暖通空调分区
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一星助理工程师, 积分 61, 距离下一级还需 39 积分
我现在帮一个单位改装一套热水机系统，主要原因是机组在设计时没有考虑冬天除霜的问题。我加装了四通阀，在回气管端用分别用膨胀阀和毛细管并联（有装单向阀）试验，但结果都是在贮液器处有结霜，压力低压1KG左右，高压11KG左右，电流低，和制热时差别很大。（很短时间后机组低压保护停机）盘管发热量也不够。同样的冷媒量在制热水时参数是正常的，为什么？？？？风冷热水机组不是和制冷原理相反的吗？？帮忙呀前辈们。
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原理和风冷热泵是一样的
用的冷媒是R22的么？
制备热水的标称温度应该达到多少？你所说的储液器是在冷凝器出口的还是在压缩机吸气口处的气液分离器？
如果是R22冷媒，根据高压（表压）1.1兆帕，对应的冷凝温度也就30度超过一点。
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原理和风冷热泵是一样的
用的冷媒是R22的么？
制备热水的标称温度应该达到多少？你所说的储液器是在冷凝器出口的还是在压缩机吸气口处的气液分离器？
如果是R22冷媒，根据高压（表压）1.1兆帕，对应的冷凝温度也就30度超过一点。
是吸气口处的气液分离器，我在制热水时是正常的，现在改装除霜功能，才有的以上参数。为什么会这么低的压力呢？
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一星助理工程师, 积分 61, 距离下一级还需 39 积分
怎么提高压力？是否制冷剂又从原来的通道走了？（R22）
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既然是除霜状态，通过四通阀换向，制冷剂自然是逆向运行了。
制热水时一切正常，说明制冷剂充注量正常，水热交换器的换热效率也正常。
但除霜时压力过低，是否可能是除霜用的毛细管过长或过细？导致系统在除霜时的循环量过小，致使蒸发压力过低蒸发器供液量偏小？
另外，除霜时，水热交换器相当于蒸发器，制冷剂吸收水的热量。在除霜当时，循环水是否正常循环，温度是多少？ 如果水未正常循环或水温过低了，那么水热交换器就无法提供给制冷剂足够的热量，液态制冷剂无法完全蒸发，就可能导致蒸发温度过低，气液分离器结霜。
不过，这样的除霜方式，在除霜时会使水温降低的。
[ 本帖最后由 adingkgb 于
23:05 编辑 ]
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一星助理工程师, 积分 61, 距离下一级还需 39 积分
热水除霜是很难保证的，我现在是把机组拆下来搞试验。把原来的机组设定为直热机组，从进水口直通自来水，采用制冷的原理，让制冷剂逆转，通过热交换后只要有冷水出。则证明可以化霜。（这样应该是可行吧？）在制暖工况下制冷剂是这样运行的：压缩机---板换---油分---贮液器---节流装置---冷凝器---油分---四通阀---压缩机。
而在制冷时为：压缩机---油分---冷凝器---油分---节流装置---贮液器---油分---板换（蒸发器）---四通阀---压缩机
我即是在原节流装置旁并联一个节流装置，并采用单向阀导流。但通过改变节流装置（毛细管）的大小和长度高低压的变化都不大。急死了。是否板换不够大，交换的热量不够多？但应该总会有变化呀！感觉不明显呀，包括高低压和水温。是否在接上大水箱使用时因为流量大，效果就会好呢？
急求助！！！！！！！
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原先制热水时，是接在大水箱上的？而做实验时，另外换了一个板换？
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一星助理工程师, 积分 61, 距离下一级还需 39 积分
无换，只是旁通了毛细管作为节流装置
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五星工程师, 积分 1590, 距离下一级还需 910 积分
有图有真相
楼主最好能把机组的制冷系统图分享一下
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一星助理工程师, 积分 61, 距离下一级还需 39 积分
还未解决问题，压力跑哪了呢？我现在想会否是从原来的制热水的膨胀阀管路跑了？但那也有一个单向阀呀？难道是单向阀失灵？我现在准备在两套管路上各装一个电磁阀并进行互锁，不知是否可行。求教各位大侠了！！！！！
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目 前言 第一章录制冷技术的热力学理论基础…………………………………………1 热力学的基本概念………………………………………………1 热力学第一定律及其应用………………………………………3 热力学第二定律及其应用………………………………………6 气液集态变化及蒸气的热力性质………………………………8第一节 第二节 第三节 第四节 第二章空调器制冷原理 ……………………………………………………12 制冷剂、载冷剂与冷冻油 ……………………………………12 蒸气压缩式制冷 ………………………………………………18 影响致冷系数的主要因素 ……………………………………21 制冷设备 ………………………………………………………23 空调器的性能 …………………………………………………37第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第三章房间空调器的结构 …………………………………………………41 空调器的型号 …………………………………………………41 空调器系统的组成 ……………………………………………42 整体式空调器的结构 …………………………………………52 分体式空调器的结构 …………………………………………54第一节 第二节 第三节 第四节 第四章空调器的电气控制 …………………………………………………58 电工学基础知识 ………………………………………………58 空调器基本控制电路原理 ……………………………………62 空调器电路举例与分析 ………………………………………71第一节 第二节 第三节 第五章房间空调器的维修 …………………………………………………75 一般故障检测方法、使用故障与安装故障 …………………75 制冷系统故障的维修 …………………………………………79 电控系统故障的维修 …………………………………………85 空 调 器 常 见 故障 与原 因 分 析 … …… … …… … … … … …… … 9 11第一节 第二节 第三节 第四节第一章 制冷技术热力学理论基础 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（℃） 它们之间的换算关系是： ℃=5/9（° C32） F ° F=9/5℃+32 K=℃+273.15 2． 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 60%~70%。 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。2华氏温度（° F）绝对温度（K）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。 1Mpa=10.2 kgf/cm2=7500.6mmHg（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：1Cal=4.18J。 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/kg?K） 。 