制冷原理与装置-其它制冷循环

第五章吸收式制冷循环及其他制冷循环学习要点：1、掌握吸收式制冷机的工作原理及流程；2、掌握单效溴化锂吸收式制冷机工作流程及热负荷计算；3、掌握蒸气（或热水）型两效溴化锂吸收式制冷机工作原理及循环热负荷计算；4、掌握直燃型溴化锂吸收式制冷循环的工作原理；5、掌握氨水吸收式制冷机工作原理及制冷循环的热力计算；6、掌握溴化锂吸收式制冷机变工况特性；7、掌握回热式气体制冷机循环的工作原理及性能参数的计算；8、掌握气体涡流制冷原理及性能指标计算；9、了解热电制冷的基本原理及制冷量的计算；10、了解固体吸附制冷的基本原理、循环系统的组成及工作过程。

第一节吸收式制冷循环一、吸收式制冷机的工作原理及系统组成

1.工作原理:利用热源（水蒸气、热水或油、天然气燃烧）在发生器中加热具有一定浓度的溶液，使其中作为制冷剂的低沸点组份部分被蒸发出来。然后送入冷凝器冷凝成为液体，由节流阀降压到蒸发压力，在蒸发器中蒸发制冷。蒸发器出来的制冷剂蒸气被发生器中完成发生过程后剩下的溶液吸收，使溶液重新恢复到原有浓度，再由发生泵送到发生器中循环使用。2.设备组成:吸收式制冷机由发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、节流阀和溶液泵等设备组成。吸收式制冷机工作原理图

A-发生器

B-吸收器C-冷凝器

D-节流阀E-蒸发器

F-节流阀

P-溶液泵二、吸收式制冷循环的种类

1、单效型2、双效型3、直燃型

三、吸收式制冷机的工质

1.吸收式制冷机工质对

(1)溴化锂水溶液制冷剂：水冰点：0℃沸点：100℃吸收剂：溴化锂（LiBr）熔点：549℃沸点：1265℃

溴化锂水溶液的特性：制冷温区：0

C以上。浓度：在常温下溴化锂溶液的饱和浓度约为60%。比热：0.4~0.6kJ/(kg℃)。它与蒸发潜热较大的水组成工质对可使制冷循环获得较高的热力系数。优点：气化潜热很大、易得、无毒、无味、不燃烧、不爆炸。缺点：1）腐蚀性强。溴化锂水溶液对普通碳钢有较强的腐蚀性。2）气密性要求高。

(2)氨水溶液制冷剂：氨：NH3熔点：-77.7℃沸点：-33.5℃吸收剂：水：H2O冰点：0℃沸点：100℃

氨－水是吸收式制冷机最早使用的一种传统工质对，工业用大型低温吸收式制冷机，充有氢气的小型扩散－吸收式冰箱目前都还采用这种工质对。氨作为一种制冷剂具有较好的热力性质，蒸发潜热大、压力适中、导热系数高、而且价廉易得。在常温下，氨是一种无色而具有强烈刺激性臭味的气体，且极易溶于水组成氨水溶液，在常温下，一分体积的水可溶解700倍体积的氨，因而，氨水溶液呈弱碱性是一种很理想的吸收剂。作为吸收式制冷机工质对，其中氨是制冷剂，水是吸收剂。缺点：相对于热源温度而言，吸收剂与制冷剂的沸点较接近，氨蒸气中含有大量的水蒸气,要将其分开须采用精馏设备,而使系统复杂化。

（一）单效溴化锂吸收式制冷机的工作循环

1.单效溴化锂吸收式制冷机工作流程热源：0.03～0.15MPa（表压）蒸汽85～150℃热水。热力系数：0.65～0.72、单效溴化锂吸收式制冷机工作循环的图吸收剂回路：

2点为稀溶出吸收器时的状态，浓度为，压力为温度为

2－7为稀溶液在溶液热交换器中的升温过程。温度上升而质量浓度不变。7－5－4为发生器中的发生过程。其中7－5为稀溶液在发生器中的预热过程。5－4为稀溶液的发生过程。分别为与此过程起、终状态对应的冷剂蒸气状态点。通常用

