Chapter 11 Refrigeration Cycles 第十一章 制冷（致冷）循环

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1 Chapter 11 Refrigeration Cycles 第十一章 制冷（致冷）循环
空气压缩式制冷循环 蒸汽压缩式制冷循环 压缩式热泵循环 吸收式制冷循环

2 动力循环与制冷（热泵)循环 动力Power循环 输入热,通过循环输出功 制冷Refrigeration循环 热泵Heat Pump循环
—正循环 动力Power循环 输入热,通过循环输出功 制冷Refrigeration循环 输入功量（或其他代价），从低温 热源取热 —逆循环 热泵Heat Pump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 卡诺逆循环 Reversed Carnot cycle T s q1 w T2 T0 T0不变, T εC q2 T2不变, T0 εC T2冷库

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

5 Cooling Capacity and Ton of Refrigeration
制冷能力和冷吨 Cooling Capacity and Ton of Refrigeration 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)。 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

6 √ √ √ 制冷循环种类 压缩制冷 Refrigeration Cycle 吸收式制冷 蒸气压缩制冷 Gas compression
空气压缩制冷 压缩制冷 蒸气压缩制冷 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,磁制冷 √ Gas compression √ Vapor-compression Absorption √ Adsorption

7 §8－1 空气压缩制冷循环 冷却水 2 3 冷却器 冷藏室 膨胀机 压缩机 4 1

8 Reversed Brayton Cycle
p-v图和T-s图 p 逆勃雷登循环 T 3 2 2 3 T0 T2 1 4 1 4 v s s 绝热压缩 绝热膨胀 s 等压冷却 p 等压吸热 p

9 制冷系数 T 2 3 1 4 s

10 优点：工质无毒，无味，不怕泄漏。  使用叶轮式，再回热则可用。
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 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。

11 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

12 水 100°C R22 - 40.8°C R134a - 26.1°C § 11-2 蒸气压缩制冷循环
§ 蒸气压缩制冷循环 Vapor-compression refrigeration cycle 水能用否？ 0°C以下凝固不能流动。 一般用低沸点工质，如氟利昂、氨 沸点： 水 100°C R22 - 40.8°C R134a - 26.1°C

13 空气压缩制冷循环 冷却水 2 3 冷却器 冷藏室 膨胀机 压缩机 4 1

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15 2-4：定压放热过程 4-5：绝热节流过程 5-1：定压吸热过程
蒸气压缩制冷空调装置 1-2：绝热压缩过程 4 2-4：定压放热过程 4-5：绝热节流过程 5-1：定压吸热过程 5

16 蒸气压缩制冷循环 T 逆卡诺 s 节流阀代替了膨胀机 比较逆卡诺循环3467 73 湿蒸气压缩 “液击”现象 实际
2 比较逆卡诺循环3467 3 4 逆卡诺 73 湿蒸气压缩 “液击”现象 1 7 6 5 实际 12 既安全，又增加了单位质量工质的制冷量71 s 节流阀代替了膨胀机

17 T s 优点： 节流阀代替膨胀机分析 缺点： 84越陡越好 1. 损失功量 2. 少从冷库取走热量 面积8468 面积a84ba
3 4 2. 少从冷库取走热量 面积8468 1 8 6 5 a b s 面积a84ba 面积a86ba 优点： 利>弊 1. 省掉膨胀机，设备简化； 2. 膨胀阀开度，易调节蒸发温度；

18 2 3 4 1 1

19 蒸气压缩制冷循环的计算 T 蒸发器中吸热量 2 3 4 冷凝器中放热量 1 5 制冷系数 s lnp-h图 两个等压，热与功均与焓有关

20 压焓图 P-h diagram

21 热泵lnp-h图及计算 T lnp h 2 3 4 2 3 4 1 5 1 5 s

22 PERFORMANCE EVALUATION
COEFFICIENT OF PERFORMANCE :

23 过冷措施 工程上常用 lnp h T 2 3 4’ 4 2 3 4 4’ 1 5’ 5 1 5’ 5 s 不变

24 § 热泵Heat pump T0 T1 q1 q1 制冷 w 热泵 w q2 q2 T2 T0 制冷系数 制热系数

25 蒸气压缩式热泵装置 房间 供暖 化工 温度提升 节能 T0

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

27 制冷剂的命名 同素异构体 R134a —C2H2F4 F H C C F H R134a R134

28 American Society of Heating, Refrigerating Air-Conditioning Engineers
混合物制冷剂的命名 ASHRAE R400 非共沸混合物 共沸混合物 R500 American Society of Heating, Refrigerating Air-Conditioning Engineers HC 甲烷 丁烷 R600 R700 其它 R718 水 氨 R717 R744 CO2

29 absorption refrigeration
§ 吸收式制冷循环 absorption refrigeration 压缩制冷循环以消耗机械功为代价 吸收式制冷以消耗热量为代价 利用溶液性质 溶液 = 溶剂 + 溶质 溶剂吸收溶质的能力 溶液T 溶液浓度 溶液T 溶剂吸收溶质的能力 溶液浓度 Ammonia（NH3） 氨（溶质） + 水（溶剂）溶液 溴化锂（溶剂） + 水（溶质）溶液 absorbent Refrigerant

30 吸收式制冷循环示意图 循环性能系数

31 吸收式制冷循环特点 优点： 直接利用热能 可用低品质热 环境性能好 缺点： 设备体积大，启动时间长 用于大型 空调、中央空调。

32 5. 凝固点低，价廉，无毒，不腐蚀，不爆，性质稳定、油溶性、材料相容性、环境性能、安全性能好。
§ 8-5 制冷剂refrigerant 蒸气压缩制冷，要尽可能利用工质两相区，因此与工质性质密切相关。 对热物性要求： boiling point 1. 沸点低，tb<10ºC 2. 压力适中，蒸发器中稍大于大气压，冷凝器中不太高； 3. 汽化潜热大，大冷冻能力； 4. T-S图上下界线陡峭：上界陡峭，冷冻更接近定温，下界线陡，节流损失小； 5. 凝固点低，价廉，无毒，不腐蚀，不爆，性质稳定、油溶性、材料相容性、环境性能、安全性能好。

33 小结 Summary 1. 空气压缩制冷，分析、计算； 2. 蒸汽压缩制冷，分析、计算； 3. 压缩式热泵循环，与制冷原理相同，会计算
1. 空气压缩制冷，分析、计算； 2. 蒸汽压缩制冷，分析、计算； 3. 压缩式热泵循环，与制冷原理相同，会计算 4. 吸收式制冷,……，制冷剂，一般了解