空调制冷技术课件

蒸氣壓縮式製冷的理論迴圈氣化製冷的特徵

利用製冷劑液體在氣化時（沸騰時）產生的吸熱效應，達到製冷目的。

工作過程蒸發器壓縮機冷凝器節流閥流程圖：

液體蒸發製冷構成迴圈的四個基本過程是：①製冷劑液體在低壓（低溫）下蒸發，成為低壓低溫蒸氣(蒸發器)②將該低壓低溫蒸氣提高壓力、溫度成為高壓高溫蒸氣(壓縮機)③將高壓高溫蒸氣冷凝，使之成為高壓常溫液體(冷凝器)④高壓常溫液體降低壓力、溫度重新變為低壓低溫液體，返回到蒸發器從而完成迴圈。(節流閥)單級蒸氣壓縮式製冷理論迴圈的熱力計算

單級理論迴圈是建立在以下一些假設的基礎上的：

（1）壓縮過程為等熵過程，即在壓縮過程中不存在任何不可逆損失

（2）離開蒸發器和進入壓縮機的製冷劑蒸氣為蒸發壓力下的飽和蒸氣

（4）製冷劑在管道內流動時，沒有流動阻力損失，忽略動能變化，除了蒸發器和冷凝器內的管子外，製冷劑與管外介質之間沒有熱交換

（5）製冷劑在流過節流裝置時，流速變化很小，可以忽略不計，且與外界環境沒有熱交換，為等焓過程

（3）離開冷凝器和進入膨脹閥的液體為冷凝壓力下的飽和液體

圖2-1理論迴圈在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示

按照熱力學第一定律，對於在控制容積中進行的狀態變化存在如下關係：（2-1）

這裏，把自外界傳入的功作為負值。對上式積分可以得到整個過程的運算式：（2-2）

按照式（2-1）和式（2-2），單級壓縮蒸氣製冷機迴圈的各個過程有如下關係：(2)冷凝過程：dw=0dq=dhqk=h2-h4

（2-4）

(3)節流過程：

w=0q=0Δh=0h4=h5

（2-5）

（1）壓縮過程:dq=0,因而

dw=dhw=h2-h1

（2-3）

（4）蒸發過程：dw=0因而dq=dhq0=h1-h5=h1-h4

（2-6）單位品質製冷量q0為了說明單級壓縮蒸氣製冷機理論迴圈的性能，採用下列一些性能指標，這些性能指標均可通過迴圈各點的狀態參數計算出來。

q0稱為單位品質製冷量，習慣上取為正值，在T-s圖上用面積1-5-b-a-1代表，而在lgp-h圖上則用線段5-1表示。(2)單位容積製冷量qv(2-7)(3)單位理論耗功wc對於單級蒸氣壓縮製冷機的理論迴圈來說，理論比功可表示為(2-8)單級壓縮蒸氣製冷機的理論耗功也是隨製冷劑的種類和製冷機迴圈的工作溫度而變的。(4)單位冷凝熱負荷qk單位（1kg）製冷劑蒸氣在冷凝器中放出的熱量，稱為單位冷凝熱負荷。單位冷凝熱負荷包括顯熱和潛熱兩部分

(2-9)

比較式（2-5）、（2-8）和（2-9）可以看出，對於單級壓縮式蒸氣製冷機理論迴圈，存在著下列關係(2-10)(5)製冷係數

對於單級壓縮蒸氣製冷機理論迴圈，製冷係數為

(2-11)

製冷係數愈大經濟性愈好(6)熱力完善度單級壓縮蒸氣製冷機理論迴圈的熱力完善度按定義可表示為(2-12)這裏εc為在蒸發溫度（T0）和冷凝溫度（Tk）之間工作的逆卡諾迴圈的製冷係數。熱力完善度愈大，說明該迴圈接近可逆迴圈的程度愈大。第三節蒸汽壓縮式製冷迴圈的改善

上面所述的迴圈，是單級蒸氣壓縮式製冷的理論迴圈，也是最簡單的迴圈。在實用上，根據實際條件對迴圈往往要作一些改進，以便提高迴圈的熱力完善度。這些改進主要有液體過冷、吸氣過熱、回熱、多級壓縮、複疊式製冷迴圈。將節流前的製冷劑液體冷卻到低於冷凝溫度的狀態，稱為過冷。1.液體過冷迴圈帶有過冷的迴圈，叫做過冷迴圈。圖2-2過冷迴圈在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示定性分析：在1點一定時，若5點越靠近飽和液體線，即幹度越接近於0，單位品質的濕蒸氣所含的飽和液體越多，對製冷越有利。圖2-2過冷迴圈在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示(2-13)與無過冷的迴圈1-2-3-4-5-1相比，過冷迴圈的單位製冷量的增加量為

在圖2-2（b）中，q0以線段5’-5表示。因兩個迴圈的理論耗功w0相同，過冷迴圈的製冷係數比無過冷迴圈的製冷係數要大。(2-14)採用液體過冷對提高製冷量和製冷係數都是有利的。措施：1、增加冷凝器的散熱面積2、在冷凝器後串接再冷器（但要考慮經濟性）2.吸入蒸氣過熱迴圈

壓縮機吸入前的製冷劑蒸氣的溫度高於吸氣壓力下製冷劑的飽和溫度時，稱為過熱。具有吸氣過熱的迴圈，稱為過熱迴圈。圖2-3示出了過熱迴圈1-1‘-2’-3-4-5-1的T-s圖和lgp-h圖。圖中1-1‘是吸氣的過熱過程，其餘與理論迴圈相同。圖2-3過熱迴圈在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示

(2-15)

(2-16)有效過熱迴圈的製冷係數可表示為

(2-17)在過熱區，過熱度越大，其等熵線的斜率越大，根據式（2-1），得

（2-18）措施：1、增加蒸發器的傳熱面積（有效過熱）製冷係數、製冷量變化？2、壓縮機吸氣管道保溫不好（無效過熱）製冷係數、製冷量變化？圖2-4有效過熱的過熱度對製冷係數的影響過熱度℃R502R600aR290R134aR22NH3045.337.444.444.155.993.03073.965.772.172.986.3131.5表2-2過熱度對排氣溫度的影響3.回熱迴圈利用回熱使節流前的製冷劑液體與壓縮機吸入前的製冷劑蒸氣進行熱交換，使液體過冷、蒸氣過熱，稱之為回熱。圖2-5回熱迴圈在T-s圖（a）和lgp-h圖（b）上的表示若不計回熱器與環境空氣之間的熱交換，則液體過冷的熱量等於使蒸氣過熱的熱量，其熱平衡關係為

（2-21）回熱迴圈的性能指標如下：單位製冷量

（2-22）

（2-23）單位功製冷係數

由圖（2-5）可知，與無回熱迴圈1-2-3-4-5-1相比較，回熱迴圈的單位製冷量增大了但單位功也增大了即（2-31）如果要使回熱迴圈的單位容積製冷量及製冷係數比無回熱迴圈高，其條件應是注意：1、並不是所有的製冷劑都適合採用回熱迴圈。氨不適合採用。2、注意製冷量的計算。3、為什麼能實現熱量的交換。措施：1、採用一個熱交換器2、將壓縮機的回氣管與冷凝器的出液管紮在一起4、多級蒸汽壓縮式製冷迴圈

單級壓縮指的是製冷劑蒸氣只經過一個壓縮機進行一次壓縮。單級壓縮製冷迴圈所能達到的最低蒸發溫度是有限的。通常，最低只能達到-40℃左右。

當蒸發溫度過低，超出極限使用條件時會帶來如下問題：(2)壓縮機排氣溫度過高，使潤滑油的粘度急劇下降，影響壓縮機的潤滑。(1)壓縮比增大時壓縮機效率顯著下降。壓縮比：PK/P0一般不超過10。

所以，為了獲得比較低的溫度（－40～－70℃），同時又能使壓縮機的工作壓力控制在一個合適的範圍內，就要採用多級壓縮製冷迴圈。

多級壓縮指的是製冷劑蒸氣不只經過一個壓縮機進行不止一次壓縮。如果經過兩次壓縮就稱為兩級壓縮製冷迴圈。製冷劑蒸氣被第一次壓縮的壓縮機稱為低壓壓縮機，壓縮比為Pm/P0

