一、蒸氣壓縮式制冷原理

    蒸氣制冷是利用某些低沸點的液態(tài)制冷劑在不同壓力下汽化時吸熱的性質(zhì)來實現(xiàn)人工制冷的。

    在制冷技術(shù)中，蒸發(fā)是指液態(tài)制冷劑達到沸騰時變成氣態(tài)的過程。液態(tài)變成氣態(tài)必須從外界吸收熱能才能實現(xiàn)，因此是吸熱過程，液態(tài)制冷劑蒸發(fā)汽化時的溫度叫做蒸發(fā)溫度，凝結(jié)是指蒸汽冷卻到等于或低于飽和溫度，使蒸汽轉(zhuǎn)化為液態(tài)。

    在日常生活中，我們能夠觀察到許多蒸發(fā)吸熱的現(xiàn)象。比如，我們在手上擦一些酒精，酒精很快蒸發(fā)，這時我們感到擦酒精部分反應(yīng)很涼。又如常用的制冷劑氟利昂F—12液體噴灑在物體上時，我們會看到物體表面很快結(jié)上一層白霜，這是因為F—12的液體噴到物體表面立即吸熱，使物體表面溫度迅速下降(當然這是不實用的制冷方法，制冷劑F—12不能回收和循環(huán)使用)。目前一些醫(yī)療機構(gòu)采用的冷凍療法即是利用了這一原理。

    蒸氣壓縮式制冷是利用液態(tài)制冷劑汽化時吸熱，蒸汽凝結(jié)時放熱的原理進行制冷的。

    二、制冷循環(huán)

    壓縮機是保證制冷的動力，利用壓縮機增加系統(tǒng)內(nèi)制冷劑的壓力，使制冷劑在制冷系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，達到制冷目的。開始壓縮機吸入蒸發(fā)制冷后的低溫低壓制冷劑氣體，然后壓縮成高溫高壓氣體送冷凝器；高壓高溫氣體經(jīng)冷凝器冷卻后使氣體冷凝變?yōu)槌馗邏阂后w；當常溫高壓液體流入熱力膨脹閥，經(jīng)節(jié)流成低溫低壓的濕蒸氣，流入蒸發(fā)器，從周圍物體吸熱，經(jīng)過風(fēng)道系統(tǒng)使空調(diào)房間溫度冷卻下來，蒸發(fā)后的制冷劑回到壓縮機中，又重復(fù)下一個制冷循環(huán)，從而實現(xiàn)制冷目的。

    三、制冷劑在制冷系統(tǒng)中狀態(tài)

    從壓縮機出口經(jīng)冷凝器到膨脹閥前這一段稱為制冷系統(tǒng)高壓側(cè)；這一段的壓力等于冷凝溫度下制冷劑的飽和壓力。高壓側(cè)的特點是：制冷劑向周圍環(huán)境放熱被冷凝為液體，制冷劑流出冷凝器時，溫度降低變?yōu)檫^冷液體。

    從膨脹閥出口到進入壓縮機的回氣這一段稱為制冷系統(tǒng)的低壓側(cè)，其壓力等蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)溫度的飽和壓力。制冷劑的低壓側(cè)段先呈濕蒸氣狀態(tài)，在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱后制冷劑由濕蒸氣逐漸變?yōu)槠麘B(tài)制冷劑。到了蒸發(fā)器的出口，制冷劑的溫度回升為過熱氣體狀態(tài)。過冷液態(tài)制冷劑通過膨脹閥時，由于節(jié)流作用，由高壓降低到低壓(但不消耗功、外界沒有熱交換）；同時有少部分液態(tài)制冷劑汽化，溫度隨之降低，這種低壓低溫制冷劑進入蒸發(fā)器后蒸發(fā)（汽化）吸熱。低溫低壓的氣態(tài)制冷劑被吸入壓縮機，并通過壓縮機進入下一個制冷循環(huán)。

    四、制冷量

    在制冷循環(huán)中，循環(huán)流動的每千克制冷劑從被冷卻物體吸收的熱量叫做單位重量制冷量，用符號q表示，單位是kcal/kg，單位重量制冷量是表示制冷循環(huán)效果的一個特殊參數(shù)，這由制冷劑的性質(zhì)，循環(huán)溫度等條件決定，蒸發(fā)溫度越低，冷凝溫度越高，其值越小，反之越大。制冷裝置的產(chǎn)冷量是單位時間內(nèi)從被冷卻物體吸收并在冷凝器中放掉的熱量，用符號Q表示，單位是kcal/kg。Q值的大小等于冷重量流量G與單位重量制冷量q的乘積，即：

    Q＝G?q

    在實際工作中，有時為了方便的獲得制冷量的粗略計算也可通過下式計算

    Q＝L?(t2－t1)

    式中L循環(huán)風(fēng)量，(t2－t1)為進出風(fēng)溫度差。

    在日本、歐美等國家制冷量常用冷噸來表示，但日本冷噸與美國冷噸在數(shù)值上略有差別，在日本，產(chǎn)冷量的單位用日本冷噸，1日冷噸表示1000克0oC的水在24小時內(nèi)制成0oC的冰所消耗的冷量：