的平均值作为发生出来的冷剂蒸气温度。即点表示压力下发生器中发生出来的冷剂蒸气状态。4－8为溶液在溶液热交换器中的冷却降温过程，其质量浓度不变，过程沿等浓度线进行。8点为浓溶液出热交换器的状态。浓溶液进吸收器后，本应按8－6－2进行冷却和吸收过程。而实际上为了满足吸收器中吸收溶液需要一定的喷淋量的要求浓溶液进入吸收器后被混入了一部分稀溶液，使溶液的状态实上变成点9，即点2状态的稀溶液与点8状态的浓溶液按一定比例混合的状态。其位置处于2点和8点的连线上，浓度为。这种混合溶液称做中间溶液。为中间溶液进入吸收器后的闪发过程，点为闪发终了状点。在压力下该状态的溶液吸收来自蒸发器的冷剂蒸气直到点2状态。为溶液在吸收器中的吸收过程。制冷剂回路：表示冷凝器中的冷凝过程（包括冷却过程和a-3冷凝过程）。为冷剂水在蒸发器中的蒸发过程（包括冷剂水从冷凝器到蒸发器的节流闪发过程3-b和蒸发过程。由于等焓节流，图中点3与点b重合，但其压力不同。

3.单效溴化锂吸收式制冷机的热负荷计算1、设计条件与工作参数：设计参数：制冷量、冷媒水出口温度、冷却水进口温度、热源参数。工作参数：冷却水出口温度、冷凝温度、蒸发温度、发生器压力与吸收器压力、放气范围、发生终了浓溶液温度、吸收终了稀溶液温度、溶液热交换器浓溶液温度、稀溶液再循环倍率。

循环工作参数的确定：根据我国机械行业标准jb/T7247-94合理地确定如表5-1所列的各项工作参数。（二）两效溴化锂吸收式制冷机工作循环

两效吸收式制冷循环是指系统中设置有高压和低压两个发生器。蒸气（或热水）型两效溴化锂吸收式制冷机的工作原理热源：0.25～0.8MPa(表压)蒸汽或150℃～200℃以上的热水

(1)串联流程的蒸气型两效溴化锂吸收式制冷循环：吸收器出来的稀溶液由泵输送经低温和高温溶液热交换器，进入高压发生器被蒸气加热，产生部分冷剂蒸气，使溶液浓度提高并离开高压发生器，经溶液热交换器冷却后，进入低压发生器被从高压发生器引入的冷剂蒸气加热，又产生新的冷剂蒸气送到冷凝器中冷却和冷凝成冷剂水，与高压发生器出来在低发生器中冷凝后进入冷凝器的冷剂水混合，然后送入蒸发器蒸发制冷，再变成冷剂蒸气，到吸收器中被低压发生器送来的浓溶液吸收。两效溴化锂吸收式制冷循环串联流程系统工作的各热力过程过程为吸收器出来的点2状态稀溶液，由溶液泵输送先后在低温和高温溶液热交换器，受低压发生器和高压发生器出来的浓溶液加热的过程，溶液温度提高，其浓度不变。过程为浓度的溶液在高压发生器中的发生过程。为其中的加热过程，在点溶液达到饱和状态开始沸腾，发生出冷剂水蒸气。过程沿等压线进行，直到状态终止。过程为高压发生器出来的溶液在高温溶液热交换器中的冷却过程。其浓度不变，温度降低。状态的溶液称做中间溶液。过程为状态的溶液进入低压发生器被来自高压发生器的状态的冷剂蒸气加热，以及在压力下点5状态发生出点状态冷剂蒸气的过程，直到点4状态，发生过程结束。

4-8为低压发生器中流出的浓溶液在低温溶液热交换器中的冷却过程。溶液的温度降低到，质量浓度不变。和2-8-9分别为点和点8状态的浓溶液与吸收器中点2状态的稀溶液混合的过程。其混合溶液最后达到点9状态。若直接喷淋浓溶液，则无此过程。为混合溶液在吸收器中的闪发过程。为混合液在吸收器中的冷却、吸收过程。状态的混合溶液在吸收器管内冷却水的作用下，吸收来自蒸发器点状态的蒸气，成为点2状态的稀溶液。

