制冷技术手册

目录前言第一章制冷技术的热力学理论基础1第一节热力学的基本概念1第二节热力学第一定律及其应用3第三节热力学第二定律及其应用6第四节气液集态变化及蒸气的热力性质8第二章空调器制冷原理12第一节制冷剂、载冷剂与冷冻油12第二节蒸气压缩式制冷18第三节影响致冷系数的主要因素21第四节制冷设备23第五节空调器的性能37第三章房间空调器的结构41第一节空调器的型号41第二节空调器系统的组成42第三节整体式空调器的结构52第四节分体式空调器的结构54第四章空调器的电气控制58第一节电工学基础知识58第二节空调器基本控制电路原理62第三节空调器电路举例与分析71第五章房间空调器的维修75第一节一般故障检测方法、使用故障与安装故障75第二节制冷系统故障的维修79第三节电控系统故障的维修85第四节空调器常见故障与原因分析91第一章制冷技术热力学理论基础工程技术上所谓的制冷，就是使某一系统（即空间或物体）的温度低于周围环境介质的温度，并维持这个低温的过程，这里所说的环境介质是指自然界的空气和水。制冷与空调设备以流体（气体与液体的总称）作为载能物质，实现热能与其它形式能量（主要为机械能）之间的转换或热能的转移。本章介绍流体的性质、热能与机械能之间的转换规律和热量的传递规律，这些知识是空调技术必不可少的理论基础。第一节热力学基本概念工质在制冷系统中，一会儿从气体变为液体，一会儿又从液体变为气体，制冷剂的这种物态变化以及温度的升降、压力的变化、吸热与放热等现象，是具有一定的热力学内在关系的。现在介绍一些参数、术语和基本概念，为掌握热力学基础知识作准备。1温度是用来度量物体冷、热程度的参数。温度的指示单位有三种摄氏温度（）华氏温度（F）绝对温度（K）它们之间的换算关系是5/9（F32）F9/532K273152干球温度用一般温度计所测得的空气温度，它是该空气的真正温度。3湿球温度湿球温度计感温球部位包着潮湿棉纱，用这种温度计测量空气的温度时，由于棉纱中的水在蒸发时要吸收空气的热量，当空气传递给水的热量恰好等于水表面蒸发所需热量时所测得的温度称为湿球温度。干湿球温度差用干湿球温度计测量未饱和空气时，干球温度计显示的温度较高，湿球温度计显示的温度较低，两个温度差称“干湿球温度差”。该温差大，表示空气干燥；温差小，表示空气潮湿。4湿度湿度代表空气中水蒸汽含量的多少。在每千克空气中所含有的水蒸汽重量称为含湿量，单位为克/千克。湿度又分为绝对湿度和相对湿度。绝对湿度是指每立方米的淡空气所含水蒸汽的重量，也是水蒸汽在其分压力及湿空气温度下的重度，单位为千克/米3。相对湿度是指湿空气的绝对湿度与饱和状态下的绝对湿度之比，数值为百分数。当相对湿度为0时，则为干空气；而相对湿度为100时，则为饱和蒸汽。人体感到舒适的相对湿度是6070。5露点温度湿空气在含湿量不变的情况下，冷却使温度降低到空气内部所含水蒸气开始冷凝液化时（即达到完全饱和）的温度。6压力（物理学中称压强）工程上把单位面积上所受的垂直作用力称为压力。国际单位为帕（PA）、千帕（KPA）、兆帕（MPA），过去用的工程单位为千克力/厘米2（KGF/CM2）和BAR。1MPA102KGF/CM275006MMHG（毫米汞柱）100MH2O（米水汞）10BAR绝对压力表压力大气压力真空度大气压力绝对压力7热量是物质热能转移的度量。单位是焦尔（J）、千焦（KJ），过去用（CAL）、千卡（KCAL）。它们的换算关系是1CAL418J。8比热1千克重的物质温度升高或降低1时所吸收或放出的热量。符号为C，单位千焦/千克度（KJ/KGK）。9显热物体被加热或冷却时，只发生温度变化而没有状态变化，这时它所吸收或释放的热量。10潜热物质在加热或冷却过程中，发生状态变化而保持温度不变，这时它所吸收或释放的热量。10蒸发液体表面的汽化现象。液体可以在各种温度下蒸发。11沸腾液体表面和内部同时发生激烈的汽化现象。液体在一定压力下达到一定的沸点温度才能沸腾。12冷凝气体液化为液体的现象。分冷却和凝结两个过程。13比容单位重量的物质所占有的容积。单位米3/千克（M3/KG）。14密度单位容积的物质，所具有的重量。单位千克/米3（KG/M3）。15内能内能是气体分子的动能和内位能的总和。动能就是分子运动能量的总和，内位能就是因分子之间吸引力所具有的能量。工程上常取1KG工质作为研究对象，所以通常说的内能是指1KG工质所具有的能量。16外能分子保持它原有的比容，与外部相对抗所具有的能量。17功功是能的一种。当用外力去移动物体时需要消耗能，这个能就是功。单位牛顿米（NM）,过去用千克力米KGFM。功外力力方向所移动的距离。18功率单位时间内所做的功。单位瓦（W）、千瓦（KW）。19过热饱和蒸气在饱和和压力条件下，继续受热到饱和温度以上，称为“过热”气体，过热气体的温度与饱和温度的差值叫过热度。20过冷饱和液体在饱和压力条件下，继续冷却到饱和温度以下，称为“过冷”液体，过冷液体的温度与饱和温度的差值叫过冷度。21焓焓是一个复合状态参数，是表征系统中具有的总能量，它是内能和压力能之和。通常是对1千克工质而言，单位为千焦/千克（KJ/KG）,过去用千卡/千克（KCAL/KG）。IUPV式中I焓，KJ/KG；U内能，KJ/KG；P压力，KPA；V比容，M3/KG22熵是一个导出状态参数，它表示工质状态变化时，其热传递的程度。