，後一臺壓縮機稱為高壓壓縮機，壓縮比為PK/Pm。PK/P0=Pm/P0×PK/Pm圖2-6一級節流、中間完全冷卻的兩級壓縮製冷迴圈

(a)流程圖b)lgp-h圖5、複疊式蒸氣壓縮式製冷迴圈

由兩個（或數個）不同製冷劑工作的單級（也可以是多級）製冷系統組合而成。定義為什麼要採用複疊式製冷迴圈?受到製冷劑本身物理性質的限制．這是因為：1)蒸發溫度必須高於製冷劑的凝固點，否則製冷劑無法進行製冷迴圈。如：氨的凝固點為-77。7度，不能制取更低的溫度。2)製冷劑的蒸發溫度過低時．其相應的蒸發壓力也非常低，空氣容易滲入系統，嚴重影響製冷迴圈的正常運行。R12(-29.8度)R22(-40.8度)3)臨界溫度很低，R13的臨界溫度為28.8度，而臨界壓力高達38．57bar。若採用一般冷卻水，由於水溫接近臨界溫度，使氣態製冷劑難以冷凝。R13的凝固點為-181度，沸點為-81.4度。

兩個單級壓縮迴圈組成的複疊式製冷機

高溫壓縮機冷凝器節流閥冷凝蒸發器高溫系統製冷劑R22壓縮機冷凝蒸發器節流閥蒸發器低溫系統製冷劑R13低溫級R13製冷迴圈：蒸發溫度-80度，蒸發冷凝器中冷凝溫度-25度(冷凝器)；高溫級R22製冷迴圈：蒸發冷凝器中蒸發溫度-30度(蒸發器)，冷凝溫度30度；第五節蒸氣壓縮式製冷的實際迴圈

實際迴圈和理論迴圈有許多不同之處，主要有下列一些差別：

1．流動過程有阻力損失，體現為壓力的降低。

2．製冷劑流經管道及閥門時同周圍環境有熱交換；壓縮過程也存在熱交換。例：從蒸發器到壓縮機的流動過程：由於阻力損失，製冷劑蒸氣壓力降低；由於從外界吸收熱量，製冷劑蒸氣溫度升高。4｀-1蒸發器1-1｀蒸發器到壓縮機1｀-1〃壓縮機吸氣1〃-2s壓縮過程2s-2s｀壓縮機排氣2s｀-3冷凝器3-4｀節流閥

第二章製冷劑與載冷劑

第一節製冷劑製冷劑：在製冷迴圈中工作的物質。一、作為製冷劑應符合的基本要求

1.熱力學性質方面(1)工作溫度範圍內有合適的壓力。

蒸發壓力≧大氣壓力冷凝壓力不要過高

為什麼？

A：因為當蒸發器中製冷劑的壓力低於大氣壓力時，外部的空氣就有可能從密封不嚴處進入製冷系統，降低製冷效率。B：因為這樣可以降低製冷設備承受的壓力，減少製冷劑向外泄漏的可能性。

(2)單位容積製冷量qv較大。

為什麼？因為在Q0一定時，單位容積製冷量越大，所需的壓縮機尺寸越小。(3)絕熱指數要小為什麼？等熵壓縮終了溫度t2不能太高，以免潤滑條件惡化或製冷劑自身在高溫下分解。(4)臨界溫度要高，凝固溫度要低。

為什麼？臨界溫度高，便於用常溫水或空氣進行冷凝液化，凝固溫度低，可以工作在較低的蒸發溫度下。2.物理與化學性質方面(1)粘度、密度儘量小。以減少流動阻力。(2)導熱係數大，可提高蒸發器與冷凝器的傳熱係數，減少兩者的傳熱面積。(3)化學穩定性。製冷劑應不燃燒、不爆炸、高溫下不分解，對金屬和其他材料不產生腐蝕作用。3.其他(1)原料來源充足，製造工藝簡單，價格便宜。(2)對大氣環境無破壞作用。(3)無毒。二、製冷劑分類與命名製冷劑按其化學組成主要有五類

無機化合物氟里昂飽和碳氫化合物非飽和碳氫化合物及其鹵素衍生物共沸溶液字母“R”和它後面的一組數字或字母表示製冷劑根據製冷劑分子組成按一定規則編寫1.無機化合物簡寫符號規定為R7()()括弧中填入的數字是該無機物分子量的整數部分。編寫規則製冷劑的簡寫符號例：氨----R717二氧化碳---R744

水----R718二氧化硫---R7642.氟里昂含義：主要指甲烷和乙烷的鹵素衍生物，即甲烷、乙烷中的H原子部分或全部被鹵素(F、CL、Br)取代後的產物。符號規定為R(m-1)(n+1)(x)B(z)數值為零時省去寫(注意)，同分異構體則在其最後加小寫英文字母以示區別。設氟里昂的通式為CmHnFxCLyBrzn+x+y+z=2m+2化合物名稱分子式m、n、x、y、z值符號一氟三氯甲烷CFCl3m=1,n=0,x=1,y=3R11二氟二氯甲烷CF2Cl2m=1,n=0,x=2,y=2R12二氟一氯甲烷CHF2Clm=1,n=1,x=2,y=1R22三氟二氯乙烷C2HF3Cl2m=2,n=1,x=3,y=2R123四氟乙烷C2H2F4m=2,n=2,x=4,y=0R134a

3.烷烴(飽和碳氫化合物)如甲烷、乙烷符合規定同氟里昂。例：化合物名稱分子式m、n、x、y、z值符號甲烷CH4m=1,n=4,x=0,y=0R50乙烷C2H6m=2,n=6,x=0,y=0R170丙烷C3H8m=3,n=8,x=0,y=0R290正丁烷和異丁烷例外，用R600和R600a表示.4.非飽和碳氫化合物及其鹵素衍生物如：乙烯、丙烯等符號：R1+同氟里昂例：乙烯C2H4----R1150

丙烯C3H6----R12705.共沸溶液簡寫符號為R5()()括弧中的數字為該工質命名的先後順序號，從00開始含義：由兩種或兩種以上單一製冷劑組成的混合物，它在某一壓力下沸騰時，具有恒定沸點且組分不變。幾種共沸製冷劑的組成和沸點

代號組分品質成分分子量沸點(℃)共沸溫度各組分的沸點(℃)R500R12/152a73.8/26.299.3-33.50-29.8/-25R501R22/1284.5/15.593.1-41.5-41-40.8/-29.8R502R22/11548.8/51.2111.6-45.419-40.8/-38R503R23/1340.1/59.987.6-88.088-82.2/-81.5R504R32/11548.2/51.879.2-59.217-51.2/-38R505R12/3178.0/22.0103.5-30115-29.8/-9.8R506R31/11455.1/44.993.7-12.518-9.8/3.5R507R125/143a50.0/50.098.9-46.7－-48.8/-47.7三、製冷劑的物理化學性質1.與水的溶解性“冰堵現象”

當製冷劑與水的溶解性較差時，且溫度降到0℃以下時，水結成冰而堵塞節流閥或毛細管的通道形成“冰堵”，致使製冷機不能正常工作。特點：反復發生。措施：系統內設置乾燥器。位置？2.洩漏性(檢漏)氨有強烈臭氣，靠嗅覺易判是否洩漏;易溶於水且呈鹼性，用酚酞試劑和試紙檢漏

氟利昂無色無臭，肥皂水、鹵素噴燈和電子檢漏儀檢漏3.與潤滑油的溶解性根據製冷劑在潤滑油中的可溶性，可分為有限溶於潤滑油和無限溶於潤滑油兩種。無限溶於潤滑油的製冷劑：優點：潤滑油隨製冷劑一起滲透到壓縮機的各個部件，壓縮機潤滑良好，並不會在冷凝器、蒸發器的表面上形成油膜而影響傳熱。缺點：蒸發溫度升高，製冷量減少，蒸發器液面不穩定。有限溶於潤滑油的製冷劑：分層(一層為少油層，一層為多油層)，需設置油分離器，並定期放油。注意：1.隨著溫度的不同，無限溶解可以轉變為有限溶解。2.隨著潤滑油的品種不同，製冷劑與潤滑油的溶解性也會發生變化。表1–10水分在一些製冷劑中的溶解度（25℃）

