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1、第二章第二章 制冷方法制冷方法制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1制冷方法的選擇制冷方法的選擇2制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析31.1.按制冷工作原理劃分按制冷工作原理劃分物質(zhì)相變(固體融化制冷、固體升華制冷、物質(zhì)相變(固體融化制冷、固體升華制冷、液體汽化制冷液體汽化制冷) 氣體膨脹制冷氣體膨脹制冷 熱電制冷熱電制冷 渦流管制冷渦流管制冷 磁制冷磁制冷 其他新型制冷(熱聲制冷、氦稀釋制冷、化學(xué)制冷)其他新型制冷(熱聲制冷、氦稀釋制冷、化學(xué)制冷)制冷方法分類:制冷方法分類:制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1液體汽化制冷液體汽化制冷:利用液體氣化吸熱原理。利用液體氣化吸熱原
2、理。 如:如:蒸汽蒸汽壓縮式壓縮式制冷制冷 蒸汽蒸汽吸收式吸收式制冷制冷 蒸汽蒸汽吸附式吸附式制冷制冷 蒸汽蒸汽噴射式噴射式制冷制冷 空調(diào)用制冷技術(shù)屬于空調(diào)用制冷技術(shù)屬于普通制冷普通制冷。2.2.按制冷技術(shù)的溫度劃分按制冷技術(shù)的溫度劃分普通制冷普通制冷 120120K(-153)(-153)深度制冷深度制冷 120-20120-20K低溫制冷低溫制冷 20-0.320-0.3K超低溫制冷超低溫制冷 0.30.3K統(tǒng)稱為低溫制冷制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1以以機(jī)械能或電能機(jī)械能或電能為補(bǔ)償為補(bǔ)償 如:如: 蒸氣壓縮式蒸氣壓縮式 熱電式熱電式以以熱能熱能為補(bǔ)償為補(bǔ)償 如:蒸氣吸收式如
3、:蒸氣吸收式 蒸氣噴射式蒸氣噴射式 蒸氣吸附式蒸氣吸附式3.3.按補(bǔ)償能量的形式(或驅(qū)動方式)按補(bǔ)償能量的形式(或驅(qū)動方式)制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1 物理物理方法方法物質(zhì)相變的吸熱效應(yīng)制冷物質(zhì)相變的吸熱效應(yīng)制冷1)1)固體融化制冷固體融化制冷 2)2)固體升華制冷固體升華制冷 3)3)液體汽化制冷液體汽化制冷氣體膨脹制冷氣體膨脹制冷渦流管制冷渦流管制冷熱電制冷熱電制冷其他形式:熱聲制冷、磁制冷其他形式:熱聲制冷、磁制冷 化學(xué)化學(xué)方法方法制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1相變制冷相變制冷的原理的原理 原理:利用物質(zhì)由質(zhì)密態(tài)到質(zhì)稀態(tài)的相變時(shí)的吸原理:利用物質(zhì)由質(zhì)密態(tài)到質(zhì)稀
4、態(tài)的相變時(shí)的吸熱效應(yīng)達(dá)到制冷的目的熱效應(yīng)達(dá)到制冷的目的。 固體融化制冷固體融化制冷 固體升華制冷固體升華制冷 液體氣化制冷液體氣化制冷制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1水的相平衡圖水的相平衡圖 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓標(biāo)準(zhǔn)大氣壓101325Pa下,純水冰下,純水冰的融化溫度為的融化溫度為273.15K固體相變(融化和升華)固體相變(融化和升華) 純水冰融化:純水冰融化: 融點(diǎn):融點(diǎn):00、潛熱:、潛熱:335kJ/kg335kJ/kg、傳熱系數(shù)與比表面積有關(guān)。、傳熱系數(shù)與比表面積有關(guān)。 不足之處:只能制取不足之處:只能制取00以上的溫度。以上的溫度。( (標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下) 冰鹽融化冰鹽融
