制冷原理与设备绪论、第一章

1、Tianjin University of Commerce绪论绪论Tianjin University of Commerce二、实现人工制冷的方法二、实现人工制冷的方法1.利用物质的相变来吸热制冷；利用物质的相变来吸热制冷； Tianjin University of Commerce2.利用气体膨胀产生低温利用气体膨胀产生低温 气体等熵膨胀时温度总是降低的，产生气体等熵膨胀时温度总是降低的，产生冷效应冷效应。Tianjin University of Commercev根据制冷温度的不同，制冷技术可大体上根据制冷温度的不同，制冷技术可大体上划分三大类：划分三大类：普通冷冻：普通冷冻：12

2、0K深度冷冻：深度冷冻：120K20K低温和超低温：低温和超低温：20K。t=T-273.15 (t, ; T, Kelvin 开）开）T=273+tTianjin University of Commerce第一章第一章 制冷方法制冷方法 v常用制冷的方法有：常用制冷的方法有：v液体气化制冷液体气化制冷v气体膨胀制冷气体膨胀制冷v涡流管制冷涡流管制冷v热电制冷热电制冷Tianjin University of Commerce液体蒸发制冷循环必须具备以下四个基本过液体蒸发制冷循环必须具备以下四个基本过程：程：v制冷剂液体在低压下汽化产生低压蒸气，制冷剂液体在低压下汽化产生低压蒸气， v将低压

3、蒸气抽出并提高压力变成高压气，将低压蒸气抽出并提高压力变成高压气，v 将高压气冷凝成高压液体，将高压气冷凝成高压液体，v高压液体再降低压力回到初始的低压状态。高压液体再降低压力回到初始的低压状态。按照实现循环所采用的方式之不同，液体蒸按照实现循环所采用的方式之不同，液体蒸发制冷有发制冷有蒸气压缩式制冷蒸气压缩式制冷蒸气吸收式制冷蒸气吸收式制冷蒸气喷射式制冷蒸气喷射式制冷吸附式制冷等吸附式制冷等Tianjin University of Commerce图1-1蒸气压缩式制冷循环流程图蒸气压缩制冷.exeTianjin University of Commerce工作原理：工作原理：v制冷剂在蒸

4、发器中吸收被冷却对象的热量制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象的热量而蒸发，产生的低压蒸气被压缩机吸入，而蒸发，产生的低压蒸气被压缩机吸入，经压缩机压缩后制冷剂压力升高，压缩机经压缩机压缩后制冷剂压力升高，压缩机排出的高压蒸气在冷凝器中被常温冷却介排出的高压蒸气在冷凝器中被常温冷却介质冷却，凝结成高压液体。高压液体经膨质冷却，凝结成高压液体。高压液体经膨胀阀节流，变成低压、低温湿蒸气，进入胀阀节流，变成低压、低温湿蒸气，进入蒸发器，低压液体在蒸发器中再次汽化蒸蒸发器，低压液体在蒸发器中再次汽化蒸发。如此周而复始。发。如此周而复始。 Tianjin University of Commerce1-21

5、-2. 蒸气吸收式制蒸气吸收式制冷冷v系统组成系统组成：发生器、吸收器、冷凝发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、溶液热交器、蒸发器、溶液热交换器、溶液泵、冷剂泵换器、溶液泵、冷剂泵等等图1-2 吸收式制冷流程图工质对：制冷剂与吸收剂 常用：氨水溶液 溴化锂水溶液 吸收式制冷机消耗的热源，可以是废热、废气、蒸汽、热水或燃油、燃气等。吸收式制冷.exeTianjin University of Commerce工作原理（工作过程）：工作原理（工作过程）：v.溴化锂溶液在发生器中被热源加热沸腾，产生溴化锂溶液在发生器中被热源加热沸腾，产生出制冷剂蒸汽在冷凝器被冷凝成冷剂水。冷剂水出制冷剂蒸汽在冷凝器被冷