製冷劑代號溶解度(品質%)製冷劑代號溶解度(品質%)製冷劑代號溶解度(品質%)R110.0098R1240.07R290naR120.01R1250.07R5000.05R220.13R134a0.11R5020.06R230.15R142b0.05R600anaR320.12R143a0.08R1230.08R152a0.17注：na表示沒有找到可用的數據。氟里昂溶油的臨界曲線氟里昂溶油的臨界曲線：1、臨界曲線以上，製冷劑可以無限溶於潤滑油，曲線下麵所包括的區域為有限溶解區。例如，圖中A點含油濃度為20％，潤滑油完全溶解在製冷劑中；含油濃度不變，溫度降低，如圖中B點，對氟里昂114和12來說，仍處於完全溶解狀態，而對於氟里昂22來說，則處於有限溶解狀態，製冷劑與潤滑油分為兩層，少油層為狀態B′，多油層為狀態B″；溫度下降，如如圖中C點，氟里昂12也將轉變為有限溶解，一部分為狀態C′，另一部分幾乎是純潤滑油。由於氟里昂12在低溫-40℃條件下，仍呈完全溶解狀態，因此一般認為氟里昂12在低溫下也能和潤精油很好的溶合在一起。R22溶油的臨界曲線：從圖中可看出，氟里昂22較易溶於環烴族潤滑油中，其臨界溫度低於石蠟族潤滑油。1、2一環烴族潤滑油；3--環烴-石蠟潤滑油；4--石蠟族潤滑油

沸點-33.4℃，凝固點-77.7℃；氨蒸氣無色，具有強烈的刺激性臭味；對人體有危害；以任意比與水互溶；但在礦物潤滑油中的溶解度很小，氨液比重比礦物潤滑油小，油沉積下部需定期放出。

4.常用製冷劑性質1)氨2)氟利昂(1)R12（二氟二氯甲烷CF2Cl2）沸點-29.8℃，凝固點-158℃。無色，有較弱芳香味，毒性小，不燃不爆，安全。系統裏應嚴格限制含水量，一般規定不得超過0.001%常用溫度範圍內能與礦物性潤滑油以任意比互溶不腐蝕一般金屬但能腐蝕鎂及含鎂量超過2%鋁鎂合金。

(2)R134a（四氟乙烷CH2FCF3）毒性非常低，不可燃，安全。與礦物潤滑油不相溶，化學穩定性很好，溶水性比R12強得多，對系統乾燥和清潔性要求更高，用與R12不同的乾燥劑。(3)R11（一氟三氯甲烷CFCl3）沸點23.8℃，凝固點-111℃。毒性比R12更小，安全。水在R11中的溶解能力與R12相接近。對金屬及礦物潤滑油的作用關係也與R12大致相似。

(4)R22（二氟一氯甲烷CHF2Cl）沸點-40.8℃，凝固點-160℃。毒性比R12略大，無色無味，不燃不爆，安全。

。部分與礦物潤滑油互溶。溶水性稍大於R12，系統內應裝設乾燥器。3)碳氫化合物(1)R600a（異丁烷C4H10）(2)R290（丙烷C3H8）沸點和凝固點比R600a低，容積製冷量比R600a大，其他製冷特性及安全特性均與R600a相似。沸點-11.73℃，凝固點-160℃。毒性非常低，在空氣中可燃，應注意防火防爆。與礦物潤滑油能很好互溶，與水的溶解性很差。小結：高溫、中溫、低溫製冷劑根據製冷劑在一個標準大氣壓力下的沸點來分：高溫製冷劑：t>0℃例：R11、R21、R113應用：離心式冷水機組中溫製冷劑：-60℃≤t≤0℃例：R717、R12、R22、R502應用：一般冷水機組低溫製冷劑：t<-60℃例：R13、R14應用：複疊式製冷四、製冷劑的限制使用與替代1.為簡單定性判別製冷劑對臭氧層的破壞能力CL-+O3→CLO-+O2CLO-+O→CL-+O21)將氯氟烴類物質(不含氫、含氯的氟里昂)

代號中的R改用字母CFC2)氫氯氟烴類物質(含氫、含氯的氟里昂)

代號中的R改用字母HCFC例：CF2CL2→R12→CFC12CFC11、CFC113、CFC114、CFC115例：CHF2CL→R22→HCFC223)氫氟烴類物質(含氫、不含氯的氟里昂)

代號中的R改用字母HFC對大氣臭氧層破壞程度從重到輕排列順序是：CFC>HCFC>HFC2.替代物的選擇原則：HCFC作為過渡物質，HFC、HC作為最終目標。4)碳氫化合物代號中的R改用字母HC，數字編號不變例：C3H8→R290→HC290C4H10→R600a→HC600a例：CHF3→R23→HFC23HFC32、HFC134aODP值：表示對大氣臭氧層消耗的潛能值，以R11為基準。GWP值：表示具有全球變暖的潛能值，以CO2為基準。按照聯合國環保組織於1987年在加拿大蒙特利爾市簽署的《關於消耗大氣臭氧層物質的蒙特利爾議定書》的規定，CFC類物質對於空調製冷而言，主要有CFCl2、CFCll，發達國家已於1996，1，1禁止使用；發展中國家將於2010年禁止使用。按規定HCFC類物質(以HCFC22為代表)屬於過渡性物質，2030年禁用。目前，它們的替代物主要有以下幾種：CFCll的替代物：目前約克、特靈均有HCFCl23離心式冷水機組產品。該製冷劑的優點是：①屬高溫低壓製冷劑，熱力性質與CFCll相近；②原使用的CFCll冷水機組不做大的改動情況下，改用HCFCl23比較容易，這點對全世界原使用CFCll的近10萬臺離心式冷水機組的改造具有重要作用；③其ODP值很小僅有CFCll的1／50，GWP值在目前廣為使用的製冷劑中，屬最小的。因此，它對削減溫室氣體排放，防止地球變暖具有重要的意義。

HCFCl23的缺點是：①HCFCl23比CFCll製冷機的製冷量低8％-15％，但近年約克生產的HCFCl23離心式冷水機組做了很大改進，其性能與使用CFCll的機組相比，已相差很少；②對機組的密封性和對金屬的腐蝕性比CFC11高。CFCl2的替代物1)HFCl34a熱力性質與CFCl2很接近，兩者可相容，其充注製冷劑量比CFCl2少20％左右。使用HFCl34a工質，需注意的主要問題是：①GWP高，屬“京都議定書”限制的溫室氣體；②系統應採用專用乾燥劑；③系統潔淨度要求高，否則會造成毛細管和節流孔堵塞；④HFCl34a排入大氣分解後會形成酸雨。

(2)HC物質

主要是R290和R600a，國內海爾、容聲等廠家均有使用該製冷劑的電冰箱產品出售。這兩種替代物質的主要特點是：①ODP=O，GWP二O；·②易取，價格低廉，只相當於HFCl34a的1／30~1／40：③汽化潛熱大，系統流量小，流動阻力低，系統充液量只相當於CFCl2的1／2，HFCl34a的40％；④HC和CFCl2系統可相容，不需多加處理

使用HC類工質的主要問題是：①有可燃性、爆炸性，需加大安全措施，R290在空氣中的可燃極限2%-10%，R600a為1.4%-8.4％。②R600a的單位容積製冷量較CFCl2小2／3，表明制取同樣冷量，壓縮機的吸氣容積要加大2／3；而R290的比CFCl2大2／3，表明制取同樣冷量，壓縮機吸氣容積要小2／3左右。根據以上特點，一般傾向於採用R290／R600a(各50％)壓縮機改動不大。(3)混合製冷劑替代物目前常用的有HCFC22／HFCl52a(使用這種工質的有萬寶、長嶺等冰箱)、R401A、R401B，後兩者在美國、東南亞已用在汽車空調和冷櫃上，替代CFCl2製冷劑。