    1日冷噸＝3320kcal／h

    1美冷噸＝3024Lcal／h

    常用制冷量的單位換算：

    1KW=860kcal/h(大卡／小時)

    1kcal／h＝3.968BTU／h(英熱單位／小時)

    五、制冷劑

    制冷劑是進行制冷循環(huán)的工作物質(zhì)。

    （一）對制冷劑的要求

    理想的制冷劑要求化學(xué)性質(zhì)是無毒、無刺激性氣味、對金屬腐蝕作用小、與潤滑油不起化學(xué)反應(yīng)，不易燃燒、不易爆炸、并且要求制冷劑有良好的熱力學(xué)性質(zhì)，即在大氣壓力下它在蒸發(fā)器內(nèi)的蒸發(fā)溫度要低、蒸發(fā)壓力最好與大氣壓相近；制冷劑在冷凝器中、冷凝溫度對應(yīng)的壓力要適中，單位制冷量要大，汽化熱要大，而液體的比熱要小，氣體的比熱要大。要求制冷劑的物理性質(zhì)：凝固溫度要低、臨界溫度要高(最好高于環(huán)境溫度)，導(dǎo)熱系數(shù)和放熱系數(shù)要大，比重和粘度要小，泄漏性要小。

    （二）制冷劑的種類

    制冷劑種類很多，實際應(yīng)用時可根據(jù)制冷劑類型，蒸發(fā)溫度、冷凝溫度和壓力等熱力學(xué)條件以及制冷設(shè)備的使用地點來考慮。制冷劑可分為四類：即無機化合物、碳氫化合物、氟里昂和共沸溶液。

    1、無機化合物制冷劑有氨、水和二氧化碳等；

    2、碳氫化合物制冷劑有乙烷、丙烯等；

    3、氟里昂(FREON)是十九世紀三十年代開始使用的一種制冷劑，比氨晚60年左右，它是飽和碳氫化合物的鹵族(氟、氯、溴)衍生物的總稱，或者說是由氟、氯和碳氫化合物組成的。目前作為制冷劑用的主要是甲烷(cH4)和乙烷(C2H6)中的氫原子、全部或部分被氟氯溴的原子取代而形成的化合物，除名稱而外，化學(xué)分子式規(guī)定了氟里昂各種類別的縮寫代號。

    ①氟里昂的縮寫代號把不含氫原子的氟里昂分子化合物的起首數(shù)編為1，乙烷編為11，丙烷(C3H8)編為21，然后寫上氟原子數(shù)。例如F—12，稱為二氯二氟甲烷，分子式CF2CL2中有一個碳原子，不含氫為甲烷。故起首數(shù)編為1，又有2個氟原子，故編寫成F—12。

    ②把含氫的甲烷衍生物數(shù)字首位定為l，再加上氫原子數(shù)目為起首數(shù)。

然后寫上氟原子例如F—22(CHF2CL)又叫一氯二氟甲烷，因為甲烷是1，氫原子數(shù)為1，相加為2，又有氟原子數(shù)為2，所以縮寫成F—22。

    4、共沸溶液是由兩種以上制冷劑組成的混合物。蒸發(fā)和冷凝過程也不分離。就像一種制冷劑一樣。目前實用的有R500、R502等。與R22相比其壓力稍多，制冷能力在較低溫度下提高13％左右。此外在相同蒸發(fā)溫度和冷凝溫度下。壓縮機的排氣溫度較低。可以擴大單組壓縮機的使用溫度范圍，所以發(fā)展前景看好。

    關(guān)于制冷劑對大氣環(huán)境的污染問題，這是關(guān)系到人類健康和生存的大事，也是我們大家共同關(guān)心的問題。多年來很多專家為此進行了深入研究，一種新的CFC替代品，不僅對大氣臭氧層損耗潛值(ODP)為零，更重要的是制冷劑排放入大氣對溫室效應(yīng)的直接影響造成全球變暖潛值(GwP)方面也必須符合要求。臭氧層破壞，已經(jīng)成為全球普遍關(guān)注的環(huán)境焦點問題，國際社會分別于1985年和1987年制定了《保護臭氧層維也納公約》和《關(guān)于消耗臭氧層物質(zhì)的蒙特利爾議定書》，中國于1991年加入了《蒙特利爾議定書》國際公約組織，并承諾了消耗臭氧層物質(zhì)的控制時間表，即R12和R22的完全淘汰時間分別于2010年和2030年。目前許多R12和R22的替代產(chǎn)品正相繼問世，例如：R134a、R600aKLB、R407c等等。它們的使用效果和各項性能指標的對比，正在通過實驗室和實際運用不斷得以反饋，我們相信隨著時間的推移和科技不斷進步，性能更加卓越、更符合環(huán)保要求、更具性價比競爭能力的制冷劑將會更多的應(yīng)用于制冷空調(diào)行業(yè)當中。