可逆制冷循环

陈大威

7 a5 B/ J/ W9 h9 M! s) F# Y0 z, I' o7 d( Z! u1 y* I- N8 R" _5 [" G- S- }& \. {/ w

4 t5 g& e- k' O 可逆制冷循环

( C( f; ]0 I* ]; Y 8 Q& a4 {* Q6 H* t% z! U6 w9 j

逆卡诺制冷循环 　　定义：设有恒温热源和恒温热汇，其温度分别为TL 和TH ，在这两个温度 之间的可逆制冷循环是卡诺制冷循环。卡诺制冷循环的原理图如下所示： 图1 逆卡诺循环 ' {) P7 B5 n1 v k0 f2 h7 h 劳伦茨循环 & V: b) Z$ m# W( n* d: D; P 　　劳仑兹循环热源的热容量是有限的，在与制冷工质进行热量交换过程中， 热源的温度也将发生变化，即被冷却物体（冷源）的温度将逐渐下降，环境介质（热源） 的温度将逐渐上升。为了达到变温条件下耗功最小的目的，应使制冷工质在吸、 排热过程中其温度也发生变化，而且变化趋势与冷、热源的变化趋势完全一样， 使制冷工质与冷、热源之间进行热交换过程中的传热温差始终为无限小，没有不可逆换热损失， 另外两个过程仍分别为可逆绝热压缩与可逆绝热膨胀过程，如图2所示。这样， 1-2-3-4-1即为一个变温条件下的可逆逆向循环--劳仑兹循环。显然，实现这一循环所消耗 的功为最小，制冷系数达到在给定条件下的最大值。 图2 劳仑兹循环 　　为了表达变温条件下可逆循环的制冷系数，可采用平均当量温度这一概念。若用T0m表示工质的 平均吸热温度，用Tm表示工质的平均放热温度，则 8 {* A. g7 V6 s. h3 ]$ K |- K( e 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　(1) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　(2) 　　与的大小分别可用面积41562和23652表示，平均吸热温度 T0m与平均放热温度 Tm就是以熵差为底、面积分别等于41564和23652的矩形的高度。变温情况下可逆循环的制冷系数可表示为 1 w4 T# J; D* j' p) ^ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3) 3 j% a" R" z; p6 X( `; }) N8 G 即相当于工作在T0m，Tm 之间的逆卡诺循环的制冷系数。 　　劳伦茨循环如右图所示，循环由两个变温过程和两个等熵过程组成。 单级蒸气压缩混合工质制冷循环 　　制冷机在实际工作过程中，冷却介质和被冷却物体的温度将发生变化，冷凝器和蒸发器中也不可 避免地存在因温差传热而引起的不可逆损失。为了减少这种不可逆损失，制冷工质和传热介质之间应 保持尽可能小的传热温差。 / K+ G% M7 Q+ {/ L 　　非共沸混合制冷剂在等压下冷凝或蒸发时温度均发生变化，冷凝时温度由Tk 逐渐降低至Tk'， 蒸发时温度由T0逐渐升高至T0' ，我们利用这一特性，采用非共沸混合工质就可以达到减少传热温差的目的， 如图3所示。极限情况下循环即变为劳仑兹循环。 5 S1 L3 H+ G0 d' w: y1 H8 W9 P 图3 变温热源时逆卡诺循环 　　非共沸混合制冷剂单级蒸气压缩制冷循环的T-S图及p-h 图如图4所示。它与纯制冷剂循环的区别仅 在于制冷剂在冷凝和蒸发晨温度在不为断地变化。 　　　　　　　　　　　 (a)T-S图　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(b)p-h图 图4 非共沸混合制冷剂单级蒸汽压缩制冷循环的T-S图及p-h图 　　采用非共沸混合工质不仅可以达到节能，而且可以扩大温度使用范围。