制冷原理与设备绪论市公开课一等奖省赛课获奖课件

制冷原理与设备天津商业大学机械工程学院制冷与空调工程系李慧宇制冷原理与设备绪论第1页教学主要内容：制冷原理各种制冷方法概述单级蒸气压缩式制冷循环制冷剂双级蒸气压缩式制冷循环复叠式蒸气压缩式制冷循环制冷设备冷凝器和蒸发器节流机构及其它辅助设备制冷原理与设备绪论第2页教学参考书：制冷原理与设备吴业正主编，机械工业出版社制冷与低温原理陈光明陈国邦主编，机械工业出版社制冷原理与装置郑贤德主编，机械工业出版社空调调整用制冷技术彦启森主编，中国建筑工业出版社制冷原理与设备绪论第3页课程学习要求：了解并掌握蒸气压缩式制冷基本原理及其循环特点；了解并掌握制冷机设备各种类型及其设计计算；了解各种制冷方法基本原理及其循环；经过本课程学习，能够进行制冷循环热力计算及机器设备选型（或设计）；按时完成作业。制冷原理与设备绪论第4页绪论制冷技术实现制冷路径制冷技术应用制冷技术研究内容和基础理论制冷原理与设备绪论第5页绪论一、制冷技术1.制冷定义：制冷就是使某一空间内物体温度低于周围环境介质温度，并维持这个低温环境过程。2.实现制冷路径：天然冷却

利用自然界物质来完成降温过程人工制冷—利用制冷装置取得所需低温，但要消耗能量（如：电能、热能、机械能、太阳能等）。制冷原理与设备绪论第6页3.制冷机机械制冷中所需机器设备总合称为制冷机。4.制冷剂制冷机中使用工作介质称为制冷剂。制冷剂在制冷机中循环流动，同时与外界发生能量交换，即不停地从被冷却对象中吸收热量，向环境排放热量。制冷原理与设备绪论第7页二、实现人工制冷方法1.利用物质相变来吸热制冷；

融化（固体—液体）气化（液体—气体）升华（固体—气体）气化制冷（蒸气制冷）：包含蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、蒸汽喷射式制冷、吸附式制冷。制冷原理与设备绪论第8页2.利用气体膨胀产生低温气体等熵膨胀时温度总是降低，产生冷效应。3.气体涡流制冷高压气体经涡流管膨胀后，可分为冷热两股气流；4.热电制冷（半导体制冷）利用半导体温差电效应实现制冷。制冷原理与设备绪论第9页依据制冷温度不一样，制冷技术可大致上划分三大类：普通冷冻：＞120K深度冷冻：120K~20K低温和超低温：＜20K。t=T-273.15(t,℃;T,Kelvin开）T=273+t制冷原理与设备绪论第10页制冷原理与设备绪论第11页三.制冷技术研究内容1）研究取得低温方法和相关机理以及与此对应制冷循环，并对制冷循环进行热力学分析和计算。2）研究制冷剂性质，从而为制冷机提供性能满意工作介质。3）研究实现制冷循环所必需各种机械和技术设备，包含它们工作原理、性能分析、结构设计，以及制冷装置流程组织、系统配套设计。制冷原理与设备绪论第12页四.制冷技术应用

１.空调工程空调工程是制冷技术应用一个辽阔领域。光学仪器仪表、精密计量量具、纺织等生产车间及计算机房等，都要求对环境温度、湿度、洁净度进行不一样程度控制；体育馆、大会堂、宾馆等公共建筑和小汽车、飞机、大型客车等交通工具也都需有舒适空调系统。２.食品工程易腐食品从采购或捕捞、加工、贮藏、运输到销售全部流经过程中，都必须保持稳定低温环境，才能延长和提升食品质量、经济寿命与价值。这就需有各种制冷设施，如冷加工设备、冷冻冷藏库、冷藏运输车或船、冷藏售货柜台等。制冷原理与设备绪论第13页