6、凝成冷剂水。冷剂水经经U型管节流进入蒸发器，在低压下蒸发，产生型管节流进入蒸发器，在低压下蒸发，产生制冷效应。制冷效应。v.发生器中出来的浓溶液，经热交换器降温、降发生器中出来的浓溶液，经热交换器降温、降压后进入吸收器，与吸收器中的稀溶液混合为中压后进入吸收器，与吸收器中的稀溶液混合为中间浓度的溶液。中间热度的溶液被吸收器泵输送间浓度的溶液。中间热度的溶液被吸收器泵输送并喷淋，吸收从蒸发器中产生的冷剂蒸汽，形成并喷淋，吸收从蒸发器中产生的冷剂蒸汽，形成稀溶液。稀溶液由发生器泵输送到发生器，重新稀溶液。稀溶液由发生器泵输送到发生器，重新被热源加热，形成浓溶液。被热源加热，形成浓溶液。Tianji

7、n University of Commerce氨水吸收式制冷循环工作原理：氨水吸收式制冷循环工作原理：v在发生器中的氨水浓溶液被热源加热至沸腾，产在发生器中的氨水浓溶液被热源加热至沸腾，产生的蒸气（氨气中含有一小部分水蒸汽）经精馏生的蒸气（氨气中含有一小部分水蒸汽）经精馏塔精馏后（得到几乎是纯氨的蒸气），进入冷凝塔精馏后（得到几乎是纯氨的蒸气），进入冷凝器放出热量后被冷凝成液体，经节流机构节流，器放出热量后被冷凝成液体，经节流机构节流，进入蒸发器，低压液体制冷剂，吸收被冷却物体进入蒸发器，低压液体制冷剂，吸收被冷却物体的热量而蒸发，达到制冷的目的，产生的低压蒸的热量而蒸发，达到制冷的目的，产

8、生的低压蒸气进入吸收器。而发生器中发生后的稀溶液，降气进入吸收器。而发生器中发生后的稀溶液，降压后也进入吸收器，吸收由蒸发器来的制冷剂蒸压后也进入吸收器，吸收由蒸发器来的制冷剂蒸气，浓溶液经溶液泵加压后送入发生器。如此不气，浓溶液经溶液泵加压后送入发生器。如此不断循环。断循环。 单级氨水实际循环.swfTianjin University of Commercev整个系统包括两个回路：制冷剂回路，整个系统包括两个回路：制冷剂回路，溶液回路。溶液回路。v系统中使用制冷剂和吸收剂作为工作系统中使用制冷剂和吸收剂作为工作流体，称为吸收式制冷的工质对。流体，称为吸收式制冷的工质对。v吸收剂对制冷剂气体

9、有很强的吸收能吸收剂对制冷剂气体有很强的吸收能力。吸收剂吸收了制冷剂气体后形成力。吸收剂吸收了制冷剂气体后形成溶液。溶液经加热又能释放出制冷剂溶液。溶液经加热又能释放出制冷剂气体。因此，可以用溶液回路取代压气体。因此，可以用溶液回路取代压缩机的作用，构成蒸气吸收式制冷循缩机的作用，构成蒸气吸收式制冷循环。环。 Tianjin University of Commercev制冷剂回路由冷凝器制冷剂回路由冷凝器 、制冷剂节流、制冷剂节流阀阀 、蒸发器、蒸发器 组成。组成。v高压制冷剂气体在冷凝器中冷凝，高压制冷剂气体在冷凝器中冷凝，产生的高压制冷剂液体经节流后到产生的高压制冷剂液体经节流后到蒸发器

10、蒸发制冷。蒸发器蒸发制冷。 v溶液回路由发生器溶液回路由发生器 、吸收器、吸收器 、溶、溶液节流阀液节流阀 、溶液热交换器、溶液热交换器 和溶液和溶液泵泵 组成。组成。 Tianjin University of Commercev在吸收器中，吸收剂吸收来自蒸发器的低压制在吸收器中，吸收剂吸收来自蒸发器的低压制冷剂蒸气，形成富含制冷剂的溶液，将该溶液冷剂蒸气，形成富含制冷剂的溶液，将该溶液用泵送到发生器，经加热使溶液中的制冷剂重用泵送到发生器，经加热使溶液中的制冷剂重新以高压气态发生出来，送入冷凝器。新以高压气态发生出来，送入冷凝器。v另一方面，发生后的溶液，经冷却、节流后成另一方面，发生后的

