制冷機節(jié)能方法

眾所周知，通過壓縮機分類，制冷機可分為螺桿制冷機等多種不同類型，而通過散熱方式、冷卻系統(tǒng)來區(qū)分的話，制冷機則可分為風冷、水冷、油冷及自然冷等方式。最常見的工業(yè)用制冷機則是水冷及風冷兩種。

制冷機的水冷和風冷系統(tǒng)主要的不同點。

第一個，冷卻散熱方式不同

制冷機的水冷以及風冷，是兩種不同的冷卻散熱方式，風冷散熱系統(tǒng)，是采用強制空氣對流來散熱，而散熱效果相對較好的水冷則是通過冷卻水來散熱降溫的。

第二個，復雜程度不同

制冷機的水冷和風冷兩種冷卻散熱方式不同，二者的冷卻散熱系統(tǒng)復雜程度自然也不同。水冷散熱系統(tǒng)，相對復雜一些，風冷散熱系統(tǒng)，則只是風機系統(tǒng)，相對較為簡單一些。

第三個，成本不同

相對于風冷來說，單純從散熱降溫系統(tǒng)來說，水冷當然更貴，這是因為水冷散熱系統(tǒng)復雜。而撇除冷卻散熱系統(tǒng)自身的成本不說，水冷仍然較“貴”，因為水冷采用冷卻水散熱，需要不斷有冷卻水注入才能夠維持正常運行，而風冷則依靠大氣，幾乎是不需要成本的。

第四個，維護保養(yǎng)不同

風冷的維護保養(yǎng)，主要就要電機以及風扇的軸承潤滑、風扇的灰塵清理清潔以及周邊空氣環(huán)境的保證，而水冷的維護保養(yǎng)，則主要是集中于水冷卻系統(tǒng)的冷卻水塔以及冷卻水的散熱上，并應該保證水冷冷凝器的結垢問題能夠得到及時的清理和清洗，且應該保證冷卻水的水質等。

【學員問題】壓縮式制冷機？

【解答】依靠壓縮機提高制冷劑的壓力以實現(xiàn)制冷循環(huán)的制冷機。壓縮式制冷機由壓縮機、冷凝器（凝汽器）、制冷換熱器（蒸發(fā)器）、膨脹機或節(jié)流機構和一些輔助設備組成。壓縮機是其核心設備。

分類　按所用制冷劑的種類不同，壓縮式制冷機分為氣體壓縮式制冷機和蒸氣壓縮式制冷機兩類。蒸氣壓縮式制冷機又有氨制冷機和氟利昂制冷機等。氣體壓縮式制冷機又分為空氣制冷機和氦氣制冷機等。按所用壓縮機種類不同，壓縮式制冷機又分為往復式制冷機、離心式制冷機和回轉式制冷機（螺桿式制冷機、滾動轉子式制冷機）等。蒸汽壓縮式制冷機按其系統(tǒng)組成不同分為單級、多級（兩級或三級）和復疊式等。

工作原理　各種制冷機的工作原理有其共同之點，也有不同之點。

氣體壓縮式制冷機　以氣體為制冷劑，由壓縮機、冷凝器、回熱器、膨脹機和冷箱等組成（圖1）。經壓縮機壓縮的氣體先在冷凝器中被冷卻，向冷卻水（或空氣）放出熱量，然后流經回熱器被返流氣體進一步冷卻，并進入膨脹機絕熱膨脹，壓縮氣體的壓力和溫度同時下降。氣體在膨脹機中膨脹時對外作功，成為壓縮機輸入功的一部分。同時膨脹后的氣體進入冷箱，吸取被冷卻物體的熱量，即達到制冷的目的。此后，氣體返流經過回熱器，同壓縮氣體進行熱交換后又進入壓縮機中被壓縮。氣體制冷機都應采用回熱器，這不但能提高制冷機的經濟性而且可以降低膨脹機前壓縮氣體的溫度，因而降低制冷溫度。氣體制冷機能達到的制冷溫度范圍較寬，從高于0℃到低于-100℃；制冷溫度較高時其經濟性較差，但當制冷溫度低于-90℃時其經濟性反而高于蒸氣制冷機。

蒸氣壓縮式制冷機　由壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、節(jié)流機構和一些輔助設備組成。這類制冷機的制冷劑在常溫和普通低溫下能夠液化，在制冷機的工作過程中制冷劑周期性地冷凝和蒸發(fā)。常用的蒸氣壓縮式制冷機有單級的、兩級的和復疊式3種。

