液溶液濃度濃度 氨（溶質(zhì)）氨（溶質(zhì)） + 水（溶劑）水（溶劑）溶液溶液 溴化鋰（溶劑）溴化鋰（溶劑） + 水（溶質(zhì)）水（溶質(zhì)）溶液溶液 泵泵 吸吸 收收 器器 換熱器換熱器 蒸氣發(fā)蒸氣發(fā) 生器生器 蒸發(fā)器蒸發(fā)器 節(jié)流閥節(jié)流閥 QL 冷卻水冷卻水 低品低品 位蒸位蒸 汽汽TR QR 冷凝器冷凝器 QH 水水 吸收式制冷循環(huán)流程示意圖吸收式制冷循環(huán)流程示意圖 吸收式制冷循環(huán)流程動(dòng)畫(huà)演示吸收式制冷循環(huán)流程動(dòng)畫(huà)演示 吸收式制冷循環(huán)特點(diǎn)吸收式制冷循環(huán)特點(diǎn) 用于大型空調(diào)、中央空調(diào)。用于大型空調(diào)、中央空調(diào)。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 直接利用低品位的熱能直接利用低品位的熱能 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 設(shè)備體積大，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)設(shè)備體積大，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng) 環(huán)境性能好環(huán)境性能好 9-5 9-5 蒸汽噴射式制冷循