为高压发生器的冷剂蒸气在低压发生器管簇内的冷凝放热过程。为低压发生器管内冷剂水进入冷凝器的节流、冷却过程。压力由降到冷剂水的最终状态达到点3状态。为低压发生器的冷剂蒸气在冷凝器中的冷凝过程。在冷凝器管内冷却水的作用下，凝结成点3状态的冷剂水。为冷凝器中的冷剂水进入蒸发器的节流、蒸发过程。点3状态的冷剂水节流进入蒸发器后，压力降至但焓值不变，蒸发器吸取管束内冷水的热量而制冷。成为点状态的冷剂蒸气。

(2)并联流程的蒸气型两效溴化锂吸收式制冷循环：所谓并联流程是指从吸收器出来的的稀溶液，经溶液泵升压后分流，分别进入高、低压发生器的两效吸收式制冷循环流程。不同于串联流程的稀溶液按先后顺序进入高、低压发生器的特点，具有较高的热力系数。两效溴化锂吸收式制冷循环并联流程工作的热力过程：2-7为吸收器出来的稀溶液经溶液泵输送，全部进入低温溶液热交换器中的加热过程。为分流后的稀溶液一部分进入高温溶液热交换器的加热过程。为分流后的另一部分稀溶液进入凝水热交换器中的加热过程。为稀溶液在高压发生器中的加热过程。为高压发生器中的发生过程。为高压发生器出来的浓溶液在高温溶液热交换器中的冷却过程。

状态为高温溶液热交换器出来的点状态的浓溶液，与低压发生器出来的点4状态的浓溶液混合成为点状态浓溶液的混合过程。为稀溶液在低压发生器中的闪发过程。点状态的稀溶液闪发出部分冷剂蒸气，温度降低到，质量浓度则略有上升。为低压发生器中的发生过程。溶液浓度达到点4状态的，温度达到为点8状态的浓溶液在低温溶液热交换器中的冷却过程。

2-8-9为点8状态的浓溶液与吸收器中的点2状态的稀溶液混和成为点9状态混合溶液的混合过程。若将用浓溶液直接喷淋，则无此过程。低温溶液热交换器出来的浓溶液进入吸收器的吸收过程以及制冷剂（水）的循环过程与串联流程相同，不再重复。

2.直燃型溴化锂吸收式制冷循环热源：燃油（柴油）或燃气（天然气）热力系数：≥0.95

冷却水回路切换成热水回路的机组循环系统工作原理图工作原理：夏季制冷时与吸收式制冷机相同。冬季采暖时，将吸收器、冷凝器与冷却塔脱开，使加热盘管与之连接形成冷却水回路切换成热水回路，向采暖环境供热。来自加热盘管的工作热水进入吸收器盘管内，被由低压发生器来的溶液在管外喷淋加热而升温。然后再进入冷凝器盘管内，被来自低压发生器冷剂蒸气再次加热，继续升温后，送回加热盘管供采暖使用。同时冷凝器中凝结的冷剂水直接返回低压发生器，使其中的浓溶液变成稀溶液完成溶液的稀释过程，低压发生器中的稀溶液进入吸收器与管内的热水换热后再由溶液泵送入高压发生器，从而完成一个循环。冷热流程的切换由阀门完成。热水和冷水采用同一回路的吸收式系统工作原理：制冷时与吸收式制冷机工作原理一样。采暖时，高压发生器产生的高温蒸气直接进入蒸发器与热水换热，产生的冷凝水直接通入吸收器与其中的浓溶液混和而成为稀溶液，再由溶液泵送入高压发生器，完成一个循环。制冷和采暖的切换由阀门完成。

循环的各热力过程图三、氨水吸收式制冷循环（一）氨水吸收式制冷机工作原理1.氨水吸收式制冷机的工作循环

A--精馏塔(a一发生段b--提馏段c--精馏段d--分凝段）B--吸收器C--冷凝器D--氨液过冷器E--蒸发器

F--溶液热交换器P--氨水泵V--节流阀氨水吸收式制冷机工作循环的热力过程为进入精馏塔的浓溶液在提馏段被加热的过程。

1-2为浓溶液在发生段的加热气化过程。该过程中大量氨气和部分水蒸气被蒸发出来，溶液浓度由降低为。其开始蒸发出的蒸气状态和蒸发终了的蒸气状态分别为点和点的状态。因此在发生段内蒸气状态为点和点的平均状态点，其浓度为。为提馏段的热质交换过程。点状态的蒸气上升与点状态的溶液进行热质交换，使溶液中的氨蒸发。点状态的氨蒸气浓度由提高到，达到点状态。