３.机械与电子工业精密机床油压系统利用制冷来控制油温，可稳定油膜刚度，使机床能正常工作。对钢进行低温处理可改进钢性能，提升钢硬度和强度，延长工件使用寿命。多路通讯、雷达、卫星地面站等电子设备也都需要在低温下工作。４.医疗卫生事业血浆、疫苗及一些特殊药品需要低温保留。低温麻醉、低温手术及高烧患者冷敷降温等也需制冷技术。５.国防工业和当代科学在高寒地域使用发动机、汽车、坦克、大炮等常规武器性能需要作环境模拟试验，火箭、航天器也需要在模拟高空条件下进行试验，这些都需要人工制冷技术。人工降雨也需要制冷。６.家用冰箱及空调等日常生活方面也是制冷技术应用。制冷原理与设备绪论第14页制冷原理与设备绪论第15页拼装式冷库结构简图制冷原理与设备绪论第16页大型装配式冷库外形图制冷原理与设备绪论第17页果汁机制冷原理与设备绪论第18页楼宇空调制冷原理与设备绪论第19页陈列柜制冷原理与设备绪论第20页五.制冷技术发展历史1755年，爱丁堡化学教授库伦利用乙醚蒸发使水结冰。他学生布拉克从本质上解释了融化和汽化现象，导出了潜热概念，并创造了冰量热器，标志着当代制冷技术开始。1834年，在伦敦工作美国创造家波尔金斯造出了第一台以乙醚为工质蒸气压缩式制冷机，并正式呈请了英国第6662号专利。这是以后全部蒸气压缩式制冷机雏型。1875年，卡列和林德用氨作制冷剂，制造了氨蒸气压缩式制冷机。1844年，美国人J.Gorrie创造了空气循环式制冷机，并于1851年取得美国专利，这是世界第一台制冷和空调用机器。1858年，美国人尼斯取得了冷库设计第一个美国专利，从此商用食品冷藏事业开始发展。制冷原理与设备绪论第21页我国制冷发展简史人类最早制冷方法是利用自然界存在冷物质－冰、深井水等。我国早在周朝就有了用冰历史。到了秦汉，冰使用就更进了一步，据《艺文志》记载：大秦国有五宫殿，以水晶为柱拱，称水晶宫，内实以冰，遇夏开发。”这实质是我国最早空调房间。到了唐朝已生产冰镇饮料并已经有了冰商。冰酪、奶冰也发源于中国，是冰淇淋雏形，在元朝时由意大利著名旅行家马可·波罗带到了欧洲。人工制冷至今在世界上才有100多年历史。旧中国制冷工业基本上是空白，解放前上海只有几家很小“冰箱厂”且只搞维修业务，全国冷库也仅有几座。解放后，制冷工业得到飞速发展，尤其是八十年代经过引进国外先进技术，使我国制冷、空调产品打入了国际市场。制冷原理与设备绪论第22页第一章制冷方法惯用制冷方法有：液体气化制冷气体膨胀制冷涡流管制冷热电制冷制冷原理与设备绪论第23页液体汽化形成蒸气，利用该过程吸热效应制冷方法称液体蒸发制冷。