5、化:冰融化吸熱冰融化吸熱鹽溶解吸熱鹽溶解吸熱能制取能制取00以下的溫度以下的溫度冰鹽種類冰鹽種類 制冷溫度制冷溫度 冰鹽濃度冰鹽濃度 干冰冷卻:干冰冷卻:三相點(diǎn):三相點(diǎn):-56.6 -56.6 ,0.52MPa0.52MPa 三相點(diǎn)以上吸熱融化,以下吸熱升華,常壓下升華溫三相點(diǎn)以上吸熱融化,以下吸熱升華,常壓下升華溫度為度為-78.5 -78.5 。制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1u常用冰、溶液冰或冰鹽的融化過程來吸熱降溫。常用冰、溶液冰或冰鹽的融化過程來吸熱降溫。以一定數(shù)量的固體物質(zhì)作冷源,作用于被冷卻對以一定數(shù)量的固體物質(zhì)作冷源,作用于被冷卻對象,象,一旦固體全部相變,制冷過程即
6、告結(jié)束。所一旦固體全部相變,制冷過程即告結(jié)束。所以不能利用固體融化過程來組成制冷循環(huán)。以不能利用固體融化過程來組成制冷循環(huán)。u近年來,固體相變蓄冷技術(shù)在制冷空調(diào)中的研究近年來,固體相變蓄冷技術(shù)在制冷空調(diào)中的研究和應(yīng)用日益廣泛。蓄冷目的在于緩解能量供求雙和應(yīng)用日益廣泛。蓄冷目的在于緩解能量供求雙方在時(shí)間、強(qiáng)度和地點(diǎn)上的不匹配,合理利用能方在時(shí)間、強(qiáng)度和地點(diǎn)上的不匹配,合理利用能源和減少環(huán)境污染。源和減少環(huán)境污染。 制冷劑液體在制冷劑液體在蒸發(fā)器蒸發(fā)器內(nèi)與被內(nèi)與被冷卻對象發(fā)生熱交換,吸收冷卻對象發(fā)生熱交換,吸收熱量并汽化。熱量并汽化。 低壓制冷劑蒸氣被低壓制冷劑蒸氣被壓縮機(jī)壓縮機(jī)吸吸入,經(jīng)壓縮后以
7、高壓排出。入,經(jīng)壓縮后以高壓排出。 壓縮機(jī)排出的高壓蒸氣進(jìn)入壓縮機(jī)排出的高壓蒸氣進(jìn)入冷凝器冷凝器,放出熱量傳給冷卻,放出熱量傳給冷卻介質(zhì),凝結(jié)成高壓液體。介質(zhì),凝結(jié)成高壓液體。 高壓液體經(jīng)高壓液體經(jīng)膨脹閥膨脹閥節(jié)流,變節(jié)流,變成低壓低溫的氣、液兩相混成低壓低溫的氣、液兩相混合物,進(jìn)入蒸發(fā)器。合物,進(jìn)入蒸發(fā)器。液體氣化制冷液體氣化制冷蒸汽壓縮式制冷蒸汽壓縮式制冷制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1蒸發(fā)蒸發(fā)升壓升壓冷凝冷凝降壓降壓蒸發(fā)器:蒸發(fā)器:壓縮機(jī):壓縮機(jī):冷凝器:冷凝器:節(jié)流機(jī)構(gòu):節(jié)流機(jī)構(gòu):最廣泛應(yīng)用的制冷機(jī)最廣泛應(yīng)用的制冷機(jī)制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1制冷劑回路:制冷劑
8、回路:溶液回路溶液回路(使用的使用的流體為二元溶液)流體為二元溶液):升壓升壓蒸發(fā)、冷凝、降壓蒸發(fā)、冷凝、降壓液體氣化制冷液體氣化制冷蒸汽吸收式制冷蒸汽吸收式制冷制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1 工質(zhì)對的要求:工質(zhì)對的要求: 兩種液體互溶性好,且具有兩種液體互溶性好,且具有不同的沸點(diǎn)。不同的沸點(diǎn)。 1.1.發(fā)生器發(fā)生器 2 2冷凝器冷凝器 3.3.節(jié)流閥節(jié)流閥 4.4.蒸蒸發(fā)皿發(fā)皿 5 5吸收皿吸收皿 6.6.節(jié)流閥節(jié)流閥 7.7.熱交換熱交換器器 8.8.溶液泵溶液泵制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1 單效制冷機(jī)使用能源廣泛,單效制冷機(jī)使用能源廣泛,可以采用各種工業(yè)余熱,廢
9、可以采用各種工業(yè)余熱,廢熱,也可以采用地?zé)?、太陽熱,也可以采用地?zé)?、太陽能等作為?qū)動熱源能等作為驅(qū)動熱源 單效制冷機(jī)的驅(qū)動熱源為低單效制冷機(jī)的驅(qū)動熱源為低品位熱源,其品位熱源,其COPCOP在在0.5-0.7. 0.5-0.7. 如果具備高品位的熱源,應(yīng)如果具備高品位的熱源,應(yīng)選擇直燃機(jī)或蒸氣雙效制冷選擇直燃機(jī)或蒸氣雙效制冷機(jī),其機(jī),其COPCOP可達(dá)可達(dá)1.301.30及以上。及以上。 直燃吸收式溴化鋰直燃吸收式溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī),冷熱水機(jī),是直接是直接燃燒天然氣、城市燃燒天然氣、城市煤氣、液化石油氣煤氣、液化石油氣,柴油作能源,以,柴油作能源,以水水/ /溴化鋰作介質(zhì)的溴化鋰作介質(zhì)的冷熱源設(shè)備