为精馏段热质交换过程。浓溶液浓度进一步提高到为冷剂氨蒸气在冷凝器中的冷凝过程。为冷剂氨液体在过冷器中的过冷过程。

为点状态的过冷液体经节流阀节流到压力，其湿蒸气达到点7状态的节流过程。由于该过焓值不变，浓度不变，故两点重合。

7-8为蒸发器中的蒸发过程。点8通常为湿蒸气状态，以利于限制蒸发温度的波动范围。为发生段底部引出液在溶液热交换器中的降温过程。为降温后的引出液的节流过程（因前述原因点3与点重合）。为稀溶液进入吸收器后的吸收过程。3点状态的饱和液体吸收经过冷却其温度从点8状态上升到点状态的蒸气，最后形成点4状态的浓溶液。点4状态的浓溶液经溶液泵提升到压力，达到点状态。升压过程其浓度和焓值均不变，点与点4重合。经溶液热交换器后达到点，再回到精馏塔的发生段，重新投入循环。（二）单级氨水吸收式制冷循环的热力计算五、溴化锂吸收式制冷机变工况特性1．工作蒸汽压力变化的影响

在发生器中，因工作蒸汽压力的提高，浓溶液温度上升，蒸发出更多的水蒸汽，浓溶液浓度也上升。由于蒸发的水蒸汽增多，冷凝器中冷凝的冷剂水量增加，制冷量也增加。这时冷凝压力，冷凝温度均要上升，发生终了浓溶液状态由点4变为点4’。吸收器中，主要因来自发生器的浓溶液浓度增加，喷淋溶液的浓度也相应增加，但因蒸发的水蒸汽增多，吸收的水分也较前增加，因此，稀溶液的浓度没有浓溶液的浓度上升得那么多。即放气范围增大。由于从发生器来的浓溶液温度上升而冷却水条件不变，吸收终了的溶液温度也有所上升。随着制冷量的增加，蒸发压力下降。吸收终了稀溶液的状态由点2变为点2’。放气范围增大导致制冷量增大。

2．冷却水进口温度改变的影响制冷机的制冷量随冷却水进口温度的下降而增加。在发生器和冷凝器中，因冷却水温度下降，冷凝压力下降，溶液中水蒸汽便大量蒸发，冷剂水量增加。吸收器中也因冷却水温度的下降稀溶液温度下降，促使吸收效果增强，吸收大量的水蒸汽，稀溶液浓度下降，制冷量有所增加。吸收终了溶液的状态由点2变为点2’。虽然进入发生器的稀溶液浓度是低了，但由于冷却水温度降低，冷凝压力下降，水蒸汽大量蒸发。仍可获得较前浓度更高的浓溶液，发生终了浓溶液状态由点4变为点4’。因此，当冷却水温度下降时，由于稀溶液浓度的降低、浓溶液浓度的升高，放气范围增大，制冷量提高了。

冷却水进口温度也受到一定限制，冷却水进口温度过低将引起稀溶液温度过低与浓溶液浓度过高，两者均易导致溶液产生结晶。一般不允许冷却水进口温度低于20℃。3．冷媒水出口温度变化的影响制冷机的制冷量随冷媒水出口温度的降低而下降。在蒸发器和吸收器中，主要因冷媒水出口温度降低蒸发压力下降，吸收能力减弱，溶液吸收水分减少，稀溶液浓度上升，制冷量下降。另外，因吸收器负荷减少，冷却水条件未变，因此，溶液温度有所降低，吸收终了稀溶液状态由点2变为点2’。在冷凝器中，随着制冷量的降低，冷凝器负荷也降低，冷却水条件未变，冷凝温度与冷凝压力均下降。虽然发生器稀溶液浓度比前增加，浓溶液浓度也比前增加，但因制冷量的下降，浓溶液浓度没有稀溶液浓度增加那么多。发生终了状态由点4变至点4’。