制冷原理与设备绪论第24页当液体处于密闭容器内时，若容器内除了液体和液体本身蒸气外不含任何其它气体，那么液体和蒸气在某一压力下将到达平衡。这种状态称饱和状态。假如将一部分饱和蒸气从容器中抽出，液体中就必定要再汽化出一部分蒸气来维持平衡。以液体为制冷剂，它在汽化时要吸收汽化潜热，该热量来自被冷却对象，只要液体蒸发温度比环境温度低，便可使被冷却对象变冷或者使它维持在环境温度以下某一低温。制冷原理与设备绪论第25页为了使上述过程得以连续进行，必须不停地从容器中抽走制冷剂蒸气，再不停地将液体补充进去。经过一定方法将蒸气抽出，再令其凝结为液体后返回到容器中。为使制冷剂蒸气冷凝过程能够在常温下实现，需要将制冷剂蒸气压力提升到常温下饱和压力。这么，制冷剂将在低温低压下蒸发，产生制冷效应；又在常温和高压下凝结，向环境温度冷却介质排放热量。凝结后制冷剂液体因为压力较高，返回容器之前需要先降低压力。制冷原理与设备绪论第26页液体蒸发制冷循环必须具备以下四个基本过程：制冷剂液体在低压下汽化产生低压蒸气，将低压蒸气抽出并提升压力变成高压气，将高压气冷凝成高压液体，高压液体再降低压力回到初始低压状态。按照实现循环所采取方式之不一样，液体蒸发制冷有蒸气压缩式制冷蒸气吸收式制冷蒸气喷射式制冷吸附式制冷等制冷原理与设备绪论第27页

系统组成：1-压缩机2-冷凝器3-膨胀阀4-蒸发器组成密闭系统。

图1-1蒸气压缩式制冷循环流程图§1-1蒸气压缩式制冷蒸气压缩制冷.exe制冷原理与设备绪论第28页工作原理：制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象热量而蒸发，产生低压蒸气被压缩机吸入，经压缩机压缩后制冷剂压力升高，压缩机排出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发。如此周而复始。制冷原理与设备绪论第29页§1-2.蒸气吸收式制冷系统组成：发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、溶液热交换器、溶液泵、冷剂泵等图1-2吸收式制冷流程图工质对：制冷剂与吸收剂惯用：氨—水溶液溴化锂—水溶液

吸收式制冷机消耗热源，能够是废热、废气、蒸汽、热水或燃油、燃气等。吸收式制冷.exe制冷原理与设备绪论第30页图1-3单效热水型溴化锂吸收式制冷机制冷原理与设备绪论第31页工作原理（工作过程）：Ⅰ.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。冷剂水经U型管节流进入蒸发器，在低压下蒸发，产生制冷效应。Ⅱ.发生器中出来浓溶液，经热交换器降温、降压后进入吸收器，与吸收器中稀溶液混合为中间浓度溶液。中间热度溶液被吸收器泵输送并喷淋，吸收从蒸发器中产生冷剂蒸汽，形成稀溶液。稀溶液由发生器泵输送到发生器，重新被热源加热，形成浓溶液。制冷原理与设备绪论第32页氨水吸收式制冷循环工作原理：在发生器中氨水浓溶液被热源加热至沸腾，产生蒸气（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，进入蒸发器，低压液体制冷剂，吸收被冷却物体热量而蒸发，到达制冷目标，产生低压蒸气进入吸收器。而发生器中发生后稀溶液，降压后也进入吸收器，吸收由蒸发器来制冷剂蒸气，浓溶液经溶液泵加压后送入发生器。如此不停循环。单级氨水实际循环.swf制冷原理与设备绪论第33页整个系统包含两个回路：制冷剂回路，溶液回路。系统中使用制冷剂和吸收剂作为工作流体，称为吸收式制冷工质对。吸收剂对制冷剂气体有很强吸收能力。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气体。所以，能够用溶液回路取代压缩机作用，组成蒸气吸收式制冷循环。

