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制冷循環(huán)種類與使用范圍

時(shí)間:2013-05-06 11:26來(lái)源:未知 作者:制冷網(wǎng) 點(diǎn)擊:
制冷循環(huán)由壓縮過(guò)程、冷凝過(guò)程、膨脹過(guò)程、蒸發(fā)過(guò)程組成。就是利用有限的制冷劑在封閉的制冷系統(tǒng)中,反復(fù)地將制冷劑壓縮、冷凝、膨脹、蒸發(fā),不斷的在蒸發(fā)器處吸熱汽化,進(jìn)行
  

    制冷循環(huán)由壓縮過(guò)程、冷凝過(guò)程、膨脹過(guò)程、蒸發(fā)過(guò)程組成。就是利用有限的制冷劑在封閉的制冷系統(tǒng)中,反復(fù)地將制冷劑壓縮、冷凝、膨脹、蒸發(fā),不斷的在蒸發(fā)器處吸熱汽化,進(jìn)行制冷降溫。
    制冷循環(huán)是通過(guò)制冷工質(zhì)(也稱制冷劑、雪種)將熱量從低溫物體(如冷庫(kù)等)移向高溫物體(如大氣環(huán)境)的循環(huán)過(guò)程,從而將物體冷卻到低于環(huán)境溫度,并維持此低溫,這一過(guò)程是利用制冷裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由熱力學(xué)第二定律可知,熱量從低溫物體移向高溫物體不可能自動(dòng)、無(wú)補(bǔ)償?shù)剡M(jìn)行,因此必須提供機(jī)械能(或熱能等),以確保包括低溫冷源、高溫?zé)嵩础⒐υ矗ɑ蛳蜓h(huán)供能的源)在內(nèi)的孤立系統(tǒng)的熵不減小。
制冷循環(huán)的重要參數(shù)是制冷系數(shù),工程上也稱之為制冷裝置的工作性能系數(shù),用符號(hào)COP表示。在一定的環(huán)境溫度下,冷庫(kù)溫度越低,制冷系數(shù)就越小。(因此為取得良好的經(jīng)濟(jì)效益,沒有必要把冷庫(kù)的溫度定得超乎尋常的低。這也是一切實(shí)際制冷循環(huán)遵循的原則。)
    制冷循環(huán)包括壓縮式制冷循環(huán)、吸收式制冷循環(huán)、吸附式制冷循環(huán)、蒸氣噴射制冷循環(huán)及半導(dǎo)體制冷等。壓縮式制冷循環(huán)又可分為壓縮氣體制冷循環(huán)和壓縮蒸氣制冷循環(huán)。目前世界上運(yùn)行的制冷裝置絕大部分是壓縮氣體制冷循環(huán)。(以往,制冷循環(huán)應(yīng)用的制冷劑多半為商品名為氟利昂的氯氟烴物質(zhì)CFC、含氫氯氟烴HCFC和氨等。但由于日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題,CFC、HCFC正逐漸被對(duì)環(huán)境友善的新型制冷劑替代。)

工程應(yīng)用中常見制冷循環(huán)

