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) ：為維持低溫熱源的低溫為維持低溫熱源的低溫 ：為維持高溫熱源的高溫為維持高溫熱源的高溫 按工按工 質(zhì)種質(zhì)種 類類 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冷庫冷庫 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)種類制冷循環(huán)種類 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 半導體制冷半導體制冷 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)的計算及提高制成、圖示、制冷系數(shù)的計算及提高制 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。 基本知識點基本知識點 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 膨脹機膨脹機 壓縮機壓縮機 冷庫冷庫 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)過程空氣壓縮制冷循環(huán)過程 四個四個主要部件；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）（冷庫） 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)特點空氣壓縮制冷循環(huán)特點 優(yōu)點

6、：優(yōu)點：工質(zhì)無毒，無味，不怕泄漏。工質(zhì)無毒，無味，不怕泄漏。 缺點：缺點： 1. 無法實現(xiàn)無法實現(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，再回熱則可用。使用葉輪式，再回熱則可用。 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 蒸汽回熱循環(huán)蒸汽回熱循環(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熱循環(huán)的特點回熱循環(huán)的特點 優(yōu)點優(yōu)點 l汽輪機最后幾級流量減少，使汽輪機第一級汽輪機最后幾級流量減少，使汽輪機第一級 葉片太短，最末一級葉片太長的問題得到改葉片太短，最末一級葉片太長的問題得到改 善。善。 l由于工質(zhì)吸熱量減少，鍋爐熱負荷降低，因由于工質(zhì)吸熱量減少，鍋爐熱負荷降

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 過熱器 鍋爐 背壓式背壓式缺點缺點： 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)設備流程圖抽汽式熱電聯(lián)供循環(huán)設備流程圖 B T C S p p C 可以自動調(diào)節(jié)熱、電供應比例?？梢宰詣诱{(diào)節(jié)熱、電供應比例。 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)特點空氣壓縮制冷循環(huán)特點 優(yōu)點：優(yōu)點：工質(zhì)無毒，無味，不怕泄漏。工質(zhì)無毒，無味，不怕泄漏。 缺點：缺點： 1. 無法實現(xiàn)無法實現(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) 改進改進:

10、使用葉輪式，再回熱則可用。使用葉輪式，再回熱則可用。 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。以下凝固不能流動。 一般用低沸點工質(zhì)，如氟利昂、氨一般用低沸點工質(zhì)，如氟利昂、氨 沸點：沸點：(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構，大致可以分根據(jù)氟里昂制冷劑的分子結構，大致可以分 為以下為以下3 3類：類： 1.氯氟烴類：氯氟烴類：簡稱簡稱CF

11、C，主要包括，主要包括R11、R12、R113、R114、 R115、R500、R502等，由于對臭氧層的破壞作用最大，被等，由于對臭氧層的破壞作用最大，被蒙蒙 特利爾協(xié)議書特利爾協(xié)議書列為一類受控物質(zhì)。此類物質(zhì)目前已禁止使用，列為一類受控物質(zhì)。此類物質(zhì)目前已禁止使用， 在制造聚氨酯海綿的過程中，在制造聚氨酯海綿的過程中，R11已由已由R141b作為過渡性替代品。作為過渡性替代品。 2.氫氯氟烴：氫氯氟烴：簡稱簡稱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類物

12、質(zhì)被視為類物質(zhì)被視為CFC類物質(zhì)的最重要的過渡性替代物質(zhì)。在類物質(zhì)的最重要的過渡性替代物質(zhì)。在 蒙特利爾協(xié)議書蒙特利爾協(xié)議書中中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)展中國家可以推遲年，發(fā)展中國家可以推遲10年。年。 3.氫氟烴類：氫氟烴類：簡稱簡稱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)議書蒙特利爾協(xié)議書沒有規(guī)定其使用期限，在沒有規(guī)定其使用期限，在聯(lián)合國氣聯(lián)合國氣 候變化框架公約候變化框架公約京

13、都議定書中定性為溫室氣體。京都議定書中定性為溫室氣體。 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 項性能均優(yōu)于項性能均優(yōu)于R134R134a, ,前景看好。由于目前尚沒有大批量前景看好。由于目前尚沒有大批量 生產(chǎn)，所以在市面上很難買到。生產(chǎn)，所以在市面上很難買到。THRTHR系列制冷劑的最大特系列制冷劑的最大特 點之一就是不需對原點之一就是不需對原R12R12，R22R22系統(tǒng)進行任何改造，就可系統(tǒng)進行任何改造，就可 直接替換。直接替換。 T1 T2 T S 1 2 3 4 蒸發(fā)器（冷庫蒸發(fā)器