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（N?m）,过去用千克力?米(kgf?m)。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） 。I=u+pv式中：i―――焓，kj/kg；3u――内能，Kj/kg； p――压力，kpa； v――比容，m3/kg 22．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/kg?k） 熵、热量和温度的关系如下：ds=dq/t式中：S――熵，kj/kg×K； q――1 千克物件所获得热量，KJ/Kg： T――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 如图 1-2-1 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δQ；它对外界所作总功为δW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 e2d m2。那么，在此微元过程中，输入系统的能量为（δQ+ e1d m1） ，输出系统的能量为（δW总+ e2dm2） ，若系统贮存能量 的变化为 dE，由（1-2-1）式并经移项整理可得 e1dm1 E2dm2 δQ 图 1-2-1 δW总 (1-2-1)δQ= dE+（e2dm2- e1dm1）+δW总（1-2-2）式（1-2-2）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（δQ） ，一部分用于增加系统贮存的能量（dE） ，一部分 通过质量交4二、 稳定流动能量方程 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：dm1=dm2=dm； (3)系统的总能量保持恒定，即系统贮存的能量不变：dE=0； (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， ws 表示； 用 二是由于工质流入或流出系统所作净流动功 Wf，因此，δW总 = Ws + Wf，对 1kg 流动工质δW总 =ws+(p2v2- p1v1)。 将稳定流动工质的上述特征代入式（1-2-2）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：q=(h2-h1)+[1/2(c2 -c1 )+g(z2-z1)+ ws]222（1-2-3）注：[……]这三部分机械能的和称为技术功 代表高度，c 代表工质流动速度。工质在入口和出口处 技术功,z 技术功 具有的能量，应是工质在该处的内能、宏观动能 1/2mc 和重力势能 mgz 三者之和。式 1-2-3 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 q=0。于是由（1-2-3）式可得-ws=h2-h1于工质焓的增加。 (二) 热交换器（1-2-4）式 1-2-4 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 ws=0；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（1-2-3）可得q=h2-h15（1-2-5）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，q&0，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，q&0，焓减少，即在冷凝器中工质 放出的热量等于其焓的减少。 (三) 节流装置 在制冷系统中，工质流经节流装置时，由于流道截面突然缩小，需克服局部阻力而导致 压力下降，温度也同时下降，工质流经节流装置所历时间很少，可近似为绝热的（故称绝热 节流） ，即 q=0；工质进出节流装置时宏观动能与重力势能的变化都很小，可以忽略不计，节 流过程工质与外界无功交换，ws=0。因此，由式（1-2-3）可得h1=h2可见，工质经历绝热节流，在节流装置入口与出口处的焓是相等的。 综合上述可以看出，流动工质的焓在能量转换或转移关系中的重要作用，焓是随工质流 随工质流 动而转移、并由工质热力状态所决定的能量。 动而转移、并由工质热力状态所决定的能量。 例 2-1 已知空气在压缩机中被压缩前后的压力和比容为 p1=1bar、v1=0.845m3/kg； p2=8bar、v2=0.175m3/kg。设在压缩过程中每 kg 空气的内能增加 150kJ，同时向外界放出热 量 50 kJ，压缩机每分钟生产压缩空气 10kg，求：(1)压缩过程中对每 kg 气体所作容积功； (2)每生产 1kg 压缩空气所需消耗的轴功；(3)带动此压缩机至少需用多大功率的电动机？ 解 (1) 对压缩机的压缩过程，压缩机内空气和外界无质量交换，可应用闭口系能量方 程（1-2-3）求容积功，即 w=q-△u=-50-150=-200kJ/kg 因为是放热，所以取 q=-50kJ；算得 w 为负值，表明容积功是压缩功，即外界压缩气体作功。 (2)考虑吸气-压缩-排气的全过程，空气流经压缩机作稳定流动，可应用稳定流动能量 方程式（1-2-5）求轴功。压缩时可忽略气体被压缩前后宏观动能与重力势能的变化。由式 （1-2-5）有 ws=q-(h2-h1)=q-[(u2+p2v2)-(u1+p1v1)] = [q-(u2-u1)]-(p2v2-p1v1) =w-(p2v2-p1v1) =-200-(8×10 ×0.175-1×10 ×0.845)×10 =-255.5kJ (3)带动此压缩机所需电动机的功率，可用 P=m?w(见注解)计算，由于配用电动机是将 动力传给压缩轴的，因此，上式中的功 w 应为压缩机消耗的轴功 wc。故 P=m?wc=10/60×255.5=42.6kW 因为传动不可避免有能量损失，则 P=42.6kW 只是配用电动机所需功率的最小值。注：热力学中所说的功率：单位时间内，系统与外界通过作功交换的能量，称为功率，用 P 表示。即 功率： 功率 P=W/τ。因为 W=m?w，而 m/τ=m 流动工质的质量流速。所以 P=m?w。5 5 -36热力学第二定律及其应用 第三节 热力学第二定律及其应用根据热力学第一定律，可以确定热力过程中能量转换的数量关系。但是，遵守能量守恒 的热力过程是否都能实现？热力学第一定律没有回答这个问题，即热力学第一定律没有指出 能量转换的条件和方向。解决这一问题是热力学第二定律的任务。 一、 热力学第二定律的表述 热力学第二定律与第一定律一样，也是事实的总结。根据热现象不同侧面的观察结果， 得到的第二定律的具体表述各不相同。 1．第一种表述：事实证明，历史上曾有人企图发明的第二类永动机是不能实现的。如 果这种热机能够实现，其能量利用率可达 100%，那是最理想的了。人们通过长期的科学实 验和生产实践，得到的结论是：循环工作的热力发动机，其中工质从高温热源取得的热量不 可能全部转变为机械能，总有一部分热量必须放给低温热源。这就是说，要使工质通过热力 循环将热能转变为机械能，至少应有两个温度不同的热源，并且能量的利用率不可能达到 100%，即第二类永动机也无法实现。依据热功转换的这种事实，开乐文和普朗克将热力学第 二定律表述为： 不可能制造只从一个热源取得热量， 使之完全变成机械能而不引起其它变化的循环发动 不可能制造只从一个热源取得热量， 机。 2．第二种表述：从传热的角度看，热量可以自发地、无任何条件限制地从高温物体传 到低温物体。若要使热量由低温物体传向高温物体，必须消耗能量。例如，电冰箱要将从箱 内被冷藏物体（低温物体）处吸取的热量传给大气环境（相对箱内温度是高温热源） ，就要 求冰箱压缩机工作， 通过消耗压缩机提供的机械能才能实现。 这表明热量的传递具有方向性。 克劳修斯依据传热的方向性，将热力学第二定律表述为： 热不可能自发地、不付出代价地从低温物体传到高温物体。 热不可能自发地、不付出代价地从低温物体传到高温物体。 