①單級蒸氣壓縮式制冷機：制冷劑從蒸發(fā)壓力提高到冷凝壓力只經過一級壓縮的蒸氣壓縮式制冷機，簡稱單級制冷機。單級制冷機由壓縮機、冷凝器、節(jié)流機構和蒸發(fā)器等組成（圖2）。由壓縮機排出的高壓蒸氣經冷凝器放出熱量而冷凝成液體。接著，液體制冷劑經節(jié)流閥（膨脹閥）節(jié)流，壓力和溫度同時降低，進入蒸發(fā)器中，吸取載冷劑（用它去再冷卻被冷卻物體）的熱量而蒸發(fā)成蒸氣。然后，蒸氣進入壓縮機繼續(xù)壓縮，如此循環(huán)不已。為提高經濟性，有的單級制冷機還在冷凝器后設置過冷器和回熱器。單級制冷機的蒸發(fā)溫度通常在-30～5℃之間。

②兩級蒸氣壓縮式制冷機：制冷劑從蒸發(fā)壓力提高到冷凝壓力需要經過兩級壓縮的蒸氣制冷機（圖3）。它比單級制冷機多一臺壓縮機、一臺中間冷卻器和節(jié)流閥。經高壓壓縮機壓縮后的制冷劑蒸氣，在冷凝器中冷凝成液體，然后分成兩路：一路經節(jié)流閥A進入中間冷凝器，冷卻低壓壓縮機的排氣和盤管中的液體，在中間冷凝器中蒸發(fā)的制冷劑蒸氣連同低壓壓縮機的排氣一同進入高壓壓縮機繼續(xù)壓縮；另一路在盤管內被冷卻并經過節(jié)流閥B節(jié)流至蒸發(fā)壓力，進入蒸發(fā)器中蒸發(fā)制冷，蒸發(fā)后的蒸氣進入低壓壓縮機壓縮至中間壓力，進入中間冷凝器。與單級制冷機相比，兩級制冷機可達到較低的蒸發(fā)溫度，通常在-30～-70℃之間。

③復疊式制冷機：用不同制冷劑作為工作介質的兩臺（或數臺）單級或兩級壓縮蒸氣壓縮式制冷機，用冷凝蒸發(fā)器聯(lián)系起來的復合制冷機。冷凝蒸發(fā)器是一個利用高溫級制冷劑的蒸發(fā)來冷凝低溫級制冷劑的換熱器。復疊式制冷機能達到很低的蒸發(fā)溫度。圖4為兩個單級制冷機組成的復疊式制冷機的工作原理。它的高溫級由高溫級壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥和冷凝蒸發(fā)器組成；低溫級由低溫級壓縮機、冷凝蒸發(fā)器、回熱器、節(jié)流閥和蒸發(fā)器組成。高溫級和低溫級各為一臺單級制冷機。冷凝蒸發(fā)器將高溫級與低溫級聯(lián)系起來：對高溫級來說，它是蒸發(fā)器；對低溫級來說，它是冷凝器。冷凝蒸發(fā)器使低溫級的放熱量轉變?yōu)楦邷丶壍闹评淞?。在低溫級中，通常使用沸點較低的制冷劑（如R13），停機后制冷劑將全部氣化，并導致壓力過分升高。為了防止這一現(xiàn)象，通常在低溫級系統(tǒng)中裝設一個平衡容器。

用兩臺單級制冷機復疊時，低溫級的蒸發(fā)溫度一般為-40～-80℃。一臺單級制冷機與一臺兩級制冷機復疊時，蒸發(fā)溫度可低達-110℃；若用三元（例如R22、R13和R14）復疊，蒸發(fā)溫度可低達-140℃。

蒸氣壓縮式制冷機主要設備　蒸氣壓縮式制冷機的主要設備包括壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器、冷凝蒸發(fā)器和節(jié)流機構。

壓縮機　制冷壓縮機有往復式、離心式和螺桿式等型式。制冷壓縮機的工作原理和總體結構與其他用途的壓縮機基本相同，但根據制冷機的要求在結構上有如下特點：①密封要求高，不允許向內和向外泄漏。因此大、中型制冷壓縮機在主軸伸出機體處均設有軸封，小型制冷壓縮機則做成半封閉式或全封閉式。半封閉式壓縮機通常是將機體與電動機的機殼做成一體，或將兩者用法蘭連接。全封閉式還只限于小型往復壓縮機和滾動轉子壓縮機，用一個密封的鋼罩殼把壓縮機與電動機封閉起來，一般不進行拆修。②氟利昂能溶于潤滑油中，故常在曲軸箱的油池中裝有加熱器。有些螺桿壓縮機和滾動轉子壓縮機用噴油法來實現(xiàn)機內密封和冷卻，除噴油裝置外還設有高效率的油分離器。③壓縮機吸入的是飽和蒸氣。氨氣容易帶液，故往復氨壓縮機設有防止液擊的安全蓋。④多級壓縮時各級的流量不相同，故多級離心壓縮機和螺桿壓縮機大多設有中間補氣系統(tǒng)，再配以省功器，借以提高制冷機的運轉經濟性。

