1052 热力学基础讲解-制冷热泵

第9章 热力系统-制冷热泵

Refrigerator and heat pump

9.1典型制冷热泵

蒸气压缩式

Vapor compression system

基本部件

压缩机compressor

冷凝器condenser

节流阀throttling valve

蒸发器evaporator

工作过程

低温低压制冷剂液体在蒸发器中吸热制冷，变为低温低压制冷剂蒸气被压缩机压缩升压升温，高温高压制冷剂气体进入冷凝器放热变为高压中温制冷剂液体，经节流阀后产生低压低温液体进入蒸发器，继续下一个循环。

主要特点

通常用电能驱动；

制冷系数较高；

制冷温度宽，应用广泛；

制冷量范围大。

吸收式和喷射式系统

可用热能制冷，或用少量高温热能制取较多中温热能。

半导体制冷热泵

体积小，轻便，可靠，制冷/制热系数较低

制冷应用

冰箱，空调，冰柜，酒柜，制冰机；

低温冷库（肉类、水产、生物组织等）

气调库（水果、蔬菜、花卉等长期贮藏）

冷冻医疗（手术、美容、保健等）

食品速冻（饺子、水产等）

冷食生产（冰淇淋等）

冷冻粉碎（中药、轮胎等）

冷冻浓缩（果汁、咖啡等）

低温液化（天然气液化、空气分离制取O2，N2，Ar等）

冷冻干燥（药品，调味品等）

热泵及其应用 

热泵空调(夏天制冷，冬天供暖)

热水制取（洗浴-游泳-水产养殖等）

热泵干燥装置

热泵蒸发浓缩装置

热泵蒸馏分离装置

热泵膜分离装置

热泵结晶纯化装置

热泵提取装置

热泵灭菌装置

热泵培养/育苗装置

9.2蒸气压缩式循环

逆循环

工作介质：制冷剂

四个状态点

1-饱和蒸气Saturated vapor，低温，低压

2-过热蒸气Superheated vapor，高温，高压

3-饱和液Saturated liquid，中温，高压

4-湿蒸气，低温，低压，X=0.2~0.3

四个过程

1→2压缩耗功过程，                S₁=S₂ ，工质升压升温

2→3排热过程，               p₂=p₃ ，工质降温、冷凝

3→4节流过程，        h₃=h₄，工质降压降温

4→1吸热过程，        p₄=p₁ ， Q_in ，工质蒸发吸热制冷

性能指标

制冷量Refrigeration capacity

Q_E=m(h₁-h₄)=m(h₁-h₃)

制冷系数Coefficient of performance

COP_R=Q_E/W=( h₁-h₃)/( h₂-h₁)

制热量 Heation capacity

Q_C=m(h₂-h₃)

制热系数Coefficient of performance

COP_H=Q_C/W=(h₂-h₃)/(h₂-h₁)

例：某制冷热泵装置，冷侧用于果蔬花卉5℃冷藏，热侧用于制备45℃热水；工质蒸发0℃，冷凝50℃，进压缩机焓400kJ/kg，出压缩机焓460kJ/kg，出冷凝器焓270kJ/kg，工质流量0.05kg/s;

在温熵图上画出循环图，计算制冷量、制冷系数、制热量、制热系数、热水产率，分析降低装置能耗的措施。

解：

制冷量

Q_E=0.05*(400-270)=6.5kW

制冷系数

COP_R=(400-270)/(460-400)=2.2

制热量

Q_C=0.05*(460-270)=9.5kW

制热系数

COP_H=(460-270)/(460-400)=3.2

热水产率

M=9.5/(4.2*30)=0.075kg/s=4.5kg/min=271kg/h

降能耗措施

循环，参数，部件，太阳能，谷电+蓄能等

The schematic diagram of a practical refrigeration system is illustrated in Figure 9-1. 

It is desirable to have the compressor intake pressure equal to or greater than atmospheric pressure, so that air does not leak into the refrigeration system.

It is necessary, then, the substance has a boiling temperature less than the surrounding temperature at atmospheric pressure.

In addition to the common applications of refrigeration in the manufacture of ice, in the preservation of foods, in the air-conditioning field, and in the creation of skating rinks, the refrigeration effect is also used in the preservation of blood plasma, in the low-temperature treatment of metals, and in the liquefaction of gases.

Each application requires a different temperature for the refrigerated space, the determination of which is the first decision the engineer must make in the design of a refrigeration system.