单位为千焦/千克度（KJ/KGK）熵、热量和温度的关系如下DSDQ/T式中S熵，KJ/KGK；Q1千克物件所获得热量，KJ/KGT物质获得热量时的绝对温度，K。23节流流体在管道中流动，通过阀门、孔板、毛细管等设备时，由于局部阻力，使流体压力降低的现象。第二节热力学第一定律及其应用热力学第一定律是能量守恒定律在热力过程中的具体表述，并应用于确定各种热力系统与外界交换能量的数量关系包括热能与机械能转换或热能转移在内的能量方程。一、热力学第一定律的基本表达式热力学第一定律的内容是无论何种热力过程，在机械能与热能的转换或热能的转移中，系统和外界的总能量守恒。即输入系统的能量一输出系统的能量系统贮存能量的变化121如图121所示的任意一个开口系统，假定在一微元过程中，外界对它加热Q；它对外界所作总功为W总；同时因系统与外界有质量交换，流入和流出系统的工质还将给系统带入或带出能量。设入口和出口处每KG工质的能量分别为E1和E2，入口和出口处工质的流量分别为DM1和DM2，则流入与流出工质带入与带出系统的能量分别为E1DM1和E2DM2。那么，在此微元过程中，输入系统的能量为（QE1DM1），输出系统的能量为（W总E2DM2），若系统贮存能量的变化为DE，由（121）式并经移项整理可得QDE（E2DM2E1DM1）W总（122）式（122）对任何工质的各种热力过程都适用，它是热力学第一定律的普遍表达式。其物理意义是外界加给系统的热量（Q），一部分用于增加系统贮存的能量（DE），一部分通过质量交二、稳定流动能量方程W总E1DM1E2DM2Q图121制冷与空调设备中的工质可以视作稳定流动。从热力学观点看，工质作稳定流动的特征是1系统中任何位置上工质的热力状态参数（如P、V、T、U、H、S）和宏观运动参数（如流速C）及单位时间与外界交换的能量都保持一定，不随时间变化；2系统的总质量保持恒定，即入口和出口质量相等DM1DM2DM；3系统的总能量保持恒定，即系统贮存的能量不变DE0；4系统与外界通过作功交换的能量，一是通过机器轴传递的功，称为轴功，用WS表示；二是由于工质流入或流出系统所作净流动功WF，因此，W总WSWF，对1KG流动工质W总WSP2V2P1V1。将稳定流动工质的上述特征代入式（122）并代入各项有关参数整理后可得，1KG工质作稳定流动时的能量方程QH2H11/2C22C12GZ2Z1WS（123）注这三部分机械能的和称为技术功,Z代表高度，C代表工质流动速度。工质在入口和出口处具有的能量，应是工质在该处的内能、宏观动能1/2MC2和重力势能MGZ三者之和。式123表明，稳定流动工质从外界吸收热量，一部分用于增加工质的焓，一部分用于增加工质的宏观动能及重力势能，一部分通过机轴传递对外作功。制冷与空调设备在多数情况工质进出系统时，宏观动能与重力势能的变化相对都很小，可以忽略不计，在这种条件下，技术功就近似地等于轴功。三、稳定流动能量方程在制冷设备中的应用制冷压缩机、热交换器（蒸发器和冷凝器）、节流阀（毛细管）是制冷与空调系统中常见的设备。可将稳定流动能量方程应用于这些设备，从而确定这些设备中的能量转换关系。一制冷压缩机工质流入和流出这类设备时，宏观动能与重力势能的变化相对于外界提供的轴功WS的量值来说很小，可以忽略不计；工质流经这类设备向外界的散热量也相对很小，可近似为绝热的，即Q0。于是由（123）式可得WSH2H1（124）式124表明，制冷压缩机消耗的外功大小等于工质在压缩机出口和入口的焓差，即等于工质焓的增加。二热交换器工质流经热交换器时，只通过传热与外界交换能量，没有轴功，即WS0；其宏观动能与重力势能的变化相对于传递的热量也很小，可忽略不计。于是，由式（123）可得QH2H1（125）对于制冷系统的蒸发器，液态制冷剂在其中吸收周围物体或介质的热量沸腾汽化，Q0，焓增加，即在蒸发器中工质吸收的热量等于其焓的增加；对于制冷系统的冷凝器则与蒸发器恰好相反，气态制冷剂在其中向周围介质放热冷凝液化，Q0约3000R13、R14、R503、烷、烯二对制冷剂的要求1热力学性质1在大气压力下制冷剂的蒸发温度要低，这是一个必要条件，以获得较低的致冷温度。2压力适中。在蒸发器内制冷剂的压力最好和大气压力相近，并稍高于大气压力，因为当蒸发器中制冷剂的的压力低于大气压时，外部的空气就可能从不密封处渗入制冷系统，将影响换热器的传热效果，增大压缩机的耗功量；对易燃易爆的制冷剂还可能引起爆炸。为了减小制冷设备承受的压力，降低对设备制造材料的强度要求和制造成本，避免制冷剂向外渗漏，减少密封的困难等，制冷剂在常温下的冷凝压力不应过高，一般要求不超过1216BAR。为提高压缩机的输气系数，减小压缩机的耗功量，并降低压缩机的排气温度，以利于润滑，要求制冷剂在给定的温度条件下，对应的冷凝压力和蒸发压力比较小，绝热指数也比较小。3临界温度颇高于环境大气温度，凝固温度要低。便于用一般冷却介质（水或空气）进行冷却。2物理化学性质1导热系数和放热系数要高，这样能提高蒸发器和冷凝器的传热效率和减少它们的传热面积。2制冷剂的粘度和密度应尽可能小，这样可减少制冷剂在制冷装置中流动时的阻力，降低压缩机的能耗或缩小流道管径。3具有一定的吸水性。当制冷系统中渗进极少的水分时，虽会导致蒸发温度升高，但不致在低温下产生“冰塞”而影响制冷系统的正常进行。