制冷原理与设备绪论第34页制冷剂回路由冷凝器

、制冷剂节流阀

、蒸发器

组成。高压制冷剂气体在冷凝器中冷凝，产生高压制冷剂液体经节流后到蒸发器蒸发制冷。

溶液回路由发生器

、吸收器

、溶液节流阀

、溶液热交换器

和溶液泵

组成。

制冷原理与设备绪论第35页在吸收器中，吸收剂吸收来自蒸发器低压制冷剂蒸气，形成富含制冷剂溶液，将该溶液用泵送到发生器，经加热使溶液中制冷剂重新以高压气态发生出来，送入冷凝器。其次，发生后溶液重新恢复到原来成分，经冷却、节流后成为具有吸收能力吸收液，进入吸收器，吸收来自蒸发器低压制冷剂蒸气。吸收过程中伴随释放吸收热，为了保证吸收顺利进行，需要用冷却方法带走吸收热，以免吸收液温度升高。制冷原理与设备绪论第36页假如将吸收式制冷系统与压缩式制冷系统做个对比：吸收器好比压缩式制冷系统中压缩机吸入侧；发生器好比压缩机排出侧；对发生器内溶液加热，提供提升制冷剂蒸气压力能量。

制冷原理与设备绪论第37页普遍应用工质对有两种：溴化锂-水（制冷剂是水）

，氨-水（制冷剂是氨）

。溴化锂吸收式制冷机用于制取

7-10℃

冷水；氨水吸收式制冷机能够制冷温度达

－20℃

或更低。制冷原理与设备绪论第38页§1-3.蒸气喷射式制冷图1-4蒸气喷射式制冷循环流程图制冷原理与设备绪论第39页系统组成：喷射器、冷凝器、蒸发器、节流阀、泵。喷射器由喷嘴、吸入室、扩压器组成。循环流程图如图1-4所表示。蒸气喷射式制冷原理.swf制冷原理与设备绪论第40页工作原理

高压工作蒸气进入喷嘴，膨胀并以1000m/s以上流速流动，于是在喷嘴出口处造成很低压力，这就为蒸发器中水在低温下汽化创造了条件。因为水汽化吸热，而使未汽化水温度下降，为空调系统提供低温冷水。蒸发器中产生冷剂水蒸气与工作蒸气在喷嘴出口处混合，一起进入扩压器。在扩压器中因为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，液态水分两路：一路经过节流阀降压后送回蒸发器，继续蒸发制冷；另一路用泵加压后送入锅炉。制冷原理与设备绪论第41页图1-5蒸气喷射式制冷机理论循环温熵图1-2表示工作蒸气在喷嘴内膨胀过程2、3混合后状态是44-5是混合蒸气在扩压器中流动升压过程5-6冷凝器中气体凝结过程6-7冷剂水节流过程7-3冷剂水蒸发过程6-9-1锅炉工作过程蒸气喷射式制冷机理论循环温熵图制冷原理与设备绪论第42页循环热力分析：制冷量：

Q0=qm0(h3-h6)kW式中：qm0——被引射蒸气质量流量，kg/s；

h3——制冷剂流出蒸发器时焓值，kJ/kg；

h6——凝结水出冷凝器时焓值,kj/kg。锅炉热负荷：

Qh=qm1(h1-h6)kW式中：qm1——工作蒸气质量流量，kg/s；

h1——工作蒸气出锅炉时焓值，kJ/kg。制冷原理与设备绪论第43页冷凝器热负荷：

Qk=(qm0+qm1)(h5-h6)kW式中：h5——混合蒸气进冷凝器时焓值，kJ/kg。循环热平衡：

Q0+Qh=Qk喷射系数：每千克工作蒸气所引射制冷蒸气量（kg），即

u=qm0/qm1理论喷射系数：

u=qm0/qm1=(h1-h5)/(h5-h3)制冷原理与设备绪论第44页§1-4.吸附制冷图1-6太阳能沸石—水吸附制冷原理图吸附制冷也消耗热能。基本原理：一定固体吸附剂对某种制冷剂气体含有吸附作用。吸附能力随吸附剂温度不一样而不一样。周期性地冷却和加热吸附剂，使之交替吸附和解吸。解吸时，释放出制冷剂气体，并使之凝结为液体；吸附时，制冷剂液体蒸发，产生制冷作用。太阳能沸石-水吸附式制冷原理.swf组成：吸附床、冷凝器、蒸发器、连接管路。制冷原理与设备绪论第45页吸附原理：物理吸附、化学吸附工质对：吸附剂——制冷剂