HCFC22的替代物

HCFC物質以HCFC22為代表，它廣泛應用於中央空調及家用、商用空調產品中，是目前應用最廣泛的一種製冷劑。按蒙特利爾議定書規定屬於過渡性物質，2030年禁用，但隨著大氣O3層破壞的加劇和地球溫室效應增大(HCFC22的GWP=1600)，世界上禁用HCFC22的呼聲很高，特別是歐洲，很多國家都制定了在新的製冷空調設備上不允許使用HCFC22的時間表。各國禁用的時間是歐盟2014年、瑞典1998年、德國2000年、奧地利2002年、瑞士2005年、義大利2008年。因此我們也必須注意HCFC22的替代工質的使用及其開發工作，目前應用較多的有：①R717(NH3)：R717是成熟的製冷劑，其ODP：O，GWP：O，熱力性質優於HCFC22，主要問題是有可燃性和毒性，對人身體有害。歐洲、美國都修訂了使用NH3的安全規程，允許採取必要的措施後，在空調中使用R717。目前認為，有關NH3製冷機的技術問題已解決，因此很多專家認為；目前推廣NH3製冷機的條件已成熟。②HFCl34a：有關內容前面已述，近1--2年內HCFC22的離心式冷水機組將不會再生產。③R290：粘度比HCFC22小，流動阻力小；潛熱比HCFC22大1．84倍，因此同樣系統其充注量要少50％—60％；絕熱指數K小，因此排氣溫度低；對使用HCFC22的機組在不做大的變動情況下，可直接使用R290。R290的問題關鍵是可燃性和爆炸性，歐洲一些國家認為，2kg或2kg以下的充注量可滿足安全要求。④C02作為製冷劑是目前講座的一個熱門課題，很多文獻都報導了這方面的研究成果。C02的ODP=0，GWP=1，比任何HFC和HCFC物質都小。C02作為製冷劑可回收原本要排人大氣的廢物，絲毫不增加向大氣的排放量，自然就談不上對全球變暖的影響。化學穩定性好，不傳播火焰，安全無毒，蒸發潛熱大，流動阻力小，傳熱性能好，易取並價格低廉，堪稱為理想的“天然”製冷劑。其主要問題是臨界點低，一般由於其臨界點低，用在製冷空調上常為跨臨界過程的單級壓縮製冷系統.⑤R407C(HFC32／HFCl25／HFCl34a--23％／25％／52％)：R407C系全HFC混合物質，屬杜邦專利產品，其性能與HCFC22相近。由於R407C中含有HFCl34a工質．因此使用R407C的製冷系統要求應和使用HFCl34a的系統相同，如使用潤滑油、乾燥劑及系統清潔度等。⑥R4lOa(HFC32／HFCl25--50％／50％)：R410a屬英國IAl公司專利產品，由於R410a中無HFCl34a存在，所以製冷機組的潤滑油、乾燥劑等的要求與HCFC22相同，因此其總費用較低。

第三章製冷壓縮機作用：“心臟”從蒸發器吸氣，提高壓力溫度後，向冷凝器排氣。

第一節活塞式製冷壓縮機的基本構造和工作原理活塞式製冷壓縮機是應用曲柄連杆機構或其他方法，把原動機的旋轉運動轉變為活塞在氣缸內作往復運動而進行壓縮氣體的。一、活塞式製冷壓縮機的工作過程(一)理想工作過程吸氣過程：當活塞從最上端位置向下移動時，進氣閥門自動打開，低壓蒸氣便不斷地由蒸發器經吸氣管和吸氣閥進入氣缸，直到活塞到達最下端位置為止。這一過程稱為吸氣過程。壓縮過程：當活塞處於最下端位置時，吸氣過程結束，吸氣閥關閉，氣缸內充滿了由蒸發器吸入的低壓蒸氣。活塞在曲柄連杆機構的帶動下開始向上移動時，氣缸的工作容積逐漸減小，密閉在氣缸內的蒸氣的壓力和溫度逐步升高；當活塞移動到某一位置時，氣缸內的蒸氣壓力升高到等於排氣管的壓力時，排氣閥門便自動打開，開始排氣。製冷劑蒸氣在氣缸內，從進氣時的低壓p1升高到排氣壓力p2的過程，稱為壓縮過程。排氣過程:活塞繼續向上運動，氣缸內的蒸氣壓力不再升高，而是不斷地排出氣缸，經過排氣閥向排氣管輸送，直到活塞運動到最高位置，排氣過程結束。蒸氣從氣缸向排氣管輸送的過程，稱為排氣過程。相關術語：1.活塞的上止點和下止點：活塞在氣缸內上下往復運動時，最上端的位置稱為上止點(又稱上死點)，最下端的位置稱為下止點(又稱下死點)。2.活塞行程：上止點與下止點之間的距離稱為活塞行程，它也是活塞向上或向下運動一次所走的路程，通常用L表示。3.氣缸工作容積：上、下止點之間氣缸工作室的容積。用Vg表示.Vg=πD2L/4m3如果壓縮機有個z氣缸，轉數為n(r/min)，則活塞式製冷壓縮機的理論排氣量為：(二)活塞式製冷壓縮機的實際工作過程1、餘隙容積：當活塞運動到上止點時，活塞頂與氣閥座之間的容積，第一道活塞環以上的環形空間以及氣閥通道(與氣缸一直相通的)的三部分容積組成稱為餘隙容積。

由於實際壓縮機不可避免地存在有餘隙容積，當活塞運動到上止點時，缸內氣體不可能全排出，而在餘隙容積記憶體留有高壓氣體。當活塞由上止點開始向下運動時，吸氣閥在壓差作用下不能打開，吸氣管內的低壓蒸氣不能進入氣缸，而首先是殘留在氣缸內的高壓蒸氣因容積增大而膨脹，壓力下降，直至氣缸內的氣體壓力下降到稍低於吸氣管內的壓力時，吸氣閥才自動開啟，開始吸氣過程。由此可知，壓縮機的實際工作過程是由膨脹、吸氣、壓縮，排氣四個工作過程組成的。2、容積效率ην的大小反映了實際工作過程中存在的諸多因素對壓縮機輸氣量的影響，也表示了壓縮機氣缸工作容積的有效利用程度，故也稱為壓縮機的容積效率。通常可用容積係數λv（餘隙係數）、壓力係數λp（節流係數）、溫度係數λt（預熱係數）、洩漏係數λl（氣密係數）的乘積來表示。1)容積係數它反映了壓縮機中餘隙容積的存在對壓縮機輸氣量的影響。由於餘隙容積的存在，工作過程中出現了膨脹過程，佔據了一定的氣缸工作容積，使部分活塞行程失去了吸氣作用，導致壓縮機吸氣量的減少，亦即壓縮機的實際輸氣量的減少。活塞式製冷壓縮機的實際輸氣量Vr永遠小於理論輸氣量Vh(即活塞排量)。兩者之間的比值稱為壓縮機的輸氣係數，用ην表示(ην<1)，即ην=Vr/Vh

2)壓力係數它反映了吸氣壓力損失對壓縮機輸氣量的影響。在壓縮機的吸氣過程中，由於吸氣閥開啟時要克服氣閥彈簧力，以及氣體流過氣閥時，通道截面較小，流動速度較高，故產生一定的流動阻力，使吸氣過程中氣缸內的壓力恒低於吸入管中的壓力。要使氣缸內的壓力升高到，則要損失一部分活塞行程，使壓縮機的實際吸氣量減少。3)溫度係數它反映在吸氣過程中，因氣體的預熱對輸氣量的影響。吸入氣體在吸氣過程中，不斷地受到所接觸的各種壁面的加熱，使吸入氣體的溫度升高，比容增大。從而使吸入氣體量減少。吸入氣體與壁面的熱交換是一個複雜的過程，與製冷劑的種類，壓力比、氣缸尺寸、壓縮機轉速、氣缸冷卻情況等因素有關。λt的數值通常用經驗公式計算。4)洩漏係數它反映壓縮機工作過程中由於洩漏所引起的對輸氣量的影響。壓縮機的洩漏主要是由於活塞環與氣缸壁面之間的不密封，吸、排氣閥關閉不及時或不嚴密，造成製冷蒸氣從高壓側洩漏到低壓側，從而引起輸氣量的下降。二、活塞式製冷壓縮機的基本構造（一）開啟式開啟式壓縮機的曲軸功率輸入端伸出機體，它通過聯軸器或皮帶輪和原動機相連接。它的特點是容易拆卸、維修，但密封性較差，工質易洩漏，因此帶有軸封裝置。(1)活塞組(pistongroup)活塞組是活塞、活塞銷、活塞環等的總稱。活塞組在連杆的帶動下，在氣缸內作往復運動，在氣閥部件的配合下完成吸入、壓縮和輸送氣體的作用。典型的筒形活塞組部件圖。它由活塞、氣環、油環、活塞銷、彈簧擋圈組成1)活塞(piston)筒形活塞分頂部、環部和裙部三部分。活塞上面封閉圓筒部分稱為頂部.活塞上裝活塞環及油環的部位稱環部。環部以下稱裙部，裙部有活塞銷座。2)活塞銷(pistonpin)活塞銷用來連接活塞和連杆小頭，連杆通過活塞銷帶動活塞作往復運動。活塞銷結構簡單，一般製成中空的圓柱體。為了防止活塞銷軸向位移而伸出活塞時擦傷氣缸，銷座孔內可以採用軟金屬塞或採用彈簧擋圈。也有採用螺釘固定。3)活塞環(pistonring)活塞環有氣環和油環兩種。氣環的作用是密封氣缸的工作容積，防止壓縮氣體通過氣缸壁處間隙洩漏到曲軸箱。油環的作用是刮下附著於氣缸壁上多餘的潤滑油，並使壁面上油膜分部均勻。(2)連杆組(connectingrod)