3具有化学稳定性，在高温下不分解，不易燃烧，无爆炸危险，对金属和其它材料（如橡胶）无腐蚀和侵蚀作用。4溶解于油的性质。制冷剂与油无限溶解时，可使润滑油随制冷剂渗透入压缩机各部件，对润滑有利；并且在换热器的换热面上不易形成油膜阻碍传热，对换热也有利；但是，这会稀释润滑油和提高蒸发温度，并使制冷剂沸腾汽化时泡沫增多，造成蒸发器中形成蒸发器中液面不稳定又不利。制冷剂只微溶于油时，蒸发温度较为稳定，制冷剂与油易于分离是有利的；而在换热面上易形成难于清除的油膜阻碍伟热又是不利的。因此，只能根据具体情况权衡利弊加以选择，或增加附属设备以抑制或减少不利的一面。5良好的绝缘性能。电动机的线圈是与制冷剂及润滑油直接接触的。因此制冷剂应具有良好的绝缘性能。此外，若含有微量杂质如灰尘等，都会使其绝缘电组显著下降，困而使进行闭式压缩机的漏电增加。三常用制冷剂制冷剂标准大气压下的沸腾温度临界温度临界压力BAR临界比容标准气压下凝固温度水10003741522114326000R1229811204411217931550R22408960493219051600目前，房间空调器一般用R22作制冷剂，电冰箱一般用R12作制冷剂。R22是一种很安全的中温制冷剂，但毒性比R12稍大，与明火接触，它会分解产生有毒的光气；与铁共存的情况下，若温度上升到550，就开始分解。水在R22中的溶解度要比在R12中的溶解度大二三十倍，而且水与R22反应后的生成物同样会腐蚀金属，因此，R22中的含水量应控制在25106以内。R22在饱和状态下的热力性质见表211。表211R22饱和状态下的热力性质比容焓熵温度绝对压力PA液体DM3/KG蒸汽M3/KG液体KJ/KG蒸汽KJ/KG汽化热KJ/KG液体KJ/KGK蒸汽KJ/KGK4010495007093602057515541338861123319808248918250538115070071230018878157537389531231994083393182046361259400715290173481596713904442307730842931816003413761007183201596716181639135022953408519118116532150110072139014717163972392249228277086085180742301634800724520135841661393931402270010869761803302817776007276901255616831739402322570608786317992826192990073092011621170507394898224391088748179536242092200734200107701727073957642230570896301791532222648007375300999317491939662122170209050917878020244830074091009284177142397469220327091385178416182642900744360086351793763983082189320922591780601628493007478600804118162139913621751509312917771214306780075143007495183878399954216076093997177372123298900755060069941861474007612146140948621770401035430007587600653318842640155821313209572517671483800600762530061091907184023432116250965851763956407230076637005718193020403117210097097442176083443584007702800535619533540387820854309829717577624659400774270050221976624046272069650991501754760497590077834004713200000405364205364100000175180253083007824900442720235140608720373610084817489045657100786730041612047134067962020831016941746056602280079107003914207089407491200402102537174325864059007954900368420947740817219869510337917404810680700080002003471211877408838196961104218173776127226500804650032722142914094881951971050561735071476650008093900308621671941012219340310589217324216812290081424002913219160410739191579106726172979188600800819220027512