尽管热力学第二定律还有其它表述方法，但各种表述在本质上都是一致的。各种表述都 表明自然界的自发过程具有一定的方向性和不可逆性，非自发过程的实现必须具备补充条 件，并且非自发过程中能量转换的有效利用有一定的限度。 注：1．第一类永动机 不需外界提供能量，而能通过热力循环不断向外作功 第一类永动机：不需外界提供能量 而能通过热力循环不断向外作功。这是违反热 第一类永动机 不需外界提供能量， 力学第一定律的，循环工作的热机，要不断向外输出机械功，必须依靠外界不断给系统提供 热量，即循环对外输出的净功等于外界加给系统的净热，工质在经历一系列的状态变化后， 又回到初始状态，内能的变化量为零。 2．第二类永动机：工质在作热力循环中，只从单一的热源取得热量使之完全变成机械 第二类永动机：工质在作热力循环中， 第二类永动机 能对外作功。它没有违背热力学第一定律，但违反了热力学第二定律。 能对外作功 二、 致冷系数与供热系数 制冷循环的目的有两种。一是致冷，即获得需要的低温环境；二是从低温热源吸热，向7高温热源供热，实现这个过程的装置称为热泵 热泵，如在冬季使用的热泵型房间空调器，就是利 热泵 用制冷循环，从温度相对低的室外大气环境吸热，向温度相对高的室内供热，以达到取暖的 目的。第一种以致冷为目的的制冷性能系数，称为致冷系数ε；第二种以供热为目的的制冷 循环性能系数，称为供热系数μ。它们都是利用制冷循环所得收获与消耗之比，用于衡量有 效利用程度的高低。 若制冷循环从低温热源吸收的热量用 q2 表示，向高温热源放出的热量用 q1 表示，消耗 的外功用ω表示。根据热力学第一定律应有 q1= q2+ω 制冷循环的致冷系数的计算通式 （1-3-1）则ε=q2 收获 q 2 = = 消耗 ω q1 ? q 2（1-3-2）对于逆卡诺循环（理想循环）的致冷系数εC =TC q2 收获 q 2 = = = 消耗 ω q1 ? q 2 TH ? TC（1-3-3）制冷循环用于供热时，收获是向高温热源放出的热量 q1，消耗的外功为ω，因此供热系数 的计算通式?=q1 收获 q1 = = 消耗 ω q1 ? q 2(1-3-4)对于逆卡诺循环（理想循环）的供热系数?C =q1 TH 收获 q1 = = = 消耗 ω q1 ? q 2 TH ? TCμ=ε+1（1-3-5）显然，供热系数与致冷系数有如下关系 （1-3-6） （1-3-7） 对于理想循环，则有 μC=εC+1 例 2-2 冬天用一热泵对房屋供热，若房屋热损失是每小时 50000kJ，室外环境温度为 -10℃，问要使房屋内部保持室温为 20℃，则带动该热泵所需的最小功率是多少？若直接采 用电炉供暖，则需消耗多少功率？ 解 当热泵按逆卡诺循环工作时，其供热系数最高，带动热泵所需功率就最小。因此， 应按逆卡诺循环计算。 现热泵工作于-10℃和 20℃两个热源之间，由式（1-3-5） ，当它按逆卡诺循环工作时， 其供热系数为 μc=TH/（TH-TC）=（20+273）/[（20+273）-（-10+273）]=9.77 又由μc=q1/w =Q1/W 知，带动此热泵每小时需消耗的外功 W=Q1/μc==5118Kj8因此，带动该热泵所需最小功率为 P=W/τ=.42Kw 若直接采用电炉采暖，电炉每小时所作的功应为 50000kJ，则电炉所需功率为 P`=W`/τ==13.89kW P /P=9.77，可见，用热泵供暖较之电炉要经济得多。、第四节 气液集态变化和蒸气的热力性质机械制冷与物质的气液集态变化和蒸气的热力性质紧密相关。 本节介绍物质气液集态变 化的基本知识和蒸气的热力性质。 一、 汽化与冷凝 冷凝。 物质集态由液态转变为气态，称为汽化 汽化；反之，物质集态由气态转变为液态，称为冷凝 冷凝 汽化 (一)汽化 汽化有蒸发 沸腾 蒸发和沸腾 蒸发 沸腾两种方式。蒸发在任何温度下都能进行，它是仅在液体表面发生的汽 化现象。沸腾是在液体表面和内部同时进行的汽化现象。在一定的压力下，液态工质必须达 到一定温度才能沸腾。液态工质沸腾汽化时的温度，称为沸点 沸点。 沸点 物质汽化需要吸收周围环境（即周围的物体或介质）的热量，因而汽化对周围环境有致 冷效应。压缩式制冷就是让液态制冷剂流经蒸发器沸腾汽化吸收周围空间的热量来致冷的。 液态工质沸腾汽化时，它向周围环境吸收的热量完全用于自身的集态变化。因此，在沸 腾汽化的过程中，虽然吸热，但液态工质及其蒸气都将保持沸点温度不变。液态工质沸腾汽 化时吸收的热量是潜热。 相同压力下，不同液态工质的沸点不同。同种液态工质，在不同压力下的沸点温度也不 同。工质的沸点与其压力有一一对应的关系。例如，要求水在 5℃沸腾汽化，其对应的压力 必须是 0.00989kgf/cm2 才行。因此，工质在沸腾汽化时若要保持沸点温度不变，还必须保持 与该沸点对应的压力不变。液态制冷剂在蒸发器中进行的沸腾汽化的过程，是一种定温和定 压的过程。 (二)冷凝 在一定压力下， 气态工质温度降低到与该压力相对应的沸点温 度时就会冷凝液化。在整个冷凝过程中，蒸气和冷凝的液体温度及 对应的压力都将保持不变，同时释放出一定的冷凝潜热。在同一温 度（或压力）下，1kg 工质的冷凝潜热与其汽化潜热 r 的量值是相 等的。 二、饱和状态 如图 1-4-1 所示， 密闭容器中的液体吸热汽化时， 液面上方蒸气分子的密度将逐渐增大。 当单位时间内因汽化逸出液面的分子数与因蒸气分子作无规则热运动而回到液体中的分子 数相等，这时液体与蒸气的质量都将不再变化，这气液两种集态达到动平衡的状态，称为饱 数相等，这时液体与蒸气的质量都将不再变化，这气液两种集态达到动平衡的状态，9Q 图 1-4-1和状态。 和状态。 处于饱和状态的蒸气，称为饱和蒸气；处于饱和状态的液体，称为饱和液体；未达到饱 和状态的液体，称为未饱和液体。 (一) 饱和压力和饱和温度 在同一饱和状态下，饱和蒸气的压力与饱和液体的压力是相等的。饱和蒸气或饱和液体 压力，称为饱和压力，用 pS 和 pB 表示。 在同一饱和状态下，饱和蒸气的温度和饱和液体的温度也是相等的。饱和蒸气或饱和液 体的温度，称为饱和温度，用 tS 和 tB 表示。 工质的饱和压力和饱和温度有着一一对应的关系，并且，饱和温度随饱和压力的增大而 升高；或者，饱和压力随饱和温度的升高而增大。 液体工质只能在与其压力相对应的饱和温度下才能沸腾汽化；同样，气态工质也只能在 与其压力相对应的饱和温度下才能冷凝液化。 (二) 湿蒸气及其干度 在制冷系统的蒸发器和冷凝器内进行的气液集态变化过程中， 制冷剂的饱和液体与饱和 蒸气通常是同时存在的。这种饱和蒸气与饱和液体的混和物，称为湿蒸气。完全不含饱和液 体的饱和蒸气称为干饱和蒸气，简称为干蒸气。 湿蒸气中饱和蒸气的含量多少， 用湿蒸气的干度 x 表示。 mv 和 mw 分别代表湿蒸气中 用 所含饱和蒸气与饱和液体的质量，则湿蒸气的干度 x= mv /( mv + mw) 显然，0≤x≤1。当 x=0，表示完全不含饱和蒸气的液体，称为饱和液体；当 x=1 时， 表示完全不含饱和液体的蒸气，称为干蒸气。 制冷系统的蒸发器中，制冷剂饱和液吸热逐渐汽化为饱和蒸气，干度逐渐增加；而冷凝 器中，制冷剂饱和蒸气放热逐渐液化为饱和液体，干度逐渐减少。 (三) 临界温度与临界压力 气态工质的温度越高，要使它液化所需的压力也就越高。事实表明，对给定工质，当温 度升高到超过某一特定数值后，即使压力再大也不能从气态液化变成液态了，而只能处于气 态。工质这一特定温度，称为临界温度 临界温度，用 tC 表示。与临界温度相对应的工质饱和压力，称 临界温度 为临界压力 临界压力，用 pC 表示。显然，临界温度与临界压力就分别是工质的最高饱温度与最高饱和 临界压力 压力。在工质的状态参数坐标图上，与工质的临界状态（pC 、tC）对应的状态点，称为临界 临界 点，常以 C 表示。 对于制冷剂，要求它的临界温度应远高于环境温度。这样，可使制冷循环不在临界点附 近进行，便于用常温的空气和水来冷却，并能更有效地利用工质的汽化潜热，提高制冷系统 的经济性。如氟利昂 R12：tC=112℃,pC=40.6R22：tC=96℃,pC=49.2bar。它们的临界温度 都远高于环境温度。 