連杆的作用是將活塞與曲軸連接起來，將曲軸的旋轉運動變為活塞的往復運動。連杆與曲軸相連的一端稱連杆大頭，作旋轉運動；另一端通過活塞銷與活塞相連的部分，稱為連杆小頭，作往復運動；大頭與小頭之間稱為連杆體，作往復與擺動的複合運動。(3)曲軸(crankshaft)

曲軸是壓縮機的重要部件之一，壓縮機的全部功率都通過曲軸輸入。(4)軸封裝置(shaftsealinginstrument)

軸封裝置是開啟式壓縮機的重要部件之一。它的作用是防止曲軸箱內的製冷劑不致通過曲軸伸出端向外泄漏，或者壓縮機在真空下運行時，不致使外界空氣通過曲軸伸出端向曲軸箱內洩漏。(5)氣閥組

它的正常工作才能保證壓縮機實現吸氣、壓縮、排氣、膨脹四個工作過程。氣閥主要由閥座、閥片、彈簧和閥蓋(閥片的升高限制器)組成。氣閥的啟閉是依靠閥片二側的壓力差來實現的。

簧片閥的結構如圖所示。吸、排氣閥片均為簧片式分裝於閥板1的下、上兩側。吸氣閥呈舌形，它的一端用銷釘固定在閥板1上，另一端可以自由運動，並伸入氣缸端面相應的凹槽中。凹槽的深度限制了閥片的升程，起到升高限制器的作用。吸氣通道為四個按菱形分佈的小孔，被吸氣閥片所遮蓋。

排氣閥片呈弓形，兩端用螺釘固定在閥板l上，閥片上面裝有緩衝彈簧片，彈簧片上面還有一弓形蓋板，作為排氣閥升高限制器。排氣通道為四個按弧形分佈的小孔，被排氣閥片所遮蓋。簧片閥閥片的形狀很多。隨閥座上氣流通道和閥片的固定位置而異。(6)機體及缸套

機體是支承壓縮機全部品質並保證各零部件之間有正確的相對位置的部件。機體包括氣缸體和曲軸箱兩個部分。安裝氣缸套的部位稱為氣缸體，安裝曲軸的部位稱曲軸箱。（7）製冷壓縮機的輸氣量調節(能量調節)

压缩机制冷量的大小与运转情况有关。当外界条件或被冷却对象的负荷发生变化时，为了既保持室(庫)內所需要的低溫，又要實現經濟運行，就必須根據外界條件的變化，調節壓縮機的產冷量，也就是調節壓縮機的輸氣量，使其和當時的外界負荷相適應。採用不同的調節方法，它所獲得的經濟效果是不一樣的。目前常用的調節方法有以下兩種。

壓縮機的間歇運行、頂開吸氣閥片調節輸氣量顶开吸气阀片的调节机构有如下几种：

1)油缸-拉杆頂開機構2)油壓直接頂開機構3)電磁閥控制的能量調節機構4)電磁式輸氣量調節（二）半封閉式製冷壓縮機

半封閉式製冷壓縮機的機體和電動機的外殼鑄成一體。電動機的轉子直接裝在壓縮機曲軸的懸臂部分，因而不需要軸封和聯軸器。它比開啟式壓縮機結構更為緊湊，密封性能好，雜訊低，比全封閉式壓縮機易於拆卸和修理。（三）封閉式製冷壓縮機

全封閉式製冷壓縮機的特點，是將壓縮機與電動機一起組裝在一個密閉的罩殼內，形成一個整體，從外表上看只有壓縮機進、排氣管和電動機引線。全封閉壓縮機的外部罩殼由鋼板衝壓而成，分上下兩部分，裝配完畢後焊死。它比半封閉壓縮機更為緊湊，密封性更好。電動機佈置在上部，這樣可避免電動機繞組浸泡在潤滑油中，且軸下端可作為油泵使用。電動機定子的外殼與氣缸體鑄成一體，氣缸呈臥式佈置。為了減震和消音，利用電動機室內空腔容積作為吸氣消音器，排氣通道上裝有穩壓室。整個機芯安裝在彈性減震器上，以減少工作時的振動。小結：1、在各種類型的製冷壓縮機中，活塞式壓縮機是問世最早、至今還廣為應用的一種機型，這無疑是因為它具有一系列其他類型壓縮機所不及的優點：

1)能適應較廣闊的壓力範圍和製冷量要求。

2)熱效率較高，單位耗電量較少，特別是在偏離設計工況運行時更為明顯。

3)對材料要求低，多用普通鋼鐵材料，加工比較容易，造價也較低廉。

4)技術上較為成熟，生產使用上積累了豐富的經驗。

5)裝置系統比較簡單。相比之下，螺杆式製冷系統中需要裝設大容量油分離器；離心式製冷機系統中要配置工藝要求高的增速齒輪箱、複雜的潤滑油系統和密封油系統等。

活塞式壓縮機的上述優點使它在各種製冷用途，特別是在中小製冷量範圍內，成為製冷機中應用最廣、生產批量最大的一種機型。但是，與此同時，也要看到活塞式壓縮機也有其不足之處：

1)因為是往復運動，轉速不宜太高.2)氣缸工作腔有餘隙容積3)氣缸工作腔必須設置吸、排氣閥，使吸、排氣過程產生阻力損失4)結構複雜，零部件多5)往復式壓縮機不允許吸氣帶液6)輸氣不連續。

一般傾向認為將活塞式製冷機的製冷量上限維持在350～550kW以下是較為合適的。2、活塞式製冷壓縮機的分類

高溫壓縮機－10～+10℃

中溫壓縮機－20～－10℃

低溫壓縮機－45～－20℃2)按壓縮機的轉速分類

壓縮機按其轉速可分為低速、中速和高速三種。儘管單從轉速出發而不顧及壓縮機的尺寸大小來衡量其高速性是不全面的，而且實際上亦未曾定出明確的界限標準。可是，根據一般習慣認為，轉速在300r／min以下的為低速，300～1000r／min之間的為中速，1000r／min以上的屬於高速。1)按壓縮機工作的蒸發溫度範圍分類

對於單級製冷壓縮機，在其運轉的蒸發溫度最低到－45℃的範圍內，可以按其工作的蒸發溫度分為高溫、中溫和低溫壓縮機三種。但在具體蒸發溫度區域的劃分上並不統一。下麵列舉其大致蒸發溫度範圍：第三節回轉式製冷壓縮機一、滾動轉子式製冷壓縮機（一)基本結構

具有一個圓筒形氣缸，其上部(或端蓋上)有吸、排氣孔，排氣孔上裝有排氣閥，以防止排出的氣體倒流。氣缸中心是帶偏心輪的主軸(偏心輪軸，偏心距為e)，偏心輪軸上套裝一個可以轉動的套筒狀滾動活塞。主軸旋轉時，滾動活塞沿氣缸內表面滾動，從而形成一個月牙形工作腔，其位置隨主軸旋轉而變動；（二）工作過程氣體壓力變化是依靠容積變化來實現的，而容積的變化又是通過壓縮機的轉子在氣缸裏作旋轉運動來達到的。氣缸上部的縱向槽縫內裝有滑板，靠彈簧作用力，使其下端與滾動活塞表面緊密接觸，從而將氣缸工作腔分隔為兩部分吸氣腔：具有吸氣孔口部分壓縮腔：具有排氣孔口部分(排氣閥未打開）排氣腔：具有排氣孔口部分，且壓力大於冷凝器壓力（排氣閥已打開）（二）工作過程位置ⅠⅡⅢⅣⅤ吸氣腔吸氣吸氣吸氣吸氣吸氣結束排氣腔壓縮壓縮開始排氣排氣結束與吸氣腔連通氣體壓力變化是依靠容積變化來實現的，而容積的變化又是通過壓縮機的轉子在氣缸裏作旋轉運動來達到的。（三）特點1）滾動活塞和滑板的兩側，可同時進行吸氣與壓縮(或排氣)過程。2)由圓筒形氣缸和作回轉運動的滾動活塞相互配合而直接進行旋轉壓縮，因而它不需要將旋轉運動轉化為往復運動的轉換機構，所以滾動活塞式壓縮機的零部件少，特別是易損件少，結構簡單，體積小，重量輕，同活塞式壓縮機比較，體積可減小40％～50％，重量也可減輕40％～50％。3)僅滑片有較小的往復慣性力，旋轉慣性力可完全平衡，因此振動小，運轉平穩；4)沒有吸氣閥，吸氣時間長，並且直接吸氣，減小了吸氣有害過熱，所以其效率高。但其加工及裝配精度要求高。