216154113391897241075591727202090993008243100260022408441192118783710839017246322961890082954002458226569412484185915109220172207241016000083491002325229068413027183959110049171954261072300084043002201231584413551181967110876171702281130900084610002084234115414053179938111703171451301191900085193001974236664414533177869112530171201321255200085793001870239230414990175760113356170951341321000086412001773241815415423173608114181170702361389200087051001681244418415830171412115007170451381460100087710001595247042416211169169115833170200401533500088392001513249686416563166877116659169947421609700089097001436252353416886164533117487169693441688500089828001363255043417177162134118315169436461770200090586001294257757417435159678119145169176481854800091374001228260497417657157160119977168912501942300092193001166263265417842154577120811168644522032800093047001108266063417986151923121648168371542126500093939001052268892418086149194122489168091562223200094872000998271755418140146385123333167806582323200095850000948274655418143143488124183167512602426600096878000900277595418092140497125038167209二、载冷剂载冷剂又称冷媒，用于向被间接冷却的物体输送制冷系统产生的冷量。为提高载冷量、增强传热及减小流动阻力，从而减小设备的尺寸重量和降低能耗，要求载冷剂的比热和换热系数要大，而粘度和密度要小。此外，还要求载冷剂的凝固点要低，挥发性和腐蚀性要小，不易燃烧，无毒无臭，对人无害，化学性质稳定，且价格低廉，易于获得。在空气调节中，常用水、空气和盐水作为载冷剂。显然，水是一种较理想的载冷剂，但水只适用于温度范围在0以上的工况。当致冷温度要求在0以下时，可使用盐水（氯化钙或氯化钠的水溶液）作载冷剂，盐水的凝固温度随浓度的增加而降低，选择盐水的浓度时，一般使对应的盐水凝固点比制冷系统制冷剂的蒸发温度低至68。但盐水对金属的腐蚀性强，腐蚀程度与盐水中的含氧量相关，而氧主要来自空气，应尽量减少盐水与空气的接触。空气作载冷剂有很多优点，但是由于它的比热小，所以只有对空气直接冷却时才采用它，如房间空调器。三、冷冻油压缩机所有运动零部件的磨合面，必须用润滑油加以润滑，以减少磨损。制冷压缩机所使用的润滑油叫做冷冻机油，简称冷冻油。冷冻油还把磨合面的摩擦热及磨屑带走，从而限制了压缩机的温升，改善了压缩机的工作条件。压缩机活塞与气缸壁、轴封磨合面间的油膜，不仅有润滑作用，而且还有密封作用，可阻挡制冷剂的泄漏。（一）冷冻油的性能与要求冷冻油与制冷剂有很强的互溶性，并随制冷剂进入冷凝器和蒸发器，因此，冷冻油不但要对运动部件起润滑和冷却作用，而且不能对制冷系统产生不良影响。所以，冷冻油的物理、化学、热力性质应满足下列要求1粘度适当。粘度是表示流体粘滞性大小的物理量。粘度分为动力粘度和运动粘度两种，粘度随温度的升高而降低，随压力的上升而增大。粘度是冷冻油的一项主要性能指标，因此，冷冻油通常是以运动粘度值来划分牌号的。不同制冷剂要使用不同粘度（标号）的冷冻油。如R12与冷冻油互溶性强，使冷冻油变稀，应使用粘度较高的冷冻油。制冷系统工作温度低，应使用粘度低的冷冻油；制冷系统工作温度高，应使用粘度高的冷冻油。转速高的往复式压缩机及旋转式压缩机应使用粘度高的冷冻油。2浊点低于蒸发温度。冷冻油中残留有微量的石蜡。当温度降到某一值时，石蜡就开始析出，这时的温度称为浊点。冷冻油的浊点必须低于制冷系统中的蒸发温度，因为冷冻油与制冷剂互相溶解，并随着制冷剂的循环而流经制冷系统的各有关部分，冷冻油析出石蜡后，会堵塞节流阀孔等狭窄部位，或存积在蒸发器盘管的内表面，使传热效果变差。3凝固点足够低。冷冻油失去流动性时的温度称为凝固点，凝固点总比浊点低。冷冻油的凝固点必须足够低，以R12、R22为制冷剂的压缩机，其冷冻油的凝固点应分别低于一30一40、一55C。冷冻油中溶入制冷剂后，其凝固点会降低。