10、。冷熱源設(shè)備。 壓縮式制冷和吸收式制冷比較壓縮式制冷和吸收式制冷比較壓縮式制冷和吸收式制冷比較壓縮式制冷和吸收式制冷比較 提供的能量不同提供的能量不同 蒸發(fā)壓縮式制冷機(jī)消耗機(jī)械功,吸收式制冷機(jī)消蒸發(fā)壓縮式制冷機(jī)消耗機(jī)械功,吸收式制冷機(jī)消耗熱能。耗熱能。 吸取制冷劑蒸氣的方式不同吸取制冷劑蒸氣的方式不同 蒸氣壓縮式用壓縮機(jī)吸取此蒸氣,吸收式制冷機(jī)蒸氣壓縮式用壓縮機(jī)吸取此蒸氣,吸收式制冷機(jī)用吸收劑在吸收器內(nèi)吸取制冷劑蒸氣。用吸收劑在吸收器內(nèi)吸取制冷劑蒸氣。 將低壓制冷劑蒸氣變?yōu)楦邏赫魵夥绞讲煌瑢⒌蛪褐评鋭┱魵庾優(yōu)楦邏赫魵夥绞讲煌?蒸氣壓縮式制冷機(jī)通過原動機(jī)驅(qū)動壓縮機(jī)完成,蒸氣壓縮式制冷機(jī)通過原動機(jī)
11、驅(qū)動壓縮機(jī)完成,吸收式制冷機(jī)則是通過吸收器、溶液泵、發(fā)生器吸收式制冷機(jī)則是通過吸收器、溶液泵、發(fā)生器和溶液節(jié)流閥完成。和溶液節(jié)流閥完成。制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1液體氣化制冷液體氣化制冷吸附式制冷吸附式制冷(a)白天脫附(b)夜間吸附制冷制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1吸附式制冷吸附式制冷 吸附制冷工質(zhì)對吸附制冷工質(zhì)對(吸附劑、制冷劑)(吸附劑、制冷劑) 沸石水沸石水 硅膠硅膠水水 活性炭活性炭甲醇甲醇 活性炭活性炭氨氨制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1 壓縮式制冷循環(huán)壓縮式制冷循環(huán) 吸收式制冷循環(huán)吸收式制冷循環(huán) 吸附式制冷循環(huán)吸附式制冷循環(huán)制冷工質(zhì)制冷工質(zhì)雙
12、組分工質(zhì)對雙組分工質(zhì)對固固液工質(zhì)對液工質(zhì)對間歇型吸附式制冷系統(tǒng)間歇型吸附式制冷系統(tǒng)regeneratorevaporatordriverfancoilpumpchimneycondensercheckvalveAadsorberexhaustgasinletvaccumvalvenoserinlet locomotiveroofexhaustgasoutletcheckvalveBcheckvalveCnoserinletcabin柴油機(jī)煙氣余熱驅(qū)動吸附式制冰機(jī)柴油機(jī)煙氣余熱驅(qū)動吸附式制冰機(jī) 制冷量制冷量: 20 kg ice/h: 20 kg ice/h ( (實(shí)際值實(shí)際值:3-3.5kW)
13、:3-3.5kW) 135 135 馬力柴油機(jī)馬力柴油機(jī) 活性炭活性炭- -甲醇甲醇 雙吸附器雙吸附器(48kg(48kg活性炭活性炭/ /臺臺) ) 上海交大設(shè)計(jì)上海交大設(shè)計(jì), ,湖北登湖北登封換熱器有限公司制造封換熱器有限公司制造吸附制冷的特點(diǎn)吸附制冷的特點(diǎn) 利用各種熱能驅(qū)動,包括鍋爐蒸氣、燃油蒸氣、利用各種熱能驅(qū)動,包括鍋爐蒸氣、燃油蒸氣、太陽能和各種廢熱。太陽能和各種廢熱。 大量節(jié)約用電,消減空調(diào)季節(jié)電網(wǎng)峰值負(fù)荷。大量節(jié)約用電,消減空調(diào)季節(jié)電網(wǎng)峰值負(fù)荷。 結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)行部件少。結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)行部件少。 以水、氨作為制冷劑,對環(huán)境無害。以水、氨作為制冷劑,對環(huán)境無害。制冷方法的分類及原理制
14、冷方法的分類及原理1液體氣化制冷液體氣化制冷蒸汽噴射式制冷蒸汽噴射式制冷制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1蒸氣噴射制冷的特點(diǎn)蒸氣噴射制冷的特點(diǎn) 以熱能為補(bǔ)償能量的方式,以熱能為補(bǔ)償能量的方式,可以使用余熱、廢熱;可以使用余熱、廢熱; 沒有運(yùn)動部件,運(yùn)行可靠,沒有運(yùn)動部件,運(yùn)行可靠,使用壽命長;使用壽命長; 噴射器工作介質(zhì)和蒸發(fā)器的噴射器工作介質(zhì)和蒸發(fā)器的制冷工質(zhì)都是水,不存在工制冷工質(zhì)都是水,不存在工質(zhì)分離,設(shè)備得到簡化。質(zhì)分離,設(shè)備得到簡化。 主要用于制取主要用于制取2-202-20的冷媒的冷媒水水. . 缺點(diǎn):所需的工作蒸氣的壓缺點(diǎn):所需的