近年來，在電冰箱中使用小型滾動轉子壓縮機的越來越多，而在空調器中有完全取代活塞式壓縮機的趨勢。二、渦旋式製冷壓縮機渦旋式壓縮機是回轉式壓縮機的一種。它發明於1905年，但直到80年代初才在日本首次應用到製冷及空調領域中。因此，目前還是一種較為新型的製冷壓縮機。（一）基本結構及工作原理(a)表示正好吸入完了的位置，(b)示出了渦旋週邊為吸入過程，中間為壓縮過程，中心處為排氣過程，(c，d)示出了連續而同時進行著吸入和壓縮過程。在曲柄軸的每一轉中，都形成一個新的吸氣容積，所以上述過程不斷重複，依次完成。主要由靜渦盤和動渦盤組成，兩個渦旋盤相錯180o對置而成。氣態製冷劑從靜渦盤的外部被吸入，在靜渦盤與動渦盤所形成的空間中壓縮，被壓縮後的高壓氣態製冷劑，從靜渦盤中心排出。動渦盤繞偏心軸進行公轉，為了防止動渦盤自轉，設有防自轉環。注意4條接觸線的位置變化。（二）特點從結構及工作原理看，小型渦旋式壓縮機具有如下的特點：1)效率高渦旋壓縮機吸氣、壓縮、排氣連續進行，直接吸氣，因而吸入氣體有害過熱小；沒有餘隙容積中氣體的膨脹過程，因而輸氣係數高。同時，兩相鄰壓縮腔中的壓差小，氣體洩漏少。另外，旋轉渦旋盤上所有接觸線轉動半徑小，摩擦速度低，損失小，加之吸、排氣閥流動損失小，因而效率高。2)力矩變化小、振動小、雜訊低,渦旋壓縮機壓縮過程較慢，並可同時進行兩三個壓縮過程，機器運轉平穩，而且曲軸轉動力矩變化小；其次，氣體基本連續流動，吸、排氣壓力脈動小。3)結構簡單，體積小，重量輕，運動零部件少；沒有吸、排氣閥，易損件少，可靠性好.渦旋式壓縮機同活塞式壓縮機相比，體積小40％，重量減輕15％，效率高10％，雜訊低5dB(A)。但其製造需高精度的加工設備及精確的調心裝配技術，這就限制了它的製造及應用。三、螺杆式製冷壓縮機（一）基本結構及工作原理螺杆式(即雙螺杆)製冷壓縮機具有一對互相嚙合、相反旋向的螺旋形齒的轉子。其齒面凸起的轉子稱為陽轉子，齒面凹下的轉子稱為陰轉子。陽轉子4個齒，陰轉子6個槽，一般陽轉子與電動機聯接為主動轉子，傳遞轉矩，同時、通過嚙合關係帶動陰轉子(從動轉子)旋轉。轉子的齒槽、機體的內壁面和兩端端蓋等共同構成的工作容積，機體的兩端設有成對角線佈置的吸、排氣孔口。隨著轉子在機體內的旋轉運動，陰、陽轉子和機體之間形成的呈"V"字型的一對齒間容積(基元容積)的大小，隨轉子的旋轉而變化，使工作容積由於齒的侵入或脫開而不斷發生變化，從而週期性地改變轉子每對齒槽間的容積，來達到吸氣、壓縮和排氣的目的。圖3-31表示了基元容積的工作過程：吸氣過程：陽轉子帶動陰轉子旋轉至A點位置，一個v形密封空間與吸氣口相通，開始吸氣；隨著轉子的旋轉，v形密封空間的容積不斷增大，氣體逐漸進入該空間。當轉於旋轉至B點位置時，此v形密封空間開始不與吸氣口相通，吸氣過程結束；此時，該空間容積達到最大。壓縮過程：從B點起，陰轉子繼續旋轉，兩個轉於之間形成的密封嚙合線向排氣側移動，此v形密封空間的逐漸縮小，空間中的氣體被壓縮。壓縮過程一直進行到位置C，v形密封空間與排氣口相通為止。排氣過程：氣體從位置c開始與排氣口相通，隨著陰、陽轉子繼續旋轉，v形密封空間中的氣體被壓人排氣管；直到轉子旋轉至D點，v形密封空間中的氣體完全被排出時，結束排氣過程。從以上過程的分析可知，兩轉子轉向互相迎合的一側，即凸齒與凹齒彼此迎合嵌入的一側，氣體受壓縮並形成較高壓力，稱為高壓力區；相反，螺杆轉向彼此相背離的一側，即凸齒與凹齒彼此脫開的一側，齒間容積在擴大形成較低壓力，稱為低壓力區。此兩區域借助於機殼、轉子相互嚙合的接觸線而隔開。（二）輸氣量調節裝置螺杆製冷壓縮機常用滑閥調節能量，即在兩個轉子高壓側，裝上一個能夠軸向移動的滑閥，來調節能量。滑閥調節能量的原理，是利用滑閥在螺杆的軸向移動，以改變螺杆的有效軸向工作長度，使能量在100％和l0％之間連續無級調節。能量調節主要與轉子有效的工作長度有關。圖為滑閥的移動與能量調節的原理圖。圖(a)示出全負荷時滑閥的位置。當滑閥尚未移動時，滑閥的後緣與機體上滑閥滑動缺口的底邊緊貼，滑閥的前緣則與滑動缺口的剩餘面積組成徑向排氣口。此時，基元容積中，充氣最大。由吸入端吸入的氣體經轉子壓縮後，從排氣口全部排出，其能量為100％，泄逸通道的大小取決於所需要的排氣量大小。滑閥前緣與滑動缺口形成的排氣口面積(即徑向孔口)同時縮小，達到改變排氣量的目的。當滑閥繼續向排出端移動時，製冷量隨排量的減少而連續地降低。因而能量便可進行無級調節。當高壓油推動油活塞和滑閥向排出端方向移動時，滑閥後緣隨之被推離固定的滑動缺口的底邊，形成一個通向徑向吸氣孔口的、可為壓縮過程中氣體的泄逸孔道，如圖3-7(c)所示，減少了螺杆的工作長度，即減少了吸入氣體的基元容積，排出氣體減少，而吸進的氣體，未進行壓縮(此時接觸線尚未封閉)就通過旁通口進入壓縮機的吸氣側，因此減少了吸氣量和製冷劑的流量，起到了能量調節的作用。能量調節分手動和自動，但控制的基本原理都是採用油驅動調節。該系統基本上由三部分構成：供油、控制和執行機構。供油機構有油泵及壓力調節閥；控制機構有四通電磁閥或油分配閥；執行機構有滑閥、油活塞及油缸等（三）特點螺杆式製冷壓縮機作為回轉式製冷壓縮機的一種，同時具有活塞式和動力式（速度式）兩者的特點。1)與往復活塞式製冷壓縮機相比，螺杆式製冷壓縮機具有轉速高，重量輕，體積小，占地面積小以及排氣脈動低等一系列優點。2)螺杆式製冷壓縮機沒有往復品質慣性力，動力平衡性能好，運轉平穩，機座振動小，基礎可作得較小。3)螺杆式製冷壓縮機結構簡單，機件數量少，沒有像氣閥、活塞環等易損件，它的主要摩擦件如轉子、軸承等，強度和耐磨程度都比較高，而且潤滑條件良好，因而機加工量少，材料消耗低，運行週期長，使用比較可靠，維修簡單，有利於實現操縱自動化。4)與速度式壓縮機相比，螺杆式壓縮機具有強制輸氣的特點，即排氣量幾乎不受排氣壓力的影響，在小排氣量時不發生喘振現象，在寬廣的工況範圍內，仍可保持較高的效率。5)採用了滑閥調節，可實現能量無級調節。6)螺杆壓縮機對進液不敏感，可以採用噴油冷卻，故在相同的壓力比下，排溫比活塞式低得多，因此單級壓力比高。7)沒有餘隙容積，因而容積效率高。螺杆式製冷壓縮機尚存在以下缺陷：1)製冷劑氣體週期性地高速通過吸、排氣孔口，通過縫隙的洩漏等原因，使壓縮機有很大雜訊，需要採取消音減噪措施。2)螺旋形轉子的空間曲面的加工精度要求高，需用專用設備和刀具來加工。3)由於間隙密封和轉子剛度等的限制，目前螺杆式壓縮機還不能像往復式壓縮機那樣達到較高的終了壓力。小結：回轉式製冷壓縮機的型式和結構類型較多，故有多種分類法。通常都按其結構元件的特徵來區分和命名。目前廣為使用的有螺杆式製冷壓縮機、滾動轉子式製冷壓縮機和渦旋式製冷壓縮機等，它們在各種冷凍、冷藏及空調裝置中得到了日益廣泛的應用。其中，製冷量在1.1kW以下時，滾動轉子式製冷壓縮機效率較好；製冷量在1~15kW範圍內，渦旋式製冷壓縮機效率最高；製冷量大於15kW時，螺杆式製冷壓縮機效率最好。因此，回轉式製冷壓縮機的應用，已進入活塞式製冷壓縮機的世襲領地。但是，回轉式製冷壓縮機也有它的缺點，主要是它的運動機件表面多呈曲面形狀，這些曲面的加工及檢測均較複雜，有的還需使用專用設備。其次是回轉式製冷壓縮機運動機件之間或運動機件與固定機件之間，常需保持一定的運動間隙，氣體通過間隙勢必引起洩漏，這就限制了回轉式製冷壓縮機達到較大的壓力比，同時，為了不降低回轉式製冷壓縮機的效率，又必須控制運動間隙盡可能小，勢必造成加工和裝配精度較高第四節離心式製冷壓縮機一、離心式製冷壓縮機的基本結構及工作原理