物理吸附：沸石——水、硅胶——水、活性炭——甲醇、金属氢化物——氢、氯化锶——氨化学吸附：氯化钙——氨制冷原理与设备绪论第46页工作原理：白天，吸附床受日照加热，沸石温度升高，产生解析作用，从沸石中脱附出水蒸气，系统内水蒸气压力上升，到达与环境对应饱和压力时，水蒸气在冷凝器中凝结，同时放出潜热，凝水储存在蒸发器中。夜间，吸附床冷下来，沸石温度逐步降低，它吸附水蒸气能力逐步提升，造成系统内气体压力降低，同时，蒸发器中水不停蒸发出来，用以补充沸石对水蒸气吸附。水蒸发过程吸收了热量，到达了制冷目标。制冷原理与设备绪论第47页图2-7太阳能沸石-水吸附制冷原理1-吸附床2-冷凝器3-储水器（蒸发器）

脱附.exe吸附.exe制冷原理与设备绪论第48页热源：只要确保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，都能到达制冷目标。吸附制冷属于液体汽化制冷。吸附床起到压缩机作用。只有一个吸附器系统只能间歇制冷。当吸附器处于吸附过程中产生冷效应。为了连续制冷，能够采取两个吸附器。美国学者乔纳斯(Jones)还提出用三个或四个吸附器进行系统循环，不但实现连续制冷，还能够利用一个吸附床排热去加热另一个吸附床，从而使热能充分利用。制冷原理与设备绪论第49页§1-5、热电制冷-(温差电制冷、半导体制冷）NP+-冷结点热结点令直流电经过半导体热电堆，即可在一端产生冷效应，另一端产生热效应。半导体热电堆：一块N型半导体（电子型）和一块P型半导体（空穴型）联接成热电偶。图1-7热电制冷原理图热电制冷.exe制冷原理与设备绪论第50页原理：利用热电效应一个制冷方法。帕尔帖效应：1834年，法国物理学家帕尔帖在铜丝两头各接一根铋丝，再将两根铋丝分别接到直流电源正、负极上，通电后，发觉一个接头变热；另一个接头变冷。这个现象称为帕尔帖效应。热电制冷元件：由P型和N型半导体组成。N型（电子型）半导体，P型（空穴型）半导体。用铜板和铜导线将N，P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，冷热结点也伴随改变。制冷原理与设备绪论第51页制冷原理与设备绪论第52页§1-6.涡流管制冷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，冷气流温度可达-10℃～-50℃,热气流温度可达100～130℃。1933年，法国兰克（Ranque）创造兰克管。能够使压缩气体产生涡流、并将其流分成冷、热两部分，分别从管两端流出。涡流管制冷装置结构图如图所表示。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.swf制冷原理与设备绪论第53页涡旋管是一个结构比较简单管子，它主要是由喷嘴、涡流室、分离孔板及冷热两端管子组成。气体分离成两部分是在涡流管涡流室内进行。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边缘，其连接能够有不一样方法。制冷原理与设备绪论第54页在涡流室一侧装有一个分离孔板，其中心孔径约为管子内径二分之一（或稍小一些），它与喷嘴中心线距离大约为管子内径之半。分离孔板之外即为冷端管子。热端装在分离孔板另一侧，在其外端装有一个控制阀，控制阀离开涡流室距离约为管子内径10倍。制冷原理与设备绪论第55页涡流管能够同时得到冷热两种效应。依据试验，当高压气体温度为室温时，冷气流温度可达（-50~-10）℃，热气流温度可达（100~130）℃，控制阀用来改变热端管子中气体压力，因而可调整两部分气流流量比，以改变它们温度。制冷原理与设备绪论第56页工作原理：经过压缩并冷却到常温气体（空气、co2、N2等气体）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。自由涡流旋转角速度离中心越近就越大。因为角速度不一样，在环形气流层与层之间产生摩擦，中心层部分气流角速度逐步降低；外层气流角速度逐步升高，所以存在着由中心向外层动量流。内层气体失去能量，从孔板流出时含有较低温度；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，使得从控制阀流出气体含有较高温度。制冷原理与设备绪论第57页§1-7.空气（气体）膨胀制冷单一气体工质布雷顿制冷循环布雷顿(Brayton)制冷循环又称逆向焦耳循环，其工作过程包含等熵压缩，等压冷却，等熵膨胀及等压吸热四个过程，这与蒸气压缩式制冷机四个工作过程相近，二者区分在于工质在布雷顿制冷循环中不发生集态改变。历史上第一次实现气体制冷机是以空气作为工质，称为空气制冷机。制冷原理与设备绪论第58页组成：压缩机、膨胀机、空气冷却器和冷室。其循环是开式。工质在循环过程中没有相变。制冷剂还能够是CO2，O2，N2，He等理想气体。组成这种制冷方式循环系统称为理想气体逆向循环系统。其循环型式主要有定压循环、有回热定压循环和定容循环。制冷原理与设备绪论第59页一、无回热气体制冷机循环