如冷冻油中溶入R22后，其凝固点会比纯油时降低1530。4。闪点足够高。冷冻油蒸汽与火焰接触时发生闪火的最低温度，叫做冷冻油的闪点。冷冻油的闪点应比压缩机的排气温度高2030，以免冷冻油分解、结炭，使润滑性能和密封性能恶化。使用R12或R22为制冷剂的压缩机，其冷冻油闪点应在160C以上；而在热带等高温环境（50左右）下使用的空调器，其冷冻油闪点宜在190以上。5化学稳定性好。冷冻油在与制冷剂、金属共存的系统中，若温度比较高，则在金属的催化作用下，会起分解、聚合、氧化等化学反应，生成具有腐蚀作用的酸。因此，化学稳定性好的冷冻油，其含酸值比较低。各种牌号冷冻油的允许酸值表212。表212国产冷冻油主要性能指标HD13HD18HD25HD30HD40运动粘度（50）CST111518222529303540凝固点（）4040404040闪点（）160160170180190酸值（MGKOH/G油）0140030050101机械杂质无无无无无6杂质含量低。制冷剂、冷冻油溶液中若混入微量水分，则会加速该溶液的酸化作用，使制冷系统出现有害的镀铜现象，并使压缩机的电机绝缘性能降低。因此，1KG冷冻油中含水量应低于40MG。冷冻油在生产过程中虽然经过严格的脱水处理，但它有很强的吸水性，因此，冷冻油存贮中要做好容器的密封工作，勿让其长时期与空气自然接触。冷冻油中若含有机械杂质，则会加速运动机件的磨损，并引起油路堵塞，所以，冷冻油应不含机械杂质。7绝缘性能好。封闭式压缩机的电机绕组及其接线柱与冷冻油直接接触，因此，要求冷冻油有良好的绝缘性能。纯净冷冻油的绝缘性能一般都很好，但是，若油中含有水分、尘埃等杂质，则其绝缘性能就会降低。冷冻油的绝缘性能用击穿电压来表示。击穿电压测定的方法为将冷冻油倒入装有一对25MM间隙的电极的玻璃容器内，电极通电后逐渐升高电压，直到冷冻油的绝缘被破坏而发出激烈的响声，此时的电压值就是这种油的击穿电压。冷冻油的击穿电压要求在25KV以上。（二）冷冻油的选用1牌号选择。目前，我国生产的冷冻油主要有5种，其牌号按运动粘度来标定，粘度大，标号高，其主要性能指标见表1。不同牌号的冷冻油不能混用，但可以代用，其代用原则是高标号冷冻油可代替低标号冷冻油，而低标号冷冻油却不能代替高标号冷冻油。使用R12作制冷剂的压缩机宜用HD18号冷冻油；使用R22作制冷剂的压缩机宜用HD25号冷冻油。2质量判断。从冷冻油外观可以初步判断其质量的优劣。当冷冻油中含有杂质或水分时，其透明度降低；当冷冻油变质时，其颜色就变深。因此，可在白色干净的吸墨纸上滴牌号项目一滴冷冻油，若油迹颜色浅而均匀，则冷冻油质量尚可；若油迹呈一组同心圆状分布时，则冷冻油内含有杂质；若油迹呈褐色斑点状分布，则冷冻油已变质，不能再使用。优质冷冻油应是无色透明的，使用一段时间后会变成淡黄色，随着使用时间的延长，油的颜色会逐渐变深，透明度变差。若冷冻油变成桔红色或红褐色，则应更换。第二节蒸气压缩式制冷蒸气压缩式制冷是利用低沸点的液态工质（如氟利昂等制冷剂）沸腾汽化时，从致冷空间介质中吸热来实现制冷的。这种制冷方法利用制冷剂的液气集态变化过程，实现定温吸热和放热，使致冷循环较为接近逆卡诺循环，从而可提高致冷系数。蒸气压缩式制冷技术现已泛应用于房间空调器的制冷技术中。一、制冷系统的基本组成如图221所示，蒸发器、压缩机、冷凝器和节流装置是蒸气压缩式制冷系统的四个必不可少的基本部件。制冷剂R22在压缩机中被压缩成高温、高压的过热蒸气（其压力约为19MPA），并进入风冷式冷凝器中冷却，经过冷却，制冷剂的温度、状态都会发生变化高温、高压的过热蒸气冷凝为高压中温的液体。这种冷凝后的制冷剂液体进入毛细管中节流减压，为在蒸发器中进行蒸发汽化创造条件。在蒸发器中液态的制冷剂全部汽化为低压的气体，同时从外界吸热，这样蒸发器温度必低于环境温度，即成为冷却器。蒸发器中的制冷剂先是气、液共存，后变为饱和蒸气，最后变为低压过热的蒸气，其压力约为05MPA。在被吸回压缩机的过程中，吸气管内的制冷剂蒸气仍然从外界吸收热量，继续进行过热过程，因此压缩机的吸气管也是低于环境温度的，用手触摸感到有些凉，而压缩机的排气管相反，因为排气管内是高温、高压的制冷剂过热蒸气，反而其外表温度比环境温度高，用手触摸感到是热的。约5KGF/CM2,15约19KGF/CM2,70约19KGF/CM2,50约5KGF/CM2,5图221蒸气压缩式制冷系统冷凝器的热量是由排风风扇（轴流风扇）向室外吹出热风，蒸发器的冷量由室内送风风扇（多叶低噪声的离心风扇或贯流风扇）向室内吹送冷风。在上述的制冷循环中可分为高压和低压两个区域从压缩机排气口至毛细管入口处为高压区，从毛细管出口至压缩机的吸气口为低压区。二、工作原理一蒸发器的作用蒸发器由一组或几组盘管组成。低温液态制冷剂进入蒸发器盘管流动时，通过管壁吸收盘管周围介质（空气或水）的热量沸腾汽化（工程上常称为蒸发），使盘管周围的介质温度降低或保持一定的低温状态，从而达到致冷的目的。可见，蒸发器是让低温液态制冷剂和需要致冷的介质交换热量的换热器。制冷剂在蒸发器盘管内沸腾汽化时保持温度和压力不变，相应的温度和压力称为蒸发温度和蒸发压力，分别用T0和P0表示。蒸发温度随蒸发压力的增大而升高，它们有确定的对应关系，对给定的制冷剂，利用它的饱和蒸气表或压焓图，从已知的T0可查出应的P0，反之亦然。