三、过热蒸气与过冷液体 (一) 过热蒸气10蒸气在某压力 p 下的温度（tp）若高于该压力所对应的饱和温度（tp,B）时，这种蒸气就 称为过热蒸气。过热蒸气所处的状态，称为过热状态。 过热蒸气。 过热状态。 过热蒸气 过热状态 干饱和蒸气保持饱和压力不变，继续定压吸热时，其温度就会上升，变为过热蒸气。过 热蒸气比同压力下干饱和蒸气温度高出的值，称为过热度，用△tH 表示，则 △tH=tp- tp,B （1-4-1） 在压缩式制冷系统中，常使从蒸发器排出的制冷剂蒸气稍过热，然后再被压缩机吸入压 缩，这样可以防止压缩机吸入液态制冷剂，从而避免因压缩液态制冷剂而造成的液击冲缸事 故。 以 R22 为例，若制冷剂在蒸发器中沸腾深化汽化时的温度 t0=5℃，压缩机的吸气温度 t1=15℃，理论上假定压缩机的吸气压力与制冷剂在蒸发器中沸腾汽化进的压力是相等的，因 此，压缩机的吸气状态处于过热状态。由式（1-4-1） ，压缩机的吸气过热度为△tH=t1t0=15-5=10℃。 (二) 过冷液体 液体在某压力 p 下的温度（tp）下，若低于该压力所对应的饱和温度（tp,B）时，这种液 体就称为过冷液体。过冷液体未达到饱和状态，因而是未饱和液体。过冷液体所处的状态， 过冷液体。 过冷液体 称为过冷状态，或称未饱和状态 过冷状态， 未饱和状态。 过冷状态 未饱和状态 饱和液体保持饱和压力不变，继续定压放热冷却时，其温度就会下降，变为过冷液体。 过冷液体比同压力下饱和液体温度所低的值，称为过冷度，用△tC 表示，则 △tC=tp,B-tp 提高单位质量制冷量，从而提高制冷系统的经济性。 以 R12 和 R22 作制冷剂时，若制冷剂在冷凝器中冷凝液化时的温度 tk=40℃，过冷温度 tG =35℃，则制冷剂液体在进入节流装置前的过冷度，由式（4-2） ：△tC=tk-tG=40-35=5℃。 二、 蒸气的热力性质图 对制冷系统进行热力计算，用得最多的是制冷剂的压焓图。压焓图是根据由实验测定和 分析计算得到的有关数据和规律而绘制的工质热力特性图。下面介绍制冷剂压焓图的组成。 如图 1-4-2，制冷剂压焓图以焓（h）为横坐标，压力（p 或 lgp）为纵坐标制成，图上 用不同的线簇将工质在不同状态下的温度、比容、熵及蒸气的干度同时表示出来。 1． 饱和液线与干蒸气线将图面分为三个区 三个区：过冷液区、湿蒸气区或饱和区、过热蒸气 三个区 区。 2． 在压焓图上，代表各参数的等值线的分布情况如下： ①等压线为水平线簇；等焓线为竖直线簇。 ②等干度线为介于 x=0 的饱和液线与 X=1 的干蒸气线之间的较陡曲线簇， 所有的等干度 线都相交于临界点 C。 （1-4-2） 在压缩式制冷系统中，若使从冷凝器得到的制冷剂饱和液过冷，可不增加消耗压缩功而11等温线图 1-4-2 ③等温线在过冷液区为竖直线簇；在湿蒸气区内为与等压线重合的水平线簇；在过热蒸 气区内为略向右凸近似竖直的曲线簇。即同一条等温线为一折线，自左向右由过冷液区、湿 蒸气区到过热蒸气区，经历了竖直――水平――近似竖直的转折变化。因为无论制冷剂是沸 腾汽化，还是冷凝液化，都是既定温又定压的过程，并且饱和温度与饱和压力有一一对应的 关系，所以在湿蒸气区内定温线与定压线重合。 ④等比容线为自左下向右上延伸的、陡度较小的曲线簇。 ⑤等熵线为自左下向右上延伸的、陡度很大的曲线簇。第二章 空调器制冷原理蒸气压缩式制冷、蒸气喷射式制冷、吸收式制冷和热电式制冷是常见的几种制冷方式。 本章只介绍应用于房间空调器制冷技术的单级蒸气压缩式制冷的系统组成和它们的工作原 理。制冷剂、 第一节 制冷剂、载冷剂与冷冻油在制冷装置中，不断循环以实现制冷的工作物质，称为制冷剂。用来输送制冷装置产生 的冷量的中间物质，称为载冷剂。本节介绍压缩式制冷常用制冷剂以及常用载冷剂的基本知 识。 一、压缩式制冷常用制冷剂 (一) 制冷剂的种类与代号 制冷剂采用其英文单词 Refrigerant 的首字母 R 作总代号。为了避免书写分子式的麻烦， 在字母 R 的后面用数字来区分不同的制冷剂。 压缩式制冷用制冷剂， 按其化学结构分为四类： 1． 无机化合物 现在用得最多的是氨（NH3） ，代号为 R717。第一个数字表示无机化合物，其余两个数 字表示该物质分子量的整数。 （如蒸汽喷射式制冷用水作制冷剂，按上述规定，水的代号就12是 R718） 。 2． 氟利昂（Freon） 氟利昂是烷烃的卤化物，其分子通式为 CmHnFxClyBrz。有两种：R12（国内习用 F12） 的分子式为 CF2Cl2；R22（国内习用 F22）的分子式为 CHF2Cl。 （二氟一氯甲烷） 3． 多元混合溶液 多元混合溶液又称混合制冷剂，是由两种或两种以上的氟利昂组成的混合物，混合的目 的是为了充分利用现有结构的压缩机，改善耗能指标，扩大它的温度使用范围。混合制冷剂 有共沸溶液和非共沸溶液之分。 共沸溶液在固定压力下蒸发或冷凝时，其蒸发温度或冷凝温度恒定不变，而且它的气相 和液相具有相同的成分。目前用得较多的有 R500（由 R12 和 R152a 组成，R12 占 73.5%） 、 R501(由 R22 和 R12 组成，R22 占 75%)等。共沸溶液与它的组成成分比较，在相同的工作条 件下，蒸发温度降低，制冷量增大，压缩机排气温度降低，热和化学稳定性好。 非共沸溶液在固定压力下蒸发和冷凝时，它的蒸发温度或冷凝温度不能保持恒定，而且 在饱和状态下气液两相的组成也不相同。采用非共沸溶液作工质的制冷装置，其冷凝压力较 低，蒸发温度较高，循环耗功量较小，而冷凝器排放的热量较多。 4． 碳氢化合物 常用作制冷剂的碳氢化合物有甲烷、乙烷、丙烷及乙烯、丙烯等。碳氢化合物目前多应 用于石油及石油化工工业中作制冷剂。 根据标准蒸发温度（在 1 个大气压力下的蒸发温度）与常温下的冷凝压力范围不同，又 可把各种制冷剂区分为高温低压制冷剂、中温中压制冷剂和低温高压制冷剂三类。见下表： 类别 高温制冷剂（或称 低压制冷剂 中温制冷剂（或称 中压制冷剂 低温制冷剂（或称 高压制冷剂 (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 在蒸发器内制冷剂的压力最好和大气压力相近， 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 制冷剂在常温下的冷凝压力不应过高，一般要求不超过 制冷剂在常温下的冷凝压力不应过高13ts(℃) ℃ &0 -60~ 0环境温度在 30℃时的冷凝压力（kPa） ℃时的冷凝压力（kPa） 约&300，如 R11 在冷凝温度为 50℃时 的冷凝压力为 235.5kPa 约在 ,如在冷凝温度为 55℃ 时的冷凝压力,R12 为 1358.8kPa,R22 的为 2163.5kPa 约&3000制冷剂举例 R11、R113、 R114、R21 R12、R22、R717、 R142、R502 R13、R14、R503、 烷、烯&-6012~16bar。 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 对应的冷凝压力和蒸发压力比较小，绝热指数也比较 对应的冷凝压力和蒸发压力比较小 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 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 制冷剂与油无限溶解时 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 制冷剂只微溶于油时 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 水 R12 R22 标准大气压下 的沸腾温度℃ 100.0 -29.8 -40.8 临界温 度℃ 374.15 112.04 96.0 临界压力 bar 22.114 4.112 4.932 临界比容 3.260 1.793 1.905 标准气压下凝固温 度℃ 0.0 -155.0 -160.0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 25×10-6 以内。14R22 在饱和状态下的热力性质见表 2-1-1。 温度 绝对压力 (℃) (Pa) -40 -38 -36 -34 -32 -30 -28 -26 -24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 070 610 480 990 480 290 780 300 230 940 830 280 700 500 080 890