壓縮空氣制冷循環(huán)
    由于空氣定溫加熱和定溫排熱不易實(shí)現(xiàn),故不能按逆向卡諾循環(huán)運(yùn)行。在壓縮空氣制冷循環(huán)中,用兩個(gè)定壓過(guò)程來(lái)代替逆向卡諾循環(huán)的兩個(gè)定溫過(guò)程,故可視為逆向布雷頓循環(huán)。工程應(yīng)用中,壓縮機(jī)可以是活塞式的或是葉輪式的。
    從冷庫(kù)出來(lái)的空氣進(jìn)入壓氣機(jī)后被絕熱壓縮,溫度升到環(huán)境溫度以上;然后進(jìn)入冷卻器,在定壓下將熱量傳給冷卻水,溫度等同于環(huán)境溫度;再導(dǎo)入膨脹機(jī)絕熱膨脹,溫度進(jìn)一步降到冷庫(kù)溫度以下;最后進(jìn)入冷庫(kù),定壓吸熱(吸收的熱量稱為制冷量),完成循環(huán)。
回?zé)崾綁嚎s空氣制冷循環(huán)
    從冷庫(kù)出來(lái)的空氣首先進(jìn)入回?zé)崞?,升溫到環(huán)境溫度;接著進(jìn)入葉輪式壓氣機(jī)壓縮升溫;然后進(jìn)入冷卻器實(shí)現(xiàn)定壓放熱降溫,理論上可以重新降到環(huán)境溫度(此時(shí)工質(zhì)處于高壓狀態(tài));隨后進(jìn)入回?zé)崞鬟M(jìn)一步定壓降溫到冷庫(kù)溫度,再進(jìn)入葉輪式膨脹機(jī)實(shí)現(xiàn)定熵膨脹過(guò)程,更進(jìn)一步地降壓降溫,最后進(jìn)入冷庫(kù)定壓吸熱,完成循環(huán)。
    此種循環(huán)和上面的壓縮空氣制冷循環(huán)共同的缺點(diǎn)有二:其一,不能實(shí)現(xiàn)定溫吸、排熱過(guò)程,使循環(huán)偏離了逆向卡諾循環(huán)而降低了經(jīng)濟(jì)性;其二,空氣的比熱容較小,單位質(zhì)量工質(zhì)的制冷量也較小,這個(gè)缺點(diǎn)在回?zé)崾街锌梢愿纳疲圆荒芨鞠?br /> 壓縮蒸氣制冷循環(huán)
    壓縮蒸氣的逆向卡諾制冷循環(huán)理論上可以實(shí)現(xiàn),但是會(huì)出現(xiàn)干度過(guò)低的狀態(tài),不利于兩相物質(zhì)壓縮。為了避免不利因素、增大制冷效率及簡(jiǎn)化設(shè)備,在實(shí)際應(yīng)用中常采用節(jié)流閥(或稱膨脹閥)替代膨脹機(jī)。
    制冷工質(zhì)從冷庫(kù)定壓氣化吸熱后(此時(shí)工質(zhì)通常為干飽和蒸氣或接近干飽和蒸氣),再進(jìn)入壓縮機(jī)在絕熱狀態(tài)下壓縮,溫度超過(guò)環(huán)境溫度,然后進(jìn)入冷凝器向環(huán)境介質(zhì)等壓散熱;在冷凝器內(nèi),過(guò)熱的制冷劑蒸氣先等壓降溫到對(duì)應(yīng)于當(dāng)前壓力的飽和溫度,然后繼續(xù)等壓(同時(shí)也是等溫)冷凝成飽和液狀態(tài),進(jìn)入節(jié)流閥,在節(jié)流閥處絕熱節(jié)流降溫、降壓至對(duì)應(yīng)于循環(huán)起始?jí)毫Φ臐?nbsp;   飽和蒸氣狀態(tài),再進(jìn)入冷庫(kù)氣化吸熱,完成循環(huán)。
壓縮蒸氣制冷循環(huán)采用低沸點(diǎn)物質(zhì)作制冷劑,利用在濕蒸氣區(qū)定壓即定溫的特性,在低溫下定壓氣化吸熱制冷,可以克服上述壓縮空氣、回?zé)釅嚎s空氣循環(huán)的部分缺點(diǎn)。
吸收式制冷循環(huán)
    吸收式制冷循環(huán)利用制冷劑在溶液中不同溫度下具有不同溶解度的特性,使制冷劑在較低的溫度和壓力下被吸收劑(即溶劑)吸收,同時(shí)又使它在較高的溫度和壓力下從溶液中蒸發(fā),完成循環(huán)實(shí)現(xiàn)制冷目的。
    以溴化鋰為吸收劑,水做制冷劑的吸收式制冷循環(huán)為例:從冷凝器流出的飽和水經(jīng)節(jié)流閥降壓降溫,形成干度很小的濕飽和蒸氣。進(jìn)入蒸發(fā)器從冷庫(kù)吸熱,定壓汽化,成為干度很大的濕飽和蒸氣或干飽和蒸氣,送入吸收器。與此同時(shí),蒸汽發(fā)生器中因水蒸發(fā)而濃度升高的溴化鋰溶液經(jīng)減壓閥后也流入吸收器,吸收從蒸發(fā)器來(lái)的飽和水蒸氣,生成稀溴化鋰溶液,吸收過(guò)程中放出的熱量由冷卻水帶走。稀溴化鋰溶液由溶液泵加壓送入蒸汽發(fā)生器并被加熱。由于溫度升高,水在溴化鋰溶液中的溶解度降低,蒸汽逸出液面形成與溶液平衡的較高壓力和溫度的水蒸氣。水蒸氣之后進(jìn)入冷凝器,放熱凝結(jié)成飽和水,完成循環(huán)。
    此種制冷循環(huán)耗功很小,因?yàn)檠h(huán)中升壓是通過(guò)溶液泵壓縮液體完成的;其次是加熱濃溶液的外熱源溫度不需很高,甚至可利用余熱、地?zé)岷吞?yáng)能,較為經(jīng)濟(jì)環(huán)保。
氣流引射式制冷循環(huán)
    此種循環(huán)在實(shí)際應(yīng)用中利用噴射器或引射器代替壓縮機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)制冷用蒸氣的壓縮,以消耗較高壓力的蒸氣來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷。制冷溫度在3~10度范圍內(nèi)時(shí),可采用水蒸氣作為制冷劑。循環(huán)中有兩路水蒸汽循環(huán),一路是工作蒸汽循環(huán),一路是逆向循環(huán)(此路循環(huán)起制冷作用)。
鍋爐中產(chǎn)生的水蒸氣在噴管內(nèi)絕熱膨脹到很低的壓力,因而造成混合室內(nèi)壓力較低,于是將作為制冷工質(zhì)的蒸汽吸入。兩路蒸汽混合后進(jìn)入擴(kuò)壓管,利用蒸汽在經(jīng)過(guò)噴管時(shí)得到的動(dòng)能將混合汽壓縮,使壓力增加到其飽和溫度比冷凝器中的冷卻水溫度稍高的值。此后,蒸汽進(jìn)入冷凝器,凝結(jié)成液態(tài)。由冷凝器出來(lái)的凝結(jié)水一部分由水泵升壓送入鍋爐,完成工作蒸汽循環(huán)。其余的流經(jīng)減壓節(jié)流閥,降壓降溫后進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱汽化制冷,完成逆向循環(huán)。
    這種循環(huán)除水泵消耗少量電力或機(jī)械功外,不需要?jiǎng)恿C(jī)和壓縮機(jī),代之以構(gòu)造簡(jiǎn)單體積小的引射式壓縮器,在有蒸汽的場(chǎng)合有采用價(jià)值,但是經(jīng)濟(jì)性較差,且所能達(dá)到的最低溫度不宜低于5度,故僅適用于空調(diào)和冷藏,不可用作冷凍。
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