通过控制或调节蒸发压力也就可控制或调节蒸发温度，由于蒸发温度通常都很低，因而对应的蒸发压力也不高。相对于冷凝器，制冷剂在蒸发器中处于低温低压状态。制冷剂在蒸发器中沸腾汽化时从致冷空间介质吸收的热量，就是制冷系统的制冷量。三冷凝器的作用为了让制冷剂能被反复使用，需将从蒸发器流出的制冷剂蒸气冷凝还原为液态，冷凝器就是让气态制冷剂向环境介质放热冷凝液化的换热器。制冷剂蒸气在冷凝器中冷凝液化时也保持温度和压力不变，相应的温度和压力称为冷凝温度和冷凝压力，分别用TK和PK表示。冷凝温度随冷凝压力的增大而升高，它们也有确定的对应关系，这种对应关系也可在制冷剂的饱和蒸气表或压焓图中查取。制冷剂在冷凝器向冷却介质排放的热量，称为冷凝器的热负荷。四压缩机的作用用空气或常温的水来使制冷剂蒸气冷凝，冷凝温度就高于蒸发温度，对应的冷凝压力也就要求高于蒸发压力。压缩机的作用就是将从蒸发器流出的低压制冷剂蒸气压缩，使蒸气的压力提高到与冷凝温度对应的冷凝压力，从而保证制冷剂蒸气能在常温下被冷凝液化。制冷剂蒸气经压缩机压缩后，温度也升高了。因此，相对于蒸发器，冷凝器中的制冷剂处于高温高压状态。一般压缩机是由电动机带动来压缩蒸气作功的，因此，压缩机的作用实质上是消耗外功，迫使制冷剂将从致冷空间（低温热源）吸收的热量排放给环境（相对致冷空间为高温热源）。这与热力学第二定律的要求是一致的。五节流装置的作用冷凝器冷凝得到的液态制冷剂的温度和压力为冷凝温度和冷凝压力，要高于蒸发温度和蒸发压力，在进入蒸发器前需使它降压降温。为此，让冷凝液先流经节流阀或毛细管绝热节流，将压力和温度降至需要的蒸发压力和蒸发温度后再进入蒸发器蒸发致冷。液态制冷剂在节流过程中，因吸收磨擦热将有少量汽化为蒸气（称为闪发气体），因此，节流装置出口的制冷剂是干度很低的低温低压湿蒸气。综上所述，让制冷剂不断经历蒸发沸腾汽化压缩（升压升温）冷凝液化节流（降压降温）再蒸发的循环（称为蒸气压缩制冷循环）。三、蒸气压缩式制冷循环的改进蒸气压缩式制冷循环在实际应用时还需有若干改进，才能使制冷系统具有较高的致冷系数和正常运行。主要的改进措施有下列几项。一用干压缩代替湿压缩压缩机压缩湿蒸气称为湿压缩；压缩干饱和蒸气或过热蒸气称为干压缩。压缩机作湿压缩时，湿蒸气中含有的制冷剂液珠吸收温度较高的气缸壁的热量将迅速汽化，并占据气缸部分有效容积，使压缩机吸入的制冷剂质量减少，从而会显著降低制冷量；液珠的汽化还会使气缸壁因失热温度降低而急骤收缩，容易造成抱缸事故；液珠含量较多时不可能全部立即汽化，压缩机在压缩蒸气的同时还会压缩液态制冷剂，以致产生强烈的冲击波而形成液击冲缸事故，使机件遭受破坏。因此，要避免压缩机吸入湿蒸气作湿压缩，而用干压缩代替湿压缩。二冷凝液的过冷如果设法使从冷凝器得到的制冷剂冷凝液在节流前继续定压放热，从而降低温度变成过冷液体，可以减少节流过程中产生的闪蒸气体量，从而减少节流损失，提高单位质量工质的制冷量。在实际工作中，常用下列措施实现液体过冷1在冷凝器中过冷，当冷却介质温度降低，冷凝器面积足够大时，制冷剂液体可获得过冷。（房间空调器用此方法）2用过冷器过冷，专门设置一种换热器，用来进一步冷却冷凝器出来的制冷剂液体。3用回热器过冷，在回气管路（即从蒸发器出口到压缩机回气口之间）上装一个换热器，利用蒸发器出来的回气冷却节流前的制冷剂液体。三、蒸气压缩式制冷的理论循环单级蒸气压缩制冷理论循环，一般可在制冷剂的压焓图上表示如图223的循环4A12BC34。它由4A1、12、2BC3和34四个分过程组成。一蒸发和吸气过热过程4A14A为低温低压的液态制冷剂在蒸发器中定温（T0）、定压（P0）吸热沸腾汽化的过程，湿蒸气的干度逐渐增大，假定至蒸发器出口A处制冷剂完全汽化为干蒸气，即X1。A1为压缩机的吸气过热过程，假定它是定压（P0）的吸热过程，制冷剂蒸气的温度由T0升至压缩机的吸气温度T1,因而点1处蒸气呈稍过热状态。二定熵压缩过程1212为压缩机的干压缩过程，假定压缩过程是定熵的，即压缩机的入口和出口处蒸气的状态点1和2位于同一条等熵线上，S2S1。蒸气经压缩后，压力由P0升至PK，温度由T1升至压缩机排气温度T2由图可见，T2TK，在压缩机出口处蒸气是过热蒸气。三定压冷却冷凝和过冷过程2BC3压缩机排出的过热蒸气进入冷凝器后不能立即冷凝，而是先经2B的定压（PK）冷却过程，至点B温度降到TK，才能开始冷凝。BC为制冷剂蒸气的定温（TK）、定压（PK）放热冷凝液化过程，湿蒸气的干度逐渐减小，至点C完全液化为制冷剂饱和液，即X0。C3为制冷剂冷凝液定压（PK）、放热过冷过程，至节流装置入口点3，冷凝液温度降到过冷温度TG，制冷剂成为过冷液体。四绝热节流过程3434为过冷的液体制冷剂流经节流装置的绝热节流过程。由于绝热节流前后制冷剂的焓相等，因此，节流装置入口与出口处制冷剂的状态点3和4位于同一条等焓线上，H4H3。经节流后，制冷剂的压力和温度由PK、TG降到P0、T0，然后再进入蒸发器蒸发，得以循环制冷。第三节影响致冷系数的主要因素本节介绍利用制冷剂的压焓图对影响致冷系数的几个主要因素作详细分析。一蒸发温度的影响图223C图223蒸气压缩式制冷理论循环如图231所示，比较两个单级压缩理论循环123451和123451。