15、工作蒸氣的壓力高,當(dāng)工作蒸氣壓力降低力高,當(dāng)工作蒸氣壓力降低時(shí),效率明顯下降。時(shí),效率明顯下降。制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1空氣膨脹制冷空氣膨脹制冷等熵膨脹等熵膨脹空氣制冷機(jī)空氣制冷機(jī)制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1等熵膨脹制冷的等熵膨脹制冷的p-v圖和圖和T-s圖圖 pv3214TsT0TC12341 2 絕熱壓縮絕熱壓縮 2 3 等壓冷卻等壓冷卻3 4 等熵膨脹等熵膨脹4 1 等壓吸熱等壓吸熱制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1氣體等熵膨脹制冷氣體等熵膨脹制冷(布雷頓制冷循環(huán))(布雷頓制冷循環(huán)) 高壓氣體絕熱膨脹時(shí),對膨脹機(jī)作功,同時(shí)氣體的高壓氣體絕熱膨脹時(shí),
16、對膨脹機(jī)作功,同時(shí)氣體的溫度降低;溫度降低; 通常采用空氣作為制冷工質(zhì),也可以通常采用空氣作為制冷工質(zhì),也可以COCO2 2或者或者N N2 2等;等; 采用氣體吸收顯熱來實(shí)現(xiàn)制冷,由于氣體比熱容很采用氣體吸收顯熱來實(shí)現(xiàn)制冷,由于氣體比熱容很小,單位容積制冷量很小。小,單位容積制冷量很小。 主要用于飛機(jī)機(jī)艙空調(diào)和獲取零下主要用于飛機(jī)機(jī)艙空調(diào)和獲取零下70 70 以下的低溫以下的低溫制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1氣體膨脹制冷原理:氣體膨脹制冷原理: 采用高壓氣體膨脹的方采用高壓氣體膨脹的方法獲得低溫法獲得低溫 等熵膨脹制冷(布雷頓制冷循環(huán))等熵膨脹制冷(布雷頓制冷循環(huán)) 在膨脹機(jī)內(nèi)等
17、熵膨脹,對外輸出功,溫度降低。 絕熱節(jié)流膨脹(林德循環(huán))絕熱節(jié)流膨脹(林德循環(huán)) 經(jīng)節(jié)流閥膨脹,節(jié)流前后焓值不變。 等溫膨脹制冷(斯特林循環(huán))等溫膨脹制冷(斯特林循環(huán)) 氣體等溫膨脹的同時(shí),從外界吸熱。 絕熱放氣制冷(脈管制冷)絕熱放氣制冷(脈管制冷) 絕熱放氣,容器內(nèi)的存留氣體溫度下降。制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1林德循環(huán)林德循環(huán)T-s圖圖 林德循環(huán)系統(tǒng)圖林德循環(huán)系統(tǒng)圖 定容回?zé)嵫h(huán)定容回?zé)嵫h(huán)/可逆循環(huán)可逆循環(huán) ( 斯特林循環(huán))斯特林循環(huán)) 制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1絕熱放氣制冷絕熱放氣制冷 剛性容器中的高壓氣體在絕熱放氣時(shí)溫度降低剛性容器中的高壓氣體在絕熱放
18、氣時(shí)溫度降低,利用此效用可利用此效用可以制冷。以制冷。 1) G1) G制冷機(jī)制冷機(jī) 制冷情況:單級制冷情況:單級222277K77K 雙級雙級 12K12K 三級三級 101077K77K 2) 2) 脈管制冷機(jī)脈管制冷機(jī) 制冷情況:單級制冷情況:單級 28K28K(法)(法) 23.5K(23.5K(日本日本) ) 多級研發(fā)中多級研發(fā)中 制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1吉福特麥克馬洪(吉福特麥克馬洪(G-MG-M)制冷循環(huán))制冷循環(huán) 單級單級GM制冷機(jī)系統(tǒng)制冷機(jī)系統(tǒng) 制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1G-MG-M制冷機(jī)工作循環(huán)制冷機(jī)工作循環(huán)n 升壓過程升壓過程 12 12
