《上海交通大學(xué)制冷原理與技術(shù)ppt課件.ppt》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、第三節(jié)其他形式的制冷循環(huán)2.3.1空氣制冷2.3.2熱電制冷2.3.2.1熱電制冷的原理2.3.2.2熱電制冷的特性分析2.3.2.3多級熱電堆2.3.3蒸氣噴射式制冷循環(huán)2.3.1空氣制冷歷史上第一次實現(xiàn)的氣體制冷機(jī)是以空氣作為工質(zhì)的，并且稱為空氣制冷機(jī)壓縮式空氣制冷機(jī)的工作過程也是包括等熵壓縮，等壓冷卻，等熵膨脹及等壓吸熱四個過程這與蒸汽壓縮式制冷機(jī)的四個工作過程相近，其區(qū)別在于工質(zhì)在循環(huán)過程中不發(fā)生集態(tài)改變圖2-162無回?zé)峥諝庵评錂C(jī)系統(tǒng)圖Ⅰ-壓縮機(jī)Ⅱ-冷卻器Ⅲ-膨脹機(jī)Ⅳ-冷箱圖2-163無回?zé)?/p>

2、空氣制冷機(jī)理論循環(huán)的p-V圖與T-s圖NEXT圖2-162示出無回?zé)峥諝庵评錂C(jī)系統(tǒng)圖圖2-163所示是冷箱中制冷溫度是環(huán)境介質(zhì)的溫度1-2是等熵壓縮過程2-3是等壓冷卻過程3-4是等熵膨脹過程4-1是在冷箱中的等壓吸熱過程現(xiàn)在進(jìn)行理論循環(huán)的性能計算，單位制冷量及冷卻器的單位熱負(fù)荷分別是：(2-144)(2-145)單位壓縮功和膨脹功分別是：(2-146)(2-147)從而可計算出循環(huán)消耗的單位功及制熱系數(shù)：(2-149)(2-148)若不計比熱隨溫度的變化，并注意到則上式可簡化為：(2-150)(2-

3、149)因為熱源溫度是恒值，此時比較標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)應(yīng)當(dāng)是可逆卡諾循環(huán)，其制冷系數(shù)為：因此上述理論循環(huán)的熱力完善度為：(2-151)顯然，永遠(yuǎn)圖2-164無回?zé)峥諝庵评錂C(jī)實際循環(huán)圖2-164中1-2s-3-4s-1為實際循環(huán)，而循環(huán)1-2a-3-4a-1可認(rèn)為是只考慮換熱端部溫差，這樣計算的實際循環(huán)的制冷系數(shù)為：(2-152)由上式可以看出，在給定的情況下，必然有一個最佳值最大。(2-153)稱為循環(huán)的特性系數(shù)。而上式中：為此對式(2-152)，求導(dǎo)，并令可得：(2-154)因為與壓力比y的關(guān)系為：(2-15

4、5)則按式(2-154)可求出最佳壓力比：(2-156)在分析理論循環(huán)時，認(rèn)為提高循環(huán)經(jīng)濟(jì)性應(yīng)采用盡可能小的壓比。但對于實際循環(huán)存在最佳壓力比，此時制冷系數(shù)最高。2.3.2熱電制冷2.3.2.1熱電制冷的原理熱電制冷(亦名溫差電制冷、半導(dǎo)體制冷或電子制冷)是以溫差電現(xiàn)象為基礎(chǔ)的制冷方法，它是利用“塞貝克”效應(yīng)的逆反應(yīng)——珀爾帖效應(yīng)的原理達(dá)到制冷目的。塞貝克效應(yīng)就是在兩種不同金屬組成的閉合線路中，如果保持兩接觸點的溫度不同，就會在兩接觸點間產(chǎn)生一個電勢差——接觸電動勢。同時閉合線路中就有電流流過，稱為溫

5、差電流。反之，在兩種不同金屬組成的閉合線路中，若通以直流電，就會使一個接點變冷，一個變熱，這稱為珀爾貼效應(yīng)，亦稱溫差電現(xiàn)象NEXT半導(dǎo)體材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點，決定了它產(chǎn)生的溫差電現(xiàn)象比其他金屬要顯著得多，所以熱電制冷都采用半導(dǎo)體材料，亦稱半導(dǎo)體制冷圖2-165所示，當(dāng)電偶通以直流電流時，P型半導(dǎo)體內(nèi)載流子(空穴)和N型半導(dǎo)體內(nèi)載流子(電子)在外電場作用下產(chǎn)生運動，并在金屬片與半導(dǎo)體接頭處發(fā)生能量的傳遞及轉(zhuǎn)換。如果將電源極性互換，則電偶對的制冷端與發(fā)熱端也隨之互換。當(dāng)電偶對通以直流電I時，因珀爾貼效應(yīng)產(chǎn)生

6、的吸熱量與電流I成正比式中——珀爾貼系數(shù)(2-157)它與導(dǎo)體的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，可按下式計算(2-158)當(dāng)電流通過電偶對時，熱電元件內(nèi)還要放出焦耳熱。焦耳熱與電流的平方成正比，即：(2-159)式中R為熱電元件的電阻。若電偶臂的長度為L,電阻率為及，截面積為，則(2-160)計算證明，有一半的焦耳熱傳給熱電元件的冷端，引起制冷效應(yīng)降低。除了焦耳熱以外，由于半導(dǎo)體的導(dǎo)熱，從電堆熱端還要傳給冷端一定的熱量：(2-161)式中k——長L的熱電元件總導(dǎo)熱系數(shù)若兩電偶臂的導(dǎo)熱系數(shù)及截面積分別為及則：(2-1

7、62)電偶對工作時，電源既要對電阻做功，又要克服熱電勢做功，故消耗的功率為(2-164)因此電偶對的制冷系數(shù)可以表示為：(2-165)因此，電偶對的制冷量應(yīng)為珀爾貼熱量與傳回冷端的焦耳熱量和導(dǎo)熱量之差，即：(2-163)2.3.2.2熱電制冷的特性分析在電流I為某一定值的情況下，令，由式(2-163)得：可見最大溫差的大小與電流的大小有關(guān)。(2-166)將上式對I取偏倒數(shù)，并令其等于零，就可以求出最佳電流值與其對應(yīng)的最大溫降:將式(2-160)及(2-162)代入式(2-168)得:(2-167)(2

8、-168)(2-169)若兩電偶臂的幾何尺寸相同()具有相同的導(dǎo)熱系數(shù)及相同的電阻率，則式（2-169）變?yōu)榛?2-170)(2-171)式中——熱電元件材料的電導(dǎo)率若，則(2-172)由此可見:熱電制冷的最大溫差取決于材料的組成的一個綜合參數(shù)及冷端溫度。此綜合參數(shù)稱為制造電偶對材料的優(yōu)質(zhì)系數(shù)Z，即(2-173)下面再來分析電堆的制冷系數(shù)與供給熱電堆的電流值的關(guān)系。將式(2-165)對電流取偏倒數(shù)，并令其等于零，得到與最大制冷系數(shù)相對應(yīng)的電流及電壓值(2