工程热力学课件 华北电力大学（北京） 动力工程系 工程热物理教研室制作 2005年5月

第十二章 制冷循环 —refrigeration cycle

输入功量（或其他代价），向高温热用户供热、 —逆循环 §12-1 概述 • 动力循环 输入热通过循环输出功 —正循环 • 制冷（热泵)循环 输入功量（或其他代价），从低温 热源取热 —逆循环 • 热泵循环 输入功量（或其他代价），向高温热用户供热、 —逆循环 3

Coefficient of Performance 制冷循环和制冷系数 Coefficient of Performance T0环境 T s q1 卡诺逆循环 w T2 T0 q2 T0不变, T2 εC T2冷库 T2不变, T0 εC

Coefficient of Performance 热泵循环和供热系数 Coefficient of Performance T1房间 T s T1 q1 卡诺逆循环 w T2 T0 q2 T1不变, T0 εC T0环境 T0不变, T1 εC

制冷能力：制冷设备单位时间内从冷库取 走的热量(kJ/s)。 制冷能力和冷吨 生产中常用制冷能力来衡量设备产冷量大小 制冷能力：制冷设备单位时间内从冷库取 走的热量(kJ/s)。 商业上常用冷吨来表示。 1冷吨：1吨0°C饱和水在24小时内被冷冻 到0°C的冰所需冷量。 水的凝结（熔化）热 r =334 kJ/kg 1冷吨=3.86 kJ/s 1美国冷吨=3.517 kJ/s

制冷循环种类 √ 空气压缩制冷 压缩制冷 蒸汽压缩制冷 吸收式制冷 制冷循环 吸附式制冷 蒸汽喷射制冷 半导体制冷 热声制冷 √ √

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§12-2 压缩气体制冷循环 -- Gas-compression refrigeration cycle 冷却水 一.简介 2 3 冷却器 §12-2 压缩气体制冷循环 -- Gas-compression refrigeration cycle 冷却水 一.简介 2 3 冷却器 冷藏室 膨胀机 压缩机 4 1

空气压缩制冷循环过程 四个主要部件；工质：空气 1 2 绝热压缩 p T 2 3 等压冷却 向环境放热，T 理想化处理：①理气； ②定化热; ③ 可逆；

P-v图和T-s图 T T0 T2 v s s 1 2 绝热压缩 2 3 等压冷却 p 3 4 绝热膨胀 逆布雷登循环 s 4 1 等压吸热 1 2 绝热压缩 2 3 等压冷却 p 3 4 绝热膨胀 逆布雷登循环 s 4 1 等压吸热 p

二.制冷系数—the coefficient of performance(COP) 定比热—invariable specific heat capacity 12

空气压缩制冷循环特点  优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。  缺点： 1. 无法实现 T ， < C  优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。  缺点： 1. 无法实现 T ， < C 2. q2=cp(T1-T4)，空气cp很小， (T1-T4)不能太大， q2 很小。 若(T1-T4)  3. 活塞式流量m小，制冷量Q2=m q2小，  使用叶轮式，再回热则可用。

讨论：  1）相同温度的T 0和TC  2） 14

例：导出以空气为工质的斯特林制冷机的工作系数 解：

压缩空气制冷，qc较小， 且随π上升，ε下降，为兼顾 Qc及ε，采用大流量叶轮压缩 机并回热。 三.回热式压缩空气制冷循环  压缩空气制冷，qc较小， 且随π上升，ε下降，为兼顾 Qc及ε，采用大流量叶轮压缩 机并回热。 16

回热后： 因为 面积12nm1=面积45gk4 ε相等， 所以 qc=面积1mg61 q1=面积34kn3=面积3’5’gm3’ 17 回热后：  因为 面积12nm1=面积45gk4  所以 qc=面积1mg61  q1=面积34kn3=面积3’5’gm3’ ε相等，  π下降 17

例：假定空气进入压气机时的状态为p1=0. 1MPa，t1=-20 ℃，在压气机内定熵压缩到p2=0 例：假定空气进入压气机时的状态为p1=0.1MPa，t1=-20 ℃，在压气机内定熵压缩到p2=0.5MPa，然后进入冷却器。离开冷却器时空气的温度为t3=20℃。若tc=-20℃，t0=20℃，空气视为定比热容的理想气体，κ=1.4。试求：(1)无回热时的制冷系数及每kg空气的制冷量；(2)若保持不变而采用回热，理想情况下压缩比是多少? ；(2)若 是多少?