表 2-1-1 比容 液体 3 (dm /kg) 0.30 0.32 0.52 0.92 0.53 0.36 0.43 0.76 0.37 0.27 0.49 0.07 0.02 0.39 0.22 0.54 0.43 0.84610 R22 饱和状态下的热力性质 焓 汽化热 (kJ/kg) 液体 蒸汽 (kJ/kg) 388.611 389.531 390.444 391.350 392.249 393.140 394.023 394.898 395.764 396.621 397.469 398.308 399.136 399.954 400.761 401.558 402.343 403.117 403.878 404.627 405.364 406.087 406.796 407.491 408.172 408.838 409.488 410.122 410.739 411.339 411.921 412.484 413.027 413.551 414.053 233.198 231.994 230.773 229.534 228.277 227.001 225.706 224.391 223.057 221.702 220.327 218.932 217.515 216.076 214.614 213.132 211.625 210.097 208.543 206.965 205.364 203.736 202.083 200.402 198.695 196.961 195.197 193.403 191.579 189.724 187.837 185.915 183.959 181.967 179.938 熵 液体 蒸汽 (kJ/kg?K) (kJ/kg?K) 0.05 0.46 0.00 0.65 0.42 0.30 0.28 0.36 0.53 0.80 0.16 0.60 0.12 0.72 0.40 0.14 0.95 0.83 0.76 0.76 1.80 1.90 1.05 1.25 1.48 1.76 1.07 1.42 1.79 1.20 1.63 1.07 1.54 1.02 1.51蒸汽 3 (m /kg) (kJ/kg) 0.3 0.7 0.1 0.6 0.2 0.9 0.7 0.7 0.7 0.9 0.2 0.6 0.1 0.8 0.7 0.6 0.8 0.0 0.5 0.2 0.0 0.1 0.3 0.9 0.7 0.7 0.1 0.9 0.0 0.5 0.4 0.9 0.8 0.4 0.51530 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60
24266000.93 0.51 0.92 0.28 0.74 0.47 0.72 0.780.70 0.81 0.13 0.63 0.28 0.08 0.98 0.00236.664 239.230 241.815 244.418 247.042 249.686 252.353 255.043 257.757 260.497 263.265 266.063 268.892 271.755 274.655 277.595414.533 414.990 415.423 415.830 416.211 416.563 416.886 417.177 417.435 417.657 417.842 417.986 418.086 418.140 418.143 418.092177.869 175.760 173.608 171.412 169.169 166.877 164.533 162.134 159.678 157.160 154.577 151.923 149.194 146.385 143.488 140.4971.56 1.07 1.59 1.15 1.77 1.48 1.33 1.381.51 1.51 1.47 1.36 1.12 1.71 1.06 1.09二、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 6~8℃。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、16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 15～30℃。 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 20～30℃，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 2-1-2。 表 2-1-2 国产冷冻油主要性能指标 牌 号 HD-13 项 目 11~15 运动粘度 （50℃） (cSt) 凝固点（℃） ≤-40 闪点（℃） ≥160 酸值（mgKOH/g 油） ≤0.14 机械杂质 无 HD-18 18~22 ≤-40 ≥160 ≤0.03 无 HD-25 25~29 ≤-40 ≥170 ≤0.05 无 HD-30 30~35 ≤-40 ≥180 ≤0.1 无 HD-40 ≥40 ≤-40 ≥190 ≤0.1 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 2．5mm 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17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 HD-18 号冷冻油；使用 R22 作制冷剂的压缩机宜用 HD-25 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 2-2-1 所示，蒸发器、压缩机、冷凝器和节流装置（毛细管或膨胀阀）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 1.9Mpa） ，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，约 19kgf/cm2,50℃约 19kgf/cm2,70℃约 5kgf/cm2,5℃图 2-2-118约 5kgf/cm2,15℃蒸气压缩式制冷系统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 0.5MPa。 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。 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 （轴流风扇） 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 高 压区，从毛细管出口至压缩机的吸气口为低压区 低压区。 压区 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 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。 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 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。 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。19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 2-2-3 的循环 4a12bc34。