19、 n 等壓進(jìn)氣過程等壓進(jìn)氣過程 23 23 n 絕熱放氣過程絕熱放氣過程 3434n 等壓排氣過程等壓排氣過程 41 41 單級G-M制冷循環(huán)p-V圖41ppHVpL23制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1脈管制冷機(jī)脈管制冷機(jī) 脈管制冷的基本原理是利用高低壓氣體對脈沖管腔的充脈管制冷的基本原理是利用高低壓氣體對脈沖管腔的充放氣而獲得低溫的。它實(shí)質(zhì)上是西蒙膨脹制冷的放氣而獲得低溫的。它實(shí)質(zhì)上是西蒙膨脹制冷的種型種型式。式。基本型脈管制冷機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖基本型脈管制冷機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖 制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1熱電制冷(溫差發(fā)電制冷):熱電制冷(溫差發(fā)電制冷):利用某種半導(dǎo)體利用某種
20、半導(dǎo)體材料的熱電效應(yīng)材料的熱電效應(yīng)(即帕爾貼效應(yīng))(即帕爾貼效應(yīng)) 。載流子載流子空穴型(空穴型(P P型):空穴型):空穴 + +電子型(電子型(N N型):電子型):電子 - -載流子在半導(dǎo)體中具有的勢能高于在金屬中的載流子在半導(dǎo)體中具有的勢能高于在金屬中的勢能勢能+-制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1熱電制冷熱電制冷 制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1熱電制冷的特點(diǎn)熱電制冷的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn):優(yōu)點(diǎn): 不需要工質(zhì)來實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移,整個(gè)裝置沒有任何機(jī)械運(yùn)動部件; 體積小、啟動快,使用靈活(冷卻速度和制冷度可通過調(diào)節(jié)工作電流實(shí)現(xiàn)); 冷熱端可
21、互換。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 熱電制冷的效率低,耗電多,半導(dǎo)體器件價(jià)格高,不適宜大規(guī)模用冷場合;制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1熱電制冷的應(yīng)用場合熱電制冷的應(yīng)用場合 不宜大規(guī)模和大制冷量使用。由于它的靈活性強(qiáng)不宜大規(guī)模和大制冷量使用。由于它的靈活性強(qiáng),簡單方便冷熱切換容易,非常適宜于微型制冷,簡單方便冷熱切換容易,非常適宜于微型制冷領(lǐng)域或有特殊要求的用冷場合,如下:領(lǐng)域或有特殊要求的用冷場合,如下: 空間探測飛機(jī)上的科學(xué)儀器 電子儀器和醫(yī)療機(jī)械的制冷裝置 手提式冰箱,核潛艇的空調(diào)裝置制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1渦流管制冷渦流管制冷 19311931年蘭克發(fā)現(xiàn)旋風(fēng)分離器中旋轉(zhuǎn)的空氣流
22、具有年蘭克發(fā)現(xiàn)旋風(fēng)分離器中旋轉(zhuǎn)的空氣流具有低溫。低溫。 19331933年年RanqueRanque發(fā)明了一種裝置,使得發(fā)明了一種裝置,使得壓縮空氣壓縮空氣產(chǎn)產(chǎn)生渦流、并將氣體分成冷熱兩部分。該裝置稱為生渦流、并將氣體分成冷熱兩部分。該裝置稱為渦流管,又叫蘭克管。渦流管,又叫蘭克管。 渦流管是使壓縮氣體產(chǎn)生渦流運(yùn)動并分離成冷、渦流管是使壓縮氣體產(chǎn)生渦流運(yùn)動并分離成冷、熱兩部分,其中冷氣流用來制冷。熱兩部分,其中冷氣流用來制冷。制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1渦流管裝置的結(jié)構(gòu)渦流管裝置的結(jié)構(gòu) 由噴嘴、渦流室、孔板、管子噴嘴、渦流室、孔板、管子和控制閥控制閥組成。渦流室將管子分冷端和熱端