冷凝器　靠環(huán)境介質帶走制冷劑的熱量，制冷劑在其中被冷卻并冷凝成液體。冷凝器分為水冷式和空氣冷卻式兩種。①水冷式冷凝器是應用最廣的一類冷凝器，用于中、大型制冷機中。水冷式冷凝器有：殼管式，制冷劑在管外冷凝（見管殼式換熱器）；套管式，制冷劑在管腔中冷凝（見套管式換熱器）；噴淋式，制冷劑在管內冷凝（見蛇管式換熱器）；蒸發(fā)式，制冷劑在管內冷凝，管外用水噴淋，并有空氣吹過管子表面。殼管式結構較緊湊，傳熱效果較好，應用較為廣泛。用于氟利昂制冷機的殼管式冷凝器，因氟利昂冷凝時的放熱系數較小，常在管外設有翅片，以強化傳熱。②空氣冷卻式冷凝器多用于小型氟利昂制冷機中，分為空氣強迫對流式（風扇鼓風）和自然對流式兩種，前者的傳熱效果較好?？諝饫鋮s式冷凝器均做成蛇管式，制冷劑在管內冷凝，而且在管外設有翅片。

蒸發(fā)器　依靠制冷劑的蒸發(fā)直接或間接（通過載冷劑）吸取被冷卻物體的熱量。蒸發(fā)器可分為：冷卻液體的蒸發(fā)器，用于間接冷卻；冷卻空氣的蒸發(fā)器，用于直接冷卻。冷卻液體的蒸發(fā)器用來冷卻載冷劑，常用的有：管殼式，制冷劑在管外蒸發(fā)；沉浸式，制冷劑在管內蒸發(fā)；干式蒸發(fā)器等。用于氟利昂制冷機的管殼式蒸發(fā)器一般在管外也設有翅片，以強化傳熱。干式蒸發(fā)器的結構與管殼式相似，但制冷劑在管內蒸發(fā)，可使用光管或內翅片管，傳熱效果好。冷卻空氣的蒸發(fā)器常制成蛇管式，管外套有翅片，空氣在管外強制流動，制冷劑在管內蒸發(fā)。這種蒸發(fā)器與鼓風機的組合稱為空氣冷卻器。此外，在冷藏裝置（見制冷裝置）中常使用空氣自由對流的蛇管式蒸發(fā)器，即冷卻排管。

冷凝蒸發(fā)器　只用于復疊式制冷機中。它依靠高溫級中制冷劑的蒸發(fā)使低溫級中的制冷劑蒸氣冷凝，它既是高溫級的蒸發(fā)器，又是低溫級的冷凝器。冷凝蒸發(fā)器有套管式、繞管式和管殼式等，均采用管內蒸發(fā)、管外冷凝的方式。

節(jié)流機構　把制冷劑液體從冷凝壓力降低到蒸發(fā)壓力的控制機構，它能同時控制供液量。節(jié)流機構有節(jié)流閥、浮球調節(jié)閥、熱力膨脹閥、毛細管和節(jié)流孔板等。

①節(jié)流閥：它是手動操作的控制閥門，轉動手輪可改變閥的通道截面，控制供液量，常用于較大型的制冷機中。

②浮球閥：一種自動控制閥門。它靠蒸發(fā)器或中間冷卻器中制冷劑液面的變化，通過浮球和傳動機構的動作改變閥門的通道截面，只用于氨制冷機中。

③熱力膨脹閥：一種依靠蒸發(fā)器出口制冷劑蒸氣的過熱度來改變通道截面的自動控制閥門（圖5）。熱力膨脹閥裝在蒸發(fā)器的進口，感溫包設在蒸發(fā)器出口管上。感溫包中充有感溫工質（制冷劑或其他氣體、液體）。當蒸發(fā)器的供液量偏小時，蒸發(fā)器出口蒸氣的過熱度增大，感溫工質的溫度和壓力升高，通過頂桿將閥芯向下壓，閥門開度變大，供液量增多；反之，當供液量偏大時，蒸發(fā)器出口蒸氣過熱度變小，閥門通道便自動變小，供液量隨之減少。水推動閥門下方的調整桿，可以調整蒸氣的過熱度。熱力膨脹閥大多用于氟利昂制冷機中。

④毛細管：也稱節(jié)流管，通常為長0.1～2米、內徑1～3毫米的細長銅管，用于小型冰箱和空氣調節(jié)設備中。

⑤節(jié)流孔板：用于某些離心式制冷機中，分為單孔板和多孔板（幾個孔板串聯(lián)工作）等?？装宓牧魍ń孛娌荒苷{節(jié)，僅適用于工況較穩(wěn)定的制冷機。

性能和應用　壓縮式制冷機的主要性能指標是工作溫度（冷凝溫度和蒸發(fā)溫度）、制冷量、功率和制冷系數。壓縮式制冷機的制冷量和功率主要取決于壓縮機的結構尺寸和轉速，同時也隨工作溫度而變。表為各種壓縮式制冷機的特點和應用。

以上內容均根據學員實際工作中遇到的問題整理而成，供參考，如有問題請及時溝通、指正。