11、溶液，经冷却、节流后成为具有吸收能力的吸收液，进入吸收器，吸收为具有吸收能力的吸收液，进入吸收器，吸收来自蒸发器的低压制冷剂蒸气。来自蒸发器的低压制冷剂蒸气。v吸收过程中伴随释放吸收热，为了保证吸收的吸收过程中伴随释放吸收热，为了保证吸收的顺利进行，需要用冷却的方法带走吸收热，以顺利进行，需要用冷却的方法带走吸收热，以免吸收液温度升高。免吸收液温度升高。 Tianjin University of Commercev如果将吸收式制冷系统与压缩式制如果将吸收式制冷系统与压缩式制冷系统做个对比：冷系统做个对比：v吸收器好比压缩式制冷系统中压缩吸收器好比压缩式制冷系统中压缩机的吸入侧；机的吸入侧；v

12、发生器好比压缩机的排出侧；发生器好比压缩机的排出侧；v对发生器内溶液的加热，提供提高对发生器内溶液的加热，提供提高制冷剂蒸气压力的能量。制冷剂蒸气压力的能量。 Tianjin University of Commercev普遍应用的工质对有两种：溴化锂普遍应用的工质对有两种：溴化锂-水（制冷剂是水）水（制冷剂是水） ，氨，氨-水（制冷剂水（制冷剂是氨）是氨） 。v溴化锂吸收式制冷机用于制取溴化锂吸收式制冷机用于制取 7-10 的冷水；的冷水；v氨水吸收式制冷机能够制冷的温度达氨水吸收式制冷机能够制冷的温度达 20 或更低。或更低。Tianjin University of Commerce1-

13、3 1-3 .蒸气喷射式制冷蒸气喷射式制冷图1-4蒸气喷射式制冷循环流程图Tianjin University of Commercev系统组成：系统组成：喷射器、冷凝器、蒸发喷射器、冷凝器、蒸发器、节流阀、泵。器、节流阀、泵。v喷射器由喷嘴、吸入室、扩压器组成。喷射器由喷嘴、吸入室、扩压器组成。v循环流程图如图循环流程图如图1-4所示。所示。蒸气喷射式制冷原理.swfTianjin University of Commerce工作原理工作原理v 高压的工作蒸气进入喷嘴，膨胀并以高压的工作蒸气进入喷嘴，膨胀并以1000m/s以以上的流速流动，于是在喷嘴出口处造成很低的压上的流速流动，于是在喷嘴

14、出口处造成很低的压力，这就为蒸发器中水在低温下汽化创造了条件。力，这就为蒸发器中水在低温下汽化创造了条件。由于水的汽化吸热，而使未汽化的水的温度下降，由于水的汽化吸热，而使未汽化的水的温度下降，为空调系统提供低温冷水。蒸发器中产生的冷剂为空调系统提供低温冷水。蒸发器中产生的冷剂水蒸气与工作蒸气在喷嘴出口处混合，一起进入水蒸气与工作蒸气在喷嘴出口处混合，一起进入扩压器。在扩压器中由于流速降低而使压力升高，扩压器。在扩压器中由于流速降低而使压力升高，进入冷凝器，放出热量后被冷凝成为液体，液态进入冷凝器，放出热量后被冷凝成为液体，液态水分两路：一路经过节流阀降压后送回蒸发器，水分两路：一路经过节流阀

15、降压后送回蒸发器，继续蒸发制冷；另一路用泵加压后送入锅炉。继续蒸发制冷；另一路用泵加压后送入锅炉。Tianjin University of Commerce图1-5蒸气喷射式制冷机理论循环的温熵图蒸气喷射式制冷机理论循环的温熵图Tianjin University of Commerce循环热力分析：循环热力分析：v制冷量：制冷量：v Q0=qm0(h3-h6) kWv式中：式中： qm0被引射蒸气的质量流量，被引射蒸气的质量流量，kg/s；v h3制冷剂流出蒸发器时的焓值，制冷剂流出蒸发器时的焓值，kJ/kg；v h6凝结水出冷凝器时的焓值凝结水出冷凝器时的焓值,kj/kg。v锅炉热负荷锅

