蒸氣壓縮

蒸汽壓縮採用濕飽和蒸氣為工質時，由於工質在冷藏庫中吸熱時是靠工質汽化吸熱，而一般工質的汽化潛熱都比較大，因此以濕飽和蒸氣為工質可以得到相當大的單位質量工質的製冷量。

基本介紹

• 中文名：蒸氣壓縮
• 外文名： vapor compression
• 方法：採用濕飽和蒸氣
• 作用：得到相當大的單位質量
• 製冷工質：製冷劑、冷媒、雪種）

基本概念

液體的沸騰溫度（飽和溫度）隨液體所處的壓力而變化，壓力越低液體的飽和溫度也越低。

如：1Kg液態R22在0.584Mpa壓力時的沸騰溫度為5℃，吸熱量（製冷量）為201.246KJ/Kg；在0.64MPa壓力時的沸騰溫度為8℃，吸熱量（製冷量）為198.695KJ/Kg。不同液體的沸騰溫度與壓力、吸熱量也各不相同。因此，只要根據製冷所用液體（製冷劑）的熱力性質，並創造一定的壓力條件，就可獲得所要求的低溫。

常用製冷工質

製冷劑、冷媒、雪種）：

常用有：氨（R717）、氟里昂等：

R11：一氟三氯甲烷

物化性質：無色液體或氣體；熔點-111ºC，沸點23.7ºC，重度1.487×10³kg/m³，有醚味，微溶於水，易溶於乙醇、醚，化學穩定性好。

R12：二氟二氯甲烷

性質：無色、不渾濁、幾乎無臭、無腐蝕性、無刺激性的不燃氣體。高濃度時微有類似醚的氣味。沸點29.8℃。熔點－158℃。液體密度（-29.8℃）1.486g/cm³。臨界壓力4.01MPa。臨界溫度111.5℃。不溶於水，溶於乙醇、乙醚。製法：四氯化碳與氟化氫在五氯化銻催化劑存在下進行反應製得。當控制回流冷凝溫度為-5℃時，主要得到本品。用途：可用作製冷劑、滅火劑、殺蟲劑和噴射劑，也是氟樹脂的原料。安全性： 毒性很小，高濃度時有麻醉性。與火焰或熱金屬表面接觸可能產生有毒物質。空氣中最高容許濃度1000×10^-6。 用中壓鋼瓶包裝，每瓶淨重40kg。貯存於陰涼、通風處，貯運中嚴禁撞擊和曝曬。

R13：三氟一氯甲烷

性質：無色無臭氣體。熔點-182℃，沸點-82℃。化學性質穩定，不能燃燒，無腐蝕性，無毒。 製備方法：由二氟二氯甲烷催化歧化或直接由甲烷氟氯化得到三氟氯甲烷。二氟二氯甲烷歧化法以三氯化鋁為催化劑，使二氟二氯甲烷歧化，發生氟原子重排。工藝過程包括催化劑活化、歧化反應、產品分離精製等步驟。 用途：主要用作超低溫致冷劑，與F22組成的製冷系統用於-80～-120℃的超低溫製冷裝置。也用作泡沫塑膠的發泡劑。

R22：二氟一氯甲烷

健康危害：本品毒性低，但用其製備四氟乙烯所發生的裂解氣，毒性較大，可引起中毒。吸入高濃度裂解氣，初期僅有輕咳、噁心、發冷、胸悶及乏力感，但經24-72小時潛伏期後出現明顯症狀，發生肺炎、肺水腫，呼吸窘迫綜合徵，後期有纖維增生徵象。可引起聚合物煙熱。急性毒性：LD50 1000000mg/m³，2小時(大鼠吸入)。亞急性和慢性毒性：兔、大鼠、小鼠吸入0.2%濃度，6小時/天，共10個月，均無毒性反應；1.4%濃度，體重減輕，血清蛋白降低，球蛋白升高。剖檢肺見肺泡間質增厚、肺水腫，心肝、腎及神經系統退行性變。致突變性：微生物致突變：鼠傷寒沙門氏菌33pph(24小時)，連續。微粒體誘變：鼠傷寒沙門氏菌33pph(24小時)(連續)。生殖毒性：大鼠吸入最低中毒濃度(TCL0)：50000ppm(5小時，雄性56天)，對前列腺、精囊、Cowper氏腺、附屬腺體、尿道產生影響。　危險特性：若遇高熱，容器內壓增大，有開裂和爆炸的危險。燃燒(分解)產物：一氧化碳、二氧化碳、氟化氫。