六、影响制冷机性能的一些不利因素1、不凝性气体的存在对制冷机性能的影响在制冷系统内，即使含有微量的不凝性气体也会使制冷量下降，同时还会加速溴化锂溶液对金属材料的腐蚀。系统中存在不凝性气体使制冷量下降的主要原因是吸收过程传质，传热的减弱。2、水侧污垢系数对制冷机性能的影响

污垢系数越大，热阻越大，传热效果越差，制冷量越小。一般说来，新机器的制冷量比设计值高8—10％，这是因为新机器污垢系数近似等于零，但为了保证机组在长期运行之后，冷量仍可达到设计要求，故在设计时，应根据所用水的水质情况选取适当的污垢系数进行传热计算。3、冷剂水中溴化锂的含量对制冷机性能的影响溴化锂制冷机因结构设计上的问题或操作运行方面的原因，发生器中溴化锂液滴有可能随同冷剂蒸汽进入冷凝器，吸收器中溴化锂液滴也有可能溅入蒸发器，造成冷剂水的污染。衡量冷剂中溴化锂含量的多少，一般通过测定冷剂水的比重。当冷剂水比重小于1.1时，制冷量几乎还看不见有什么变化，不过如果这种污染不及时制止，随着机组运转时间的增长，冷剂水中溴化锂的含量会愈来愈多，它对机组的性能将产生愈来愈大的影响，制冷量将逐渐下降。这主要是因为冷剂水中含有溴化锂成分，使蒸汽压下降，即蒸发温度所对应的蒸发压力变小，吸收能力减弱。随着溴化锂不断进入冷凝器、蒸发器，吸收器的液位逐渐下降，以致影响溶液泵的正常工作，使机组不能正常运行。七、溴化锂制冷机的腐蚀与缓蚀剂

系统中含氧时，溴化锂对金属有腐蚀性，特别是钢。几个月可腐蚀1～2mm。缓蚀剂：防止腐蚀最根本的办法是保持系统内高度真空，尽可能不让氧气侵入。其次是添加缓蚀剂，其作用就是使金属表面形成一层保护膜，使之不能与氧直接接触，以达到防腐蚀的目的。在溴化锂溶液中添加铬酸盐，钼酸盐，硝酸盐以及锑，砷，铅的氧化物都可以抑制溴化锂溶液对金属材料的腐蚀。目前在溴化锂吸收式制冷机中广为应用的缓蚀剂是铬酸锂。双效型直燃型四、吸收扩散式制冷循环吸收扩散式制冷循环主要用于小型氨水吸收式制冷机。因其制冷量较小，一般作为吸收式家用冰箱和医用冰箱的制冷系统。吸收一扩散式制冷机采用三元工质循环。除氨作为制冷剂，水作为吸收剂外，还有氢气（或氦气）作为辅助工质。因它们密度小，化学性质稳定，在系统中不发生相变，使系统内压力易于平衡。同时因其强烈的扩散渗透作用，可使系统省去溶液泵和膨胀阀。利用热虹吸作用使整个系统在无机械原动力推动的情况下连续运行。整个循环的热力过程比一般吸收式和压缩式制冷循环复杂。整个装置无压缩机、泵等动力机械。吸收扩散式制冷循环的系统原理图（二）吸收一（氢气）扩散式制冷循环的工作过程

1.氨水溶液循环回路在发生器中氨水溶液被加热后，一部分氨蒸气从溶液中蒸发出来，蒸气形成的气泡将液柱推向提升管的泵管中，因被加热溶液密度小，以致形成热虹吸推动力，加上贮液器静压压头的作用，使泵管底部的溶液流向顶部。液柱流出泵管后，在发生器外套管中向下流动，同时被进一步加热，温度继续上升，更多的氨气从溶液中逸出，剩余溶液的浓度进一步降低并且在发生器顶部与吸收器液位差的作用下，进入吸收器上端。同时通过套管式液一液热交换器，将热量传给由贮液器出来的浓溶液，使其预热并进入发生器。吸收器下端与贮液器连通，从贮液器中出来并沿连接管逆流向上的氢氨混合物与吸收器上端下来的稀溶液汇合，使混合气中的氨气被吸收，溶液浓度继续提高，最后流回贮液器，重新经液液热交换器升温后送入发生器。剩下的氢气继续沿吸收器管逆向上扩散，进入氨氢循环回路。