布雷顿循环.exe制冷原理与设备绪论第60页制冷原理与设备绪论第61页制冷原理与设备绪论第62页工作原理：从压缩机排出高温高压(T2、p2)气体进入冷却器，在定压p2下被冷却到温度T3，然后进入膨胀机，等熵膨胀到冷室压力p1(普通为1个大气压)，同时温度降到T4，成为低温低压冷气流，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，温度回升到T1，这个过程是在低压p1下等压吸热过程。离开冷室空气（p1，T1）被压缩机吸入，等熵压缩后，状态到达p2，T2完成一个循环。制冷原理与设备绪论第63页图1示出无回热气体制冷机系统图。气体由压力p0被压缩到较高压力pc，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Qc，而后气体进入膨胀机，经历绝热膨胀过程，到达很低温度，又进入冷箱吸热制冷。在理想情况下，我们假定压缩过程和膨胀过程均为理想绝热过程，吸热和放热均为理想等压过程（即没有压力损失），而且换热器出口处没有端部温差。这么假设后循环称为气体制冷机理论循环，其p−V图及T−s图如图2所表示。图中T0是冷箱中制冷温度，Tc是环境介质温度，1－2是等熵压缩过程，2－3是等压冷却过程，3－4是等熵膨胀过程，4－1是在冷箱中等压吸热过程。制冷原理与设备绪论第64页制冷原理与设备绪论第65页由式（7）能够看出，无回热气体制冷机理论循环性能系数与循环压力比或压缩机温度比、膨胀机温度比相关。压力比或者温度比越大，循环性能系数越低。因而为了提升循环经济性应采取较小压力比。制冷原理与设备绪论第66页因为Tc小于T2

，所以无回热气体制冷机理论循环性能系数小于同温限下可逆卡诺循环性能系数，即cop<copc。这是因为在Tc和T2不变情况下，无回热气体制冷机理论循环冷却器中放热过程2－3和冷箱中吸热过程4－1，含有传热温差，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，循环制冷系数越小，循环热力完善度也越低。制冷原理与设备绪论第67页由式（6）能够看出，当pc及p0给定时，cop将保持不变；但伴随T0降低（或Tc升高）可逆卡诺循环性能系数copc将下降，使气体制冷机理论循环热力完善度提升。所以，用气体制冷机制取较低温度时效率较高。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，这些原因使得实际循环单位制冷量减小，单位功增大，性能系数与热力完善度降低，并引发循环特征一些改变。制冷原理与设备绪论第68页二、定压回热气体制冷机循环