16、炉热负荷：v Qh=qm1(h1-h6) kWv式中：式中： qm1工作蒸气的质量流量，工作蒸气的质量流量，kg/s；v h1工作蒸气出锅炉时的焓值，工作蒸气出锅炉时的焓值，kJ/kg。Tianjin University of Commercev冷凝器热负荷冷凝器热负荷：v Qk=(qm0+qm1)(h5-h6) kWv式中：式中： h5混合蒸气进冷凝器时的焓值，混合蒸气进冷凝器时的焓值，kJ/kg。v循环热平衡循环热平衡：v Q0+Qh=Qkv喷射系数喷射系数：每公斤工作蒸气所引射的制冷蒸气的量（：每公斤工作蒸气所引射的制冷蒸气的量（kg），），即即 v u=qm0/qm1v理论喷射系数理

17、论喷射系数：v u= qm0/qm1=(h1-h5)/(h5-h3)Tianjin University of Commercev热源：只要保证能够交替地加热和冷却吸附床，热源：只要保证能够交替地加热和冷却吸附床，使沸石周期性地解吸和吸附，都能达到制冷的使沸石周期性地解吸和吸附，都能达到制冷的目的。目的。 v吸附制冷属于液体汽化制冷。吸附制冷属于液体汽化制冷。v吸附床起到压缩机的作用。吸附床起到压缩机的作用。v只有一个吸附器的系统只能间歇制冷。只有一个吸附器的系统只能间歇制冷。v当吸附器处于吸附过程中产生冷效应。当吸附器处于吸附过程中产生冷效应。v为了连续制冷，可以采用两个吸附器。为了连续制冷

18、，可以采用两个吸附器。v美国学者乔纳斯美国学者乔纳斯(Jones)还提出用三个或四个吸还提出用三个或四个吸附器进行系统循环，不仅实现连续制冷，还可附器进行系统循环，不仅实现连续制冷，还可以利用一个吸附床的排热去加热另一个吸附床，以利用一个吸附床的排热去加热另一个吸附床，从而使热能充分利用。从而使热能充分利用。 Tianjin University of Commerce1-51-5、热电制冷、热电制冷-(温差电制冷、半导体制冷）温差电制冷、半导体制冷）v令直流电通过半导体热电堆，即可在一端产生冷效应，另令直流电通过半导体热电堆，即可在一端产生冷效应，另一端产生热效应。一端产生热效应。半导体热电

19、堆：一块半导体热电堆：一块N型半导体（电子型）和一块型半导体（电子型）和一块P型型半导体（空穴型）联接成的热电偶。半导体（空穴型）联接成的热电偶。NP+-冷结点冷结点热结点热结点图图1-7 热电制冷的原理图热电制冷的原理图热电制冷.exeTianjin University of Commercev原理：利用热电效应的一种制冷方法。原理：利用热电效应的一种制冷方法。v帕尔帖效应：帕尔帖效应：1834年，法国物理学家帕尔帖在铜年，法国物理学家帕尔帖在铜丝的两头各接一根铋丝，再将两根铋丝分别接到丝的两头各接一根铋丝，再将两根铋丝分别接到直流电源的正、负极上，通电后，发现一个接头直流电源的正、负极上

20、，通电后，发现一个接头变热；另一个接头变冷。这个现象称为帕尔帖效变热；另一个接头变冷。这个现象称为帕尔帖效应。应。v热电制冷元件：由热电制冷元件：由P型和型和N型半导体组成型半导体组成 。vN型（电子型）半导体，型（电子型）半导体，P型（空穴型）半导体。型（空穴型）半导体。用铜板和铜导线将用铜板和铜导线将N，P半导体和低压直流电源连半导体和低压直流电源连接成一个回路，铜板和导线只起导电作用。接通接成一个回路，铜板和导线只起导电作用。接通电流时，一个结点变冷，另一个结点变热。改变电流时，一个结点变冷，另一个结点变热。改变电流方向，冷热结点也随着改变。电流方向，冷热结点也随着改变。Tianjin