2.氨氢气循环回路由提升管出来的氨蒸气因氨、水沸点相近的原因而含有较多的水蒸气。在精馏器内，氨蒸气和水蒸气在上升时因温度逐渐降低而使水蒸气从氨蒸气中析出凝结为水滴，在重力作用下回流到发生器。分馏出来的较高浓度氨蒸气，离开精馏器后，随即进入冷凝器。在空气自然对流换热的条件下凝结为氨液。依靠冷凝器传热管的倾斜度，氨液流入蒸发器。在蒸发器入口处氨液与由吸收器上行的氢气相遇而混合。由于氢气密度小，氨气密度大，氨液在蒸发器中迅速向氢气中扩散，吸收周围的热量，产生制冷效果。蒸发器中形成的氨、氢混合物因氨的密度较大而下行到气一气热交换器吸热后进入贮液器,并从上部空间进入吸收器,与来自提升管经液一液热交换器冷却后进入吸收器的稀溶液相遇，大部分氨蒸气被稀溶液吸收成为浓溶液流入储液器，重新进行氨、氢气循环。

第二节压缩式气体制冷循环一、无回热压缩气体制冷循环1.循环系统图及T-s图

1-2为等熵压缩；

2-3为等压冷却过程；

3-4为等熵膨胀过程；4-1为等压吸热过程。

2.循环的性能参数计算:单位制冷量与单位冷却热负荷分别为：单位压缩功和单位膨胀功分别为：循环所消耗的单位功与制冷系数为：

若不计比热容随温度的变化，并注意到：则上式可简化为：热力完善度为：

式中,永远小于,有，即无回热气体制冷机理论循环的制冷系数小于同温限下逆卡诺循环的制冷系数。循环的经济性比逆卡诺循环差。无回热气体制冷机实际循环的T-S图在实际的气体压缩制冷循环中，压缩机和膨胀机中并非等熵过程，换热器中也存在着传热温差和流动阻力损失。因此实际循环的单位制冷量减小，单位功增大，制冷系数和热力完善度降低，同时伴随有某些循环特性的变化。由此可见，无回热气体制冷机理论循环的制冷系数与循环的压力比，或压缩机的温度比和膨胀机的温度比有关。压力比或温度比越大，循环的制冷系数越低。因此要提高循环的经济性，必须采用较小的压力比。二、定压回热气体制冷机循环1.循环系统图及T-s图

所谓回热循环就是将冷箱返回的冷气流引入回热器，用以冷却来自冷却器的高压常温气流，使其温度进一步降低，到达膨胀机进气温度的目的。同时冷箱的返回气流被加热，使压缩机吸气温度升高。（1）循环系统的组成：系统由透平压缩机；冷却器、透平膨胀机、冷箱和回热器等设备组成。

（2）循环工作过程：1-2为压缩过程；2-3为冷却过程；3-4和6-1为回热器中的回热过程；4-5为膨胀过程；5-6为冷箱中的吸热（制冷）过程。6-7-8-5-6为无回热气体制冷机循环显然，其单位压缩功与单位膨胀功均大得多。

2.循环性能指标的计算：单位制冷量和冷却器单位热负荷：回热器单位热负荷：压缩机单位耗功和膨胀机单位功：理论循环消耗的单位功和制冷系数：由于故所以理论回热循环的制冷系数可表示为：或

结论：在相同工作范围、相同单位制冷量，而且有相同的理论制冷系数的回热与无回热气体制冷循环相比，因为回热循环压力比小，以致压缩机和膨胀机单位功也小，其功率也小，因而大大减少了压缩过程、膨胀过程以及热交换过程的不可逆损失，所以回热循环的制冷系数比无回热循环的要大。当系统采用了高效透平机械后，制冷机的经济性会大大提高。在制取－80℃以下低温时，定压气体制冷机的热力完善度超过了各种型式的蒸气制冷机。