它由 4 → a → 1、1 → 2、2 → b → c → 3 和 3 → 4 四个分过程组成。 (一)蒸发和吸气过热过程 4 → a → 1204 → a 为低温低压的液态制冷剂在蒸发器中定温 0） 定压 0） （t 、 （p 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 x=1。 a → 1 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 1 → 2 1 → 2 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，s2=s1。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，t2&tk，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 2 → b → c → 3 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 2 过程，至点 b 温度降到 tk，才能开始冷凝。 b 的定压（pk）冷却c图 2-2-3 图 2-2-3 蒸气压缩式制冷理论循环 b → c 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 x=0。 c → 3 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 3 → 4 3 → 4 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，h4=h3。 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。21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 如图 2-3-1 所示，比较两个单级压缩理论循环 1-2-3-4-5-1 和 1`-2`-3-4-5`-1`。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，t0& t0`、 q0 &q0`、 wc &wc`，因而ε`=q0`/wc`& q0/wc=ε。 这表明：提高蒸发温度可以提高致冷系数 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 提高蒸发温度可以提高致冷系数 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 2-3-2 所示，比较两个单级压缩理论循环 1-2-3-4-1 和 1-2`-3`-4`-1。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，tk& tk`、 q0 &q0`、 wc &wc`，因而ε`& ε。1 2 这表明：降低冷凝温度可以提高致冷系数 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 降低冷凝温度可以提高致冷系数 制。 三．过冷的影响 如图 2-3-3 所示，循环 1-2-3-4-1 和 1-2-3`-4`-1 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 t3-t3`= tk-tG。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（wc=wc`） ，却增大了单位制冷量（q0`&q0）,因而致冷系数 提高了（ε` &ε)。22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， 要受环境温3 度的限制。通常取过冷温度 tG 较同压力下的冷凝温度 tk 低 5~8℃。 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 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， 提高蒸发温度 缩式制冷循环的致冷系数。 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 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 工作原理 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 结构特点的不同，容积式压缩机可分为活塞式（又称往 结构特点 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。23按构造 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 构造 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 2-4-1 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（0.3~0.5kW）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 2-4-2 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 2-4-3 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 24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 装有排气阀。气缸体整个浸在冷冻油中， 不设进气阀 装有排气阀 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， 其工作原理如图 2-4-4 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。 B 腔容积进一步增大， 而 继续吸气。 A 腔气体压力超过排气腔压力时， 当 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1.吸气管 4.排气阀 子 7.曲轴2.弹簧 5.气缸体 8.主轴3.活动刮板 6.滚动转图 2-4-4 旋转式压缩机的工作过程 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25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 W 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 W 的空调器中。 1．结构 涡旋式压缩机的整机内部结构如图 2-4-4 所示。它由两个涡旋体、轴承、机座、十字联 接环、偏心轴等组成。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 2-4-4 美国谷轮 ZR 系列全封闭涡旋 式压缩机的内部结构26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 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．工作原理图 2-4-5 涡旋体的形成 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 2-4-5）一般采用 圆的渐开线，其基圆半径为α，利用渐开线的不同起始角形成涡旋体的壁厚δ。当轴向具有 一定的高度 H 时即形成涡旋体。27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21．涡旋定子 2．