21、University of Commerce1-6 1-6 .涡流管制冷涡流管制冷v涡流管制冷是使压缩气体产生涡流运动并分离成涡流管制冷是使压缩气体产生涡流运动并分离成冷、热两部分气流，冷气流的温度可达冷、热两部分气流，冷气流的温度可达-10-50,热气流的温度可达热气流的温度可达100130。v1933年，法国的兰克（年，法国的兰克（Ranque）发明兰克管。可）发明兰克管。可以使压缩气体产生涡流、并将其流分成冷、热两以使压缩气体产生涡流、并将其流分成冷、热两部分，分别从管的两端流出。部分，分别从管的两端流出。v涡流管制冷装置结构图如图所示。涡流管制冷装置结构图如图所示。v组成：喷嘴、涡流室

22、、孔板、管子和控制阀。组成：喷嘴、涡流室、孔板、管子和控制阀。图1-9 涡流管制冷装置结构图 涡流管制冷原理.swfTianjin University of Commercev涡旋管是一个构造比较简单的管子，涡旋管是一个构造比较简单的管子，它主要是由喷嘴、涡流室、分离孔它主要是由喷嘴、涡流室、分离孔板及冷热两端的管子组成。气体分板及冷热两端的管子组成。气体分离成两部分是在涡流管的涡流室内离成两部分是在涡流管的涡流室内进行。涡流室内部形状为阿基米德进行。涡流室内部形状为阿基米德螺线，喷嘴沿切线方向装在涡流室螺线，喷嘴沿切线方向装在涡流室的边缘，其连接可以有不同的方法。的边缘，其连接可以有不同的

23、方法。 Tianjin University of Commercev在涡流室的一侧装有一个分离孔板，其在涡流室的一侧装有一个分离孔板，其中心孔径约为管子内径的一半（或稍小中心孔径约为管子内径的一半（或稍小一些）一些） ，它与喷嘴中心线的距离大约为，它与喷嘴中心线的距离大约为管子内径之半。分离孔板之外即为冷端管子内径之半。分离孔板之外即为冷端管子。热端装在分离孔板的另一侧，在管子。热端装在分离孔板的另一侧，在其外端装有一个控制阀，控制阀离开涡其外端装有一个控制阀，控制阀离开涡流室的距离约为管子内径的流室的距离约为管子内径的 10 倍。倍。Tianjin University of Commer

24、cev涡流管可以同时得到冷热两种效应。涡流管可以同时得到冷热两种效应。v根据试验，当高压气体的温度为室温时，根据试验，当高压气体的温度为室温时，冷气流的温度可达（冷气流的温度可达（-50 -10），热，热气流的温度可达（气流的温度可达（100130），控制阀，控制阀用来改变热端管子中气体的压力，因而用来改变热端管子中气体的压力，因而可调节两部分气流的流量比，以改变它可调节两部分气流的流量比，以改变它们的温度。们的温度。Tianjin University of Commerce工作原理：工作原理：v经过压缩并冷却到常温的气体（空气、经过压缩并冷却到常温的气体（空气、co2、N2等等气体）进入喷

25、嘴，在喷嘴中膨胀并加速到音速，气体）进入喷嘴，在喷嘴中膨胀并加速到音速，从切线方向射入涡流室，形成自由涡流。自由涡从切线方向射入涡流室，形成自由涡流。自由涡流的旋转角速度离中心越近就越大。由于角速度流的旋转角速度离中心越近就越大。由于角速度不同，在环形气流的层与层之间产生摩擦，中心不同，在环形气流的层与层之间产生摩擦，中心层部分的气流角速度逐渐降低；外层气流的角速层部分的气流角速度逐渐降低；外层气流的角速度逐渐升高，因此存在着由中心向外层的动量流。度逐渐升高，因此存在着由中心向外层的动量流。内层气体失去能量，从孔板流出时具有较低的温内层气体失去能量，从孔板流出时具有较低的温度；外层气体吸收能量