三、定容回热气体制冷机循环（斯特林循环）

1.定容回热气体制冷机工作过程及在p-v

图上的表示定容回热气体制冷机循环由两个等温过程和两个定容过程组成。因最早由斯特林提出，所以又称做斯特林循环。循环工作过程：1－2为等温压缩过程；2－3为等容放热过程；3－4为等温膨胀过程；4－1为等容吸热过程。2.循环的性能参数计算:循环中气体的单位制冷量为循环中单位放热量和回热器单位热负荷：循环所消耗的单位功，其循环的制冷系数为：

结论：斯特林理论循环与同温限的逆卡诺循环制冷系数相同，是一种很有效的制冷循环。

第三节气体涡流制冷一、气体涡流制冷原理

1、原理：气体涡流制冷是一种借助涡流管的作用使高速气流产生旋涡分离出冷、热两股气流，而利用冷气流获得冷量的方法。

2、涡流管的结构：由喷嘴、涡流室、分离孔板及冷、热两端管子组成。

3、工作过程：高速气流由进气导管导入喷嘴，膨胀降压后沿切线方向高速进入阿基米德螺线涡流室，形成自由涡流，经过动能交换分离成温度不等的两部分。其中心部分动能降低变为冷气流；边缘部分动能增大成为热气流向涡流管的另一端。这样涡流管可以同时获得冷热两种效应，通过流量控制阀调节冷热气流比例相应改变气流温度，可以得到最佳制冷效应或制热效应。涡流管的内部工作过程：4－5为工作气体的等熵压缩过程。5－1为压缩气体的等压冷却过程。点1表示高压气体进入喷嘴前的状态，在理想条件下绝热膨胀到压力，随之温度降低到，即点状态，点2为涡流管流出的冷气流状态，其温度为。点3为分离出的热气流状态，其温度为1－2和2－3为冷、热气流的分离过程。为热气流经流量控制阀的节流过程，节流前后比焓值不变。

二、气体涡流制冷的性能指标计算（一）涡流管的冷却效应与加热效应涡流管的冷却效应涡流管的加热效应

涡流管制冷的有效性，可用冷却效率表示，即：（二）涡流管工作过程的流量及热量平衡冷气流分量（三）涡流管制冷量每kg冷气流的制冷量为：对于每kg高压气体而言，其单位制冷量可表示为：

第四节热电制冷

一、热电制冷的基本原理珀尔帖效应原理:在两种不同金属组成的闭合线路中，通以直流电流，会产生一个接点热，另一个接点冷的现象，称做温差电现象。二、热电制冷的制冷量计算

热电制冷回路的制冷量（单位为w):式中---冷端产生的吸热量

---焦耳热

---热端的热量三、热电制冷的耗功及制冷系数电偶对工作时，回路所消耗的功率（单位为w)：分别表示P型和N型半导体材料的温差电系数，单位为由此得制冷系数为：四、热电制冷的特性分析热电制冷的最大温差取决于材料的组成的一个综合参数及冷端温度。该综合参数称为制造电偶对材料的优质系数z

，即：式中---温差电系数；r---电导率；---热导率从物理意义分析，之间既互相依存又互相矛盾，在选择材料的优质系数z时，应综合考虑。通常半导体材料的优质系数越大，其所能获得的最大温差也愈大。我国制成的半导体元件优质系数一般在范围。所以寻求和研制新的半导体材料，提高Z值，是发展热电制冷技术的重要任务之一。五、多级热电制冷循环通常单级热电堆可以获得大约50℃的温差。为了获得更大的温差（或更低的温度），往往需要采用由单级热电堆联结而成的多级热电堆热电制冷系统。采用较高温度级的冷端联结较低温度级的热端的叠联方式构成。最末一级热电堆冷端的吸热量即为多级热电制冷循环的制冷量。六、热电制冷装置的特点及其应用热电制冷装置的特点：1.不需要制冷剂，无泄漏、无污染。2.没有机械传动部件和设备，无噪声，无磨损，可靠性高，寿命长，维修方便。3.可以通过改变工作电流的大小来控制制冷温度和冷却速度，调节控制灵活方便。4.操作具有可逆性。只要改变电流的极性就可以实现冷、热端互换，特别适合于