涡旋转子图 2-4-6 涡旋转子与涡旋定子间的压缩过程 涡旋定子周向差相 180°，中心偏置 e=πα-δ，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 2-4-6） 。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 2-4-6a 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 a-g，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 2-4-6h） ，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 2-4-6d、 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．涡旋式压缩机的特点28没二、 热交换器 换热过程的目的是转换热量，蒸发器与冷凝器的制冷循环的两个必不可少的换热设备， 它们工作性能的好坏，直接影响整个制冷循环的工作效率。 1．蒸发器 按照冷却流体的不同，蒸发器分为冷却液体和冷却空气两大类。 (1)冷却液体载冷剂蒸发器 又称为间接冷却式蒸发器，简称液体蒸发器，常用的液体载泠剂有水和盐水。在标准大 气压下，盐水的凝固点在 0℃以下，比水的凝固点（0℃）低，如 Nacl(氯化钠)溶液的浓度为 13%时，其凝固点为-10℃；而水的比热比盐水大。所以水可冷却到 0℃，适用于空调系统； 盐水可冷却到-10~20℃，广泛应用于冷冻食品和制冰等。 这类蒸发器的主要工作特征：先由制冷剂在蒸发器吸热蒸发，将液体载冷剂冷却，再由 液泵将低温液体载冷剂送往冷间降温。 (2)冷却空气载冷剂蒸发器 又称直接冷却式蒸发器，制冷剂在管内吸热蒸发而把管外空气的温度降低。按空气流动 的原因，它可分为自然对流式和强迫对流式两种。 ?自然对流式冷却空气的蒸发器 又称排管，这类蒸发器主要应用于冷库中。制冷剂在排管内流动吸收周围空气的热量汽 化，依靠空气的热压作用自然对流，使库内空气冷却，并维持库内低温状态。 ?强迫对流式冷却空气的蒸发器 这种蒸发器应用于小型空调系统中，如房间空调器等。它由几排胀接上纯铝质翅片的盘 管组成。胀接翅片的目的是增加传热面积，加强空气的扰动性，提高蒸发器的传热效率。铝 翅片一般经过阳极化处理，以提高其抗腐蚀性能。翅片厚度通常为 0.12~0.20mm，片距 1.5~2.5mm，套片管管径Ф8~Ф16mm。 翅片管换热器的型式主要有三种型式，即 L 型、平直型、和 V 型。V 型蒸发器的结构： 翅片有平、波纹、冲缝翅片三种。平翅片虽然加工容易，但刚性差、传热性能不好，现 已逐渐淘汰，波纹翅片与平翅片相比，刚性好，传热面积增加，且空气流过波纹翅片时，增 加了扰动和搅拌效应，因此传热效率提高 1/5 左右；而冲逢翅片会使通过翅片的空气在槽缝 中窜来窜去，因此其扰动和搅拌性能比波纹管还好，使传热效率比波纹片高 1/3，但冲缝翅 片空气阻力大，容易积尘结垢，反而可能使空调器的制冷量急剧下降。 为了提高蒸发器在制冷剂侧的传热系数， 在国际上大力推广和应用强化制冷剂管内蒸发 和冷凝的内螺纹管代替光管，即在管内表面上加工出许多微细的螺旋槽，与光管相比，可提 高传热系数 1.5~2.0 倍，而其管内的压力损失与光管差不多。 2．冷凝器 依据用来冷却冷凝器的介质来分，冷凝器有风冷式与水冷式两种，家用空调器制冷量较 小，通常采用风冷翅片式冷凝器。 风冷翅片式冷凝器是利用常温的空气来冷却的，按空气在冷凝器盘管外侧的流动原因，29可分为空气自然对流和强迫对流两种型式。 ?空气自然对流冷凝器 这种冷凝器的空气对流依靠热压作用，不设置风机，无风机噪声，结构简单，不易发生 故障，但传热效率低，通常用制冷量很小的制冷装置，如家用冰箱等。 ?强迫对流式冷凝器 有风机噪声，但传热效率较高，单位热负荷的体积小，使用方便，不需水源，应用广泛。 家用空调系统就是用这种型式的冷凝器来进行换热的。它由几组蛇形盘管组成，在盘管外加 有肋片。盘管组的一侧设置轴流风扇。盘管多采用Ф10~Ф16 的小径铜管错排；肋片片厚为 0.1~0.6mm，片间节距为 1.5~4mm。这种冷凝器通常做成长方形或 L 型。 三、 节流装置 节流器件是制冷循环系统的关键部件之一，它的作用是：将冷凝器或贮液桶中冷凝压力 下的饱和液体（或过冷液体）节流后降至蒸发压力 P0 和蒸发温度 t0，同时根据热负荷的变化 调节蒸发器制冷剂的流量。下面先讲述一下节流的基本工作原理，然后再分别介绍空调器常 用的节流器件。 (一)绝热节流原理 工程热力学指出，工质在管路中遇到缩口和节流机构的孔口，由于局部阻力，使其压力 下降的现象称为“节流” 。工程上当流体流经节流机构的孔口时，由于流速大，时间短，来 不及与外界进行热交换， 因而这种流动过程可近似作为绝热过程来处理， 所以又将它称为 “绝 热节流” 。 (1)焓值不变 焓值不变：由于制冷剂流经节流装置时，与外界没有热量和功量交换，因而它们间的 焓值不变 能量变化关系可直接应用绝热稳定流动能量方程式来分析，即 ω12/(2g)+h1=ω22/(2g)+h2 式中 ω1、ω2――制冷剂在节流前、后的流速，m/s；h1、h2――制冷剂在节流前、后的 焓值，kJ/kg。 在一般情况下，ω1 与 ω2 相差不大，而流动的动能与焓值相比又极小，因此上式中动能 一项可以忽略不计，所以： h1=h2 (2)压力下降 压力下降：尽管节流前、后的焓值不变，但由于制冷剂液体流经节流机构的孔口时， 压力下降 在孔口附近的制冷剂将发生扰动，造成摩擦阻力的损耗，使得制冷剂在压力回复不到原来的 压力，必然的结果是 p2&p1，这样就使得制冷剂具有能量的品质降低，也就是说作功能力降 低。 (3)熵增加 熵增加：从上面的分析可以看出，绝热节流由于存在摩擦阻力的损耗，所以它是一个 熵增加 典型的不可逆过程。虽然绝热节流是一个等焓过程，但决不能简单的认为是一个等焓过程。 因为制冷剂在缩孔的地方产生了强烈的摩擦，使一部分动能用来克服摩擦阻力，而这一部分 动能最后又变为热能被制冷剂本身所吸收，所以节流后制冷剂的熵是增加的。 (4)温度降低 温度降低：由于节流过程中压力降低时制冷剂的比容增大 v2&v1，也就是分子间的距 温度降低30离增大，同时因绝热节流过程中制冷剂与外界没有热量交换，因而在制冷剂比容增大时为了 克服分子间相互吸引力，则在绝热节流过程中使内部位能的增加依赖于摩擦时的转换的热能 和制冷剂内部动能的减少，而产生的热能量相对于转换的分子动能量是很少的。因此从微观 上分析，由于分子运动动能的减少，从而导致制冷剂温度的降低。 从宏观上来分析，也可解释成由于压力降低则对应的制冷剂饱和温度降低，因此节流过 程中工质由于压力降低而达到饱和，将会产生一部分蒸气（称为“闪发气体”。闪发气体的 ） 产生使单位质量制冷量减少，这部分减少的制冷量称为“节流损失” 。 ( 二)常用的节流器件 空调器中常用的节流器件是毛细管、热力膨胀阀和电子膨胀阀。 1．毛细管 毛细管是内径 0.5~2.5mm，管长 0.1~6m 的紫铜管，如图 2-4-7 所示。毛细管的作用一是 节流，即制冷剂经过又细又长的毛细管后，压力、温度大为降低；二是控流，即控制制冷剂 的流量。 毛细管的内径、长度，对空调系统制冷工况影响很大，只要毛细管的管径和长度选择适 当，就可使冷凝器和蒸发器之间产生需要的压力差，并使制冷系统获得所需的制冷剂流量。 (1)毛细管工作原理 制冷剂液体在毛细管中压力、 温 度变化情况如图 2-4-7 所示。对于一 根给定内径和长度的毛细管，制冷剂 流动分液体流动和气液体两相流动 两个区域， 制冷剂液体从 A 点进入毛 细管口，由于液体流动阻力较小，制 冷剂压力 pA 沿着管长呈平缓的线性 液体制 下降， B 点压力降至为 PB， 到 冷剂开始蒸发，在 AB 管段内压力下 降比较缓慢，制冷剂的温度基本保持 不变。在 BC 管段内，由于蒸气量的 图 2-4-7 制冷剂在毛细管节流过程中 的压力与温度变化情况 增多，制冷剂在管内的流动呈气液两相流动，使阻力增大，压力的下降较快，越到后面，蒸气含量越多，阻力越来越大，所以从截面 B 以后，压力呈越来越陡的非线性变化，到达出口 处 C 点时，压力降低为 Pc，温度降低到与 Pc 对应的饱和温度，C 点到 D 点表示制冷剂从毛 细管末端进入蒸发器时，其压力、温度仍有一个降低。 