在分析无回热气体制冷机理论循环时得出结论：理论循环性能系数随压力比pc/p0减小而增大，所以适当降低压力比是合理。不过因为环境介质温度是一定，降低压力比将使膨胀后气体温度升高，从而限制了制冷箱温度降低。应用回热原理，能够既克服了上述缺点，又到达了降低压力比目标。所谓回热就是把由冷箱返回冷气流引入一个热交换器―回热器，用来冷却从冷却器来高压常温气流，使其温度深入降低，而从冷箱返回气流则被加热，温度升高。这么就使压缩机吸气温度升高，而膨胀机进气温度降低，因而循环工作参数和特征发生了改变。制冷原理与设备绪论第69页布雷顿制冷机.exe制冷原理与设备绪论第70页图5－10为定压回热式气体制冷机系统图及其理论循环T-s图。图中1－2和4－5是压缩和膨胀过程；2－3和5－6是在冷却器中冷却过程及冷箱中吸热过程；3－4和6－1是在回热器中回热过程。图5－10b中还表示出了工作于同一温度范围内含有相同制冷量无回热循环6－7－8－5－6。显然两个循环含有相同工作温度和相等单位制冷量，但定压回热循环压力比，单位压缩功和单位膨胀功都比无回热循环小得多。制冷原理与设备绪论第71页制冷原理与设备绪论第72页制冷原理与设备绪论第73页由式（5－22）能够看出，回热循环2-2-3-4-5-6与无回热循环6－7－8－5，二者不单有相同工作温度范围和相等单位制冷量，而且理论性能系数表示式也相同。但这并不能说明两种循环是等效，因为回热循环压力比小，不但减小了压缩机和膨胀机单位功，而且减小了压缩过程，膨胀过程不可逆损失，所以回热循环实际性能系数比无回热循环大，尤其是应用高效透平机械后，制冷机经济性大大提升。当制取－80℃以下低温时，定压回热气体制冷机热力完善度超出了各种型式蒸气压缩式制冷机。不过到当前为止，定压回热气体制冷机应用还是很不普遍，这是因为它热交换设备比较庞大，而且，当应用透平机械时只适合用于大型制冷装置。制冷原理与设备绪论第74页三、斯特林制冷循环

18斯特林提出了一个由两个等温过程和两个等容回热过程组成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。图5－16表示了理想单级斯特林制冷循环示意图。图5－16c示出了理想斯特林制冷循环p－V图和T－s图。制冷机由回热器R、冷却器A、冷量换热器C及两个气缸和两个活塞组成。左面为膨胀活塞，右面为压缩活塞。两个气缸与活塞形成两个工作腔：冷腔（膨胀腔）Vc0和室温（压缩）腔Va，由回热器R连通，两个活塞作折线式间断运动。假设在稳定工况下，回热器中已经形成了温度梯度，冷腔保持温度Tc0，室温腔保持温度Ta，如图5－16a所表示。从图5－16b、c中状态1开始，压缩活塞和膨胀活塞均处于右止点。气缸内有一定量气体，压力为P1，容积为V1，循环所经历过程以下：制冷原理与设备绪论第75页斯特林.exe制冷原理与设备绪论第76页等温压缩过程1－2：压缩活塞向左移动而膨胀活塞不动。气体被等温压缩，压缩热经冷却器A传给冷却介质（水或空气），温度保持恒值Ta，压力升高到P2，容积减小到V2。定容放热过程2－3：两个活塞同时向左移动，气体容积保持不变，即V3=V2，直至活塞抵达左止点。当气体经过回热器R时，将热量传给填料，因而温度由Ta降低到Tc0，同时压力由P2降低到P3。制冷原理与设备绪论第77页等温膨胀过程3－4：压缩活塞停顿在左止点，而膨胀活塞继续向左移动，直至左止点，温度为Tc0气体进行等温膨胀，经过冷量换热器C从低温热源（冷却对象）吸收一定热量Qc0（循环制冷量）。容积增大到V4