R23：三氟甲烷

主要有兩大用途，一是用於計算機矽片的蝕刻，一是用作滅火劑。作為迄今最為豐富的氫氟碳化物，三氟甲烷在大氣中存在的平均壽命在260年左右，其吸熱量相當於二氧化碳的11700倍。健康危害：接觸後可引起頭痛、噁心和嘔吐，有麻醉作用。毒性：屬低毒類。急性毒性：大鼠吸入20%×2小時，存活；豚鼠吸入50～80%(充氧環境連續吸入)，存活危險特性：不燃。受熱分解釋出劇毒的煙霧。燃燒(分解)產物：氟化氫。在環境污染物——輕質鹵代烴所屬的化合場中，被統稱為統稱甲烷的一氟三氯甲烷和二氟二氯甲烷特別引人注目。由於化學性能上表現突出的抗降解性，它們在環境中的殘留期很長，據估算在大氣中停留時間為40—150年。它的高度揮發性和不溶水性，決定了它們在環境中主要停留在大氣圈。估計底層大氣中的氟氯甲烷終稱緩慢向平流層擴散，在平流層短波紫外線輻射的作用下，氟氯甲烷可能發生游離基分解反應，釋放出的氯原子能催化大氣中臭氧的分解，導致臭氧濃度降底，削弱了臭氧層對遠紫外輻射的禁止作用，使抵達地球表面的太陽光紫外輻射量增加，潛在的威脅是增加人類患皮膚癌的發病率和白內障的流行率，並影響地球表面植物和動物的生長。20世紀自70年代中期以來，氟氯甲烷與大氣臭氧濃度的關係問題已引起環境科學界的廣泛注意。近幾年來有關的模擬、實驗和監測方面的研究，已成為環境化學領域的活躍課題。為了促進世界各國間的研究．監測資料和信息交換，共同反對那些對臭氧層產生不利影響的活動，1985年3月22日在聯合國環境規劃署和奧地利政府倡議下召開了大使級會議，通過了保護臭氧層的維也納公約。1987年9月來自幾十個國家的代表又在蒙特婁簽訂了一項協定，即蒙特婁臭名氧層耗損物質議定書。該協定要求各國立即將對臭氧層損害程度最大的氟里昂的使減少到1986年的水平，到1999年各國必須把氟里昂使用縮減到1986年的二分之一。鑒於中國目前已經同意加入保護臭氧層維也納公約，並將在蒙特婁議定書上籤字。我國正在積極考慮和部署開展氯氟烴替代物質與技術的研究。

R134a：四氟乙烷

R-134a製冷劑，別名R134a、HFC134a、HFC-134a、四氟乙烷，商品名稱有SUVA134a、Genetron134a、KLEA134a等，中文名稱四氟乙烷，英文名稱1,1,1,2-tetrafluoroethane，化學名1,1,1,2--四氟乙烷，分子式CH₂FCF₃。由於R-134a屬於HFC類物質（非ODS物質Ozone-depletingSubstances）——因此完全不破壞臭氧層，是當前世界絕大多數國家認可並推薦使用的環保製冷劑，也是目前主流的環保製冷劑，廣泛用於新製冷空調設備上的初裝和維修過程中的再添加。

製冷量單位

單位——千瓦（Kw）、大卡（Kcal）、冷噸（Rt）；

1千瓦（Kw）=860大卡（Kcal）；

1冷噸（Rt）=3.517Kw=3024Kcal；

100Rt=351.7Kw=30萬Kcal

冷噸（美）定義：是以24小時能把1噸（美）=2000磅0℃水凍成0℃的凍的製冷能力定為製冷能力單位，即RT。

冷凝溫度

氣體液化時的溫度（在一定壓力下）同一物質冷凝溫度是隨壓力變化而變化。就和別的製冷方式一樣，要有適合系統的冷凝溫度，冷凝溫度是把製冷劑冷卻為適合系統穩定的溫度和壓力才能維持系統的穩定運行。