23、兩部分。孔板在渦流室與冷端管子之間,熱端管子出口處裝控制閥。管外為大氣,噴嘴沿渦流室切向布置。制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1渦流管制冷的特點(diǎn)渦流管制冷的特點(diǎn) 機(jī)構(gòu)簡單,沒有運(yùn)動部件,操作方便;機(jī)構(gòu)簡單,沒有運(yùn)動部件,操作方便; 體積小、重量輕;體積小、重量輕; 制冷溫度低;制冷溫度低; 啟動時(shí)間短;啟動時(shí)間短; 工質(zhì)廉價(jià)易得;工質(zhì)廉價(jià)易得; 噪聲大、效率低,應(yīng)用受到限制;噪聲大、效率低,應(yīng)用受到限制; 適用于空間較小容易獲得壓縮空氣的場合。制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1熱聲制冷熱聲制冷 熱聲效應(yīng)熱聲效應(yīng)(Thermoacoustic Effect) 聲波在空氣中傳播時(shí)會
24、產(chǎn)生壓力及位移的波動。聲波的傳播也會引起溫度的波動。當(dāng)聲波所引起的壓力、位移及溫度的波動與一固體邊界相作用時(shí),就會發(fā)生明顯的聲波能量與熱能的轉(zhuǎn)換,這就是熱聲效應(yīng)。制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理11986年,Hofler在他的博士論文中設(shè)計(jì)并制作了一實(shí)驗(yàn)熱聲制冷機(jī)。這是世界上第一臺有效的熱聲制冷機(jī),它以揚(yáng)聲器驅(qū)動發(fā)聲,在3W的熱負(fù)荷下,其制冷系數(shù)達(dá)到卡諾系數(shù)的12%,制冷溫度可達(dá) -50。 熱聲制冷原型機(jī)展出熱聲制冷原型機(jī)展出磁制冷磁制冷 磁制冷是在順磁體絕熱去磁過程中獲得冷效應(yīng)的。磁制冷是在順磁體絕熱去磁過程中獲得冷效應(yīng)的。低溫磁制冷(以下)低溫磁制冷(以下)磁制磁制冷卡諾循環(huán)是由以
25、下四個(gè)過程組冷卡諾循環(huán)是由以下四個(gè)過程組成:成:: :等溫磁化(排放熱量)等溫磁化(排放熱量): :絕熱退磁(溫度降低)絕熱退磁(溫度降低): :等溫退磁(吸收熱量等溫退磁(吸收熱量制冷)制冷): :絕熱磁化(溫度升高)絕熱磁化(溫度升高)制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理112:等:等溫磁化溫磁化(排熱)(排熱)23:等:等磁場過程磁場過程(溫度降(溫度降低)低)34:等溫退磁(吸熱制冷):等溫退磁(吸熱制冷)41:等磁過:等磁過程(溫度上升)程(溫度上升)高溫磁制冷高溫磁制冷 (20K以上)以上)制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1電化學(xué)制冷電化學(xué)制冷 利用化學(xué)反應(yīng)伴隨的熱效應(yīng)
26、也可以制冷利用化學(xué)反應(yīng)伴隨的熱效應(yīng)也可以制冷負(fù)極板上發(fā)生氧化反應(yīng)負(fù)極板上發(fā)生氧化反應(yīng) 放熱放熱正極板上發(fā)生還原反應(yīng)正極板上發(fā)生還原反應(yīng) 吸熱吸熱制冷的方式方法很多;任何伴隨有吸熱的物制冷的方式方法很多;任何伴隨有吸熱的物理現(xiàn)象原則上都有可能用來制冷理現(xiàn)象原則上都有可能用來制冷本書主要講蒸汽壓縮式、吸收式制冷方式本書主要講蒸汽壓縮式、吸收式制冷方式制冷方法的分類及原理制冷方法的分類及原理1 合適的制冷溫度和制冷量范圍合適的制冷溫度和制冷量范圍 消耗能量的形式消耗能量的形式 運(yùn)行安全性和可靠性運(yùn)行安全性和可靠性 環(huán)境保護(hù)環(huán)境保護(hù) 系統(tǒng)初投資系統(tǒng)初投資 運(yùn)行管理費(fèi)用運(yùn)行管理費(fèi)用制冷方法的選擇制冷方法
27、的選擇2制冷及制冷機(jī)種類耗能形式適應(yīng)溫度范圍單機(jī)制冷量kW安全性主要用途相變制冷蒸氣壓縮式機(jī)械、電能-140以上0.1235000工質(zhì)相關(guān)廣泛用于工、農(nóng)業(yè)及民用生活各領(lǐng)域溴化鋰吸收式熱能0以上3.57000高各種工業(yè)和民用空調(diào)或工藝低溫水氨吸收式-65以上107000中化工工藝過程吸附式-30以上高空調(diào)和冰箱膨脹制冷空氣制冷機(jī)機(jī)械、電能-150以上0.0005高人工氣候室或空調(diào)氣體回?zé)崾綑C(jī)械、電能-100-2530.0005高液化、紅外技術(shù)等渦流管制冷高速或高壓流體-70以上小冷量高微型制冷等熱電制冷電能-120以上0.0013489高醫(yī)用和儀器用、軍事裝備絕熱去磁制冷電能-273-80高超低
