制冷原理与技术_第三节_其他形式的制冷循环

第三节 其他形式的制冷循环制 冷 原 理 与 技 术

2.3.1

空气制冷

2.3.2

热电制冷热电制冷的原理 热电制冷的特性分析多级热电堆

2.3.2.1 2.3.2.22.3.2.3

2.3.3

蒸气喷射式制冷循环

2.3.1制 冷 原 理 与 技 术

空气制冷

历史上第一次实现的气体制冷机是以空气 作为工质的，并且称为空气制冷机 压缩式空气制冷机的工作过程也是包括等 熵压缩，等压冷却，等熵膨胀及等压吸热 四个过程 这与蒸汽压缩式制冷机的四个工作过程相 近，其区别在于工质在循环过程中不发生 集态改变

图2-162 无回热空气制冷机系统图 Ⅰ-压缩机 Ⅱ-冷却器 Ⅲ-膨胀机 Ⅳ-冷箱

图2-163 无回热空气制冷机 理论循环的p-V图与T-s图

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图2-162示出无回热空气制冷机系统图

制 冷 原 理 与 技 术

图2-163所示是冷箱中制冷温度是环境 介质的温度 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是在冷箱中的等压吸热过程

现在进行理论循环的性能计算，单位制 冷量及冷却器的 单位热负荷 分别是：

制 冷 原 理 与 技 术

q0 h1 h4 c p (T1 T4 )qc h2 h3 c p (T2 T3 )单位压缩功 和 膨胀功 分别是：

(2-144) (2-145)

wc h2 h1 c p (T2 T1 )

(2-146) (2-147)

we h3 h4 c p (T3 T4 )

从而可计算出循环消耗的 单位功 及 制热系数：

w wc we c p (T2 T1 ) c p (T3 T4 )

(2-148)

制 冷 原 理 与 技 术

c p (T1 T4 ) q0 w c p (T2 T1 ) c p (T3 T4 )若不计比热随温度的变化，并注意到

(2-149)

T3 pc T2 ( ) T1 T4 p0

k 1 k

则上式可简化为：

制 冷 原 理 与 技 术

c p (T1 T4 ) q0 w c p (T2 T1 ) c p (T3 T4 )pc T2 T3 ( ) T1 T4 p0

(2-149)

k 1 k

1 pc ( ) p0k 1 k

1

T1 T4 T2 T1 T3 T4

(2-150)

因为热源温度是恒值，此时比较标准循环 应当是可逆卡诺循环，其 制冷系数 为：

制 冷 原 理 与 技 术

T1 c T3 T1因此上述理论循环的 热力完善 度为：

T3 T1 Tc T0 (2-151) T1 ( )( ) c T2 T1 T1 T2 T0

显然，永远 Tc T2 c

图2-164

无回热空气制冷机实际循环

制 冷 原 理 与 技 术

图2-164中 1-2s-3-4s-1 为实际循环，而 循环 1-2a-3-4a-1 可认为是只考虑换热端部 温差，这样计算的 实际循环的制冷系数 为：

pr

1 x 1 x se se x y x y (2-152) y sc 1 1 y se sc se y sc

上式中：

制 冷 原 理 与 技 术

T3 T4 a ( 1) c p (T3 T4 a ) T4 a T4 a (2-153) y T2 a c p (T2 a T1 ) T1 T1 ( 1) T1称为循环的 特性系数 。而

x T3 / T1

由上式可以

看出，在 Tc , T0 , Tc , T0 给定的情况下，必然有一个最佳值 yopi pr 最大。

d 为此对式(2-152),求导，并令 ( pr ) 0 dy 可得：

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yopi

1 x 1 x 1 1 1 ( sc )( x ) x x sc (2-154) 1 x 1 sc x x

因为与压力比y的关系为：

T4 a T3 T4 a x y k 1 T1 T1 T3 pc k ( ) p0

(2-155)

则按式(2-154)可求出最佳压力比：

制 冷 原 理 与 技 术

pc x ( ) opi ( ) p0 y opi

k k 1

(2-156)

在分析理论循环时，认为提高循环 经济性应采用尽可能小的压比。但对于 实际循环存在最佳压力比，此时制冷系 数最高。

2.3.2

热电制冷热电制冷的原理

2.3.2.1

制 冷 原 理 与 技 术

热电制冷(亦名温差电制冷、半导体制冷或 电子制冷)是以温差电现象为基础的制冷方法， 它是利用“塞贝克”效应的逆反应——珀尔帖 效应的原理达到制冷目的。 塞贝克效应就是在两种不同金属组成的闭 合线路中，如果保持两接触点的温度不同，就 会在两接触点间产生一个电势差——接触电动 势。同时闭合线路中就有电流流过，称为温差 电流。反之，在两种不同金属组成的闭合线路 中，若通以直流电，就会使一个接点变冷，一 个变热，这称为珀尔贴效应，亦称温差电现象

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