这二循环的冷凝温度TK相同；它们的蒸发温度、单位制冷量和单位压缩功分别用T0、Q0、WC和T0、Q0、WC表示。由图可见，T0WC，因而Q0/WCQ0/WC。这表明提高蒸发温度可以提高致冷系数。但是，蒸发温度的提高，会受到要求致冷空间所需致冷温度的限制。蒸发温度主要由致冷空间要求的致冷温度确定。因此只能在满足致冷要求的前提下，尽可能采用较高的蒸发温度。二冷凝温度的影响如图232所示，比较两个单级压缩理论循环12341和12341。这二循环的蒸发温度T0相同；它们的冷凝温度、单位制冷量和单位压缩功分别用T0、Q0、WC和T0、Q0、WC表示。由图可见，TKWC，因而。这表明降低冷凝温度可以提高致冷系数。但是，冷凝温度的降低要受到环境温度的限制。三过冷的影响如图233所示，循环12341和12341比较，蒸发温度、冷凝温度和单位压缩功都相同，但后者冷凝液在节流前具有一定的过冷度T3T3TKTG。由图可见，因为冷凝液的过冷，在不提高单位压缩功的情况下（WCWC），却增大了单位制冷量（Q0Q0）,因而致冷系数提高了（。在不采用回热措施的情况下，过冷温度TG取决于冷凝器用冷却介质的温度，要受环境321图241温度的限制。通常取过冷温度TG较同压力下的冷凝温度TK低58。综上所述，提高蒸发温度、降低冷凝温度和使制冷剂冷凝液在节流前过冷，可以提高压缩式制冷循环的致冷系数。第四节制冷设备本节介绍蒸气压缩式制冷系统的主要设备压缩机、蒸发器、冷凝器、节流装置与其它辅助设备。一、制冷压缩机制冷压缩机通过消耗机械能，一方面压缩蒸发器排出的低压制冷剂蒸气，使之升压到在常温下冷凝所需的冷凝压力，另一方面提供制冷剂在系统中循环流动所需的动力。可以说，它是蒸气压缩式制冷系统的心脏。按工作原理分类，制冷压缩机有容积型和速度型两大类。容积型压缩机是通过改变工作腔的容积来完成吸气压缩排气的循环工作过程。在速度型压缩机中，气体压力的增长是由气体的速度转化而来，即先使吸入的气流获得一定的高速，然后再使它缓慢下来，让其动量转化为气体的压力升高，而后排出，可见，速度型压缩机中压缩机中的压缩过程是连续进行的，其流动是稳定的。在制冷空调中应用的速度型压缩机几乎都是离心式压缩机。根据结构特点的不同，容积式压缩机可分为活塞式（又称往复式）和回转式。往复活塞式压缩机是活塞在气缸内作往复运动；回转式压缩机是转子在气缸内作旋转运动，主要有旋转式（又称滚动转子式或刮片式）、滑片式、螺杆式、涡转式等。按构造的不同，压缩机又可分为开启式、半封闭式和全封闭式。开启式的压缩机和电动机是分开的两个设备，为防止制冷剂泄漏和空气渗入，在压缩机轴穿出机体处设有轴封；半封闭式压缩机将其曲轴箱和电动机外壳共同构成一个密闭空间，可取消轴封；全封闭式压缩机，则是将压缩机和电动机全部密闭在同一个钢壳内。房间空调器用的制冷压缩机为全封闭式，全封闭式压缩机的外形如图241所示，压缩机为柱式，有管道与制冷系统相连接，在吸气管路上有一筒形的气液分离器（储液器）。下面介绍目前广泛使用的旋转式压缩机和涡旋式全封闭压缩机。一旋转式压缩机近年来，全封闭旋转式压缩机日趋成熟，已广泛应用于窗式和分体壁挂空调器中，并且在小容量范围（0305KW）内有取代往复式压缩机的趋势。1结构旋转式压缩机结构的主要特点是用偏心转子起活塞作用，对制冷剂气体进行压缩。旋转式制冷压缩机内部结构如图242所示。它主要由电机、轴承、气缸体、转子、主轴、排气阀、吸气管、活动刮板、机座、机壳、油分离器等。转子的结构如图243所示，主轴与气缸轴共线，在主轴上装有偏心轮，偏心轮上装有优质钢制成的薄壁弹性套筒转子（为圆柱形，又称环形转子）。转子一侧总是与气缸壁紧密接触，因而转子外表面与气缸内壁之间形成一个月牙形工作腔，安装在气缸体上的活动刮板在弹簧力的作用下，使其一端始终保持与转子相接触，将月牙形工作腔分成A、B两个互不相通的空间，A、B腔分别为吸气室和压缩排气室。在圆柱形气缸壁上部开有进、排气口，不设进气阀，但为防止高压蒸气倒流，在排气口外侧装有排气阀。气缸体整个浸在冷冻油中，防震、润滑良好。2工作原理滚动转子式压缩机工作时，主轴带动偏心轴转动，套在偏心轴上的转子随着一起转动，图243旋转式压缩机转子结构简图1排气管2气缸体3滚动转子4主轴5冷冻油6吸气管7弹簧、活动刮片组件8机壳9排气阀10高压制冷剂气体1杆2玻璃接头3排气管4绕组5曲轴6上壳7下壳8定子9转子10消音器11上轴承架12气缸13下轴承14固定脚15排气阀16贮液器17过滤器18吸气口19导线20滚动活塞21气缸22叶片23弹簧图242旋转式压缩机的内部结构其工作原理如图244所示。在图A中，A腔通过吸气管与吸气腔相通，A腔充满制冷剂气体。当转子转到图B位置时，A腔容积缩小，气体被压缩而压力升高。同时新出现的B腔与吸气管相通，制冷剂气体进入B腔。转子转到图C位置时，A腔进一步缩小，气体压力继续升高。而B腔容积进一步增大，继续吸气。当A腔气体压力超过排气腔压力时，排气阀开启，高压气体被输往制冷系统管道。转子转到图D位置时，A腔容积继续缩小，排气过程接近完成，而B腔继续增大，仍在吸气。当转子与气缸切点到达排气口处时，排气过程结束。再继续回转，则A、B两容积被排气口沟通，存在于排气口与活动刮片区间气体将膨胀，并流向吸气腔B空间，压力下降至接近吸气压力。