學習時借助離心式水泵來理解。它是依靠動能的變化來提高氣體的壓力的。1）葉輪(工作輪)：是一個最重要的部件，通過葉輪將能量傳遞給氣體，使氣體獲得較大動能。2)擴壓器：擴壓器是固定部件中最重要的一個部件。它的作用是將葉輪出口的高速氣體的動能轉化為壓力能，提高氣體壓力。3）蝸殼：蝸殼的作用是把擴壓器流出的氣體彙集起來，集中排至冷凝器。蝸殼在徑向面上的形狀似蝸牛殼，外徑和流通截面逐漸擴大，也起到使氣流減速和擴壓的作用。4）彎道和回流器：在多級離心式製冷壓縮機中，彎道回流器是為了把由擴壓器流出的氣體導至下一級葉輪。氣體在彎道和回流器的流動，可以認為壓力和速度不變，僅改變氣體的流動方向。彎道的作用是將擴壓器出口的氣流引導至回流器進口，使氣流的方向從離開軸心變為向軸心方向。回流器則是把氣流均勻地導向下一級葉輪的進口，為此，在回流器流道中設有葉片，使氣體按葉片彎曲方向流動，沿軸向進入下一級工作輪。5）吸入室：吸入室的作用是將從蒸發器來的氣體，均勻地引導至葉輪的進口，以減少氣流的擾動和分離損失。6）進口導流器:進口導流器安裝在第一級進口前的機殼上。它由一組彼此聯動旋轉的小葉片組成，葉片呈放射狀分佈，每一個葉片均有一個小圓錐齒輪與一個大錐形齒輪圈嚙合，如圖4-7所示。可以通過伺服電動機自動控制大錐形齒輪圈的轉動，也可用手動控制。小圓錐齒輪則帶動全部葉片轉動，從而改變葉輪進口處的流通截面，達到輸氣量調節的目的。7）平衡盤由於葉輪兩側的壓力不相等，在轉子上受到一個指向葉輪進口方向的軸向椎力。為了減少止推軸承的載荷，往往在末級之後設置一個平衡盤，如圖所示。因平衡盤左側為高壓，右側與進氣壓力相通，因而形成一個相反的軸向推力，減輕了止推軸承的負荷。思考：N級離心式壓縮機的結構中含有葉輪、擴壓器、彎道、回流器、蝸殼的個數？二、離心式製冷壓縮機的特性1)蒸發溫度對性能的影響：當轉速和冷凝溫度不變時，製冷量隨蒸發溫度的變化情況如圖所示。從圖中可以看出，蒸發溫度愈低，製冷量下降愈劇烈。蒸發溫度對性能的影響較大。2)冷凝溫度對性能的影響：當轉速和蒸發溫度不變時，製冷量隨玲凝溫度變化時的情況如圖所示。從圖中可以看出，當冷凝溫度高於設計值時，離心式製冷壓縮機的製冷量將急劇下降。3)轉速對性能的影響：由於離心式壓縮機產生的能量頭與轉速的平方成正比，因此隨轉速的降低能量頭急劇下降，因而製冷量也將急劇下降，如圖所示。三、離心式製冷壓縮機的能量調節離心式製冷壓縮機有三種能量調節方式。1、大多數離心式製冷壓縮機採用葉輪入口可旋轉導流葉片調節，這種調節方法的優點是控制簡單，投資少，能在20％-100％間進行無級能量調節，但在負荷低於50％時，此種調節方法對壓縮機的效率影響較大。2、有些離心式製冷壓縮機，採用葉輪進口導流葉片與葉輪出口擴壓器寬度可調相結合的雙重調節方法，使製冷量可以在10％-100%範圍內連續調節。3、也有根據用戶需要，生產採用入口導流葉片與變頻調速相結合的調節方法的離心式製冷壓縮機。這種調節方法是控制電源的頻率和電壓，自動調節電機轉速，同時配以調節入口導流葉片開度，達到調節壓縮機製冷量的目的，以保證壓縮機獲得最大的部分負荷效率。四、離心式製冷壓縮機的特點主要優點：（1）製冷能力大，而且大型離心式製冷壓縮機的效率接近現代大型立式活塞式製冷壓縮機。．

(2)結構緊湊，品質輕，比同等製冷能力的活塞式製冷壓縮機輕80％~90％，占地面積可減少一半左右。

(3)沒有磨損部件，工作可靠，維護費用低。

(4)運行平穩，振動小，雜訊較低；運行時，製冷劑中不混有潤滑油，蒸發器和冷凝器的傳熱性能好。但是，離心式製冷壓縮機的轉數很高，對於材料強度、加工精度和製造品質均要求嚴格，否則易於損壞，且不安全。此外，小型離心式製冷壓縮機的總效率低於活塞式製冷壓縮機，故更適用於大型或特殊用途的場合。小結：第四章製冷裝置的換熱設備

第一節冷凝器的種類和工作原理

冷凝器將製冷劑氣體冷卻液化，以便迴圈使用。冷凝器按冷卻方式空氣冷卻式（風冷卻式）水冷卻式蒸發式空氣冷卻式冷凝器中根據管外空氣流動方式自然對流空氣冷卻式冷凝器強制對流空氣冷卻式冷凝器一、水冷式冷凝器

水冷式冷凝器是以水作為冷卻介質，靠水的溫升帶走冷凝熱量。冷卻水一般迴圈使用，但系統中需設有冷卻塔。水冷式冷凝器按其結構形式又可分為殼管式冷凝器和套管式冷凝器兩種。（一）立式殼管式冷凝器1、工作過程製冷劑蒸氣：管外流動，上進下出冷卻水：管內流動，上進下出2、立式殼管式冷凝器的主要特點是：

1）由於冷卻水流量大流速高，故傳熱係數較高，一般K=600～700(kcal/m2.℃)。

2）垂直安裝占地面積小，且可以安裝在室外。

3）冷卻水直通流動且流速大，管內水垢易清除，且不必停止製冷系統工作，故對水質要求不高，一般水源都可以作為冷卻水。

4）但因立式冷凝器中的冷卻水溫升一般只有2～4℃，對數平均溫差一般在5～6℃左右，故耗水量較大。且由於設備置於空氣中，管子易被腐蝕。3、應用：大中型氨製冷系統（二）臥式殼管式冷凝器它與立式冷凝器有相類似的殼體結構，主要區別在於殼體的水準安放和水的多路流動。

氨臥式殼管式冷凝器流程：1、工作過程：製冷劑蒸氣：管外冷凝，上進下出冷卻水：管內流動，下進上出，同側，多流程2、特點1）冷卻水用量較少2）對冷卻水質要求較高3）水準安裝占地面積大3、應用：廣泛地用於氨製冷系統，也可以用於氟利昂製冷系統。冷水機組（三）套管式冷凝器1、工作過程：氟利昂套管式冷凝器製冷劑蒸氣：上進下出，內、外管間流動冷卻水：下進上出，內管流動，多流程，2、特點優點：結構簡單，便於製造，且因系單管冷凝，介質流動方向相反，故傳熱效果好，當水流速為1～2m/s時傳熱係數可達800kcal/(m2.℃)。缺點：金屬消耗量大，而且當縱向管數較多時，下部的管子充有較多的液體，使傳熱面積不能充分利用。另外，清洗困難，並需大量連接彎頭。3、應用：小型氟利昂空調機組仍廣泛使用套管式冷凝器二、風冷式冷凝器

