单级蒸汽压缩制冷的工作原理及优化

图9－1　单级蒸汽压缩式制冷的原理系统

制冷过程的实质上就是用人工的方法将某一物体或空间的热量转移到较高温度的环境介质中去的过程。制冷的方法有许多种，目前在纺织厂空调冷冻站中应用得最广泛的是单级蒸汽压缩式制冷。单级蒸汽压缩式制冷的原理系统如图9－1所示。它由压缩机、冷凝器、节流阀（或膨胀阀）和蒸发器组成。这四个部件之间用管道联接成一个封闭系统，制冷剂在系统内不断地循环流动。单级蒸汽压缩式制冷机的工作过程是：压缩机把蒸发器内产生的低压低温制冷剂蒸汽吸入，经过压缩机压缩使其压力和温度升高后排入冷凝器；在冷凝器内制冷剂蒸汽在压力不变的情况下与温度较低的水或空气进行热量交换，放出热量而冷疑成温度和压力都较高的液体；高压液体制冷剂流经节流阀，压力和温度同时降低而进入蒸发器；低压低温制冷剂液体在压力不变的情况下不断吸收被冷却介质（空气或水）的热量而汽化成蒸汽，蒸汽又被压缩机吸入。这样，制冷剂在系统内经过压缩、冷凝、节流和汽化四个过程完成了一个制冷循环。

在制冷系统中，压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸汽的作用，它是整个系统的心脏；节流阀对制冷剂起节流降压作用并调节进入蒸发器制冷剂液体的流量，它是系统高低压的分界线；蒸发器是输出冷量的设备，制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量而实现制冷；冷凝器是放出热量的设备，从蒸发器中吸收的热量和压缩机消耗功所转化的热量一起在冷凝器中让冷却介质（水或空气）带走。在制冷循环中，只有消耗一定的能量后，制冷剂才能把从低温物体吸取的热量不断地传递到高温物体中去，从而实现制冷的目的。(www.xing528.com)

制冷剂是实现人工制冷不可缺少的工质，国际上规定用“R”和后面跟着的两位或三位数字作为表示制冷剂的代号。目前空调用制冷系统使用的制冷剂有很多种，归纳起来大体上可分三类，即无机化合物、甲烷或乙烷的衍生物（又称氟利昂）以及混合制冷剂。

无机化合物作为制冷剂的有氨（R717）。氨除了毒性大些以外，是一种很好的制冷剂，从19世纪70年代至今一直被广泛应用。氨的单位容积制冷能力较大，蒸发压力和冷凝压力适中。氨对钢铁不腐蚀，若含有水分时才对铜及铜合金有腐蚀作用。氨价廉，极易购得。氨的最大缺点是有强烈刺激作用，对人体有危害，当空气中容积浓度达到0.5％～0.6％时人在其中停留半小时即可中毒。氨可以燃烧和爆炸，当空气中氨的容积含量达到11％～14％时即可点燃，若含量达16％～25％时即可引起爆炸。

甲烷和乙烷的衍生物又称为氟利昂（Freon）。氟利昂作为制冷剂时，同样也用“R”和后面的数字表示，例如甲烷衍生物R22和乙烷衍生物R134a等。R22在空调用制冷装置中被广泛采用。R22的热力学性能与氨不相上下，在大气压下的沸点为－40.8℃，而且安全可靠，是一种良好的制冷剂。R22中含有氯原子，对大气中的臭氧层有一定的破坏作用，属于逐渐停止使用的制冷剂。R134a在大气压下沸点为－26.25℃，凝固点－101℃，临界温度101.05℃，临界压力4.06MPa。R134a的热力性质良好，常用于汽车空调中。

目前常用的混合制冷剂有R407c和R410a等。R407c由R32/R125/R134a三元混合，各组分的重量百分配比为23/25/52。这种三元混合制冷剂属非共沸混合物。其特性与R22很相近。R410a是由质量百分比为50％的R32和50％的R125组成，属近共沸制冷剂。R410a与R22相比，压力稍高，单位容积制冷量比R22大。