解： (1)求无回热时的和 据题意， 故 且由 压缩机耗功为

膨胀机作出的功为 空气在冷却器中放热量为 每kg空气在冷库中的吸热量即为每kg空气的制冷量：

循环的净功为： 循环的净热量为 故循环的制冷系数为： (2) 求有回热时的压力比 据题意，参照教材图12-4，有 且

比较 和 可知，压缩空气制冷装置理想循环采用回热后，只要 不变，则 和 亦相同，但压力比减小，对使用叶轮式机械就很有利。 同样冷库温度 和环境温度 条件下逆向卡诺循环的制冷系数是6.33，远大于本例计算值，这是由于压缩空气制冷循环中定压吸、排热偏离定温吸、排热甚远之故，但这是工质性质决定了的。

空气压缩制冷的根本缺陷 1. 无法实现 T ， 低，经济性差 2. q2=cp(T1-T4)小， 制冷能力q2 很小。  蒸气在两相区易实现 T  汽化潜热大，制冷能力可能大

--The vapor-compression cycle §12-3 压缩蒸汽制冷循环   --The vapor-compression cycle 二.制冷系数ε  24

三.状态参数确定 25

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例：某压缩蒸汽制冷装置用氨作制冷剂，制冷率为105kJ/h若已知冷凝温度为27°c，蒸发温度为-5 °c，试求：制冷剂的质量流量；压缩机功率及增压比；冷凝器放热量及循环制冷系数。

解： 查logp-h图，确定

§12-4 制冷剂(Refrigerants)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。 30

制冷剂其他性质  1.对环境友善 2.安全无毒   3.溶油性好，化学稳定性好， 31

制冷剂的命名 Cm Hx Fy Clz 氯氟烃 F R(m-1)(x+1)y Cl Cl H 例：R12—CF2Cl2 C R22—CHF2Cl F R12= 1 0 2 90+n C H F

制冷剂的命名 R134a —C2H2F4Cl2 同素异构体 F H C C F H R134a R134

吸收式制冷装置 吸收式制冷装置—依靠高温热源向环境传递热量作为代价而实现制冷的装置。 吸收式制冷装置—采用吸收器、蒸气发生器和泵来取代蒸气压缩式制冷装置的压气机。 常用工质：氨（制冷剂）＋水（吸收剂） 水（制冷剂）＋溴化锂 （吸收剂） 工作过程（氨＋水）：吸收器中，氨水溶液吸收来自蒸发器的氨蒸气。由于氨溶解时产生溶解热，为了保持溶液的吸收能力，要用冷却水冷却吸收器。泵浓溶液加压后送入蒸气发生器。蒸气发生器加热浓溶液，使其中所溶解的氨蒸发产生氨气。 蒸气发生器中氨气蒸发后低浓度的氨水溶液，经节流降压后流回吸收器重新利用。

吸收式制冷装置中，氨的加压是靠泵完成的，其所消耗的功要比用压气机压缩氨蒸气所消耗的功要小得多。 制冷装置需要消耗一定的热量来加热蒸气发生器，使得氨气在较高压力下从氨溶液中蒸发出来。它工作的有效程度也用热量利用系数来表示，即 式中， 为加热蒸气发生器所需的热量， 为制冷量。 吸收式制冷装置的不可逆损失较大，其热量利用系数较小。但吸收式制冷装置的构造简单，造价低廉，特别是它消耗的功率很小，还可利用温度不太高的生产过程的余热来加热蒸气发生器，故在工厂企业中应用这种制冷装置可节约电力的消耗，并充分利用余热。 近年来，以溴化锂作吸收剂，以水蒸气作制冷剂的吸收式制冷装置的发展较快，常用来作为大型空气调节装置的制冷设备。

§12-6 热泵循环—heat pump 一. 简介 二. 供热系数 工业锅炉： 电厂热效率： 热泵供暖系数： 36

例：华北某市热电厂排出水温30℃以上，余热量 三. 热泵供暖 例：华北某市热电厂排出水温30℃以上，余热量 如以热泵回收，能满足1000万平方米 建筑物采暖，一年节煤100万吨。 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。 37