28、溫制冷工程各種制冷方法及其特點(diǎn)各種制冷方法及其特點(diǎn) 從從熱力學(xué)角度熱力學(xué)角度,制冷系統(tǒng)是利用逆向循環(huán),制冷系統(tǒng)是利用逆向循環(huán)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng);的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng); 按照按照補(bǔ)償能量的方式補(bǔ)償能量的方式,歸納為兩大類,以,歸納為兩大類,以機(jī)械能或電能為補(bǔ)償和以熱能為補(bǔ)償?shù)?。機(jī)械能或電能為補(bǔ)償和以熱能為補(bǔ)償?shù)摹G罢呷缯魵鈮嚎s式、熱電式制冷;后者如前者如蒸氣壓縮式、熱電式制冷;后者如吸收、蒸氣噴射、吸附式制冷機(jī)等。吸收、蒸氣噴射、吸附式制冷機(jī)等。制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析3機(jī)械或電驅(qū)動制冷機(jī)機(jī)械或電驅(qū)動制冷機(jī)制冷系數(shù)制冷系數(shù)熱能驅(qū)動制冷機(jī)熱能驅(qū)動制冷機(jī)熱力系數(shù)熱力系數(shù)。1.1.性能系數(shù)性能系
29、數(shù)COP(Coefficience of Performance)COP(Coefficience of Performance)制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析3動力裝置和制冷裝置工作原理比較動力裝置和制冷裝置工作原理比較 a-a-動力循環(huán)動力循環(huán) b-b-制冷循環(huán)制冷循環(huán)2.2.逆卡諾循環(huán)(制冷循環(huán))逆卡諾循環(huán)(制冷循環(huán))制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析31 1)實(shí)現(xiàn)逆卡諾循環(huán)必須具備的條件)實(shí)現(xiàn)逆卡諾循環(huán)必須具備的條件:高、低溫?zé)嵩礈囟群愣ǎ桓?、低溫?zé)嵩礈囟群愣ǎ还べ|(zhì)與外界熱源之間無傳熱溫差;工質(zhì)與外界熱源之間無傳熱溫差;工質(zhì)流經(jīng)各個(gè)設(shè)備時(shí)無內(nèi)部不可逆損失;工質(zhì)流經(jīng)各個(gè)設(shè)
30、備時(shí)無內(nèi)部不可逆損失;必要設(shè)備是壓縮機(jī)、冷凝器、必要設(shè)備是壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹機(jī)膨脹機(jī)和蒸和蒸發(fā)器。發(fā)器。制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析3(1 1)絕熱壓縮)絕熱壓縮(1(12)2):T T0 0升至升至T Tk k,外界輸入功,外界輸入功w w;(2 2)等溫冷凝)等溫冷凝(2(23)3):在等溫:在等溫T Tk k向高溫?zé)嵩捶懦鱿蚋邷責(zé)嵩捶懦鰍 qk k;(3 3)絕熱膨脹)絕熱膨脹(3(34)4):T Tk k降至降至T T0 0,膨脹機(jī)輸出功,膨脹機(jī)輸出功w we e;(4 4)等溫蒸發(fā))等溫蒸發(fā)(4(41)1):等溫:等溫T T0 0吸收低溫?zé)嵩粗形盏蜏責(zé)嵩粗衠 q0 0
31、。 2 2)逆卡諾循環(huán)的熱力過程:)逆卡諾循環(huán)的熱力過程:制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析3制冷系數(shù)大小只取決于兩個(gè)熱源的溫度;制冷系數(shù)大小只取決于兩個(gè)熱源的溫度;T0 或或Tk 4 4)結(jié)論:)結(jié)論:v逆卡諾循環(huán)難以實(shí)現(xiàn)逆卡諾循環(huán)難以實(shí)現(xiàn) :u無溫差的傳熱過程難以實(shí)現(xiàn);無溫差的傳熱過程難以實(shí)現(xiàn);u膨脹機(jī)等熵膨脹不經(jīng)濟(jì);膨脹機(jī)等熵膨脹不經(jīng)濟(jì);u濕壓縮不利于壓縮機(jī)正常工作濕壓縮不利于壓縮機(jī)正常工作tKFQ制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析33.3.機(jī)械機(jī)械( (電電) )能驅(qū)動的制冷循環(huán)能驅(qū)動的制冷循環(huán) 由熱力學(xué)第二定律,在兩由熱力學(xué)第二定律,在兩個(gè)個(gè)恒溫?zé)嵩春銣責(zé)嵩撮g工作的間工作