26、，动能增加，又因为与管度；外层气体吸收能量，动能增加，又因为与管壁摩擦，将部分动能变成热能，使得从控制阀流壁摩擦，将部分动能变成热能，使得从控制阀流出的气体具有较高的温度。出的气体具有较高的温度。Tianjin University of Commerce1-7.1-7.空气（气体）膨胀制冷空气（气体）膨胀制冷v单一气体工质的布雷顿制冷循环单一气体工质的布雷顿制冷循环 v布雷顿布雷顿(Brayton)制冷循环又称逆向焦耳循制冷循环又称逆向焦耳循环，其工作过程包括等熵压缩，等压冷却，环，其工作过程包括等熵压缩，等压冷却，等熵膨胀及等压吸热四个过程，这与蒸气等熵膨胀及等压吸热四个过程，这与蒸气压缩

27、式制冷机的四个工作过程相近，压缩式制冷机的四个工作过程相近， 两者两者的区别在于工质在布雷顿制冷循环中不发的区别在于工质在布雷顿制冷循环中不发生集态改变。生集态改变。v历史上第一次实现的气体制冷机是以空气历史上第一次实现的气体制冷机是以空气作为工质的，称为空气制冷机。作为工质的，称为空气制冷机。Tianjin University of Commercev组成：压缩机、膨胀机、空气冷却器和冷组成：压缩机、膨胀机、空气冷却器和冷室。室。v其循环是开式的。其循环是开式的。v工质在循环过程中没有相变。工质在循环过程中没有相变。 v制冷剂还可以是制冷剂还可以是CO2，O2，N2，He 等理想等理想气体

28、。气体。v构成这种制冷方式的循环系统称为理想气构成这种制冷方式的循环系统称为理想气体的逆向循环系统。体的逆向循环系统。v其循环型式主要有定压循环、有回热的定其循环型式主要有定压循环、有回热的定压循环和定容循环。压循环和定容循环。Tianjin University of Commerce一、无回热气体制冷机循环 布雷顿循环.exeTianjin University of CommerceTianjin University of CommerceTianjin University of Commerce工作原理：工作原理：v从压缩机排出的高温高压从压缩机排出的高温高压(T2、p2)气体进入

29、气体进入冷却器，在定压冷却器，在定压p2下被冷却到温度下被冷却到温度T3，然后，然后进入膨胀机，等熵膨胀到冷室的压力进入膨胀机，等熵膨胀到冷室的压力p1(一一般为般为1个大气压个大气压)，同时温度降到，同时温度降到T4，成为低，成为低温低压的冷气流，冷气流进入冷室，使被温低压的冷气流，冷气流进入冷室，使被冷却对象降温，而空气本身因吸收了热量，冷却对象降温，而空气本身因吸收了热量，温度回升到温度回升到T1，这个过程是在低压，这个过程是在低压p1下的等下的等压吸热过程。离开冷室的空气（压吸热过程。离开冷室的空气（p1，T1）被）被压缩机吸入，等熵压缩后，状态达到压缩机吸入，等熵压缩后，状态达到p2

30、，T2完成一个循环。完成一个循环。 Tianjin University of Commercev图图 1 示出无回热气体制冷机系统图。气体由压力示出无回热气体制冷机系统图。气体由压力 p0 被压缩到较高的压力被压缩到较高的压力 pc，然后进入冷却器中被，然后进入冷却器中被冷却介质（水或循环空气）冷却，放出热量冷却介质（水或循环空气）冷却，放出热量 Qc，而后气体进入膨胀机，经历绝热膨胀过程，达到而后气体进入膨胀机，经历绝热膨胀过程，达到很低的温度，又进入冷箱吸热制冷。很低的温度，又进入冷箱吸热制冷。v在理想情况下，我们假定压缩过程和膨胀过程均在理想情况下，我们假定压缩过程和膨胀过程均为理想绝