製冷循環的主要設備

壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器四大主件組成。用人為方法使製冷劑在密閉系統內進行物態（氣態、液態）變化，達到連續、穩定提供冷量的一套製冷裝置。

製冷循環的各個參數：（製冷劑R22 ）

製冷工質在蒸發器內參數：氣態：壓力0.64 Mpa ；溫度 8℃ ；

壓縮機出口： 氣態：壓力1.5 Mpa ；溫度 85℃ ；

冷凝器內參數： 液態：壓力1.5 Mpa ；溫度 37℃ ；

冷卻水溫度： 出口溫度： 37 ℃ ； 進口溫度： 32 ℃ ；

冷凍水溫度： 出口溫度： 8 ℃ ； 進口溫度： 13 ℃ 。

由於壓縮機機型不同，以上各參數也不盡相同。

1）壓縮機分類： 活塞式壓縮機、螺桿式壓縮機、離心式壓縮機、渦旋式壓縮機等。

2）冷凝器與蒸發器：一般是臥式殼管式；九十年代研製出板式換熱器，已經被一些生產廠家在小型制冷機組上採用。

3）節流膨脹閥：

1）功能：降壓降溫；調節流量。

2） 類型：

A手動膨脹閥；

B熱力膨脹閥：由感溫包、膜片等組成；

C浮球閥：保持蒸發中的液位恆定；

D電子膨脹閥。

製冷循環過程

編輯

由製冷壓縮機抽吸從蒸發器流過來的低壓、低溫製冷劑蒸氣，經壓縮機壓縮成高壓、高溫蒸氣而排出，這樣就把製冷劑蒸氣分成了高壓區和低壓區。從壓縮機的排出口至節流元件的入口端為高壓區，該區壓力稱高壓壓力或冷凝壓力，溫度稱為冷凝溫度。從節流元件的出口至壓縮機的吸入口為低壓區，該 區壓力稱為低壓壓力或蒸發壓力，溫度稱為蒸發溫度。正是由於壓縮機造成的高壓和低壓之間的壓力差，才使製冷劑在系統內不斷地流動。一旦高、低壓之間的壓力差消失，即高低壓平衡之一，製冷劑就停止了流動。高壓區和低壓區壓力差的產生及壓力差的大小，完全是壓縮機壓縮蒸氣的結果，壓縮機一旦推動壓縮蒸氣的能力，即形成的壓力差很小，製冷循環也就不存在了。壓縮機不停地運轉是靠消耗電能或機械能來實現的。

蒸氣壓縮式製冷循環可概括為四個過程：

蒸發過程

液體製冷劑經節流元件流入蒸發器後，由於壓力的降低，開始沸騰汽化，其汽化(蒸發)溫度與壓力有關。液體汽化過程中，吸收周圍介質——水、空氣或物品的熱量，這些介質由於推動熱量而溫度降低，實現了製冷的目的。液體的汽化是一個逐漸的過程中，最終所有的液體變為乾飽和蒸氣，繼而流入壓縮機的吸氣口。

壓縮過程

為維持一定的蒸發溫度，製冷劑蒸氣必須不斷地從蒸發器引出，從蒸發器出來的製冷劑蒸氣被壓縮機吸入並被壓縮成高壓氣體，且由於壓縮過程中，壓縮機要消耗一定的機械能，機械能又在此過程中轉換為熱能，所以製冷劑蒸氣的溫度有所升高，製冷劑蒸氣呈過熱狀態。

冷凝過程

從製冷壓縮機排出的高壓製冷劑蒸氣，在冷凝器放出熱量，把熱量傳給它周圍的介質——水或空氣，從而使製冷劑蒸氣逐漸冷凝成液體。在冷凝器中，製冷劑蒸氣向介質散發熱量有兩個基本條件：一是製冷劑蒸氣冷凝時的溫度一定要高於周圍介質的溫度，壓根保持適當的溫差;二是根據壓縮機送入冷凝器的製冷劑蒸氣的多少，冷凝器要有適當的管長和面積，以保證製冷蒸氣能在冷凝器中充分冷凝。

節流過程

從冷凝器出來的製冷液體經過降壓設備(如節水閥、膨脹閥等)減壓到蒸發壓力。節流後的製冷劑溫度也下降到蒸發溫度，並產生部分閃發蒸氣。節流後的氣流混合物進入蒸發器進行蒸發過程。