毛细管是最简单的节流装置，它无运动部件，不易发生故障，运行可靠，但它的调节性 能很差，除非更换管径或长度不同的毛细管，否则它的供液量不能随工况改变而自动调节或 人工调节。31毛细管是当一种制冷装置热负荷变化时，流道截面不变的节流元件。对外界因素引起的1-温包组件 2-动力头组件 3阀体 4-阀座 5-推杆 6-阀针 7调节弹簧 8-调节杆流量变化具有一定的自补偿能力。 假若由于热负荷的变化， 引起毛细管进出口的压力差变化， 当压力差增大时， 会引起制冷剂流量增大， 但由于制冷剂在毛细管内的流动阻力也同时增大， 造成管内闪发气体量增多，从面抑制了流量过分增大。反之，当压力差减小时，它就具有抑 制流量过分减少的能力。这种抑制能力就可在环境温度升高，而引起冷凝压力升高，或由于 热负荷降低，而引起蒸发温度下降的场合，防止制冷剂流量过分增加；相反，由于冷凝压力 下降，或者蒸发压力增大时，能防止制冷剂流量过分减少。 2． 热力膨胀阀 热力膨胀阀是根据热力转换平衡原理，实现对蒸发器供液量自动调节和控制的阀件。除 了节流的作用外，它能根据蒸发器出口处制冷剂蒸气过热度的变化，自动调节供液量，使供 液量与热负荷相适应，并通过保持适当的过热度，充分发挥蒸发器的工作效率。 (1)结构 热力膨胀阀的结构如图 2-4-8 所示，它主要由感温包、毛细管、膜片、传动杆、阀针、 阀座、调节弹簧、调节杆和阀体组成，感温包内通常注有足量的制冷剂，如 R12、R22 等。热力膨胀阀的工作原理如图 2-4-9 和图 2-4-10 所示。它安装在蒸发器的出口管路上，感 温包内为蒸发器出口处蒸气的过热度所感应产生的饱和压力 Pb。毛细管把感温包的压力传送 给金属膜片的上部，膜片能根据上、下作用力的变化发生相应的变形。传动杆把膜片的动作 传给阀针，也把弹簧的作用力传给膜片。膜片下方与蒸发器是连通的。在工作中，膜片受到 三个作用力：上部是来自感温包的压力 Pb，下部是弹簧的作用力 Ph 与制冷剂的压力 Pz。 (2)工作原理 当供液量与热负荷相适应，制冷剂蒸气在蒸发器出口处的过热度为给定值时，膜片上下 受力平衡，阀口的开启度和供液量稳定不变。 当蒸发器的热负荷增大（蒸发温度上升） 、供液量相对过小时，制冷剂的蒸发过程缩短，32引起蒸发器出口处蒸气的过热度增大，感温包感应产生的饱和压力 Pb 相应增大，因而使膜片 下鼓，传动杆带动阀针下移，阀口开大，供液量增大。而供液量的增大，又使制冷剂的蒸发 过程延长，使蒸发器出口处蒸气的过热度降回到的一定值。在这个过程中，弹簧的作用力随 着膜片的下移而增大，直至膜片上、下压力达到新的平衡。此时，阀口供液也达到新的稳定 状态。反之，当供液量相对于热负荷过多，因而使蒸发器出口处蒸气的过热度过小时，出于 相同的原理，阀口将会自动关小，减小供液量，使过热度回升到给定值，并达到新的稳定状 态。 由此可知，不论工况如何变化，热力膨胀阀能根据新的条件自动调节供液量，使之与热 负荷相适应，并将过热度保持在给定值，最终有平衡方程式：Pb=Ph+Pz调节供液量以及蒸发器出口处蒸气过热度的方法是调节弹簧的作用力： ①调小弹簧的作用力，阀口开大，供液量增大，过热度变小。 ②调大弹簧的作用力，阀口关小，供液量减小，过热度增大。 ③热力膨胀阀的最大开启过热度（弹簧的作有力调到最大）一般不小于 8℃，最小开启 过热度一般不大于 2℃。热力膨胀阀的工作过热度，一般为 2~13℃。 热力膨阀按工质流动方向分可分为单向和双向型。 常规使用的是单向型， 在热泵机组中， Ph PzPhPz图 2-4-9 内平衡热力膨胀阀工作原理图 2-4-10 外平衡热力膨胀阀工作原理最常用的方法是采用两个膨胀阀和两个止回阀来控制制冷剂的双向流动，随着采用单向膨胀 阀作为节流元件的热泵的不断发展，近年来又出现了双向型膨胀阀。 3．电子膨胀阀33近年来，空调器技术发展迅速，空调器更新换代很快，新品种不断推出，如变频式冷热 两用型空调器就是其中的代表。为了适应精确、高速、大幅度调节负荷的需要，以便使制冷1-阀芯 2-波纹管 3-传动器 4-齿轮 5-外 壳 6-脉冲电动机图 2-4-11 电子膨胀阀循环维持在最佳状态，开发研制了微电脑控制的速动型电子膨胀阀 速动型电子膨胀阀。电子膨胀阀和热力膨胀 速动型电子膨胀阀 阀相比，其优点有：(1)由于不受冷凝温度的影响，可以在很低的冷凝压力下工作，大大提高 部分负载下的 COP；(2)可以在接近零过热度平稳工作，不会产生振荡，从而充分发挥蒸发器 的传热效率。 电子膨胀阀由检测、控制、执行三部分构成。按驱动方式分，有电磁式和电动式两类。 电动式又分直动型和减速型。 电子膨胀阀的结构与工作原理分别如图 2-4-11 和图 2-4-12 所示。 四、制冷系统辅助设备 偏差 + e △Tm △TH 阀开度 h 蒸发器入口、 出口温差 制冷微电脑图 2-4-12 1． 过滤器电子膨胀阀工作原理制冷系统在加工焊接过程中，可能会在系统内残留尘埃、金属 和氧化皮等杂物；制冷系统运行一定时间后，由于机件磨损，锈蚀 等原因，系统内也会产生污物杂质。过滤器就是用来除去循环制冷 剂中的（水分和）固体杂质，防止制冷系统管道发生（冰堵和）脏 堵。能同时除去水分的过滤器称为干燥过滤器。34图 2-4-13 气液分离器过滤器有气体过滤器和液体过滤器两种。气体过滤器装在压缩机的吸气或排气管路上， 液体过滤器装在节流装置前的制冷剂液体管路上，单独的过滤器是在一金属壳体中装设过滤 网，氟利昂过滤器采用铜丝网，滤液网孔为 0.1mm，滤气网孔为 0.2mm。一般制冷系统并不 设置吸气侧过滤网，而是在压缩机的吸气口处设置气体滤网。 2． 气液分离器 为了防止液态制冷剂进入压缩机，引起液击，一般都在压缩机的回气管路上安装气液分 离器，普通气液分离器如图 2-4-14 示，从蒸发器出来的制冷剂进入气液分离器后，制冷剂中 的液体万分因本身自重而落入筒底，只有气态制冷剂才能由吸入管吸入压缩机。旋转式压缩 机的气液分离器与压缩机装在一起，肯其内部装有过滤器，兼有过滤和消音功能。 3． 储液器 储液器常制成立式筒体结构，用来贮存制冷剂，以在制冷系统工况改变时补偿或调节制 冷系统内制冷剂的循环量。 用来收集压缩机回气管路上从液体分离器分离出来的低压液体制冷剂 （所以这种储液器 又称低压储液器） ，有时在制冷量较小的系统亦可利用液体分离器的下部起低压储液器的作 用，而不单独设低压贮液器。 贮液器的工作原理与气液分离器的工作原理基本一样。 4．单向阀（又称逆止阀或止回阀） 单向阀的作用是只允许制冷剂沿单一的方向流动， 单向阀的阀体外表面标有制冷剂流动 的箭头。其符号如图 2-4-15 所示。 在热泵空调器中，单向阀与节流元件并联，有 效地阻止液体制冷剂从暂不工作的节流元件中流 过，确保系统正常运行。 5． 电磁阀 电磁阀是利用通电线圈所产生的电磁力来接通、 切断制冷剂通路或切换制冷剂流向的闸 阀，它也可用于旁路，以控制压缩机在正常的压力下启动和运行。空调器常用的电磁阀有两 种： (1)电磁四通换向阀（简称电磁换向阀） 常用在热泵型空调器上， 通过改变制冷剂的方向， 实现制冷工况与制热工况之间的转换， 其 图 2-4-15 单向阀表示符号35(a) 图 2-4-16 四通换向阀的工作原理 a）制冷状态 b）制暖状态 外形与工作原理如图 2-4-16 所示（图中热向阀处于制热工况位置） 。(b)工作原理：当空调器选择制冷模式时，换向阀中的线圈断电，衔铁左移，左阀孔打开， 毛细管 A 与 B 接通，而 C 管堵住。由于换向阀上的 8 号管与压缩机排气管相连接，阀体内 腔除被滑块盖信的部分外，均充满高压气体并通过活塞上的小孔向左右两端的空腔充气。又 由于毛细管 C 被堵不通，因而右活塞右端空腔内充满高压气体，而毛细管 A 和 B 通过 6 号 管与压缩机吸气管（低压侧）相通，使左活塞左端空腔内的气体不断被压缩机吸走，形成低 气压区。这就是说，换向阀左右活塞两端的空腔内形成一个自右向左的压力差，从而将滑块 推向左侧，使 5 号管和 6 号管靠滑块而接通，这