31、热过程，吸热和放热均为理想等压过程为理想绝热过程，吸热和放热均为理想等压过程（即没有压力损失），并且换热器出口处没有端（即没有压力损失），并且换热器出口处没有端部温差。这样假设后的循环称为气体制冷机的理部温差。这样假设后的循环称为气体制冷机的理论循环，其论循环，其 p V图及图及T s图如图图如图 2 所示。图中所示。图中 T0 是冷箱中制冷温度，是冷箱中制冷温度，Tc是环境介质的温度，是环境介质的温度，v12 是等熵压缩过程，是等熵压缩过程，23 是等压冷却过程，是等压冷却过程，34 是等熵膨胀过程，是等熵膨胀过程，41 是在冷箱中的等压吸是在冷箱中的等压吸热过程。热过程。 Tianjin

32、University of CommerceTianjin University of Commercev由式（由式（7）可以看出，无回热气体制冷机理论循环）可以看出，无回热气体制冷机理论循环的性能系数与循环的压力比或压缩机的温度比的性能系数与循环的压力比或压缩机的温度比 、膨胀机的温度比膨胀机的温度比 有关。压力比或者温度比越大，有关。压力比或者温度比越大，循环性能系数越低。因而为了提高循环的经济性循环性能系数越低。因而为了提高循环的经济性应采用较小的压力比。应采用较小的压力比。 12TT43TTTianjin University of Commercev由于由于Tc 小于小于T2 ，所以

33、无回热气体制冷机理论循环，所以无回热气体制冷机理论循环的性能系数小于同温限下的可逆卡诺循环的性能的性能系数小于同温限下的可逆卡诺循环的性能系数，即系数，即cop copc。这是因为在。这是因为在Tc和和T2 不变的不变的情况下，无回热气体制冷机理论循环冷却器中的情况下，无回热气体制冷机理论循环冷却器中的放热过程放热过程 23 和冷箱中的吸热过程和冷箱中的吸热过程 41，具有，具有传热温差，因而存在不可逆损失。压力比越大则传热温差，因而存在不可逆损失。压力比越大则传热温差越大，不可逆损失越大，循环的制冷系传热温差越大，不可逆损失越大，循环的制冷系数越小，循环的热力完善度也越低。数越小，循环的热力

34、完善度也越低。 Tianjin University of Commercev由式（由式（6）可以看出，当）可以看出，当p c及及p 0 给定时，给定时，cop将将保持不变；但随着保持不变；但随着T0的降低（或的降低（或T c的升高）可逆的升高）可逆卡诺循环的性能系数卡诺循环的性能系数cop c将下降，使气体制冷机将下降，使气体制冷机理论循环的热力完善度提高。因此，用气体制冷理论循环的热力完善度提高。因此，用气体制冷机制取较低的温度时效率较高。机制取较低的温度时效率较高。 v实际循环中压缩机与膨胀机中并非等熵过程，换实际循环中压缩机与膨胀机中并非等熵过程，换热器中存在传热温差和流动阻力损失，这

35、些因素热器中存在传热温差和流动阻力损失，这些因素使得实际循环的单位制冷量减小，单位功增大，使得实际循环的单位制冷量减小，单位功增大，性能系数与热力完善度降低，并引起循环特性的性能系数与热力完善度降低，并引起循环特性的某些变化。某些变化。Tianjin University of Commerce二、定压回热气体制冷机循环二、定压回热气体制冷机循环 v在分析无回热气体制冷机的理论循环时得出结论：理论循在分析无回热气体制冷机的理论循环时得出结论：理论循环的性能系数随压力比环的性能系数随压力比pc / p0的减小而增大，所以适当的的减小而增大，所以适当的降低压力比是合理的。但是由于环境介质温度是一定