32、的可逆機(jī)可逆機(jī),一個(gè)循環(huán)的熵增等于零,即一個(gè)循環(huán)的熵增等于零,即則有則有:100010QTTWTTaaT由熱力學(xué)第一定律有由熱力學(xué)第一定律有 0QQWa制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析3100010QTTWTTaaT兩恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆制冷機(jī),兩恒溫?zé)嵩撮g工作的可逆制冷機(jī),制冷系數(shù)制冷系數(shù)只與熱源溫度只與熱源溫度T Ta a、T T0 0有關(guān),有關(guān),而與制冷機(jī)使用的制冷劑性質(zhì)無關(guān)。而與制冷機(jī)使用的制冷劑性質(zhì)無關(guān)。實(shí)際制冷機(jī)制冷系數(shù)實(shí)際制冷機(jī)制冷系數(shù)隨熱源溫度的變化趨勢與可隨熱源溫度的變化趨勢與可逆機(jī)是一致的。逆機(jī)是一致的。 制冷系數(shù)與兩熱源溫度的接近程度有關(guān),制冷系數(shù)與兩熱源溫度的接
33、近程度有關(guān),T Ta a與與T T0 0越接近越接近(T Ta a / /T T0 0越?。?,則越?。瑒t越大;反之越大;反之越小。越小。制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析300agQQQgaTTT0QQQag4.4.熱能驅(qū)動制冷循環(huán)熱能驅(qū)動制冷循環(huán) 對于以熱能驅(qū)動的制冷機(jī),制冷機(jī)從驅(qū)動熱源對于以熱能驅(qū)動的制冷機(jī),制冷機(jī)從驅(qū)動熱源(溫度為(溫度為Tg)吸收熱量)吸收熱量Qg作為補(bǔ)償,完成從低溫?zé)嶙鳛檠a(bǔ)償,完成從低溫?zé)嵩次鼰?,向高溫?zé)嵩磁艧岬哪芰哭D(zhuǎn)換。源吸熱,向高溫?zé)嵩磁艧岬哪芰哭D(zhuǎn)換。熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律則有:則有:000gagagTTQTQTTT制冷循
34、環(huán)的熱力學(xué)分析制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析3工作在工作在T Ta a、T T0 0可可逆機(jī)械制冷機(jī)逆機(jī)械制冷機(jī)的制冷系數(shù)的制冷系數(shù)工作在工作在T Ta a、 T Tg g之間的可逆熱之間的可逆熱機(jī)機(jī)的熱效率機(jī)機(jī)的熱效率gagagTTTTTTQQ000制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析3制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析制冷循環(huán)的熱力學(xué)分析34.4.熱力完善度熱力完善度/c/c 熱能驅(qū)動的制冷機(jī)熱能驅(qū)動的制冷機(jī)機(jī)械能或電能驅(qū)動的制冷機(jī)機(jī)械能或電能驅(qū)動的制冷機(jī) 越大,說明循環(huán)越好,熱力學(xué)的不可逆損失越?。辉酱?,說明循環(huán)越好,熱力學(xué)的不可逆損失越小;越小,則說明循環(huán)中熱力學(xué)不可逆損失越大。越小,則說明循環(huán)中熱力學(xué)不可逆損失越大。 工作于工作于相同溫度相同溫度的實(shí)際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)與逆的實(shí)際制冷循環(huán)的制冷系數(shù)與逆卡諾循環(huán)制冷系數(shù)的
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