由此可见，旋转式压缩机的吸气、压缩、排气、膨胀过程是在偏心转子回转720内完成，在刮板两侧容积的工作过程相差360。因此，气流的流动速度较为缓慢，压力损失较小。此外，吸气口不设吸气阀，减小了吸气压力损失，这些都有利于提高容积效率。由蒸发器过来的制冷剂气体通过气液分离器进入吸气管，然后直接进入压缩机气缸内。经压缩后，由排气阀、消声罩进入壳体中，再经过电动机周围的通道，流至压缩机机壳的顶部排气管排出，因此整个机壳中充满了高压气体，润滑油贮存在机壳的底部，滚动转子式压缩机在偏心轴下端的油靠离心力的作用，将润滑油沿曲轴油道压升到各轴承润滑点，然后回流到机壳体的底部，部分进入气缸腔的油，起到润滑密封转子端面与轴承端面、转子与气缸腔之接触线、转子与滑片以及滑片与气缸上开设的滑片槽之间的间隙的作用。有一部分油随气体从排气阀排出并随气流通过电机通道时被分离，沿机壳四周流回到机壳的底部油池里。吸入管装有气液分离器是用以避免吸入气体中过多的液体进入气缸中，特别是在较低的室外温度下，机组以热泵工况运转时，吸入气体中会带有较多的液态工质，压缩机容易出现湿冲缸现象。3旋转式压缩机的特点从旋转式压缩机的工作原理与结构可以看出，它具有结构紧凑、零件少、重量轻、体图244旋转式压缩机的工作过程1吸气管2弹簧3活动刮板4排气阀5气缸体6滚动转子7曲轴8主轴积小、运行平稳可靠、振动小、噪声低，且在720完成一次循环，使气流速度减小，从而减小了气体的流动损失，提高了旋转式压缩机的容积效率和等熵效率，所以旋转式压缩机的制冷效率较高。而且，可采用变频器调节压缩机的转速。但是这类压缩机由于气缸中的密封性要求很高，为保证各密封间隙处保持着微米级的间隙大小，对于其相关零件的制造、装配精度要求很高，这只有在拥有专用高精度工艺设备，在批量生产条件下方可达到。目前，制冷量在10007000W的空调器基本上都用旋转式压缩机。二涡旋式压缩机近年来，涡旋式压缩机由于其效率高、噪声低、运转平衡而受到人们的重视，已逐渐在房间空调器中推广应用。涡旋式压缩机也是容积型压缩机，它是利用涡旋转子与涡旋定子的啮合，形成多个压缩室，随着涡旋转子的平动回转，使各压缩室的容积不断变化来压缩气体的。目前，涡旋式压缩机应用于制冷量大致在600011000W的空调器中。1结构涡旋式压缩机的整机内部结构如图244所示。它由两个涡旋体、轴承、机座、十字联接环、偏心轴等组成。从蒸发器过来的工质气体经吸气管4进入压缩机机壳，通过处于机壳上部的涡旋转子1排气管2涡旋转子4吸气管5油孔6上平衡块7偏心轴8电动机转子9电动机定子10油孔11甩油盘12润滑油池13下主轴承14下平衡块15润滑油道16上主轴承17游动衬套18十字联接环19轴向柔性导销20气体旁通管21中间压力卸荷阀22浮动密封23双金属温控片24止回阀25排气腔26高低压分隔罩图244美国谷轮ZR系列全封闭涡旋式压缩机的内部结构3和涡旋定子2压缩，由涡旋定子中心孔排出，并经由高低压分隔罩26进入顶部排气腔25。在分隔罩与涡旋定子间设有密封面。在机壳体排气管1处装有止回阀24。在涡旋定子的中心排气孔口附近，设有一旁通管道20，通道口由双金属温控片23控制。当排气温度过高时，温控片打开通道口使高低压旁通，排气腔压力降低，止回阀关闭，压缩机运转在卸载状态，避免压缩机过热。用这种方式，压缩机排气温度可控制在150以下，从而避免压缩机的损坏。偏心轴7与十字联环18相接，使涡旋转子只能绕涡旋定子公转。涡旋转子盘与偏心销之间装有游动衬套17。压缩机的润滑是藉助于运转时的离心抽力，将壳体下部油池中的润滑油，沿着偏心轴中的油道，送到主轴承、偏心销、游动衬套，进行润滑。内置电动机处于机壳的下部，其定子紧配在机壳上，使机壳成为电动机的散热面。在电动机转子的上下端设有平衡块6和14，以平衡涡旋转子所产生的惯性力矩。2工作原理涡旋式压缩机的工作室是由两个涡旋体啮合而成。涡旋体的型线（图245）一般采用圆的渐开线，其基圆半径为，利用渐开线的不同起始角形成涡旋体的壁厚。当轴向具有一定的高度H时即形成涡旋体。图245涡旋体的形成两个涡旋体中一个是固定不动的涡旋定子，一个是作平移转动的涡旋转子。涡旋转子和涡旋定子周向差相180，中心偏置E，于是两个涡旋体的型面出现多处啮合点，形成多个封闭的小室（图246）。涡旋转子中心只能进行绕涡旋定子中心，以偏心距E为半径的平移转动而不能绕涡旋转子中转动。在涡旋转子的中心处设置一定大小的排气口，在其周边设有吸气口，直通涡旋转子的外围。图246A表示转子和定子的最外圈正好在端点处啮合，处于最外围的两个对称的小室（阴影部分）刚完成其吸气过程。随着偏心轴的转动和涡旋转子的平移动，两涡旋体保持着良好的啮合，使外圈小室中的气体不断向中心推移，容积不断收缩，压力逐渐升高，开始其压缩过程（图AG，每圈相对偏心轴转角120）。压缩过程一直持续至该两小室的空间合并为一中心室与排气口相通为止，然后开始通过排气口向外排气（图246H），并持续到小室的空间消失为止，此即排气过程。在上述这些过程进行的同时，外圈型面多次开启，把气体不断吸入到涡旋外圈小室，直到外圈端部闭合（图246D、G），多次完成其吸气过程。涡旋式压缩机中的压缩过程是具有一定内容积比的内压缩过程，有一定的内压比，其中不需要设置吸气阀和排气阀，不存在余隙容积，工作中也就没有膨胀过程。3涡旋式压缩机的