空氣冷卻式冷凝器是以空氣作為冷卻介質，靠空氣的溫升帶走冷凝熱量的。根據空氣流動方式不同，可分為自然對流式和強迫對流式兩種。自然對流空氣冷卻式冷凝器a)絲管式b)百葉窗式c)內藏式空氣強制對流冷凝器1-肋片2-傳熱管3-上封板4-左端板5-進氣集管6-彎頭7-出液集管8-下封板9-前封板10-通風機11-裝配螺釘注意：排數2－6排。機組多面進風：V或U形1、工作過程：製冷劑蒸氣：管內冷凝，上進下出，多流程空氣：管外流動，橫向掠過2、特點結構簡單，但冷卻效果差於水冷卻式。3、應用：這種冷凝器適用於極度缺水或無法供水的場合，常見於小型氟利昂製冷機組。三、蒸發式冷凝器空氣冷卻和水冷卻相結合。工作過程：製冷劑蒸氣：管內冷凝，上進下出，多流程，冷卻水：管外噴淋，上進下出，空氣：管外流動，下進上出，第四節蒸發器種類和工作原理

蒸發器是製冷機中的冷量輸出設備。製冷劑在蒸發器中蒸發，吸收介質（水或空氣或其他液體）的熱量，達到製冷的目的。冷卻液體（水或其他液體）蒸發器幹式殼管式蒸發器

滿液式殼管式蒸發器冷卻空氣的蒸發器空氣自然對流空氣強制對流一、滿液式殼管式蒸發器

臥式滿液式蒸發器結構1、工作過程：製冷劑液體：管外汽化，下進上出冷凍水：管內流動，下進上出，同側，多流程2、特點：1）沸騰有溫差2）回油困難3）製冷劑充注量大，80%左右4）傳熱管凍裂5）容易造成液擊3、應用：氨製冷系統，冷水機組

二、幹式殼管式蒸發器幹式殼管蒸發器結構1、工作過程：製冷劑液體：管內汽化，下進上出，同側，多流程冷凍水：管外流動，上進上出，多流程2、特點：1）沸騰溫差小2）回油較容易3）製冷劑充注量少4）傳熱管凍裂可能性小5）不易造成液擊3、應用：氟利昂系統

三、冷卻空氣的蒸發器1、空氣自然對流

2、空氣強制對流1、工作過程：製冷劑液體：管內流動，多路進出空氣：管外流動，橫向掠過2、應用：家用冰箱、空調、除濕機等

第五章節流機構和輔助設備第一節節流機構作用：a）使高壓常溫的製冷劑液體在經節流機構時節流降壓，變為低壓低溫的製冷劑濕蒸汽,進入蒸發器，在蒸發器內蒸發吸熱，從而達到製冷降溫的目的。降溫降壓。b）調整流入蒸發器的製冷劑流量，使製冷劑流量始終與蒸發器的熱負荷相匹配。這樣既能保證蒸發器傳熱面積的充分利用，又可以防止壓縮機出現液擊沖缸現象。調節流量。基本原理：使高壓液態製冷劑受迫流過一個小過流截面，產生合適的局部阻力損失(或沿程損失)，使製冷劑壓力驟降，與此同時一部分液態製冷劑汽化，吸收潛熱，使節流後的製冷劑成為低壓低溫狀態。降溫降壓。

常用的節流機構：手動膨脹閥、浮球式膨脹閥、熱力膨脹閥、電子膨脹閥、毛細管等。一、熱力膨脹閥（一）內平衡式熱力膨脹閥1、基本結構和工作原理熱力膨脹閥實物圖感應部分、傳動部分、執行部分、調節部分工作原理：pl——閥後製冷劑的壓力，作用在膜片下部，使閥門向關閉方向移動；p2——彈簧作用力，也施加於膜片下方，使閥門向關閉方向移動，其作用力大小可通過調整螺絲予以調整；p3——感溫包內製冷劑的壓力，作用在膜片上部，使閥門向開啟方向移動，其大小取決於感溫包內製冷劑的性質和感溫包感受的溫度。對於任一運行工況，此三種作用力均會達到平衡，即p1＋p2=P3，此時，膜片不動，閥芯位置不動，閥門開度一定。製冷劑流量一定。如何實現一定的過熱度？R22：P1=0.584MPat0=tA=5ºctc=10ºc

P3=0.681MPaP2=0.097MPa若P2>0.097,其他不變，則tc>10ºc,過熱度大於5度.適應蒸發器負荷的製冷劑流量調節過程：1）當蒸發器負荷增加時，流量還來不及調節，汽化段縮短，過熱段延長，出口過熱度增加，這時，P3增大，p1＋p2<P3，膜片下移，開啟度增加，流量增加，適應負荷需要，隨著流量增加，P3減小，最終，p1＋p2=P3達到平衡。（動態平衡）2）當蒸發器負荷減小時，流量還來不及調節，汽化段延長，過熱段縮短，出口過熱度減小，這時，P3減小，p1＋p2>P3，膜片上移，開啟度減少，流量減少，適應負荷需要，隨著流量減少，P3增大，最終，p1＋p2=P3達到平衡。（動態平衡）（二）外平衡式熱力膨脹閥1、基本結構與工作原理：與內平衡式熱力膨脹閥不同之處：P1不同.?若假設蒸發器壓力降為0.036MPa，則Pc=0.584-0.036=0.548MPa,飽和溫度為3ºc，1）採用內平衡式熱力膨脹閥，tc=10ºc，過熱度為7ºc；2）採用外平衡式熱力膨脹閥，P3＝0.097+0.548＝0.645MPa,感溫包感受出口溫度為8ºc，過熱度為5ºc。

一般情況下，R22蒸發器壓力降ΔP0達到下表

4.2所規定的值時，應採用外平衡式熱力膨脹閥。此外，使用帶分液器的蒸發器時，也應使用外平衡式熱力膨脹閥，即將分液器引起的壓降按ΔP0處理，才能保證蒸發器的工作能力得以正常發揮。（三）安裝熱力膨脹閥時應注意的問題①膨脹閥應正立式安裝，不允許倒置。②感溫包安裝在蒸發器的出氣管上，緊貼包纏在水準無積液的管段上，外加隔熱材料纏包，或插入吸氣管上的感溫套內。③當水準回氣管直徑小於22mm時，感溫包可紮在回氣管頂部；當水準回氣管直徑大於22mm時，感溫包可紮在回氣管下側45°處，以防管子底部積油等因素影響感溫包正確感溫。④外平衡膨脹閥的平衡管一般都安裝在感溫包後面100mm處的回氣管上，並應從管頂部引出，以防潤滑油進入閥內。⑤一個系統中有多個膨脹閥時，外平衡管應接到各自蒸發器的出口。二、浮球式膨脹閥（一）基本結構和工作原理三、熱電膨脹閥（電動膨脹閥）

熱電膨脹閥也稱電動膨脹閥。它是利用熱敏電阻的作用來調節蒸發器供液量的節流裝置。熱電膨脹閥的基本結構以及與蒸發器的連接方式如圖所示。熱敏電阻具有負溫度係數特性，即溫度升高，電阻減小。它直接與蒸發器出口的製冷劑蒸氣接觸。在電路中，熱敏電阻與膨脹閥膜片上的加熱器串聯，電熱器的電流隨熱敏電阻值的大小而變化。當蒸發器出口製冷劑蒸氣的過熱度增加時，熱敏電阻度升高，電阻值降低，電加熱器的電流增加，膜室內充注的液體被加熱而溫度增加，壓力升高，推動膜片和閥杆下移，使閥孔開啟或開大。當蒸發器的負荷減小，蒸發器出口蒸氣的過熱減小或者變成濕蒸氣時，熱敏電阻被冷卻，閥孔就關小或關閉。這樣熱電膨脹閥可以控制蒸發器的供液量，使其與熱負荷相適應。四、毛細管（一）基本結構和工作原理1、製冷工程中一般稱內徑0.5～2mm左右，長度在1～4m左右的紫銅管為毛細管。2、它主要是靠其管徑和長度的大小來控制液體製冷劑的流量以使蒸發器能在適當的狀況下工作。1)當管徑一定時，流體通過的管道短則壓降小，流量大；反之，壓降大且流量小。2)當長度一定時，流體通過的管徑大則壓降小，流量大；反之，壓降大且流量小。當毛細管入口為過冷液體時，1－2段壓力下降，溫度變化不大，到2點時變為某一壓力下的的飽和液體；管中出現氣泡，變為氣液兩相流動（濕蒸氣），壓力、溫度急劇下降。若毛細管入口為飽和液體或濕蒸氣時，無