14、（冷庫） q2 壓縮機壓縮機 q1 冷凝器冷凝器 1 2 4 3 膨脹機膨脹機wc w 1 1、狀態(tài)、狀態(tài)1下工質(zhì)的濕度太大，對壓縮機安全可靠下工質(zhì)的濕度太大，對壓縮機安全可靠 運行構成威脅。運行構成威脅。 2 2、狀態(tài)、狀態(tài)4下工質(zhì)的濕度也大，對膨脹機工作不利。下工質(zhì)的濕度也大，對膨脹機工作不利。 3 3、膨脹機成本高，且液體在膨脹機內(nèi)膨脹，做功、膨脹機成本高，且液體在膨脹機內(nèi)膨脹，做功 量很小。量很小。 缺點：缺點： 3 蒸發(fā)器（冷庫）蒸發(fā)器（冷庫） q2 壓縮機壓縮機 q1 wc 冷凝器冷凝器 1 2 3 4 膨脹機膨脹機 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，合適的壓縮設備無法選用。采用濕壓縮，合適的壓縮設備無法選用。 若選泵，由于工質(zhì)中有氣體，會發(fā)生汽若選泵，由于工質(zhì)中有氣體，會發(fā)生汽 蝕現(xiàn)象；若選壓縮機，因為工質(zhì)中的液蝕現(xiàn)象；若選壓縮機，因為工質(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 力對壓縮機的安全可靠運行構成威脅，力對壓縮機的安全可靠運行構成威脅， 壓力過大會使壓縮機解體。壓力過大會使壓縮機解體。 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） q2 壓縮機 q1 wc 冷凝器 1 2 4 6 膨脹機 w 3 蒸發(fā)器（冷庫） q2

16、 壓縮機 q1 w 冷凝器 節(jié)流閥 1 24 5 3 工程中常用節(jié)流閥代替膨脹機工程中常用節(jié)流閥代替膨脹機 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：缺點：損失部分膨損失部分膨 脹功；制冷量也減脹功；制冷量也減 少了相應數(shù)值。少了相應數(shù)值。 T s 1 2 3 4 5 6 優(yōu)點：優(yōu)點：簡化了設備，簡化了設備， 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)冷庫的溫從而調(diào)節(jié)冷庫的溫 度。度。 用節(jié)流閥代替

17、膨脹機用節(jié)流閥代替膨脹機優(yōu)缺點 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？流閥代替膨脹機？ 蒸氣壓縮制冷循環(huán)的計算蒸氣壓縮制冷循環(huán)的計算 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 熱與功均與焓有關熱與功均與焓有關 lnlnp p- -h h圖圖 (制冷量制冷量) lnlnp p- -h h圖及計算圖及計

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 過冷措施過冷措施 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 蒸氣壓縮回熱制冷循環(huán)蒸氣壓縮回熱制冷循環(huán) 優(yōu)點：優(yōu)點： T s 1 2 3 4 5 4 5 蒸氣壓縮回熱制冷循環(huán)流程蒸氣壓縮回熱制冷循環(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）壓縮機吸入的工質(zhì)是過熱蒸氣，可防）壓縮機吸

19、入的工質(zhì)是過熱蒸氣，可防 止液擊現(xiàn)象。止液擊現(xiàn)象。 1 . 說明說明 制冷機的制冷能力是隨工作條件不同而制冷機的制冷能力是隨工作條件不同而 變化的。當蒸發(fā)溫度降低或冷凝溫度升變化的。當蒸發(fā)溫度降低或冷凝溫度升 高時，制冷能力下降。因此，給出制冷高時，制冷能力下降。因此，給出制冷 能力時，必須指明相應的工作條件。能力時，必須指明相應的工作條件。 制冷機銘牌上給出的制冷量是指標準溫制冷機銘牌上給出的制冷量是指標準溫 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 過程在兩相區(qū)內(nèi)定溫的進行過程在兩相區(qū)內(nèi)定溫的進行 （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 過高，蒸發(fā)壓力（低壓）不要過低。過高，蒸發(fā)壓力（低壓）不要過低。 （3）潛熱要大。）潛熱要大。 （4）化學穩(wěn)定性、不易燃、不分解、無腐蝕性。）化學穩(wěn)定性、不易燃、不分解、無腐蝕性。 （5）價格低。）價格低。 （6）冷凍劑對環(huán)境應該無公害。）冷凍劑對環(huán)境應該無公害。 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)以消耗以消耗機械能機械能為代價為

21、代價 吸收式制冷吸收式制冷以消耗以消耗熱量熱量為代價為代價 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)流程動畫演示吸收式制冷循環(huán)流程動畫演示 吸收式制冷循環(huán)特點吸收式制冷循環(huán)特點 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：優(yōu)點： 直接利用低品位的熱能直接利用低品位的熱能 缺點：缺點： 設備體積大，啟動時間長設備體積大，啟動時間長 環(huán)境性能好環(huán)境性能好 9-5 9-5 蒸汽噴射式制冷循