36、的，降低压力比是合理的。但是由于环境介质温度是一定的，降低压力比将使膨胀后的气体温度升高，从而限制了制冷降低压力比将使膨胀后的气体温度升高，从而限制了制冷箱温度的降低。箱温度的降低。v应用回热原理，可以既克服了上述缺点，又达到了降低压应用回热原理，可以既克服了上述缺点，又达到了降低压力比的目的。力比的目的。v所谓回热就是把由冷箱返回的冷气流引入一个热交换器所谓回热就是把由冷箱返回的冷气流引入一个热交换器回热器，用来冷却从冷却器来的高压常温气流，使其温度回热器，用来冷却从冷却器来的高压常温气流，使其温度进一步降低，而从冷箱返回的气流则被加热，温度升高。进一步降低，而从冷箱返回的气流则被加热，温度

37、升高。这样就使压缩机的吸气温度升高，而膨胀机的进气温度降这样就使压缩机的吸气温度升高，而膨胀机的进气温度降低，因而循环的工作参数和特性发生了变化。低，因而循环的工作参数和特性发生了变化。 Tianjin University of Commerce布雷顿制冷机.exeTianjin University of Commercev图图 510 为定压回热式气体制冷机的系统图及其为定压回热式气体制冷机的系统图及其理论循环的理论循环的 T-s 图。图中图。图中 12 和和 45是压缩和膨是压缩和膨胀过程；胀过程；23 和和 56 是在冷却器中的冷却过程是在冷却器中的冷却过程及冷箱中的吸热过程；及冷箱

38、中的吸热过程；34和和 61 是在回热器中是在回热器中的回热过程。的回热过程。 v图图510b 中还表示出了工作于同一温度范围内具中还表示出了工作于同一温度范围内具有相同制冷量的无回热循环有相同制冷量的无回热循环67856。显然。显然两个循环具有相同的工作温度和相等的单位制冷两个循环具有相同的工作温度和相等的单位制冷量，但定压回热循环的压力比，单位压缩功和单量，但定压回热循环的压力比，单位压缩功和单位膨胀功都比无回热循环的小得多。位膨胀功都比无回热循环的小得多。Tianjin University of CommerceTianjin University of Commercev由式（由式（

39、522）可以看出，回热循环）可以看出，回热循环 2-2-3-4-5-6 与无回热与无回热循环循环 6785，两者不单有相同的工作温度范围和相，两者不单有相同的工作温度范围和相等的单位制冷量，而且理论性能系数的表达式也相同。但等的单位制冷量，而且理论性能系数的表达式也相同。但这并不能说明两种循环是等效的，因为回热循环压力比小，这并不能说明两种循环是等效的，因为回热循环压力比小，不仅减小了压缩机和膨胀机的单位功，而且减小了压缩过不仅减小了压缩机和膨胀机的单位功，而且减小了压缩过程，膨胀过程的不可逆损失，所以回热循环实际性能系数程，膨胀过程的不可逆损失，所以回热循环实际性能系数比无回热循环大，特别是

40、应用高效透平机械后，制冷机经比无回热循环大，特别是应用高效透平机械后，制冷机经济性大大提高。济性大大提高。v当制取当制取80以下低温时，定压回热气体制冷机的热力完以下低温时，定压回热气体制冷机的热力完善度超过了各种型式的蒸气压缩式制冷机。但是到目前为善度超过了各种型式的蒸气压缩式制冷机。但是到目前为止，定压回热气体制冷机的应用还是很不普遍，这是因为止，定压回热气体制冷机的应用还是很不普遍，这是因为它的热交换设备比较庞大，而且，当应用透平机械时只适它的热交换设备比较庞大，而且，当应用透平机械时只适用于大型的制冷装置。用于大型的制冷装置。 Tianjin University of Commerce三、斯特林制冷循环三、斯特林制冷循环 v1816年斯特林提出了一种由两个等温过程和两个等容回热年斯特林提出了一种由两个等温过程和两个等容回热过程组成的闭式热力学制冷循环，称为斯特林制冷循环，过程组成的闭式热力学制冷循环，称为斯特林制冷循环，也称为定容回热制冷循环。也称为定容回热制冷循环。v图图516 表示了理想的单级斯特林制冷循环示意图。图表示了理想的单级斯特林制冷循环示意图