制冷设备

制冷操作所用的设备。不同制冷方法使用不同的设备，目前应用最广的是蒸气压缩制冷，主要设备有压缩机(见流体输送机械)、冷凝器、蒸发器和节流阀。压缩机用于压缩和输送制冷剂蒸气，其中以活塞式和离心式的应用最广。

基本介绍

制冷设备是制冷机与使用冷量的设施结合在一起的装置。设计和建造制冷装置，是为了有效地使用冷量来冷藏食品或其他物品;在低温下进行产品的性能试验和科学研究试验;在工业生产中实现某些冷却过程，或者进行空气调节。物品在冷却或冻结时要放出一定的热量，制冷装置的围护结构在使用时也会传入一定的热量。因此为保持制冷装置中的低温条件，就必须装设制冷机，以便连续不断地移去这些热量，或者利用冰的熔化或干冰的升华吸收这些热量。

发展及历史

在人工制冷开始发展以前，人类已经知道利用天然冰雪在简易的设备中保持低温条件，即利用天然冷源。在中国，约在3000年前已使用天然冰保藏食品，公元前七世纪《诗经》中就有关于采集、贮存和用天然冰冷藏食品的诗句。直到现代，人们仍然在应用冰、雪和地下水等天然冷源。用天然冰或人造冰冷却的冷藏装置，只能达到有限的低温，技术条件和卫生条件较差，难以满足多方面的要求。现代的制冷装置都是应用制冷机来冷却。

1834年，美国的J.珀金斯试制成功人力转动的用乙醚为工质的可以连续工作的制冷机。1844年，美国的J.戈里试制了用空气为工质的制冷机，用在医院中制冰和冷却空气。1872～1874年，D.贝尔和C.von林德分别在美国和德国发明了氨压缩机，并制成了氨蒸气压缩式制冷机，这是现代压缩式制冷机的发端。19世纪50年代，法国的卡雷兄弟先后研制成功以硫酸和水为工质的吸收式制冷机和氨水吸收式制冷机。1910年出现了蒸汽喷射式制冷机。1930年出现了氟利昂制冷剂，促进了压缩式制冷机的迅速发展。1945年，美国研制成功溴化银吸收式制冷机。

冷却方式

制冷设备的冷却方式有直接冷却和间接冷却两种。直接冷却是将制冷机的蒸发器装设在制冷装置的箱体或建筑物内，利用制冷剂的蒸发直接冷却其中的空气，靠冷空气冷却需要冷却的物体。这种冷却方式的优点是冷却速度快，传热温差小，系统比较简单，因而得到普遍应用。间接冷却是靠制冷机蒸发器中制冷剂的蒸发，从而使载冷剂例如盐水)冷却，再将载冷剂输入制冷装置的箱体或建筑物内，通过换热器冷却其中的空气。这种冷却方式冷却速度慢，总传热温差大，系统也较复杂，故只用于较少的场合，如盐水制冰和温度要求恒定的冷库等。

按照冷却目的和冷量利用方式的不同，制冷装置大体可分为冷藏用制冷装置、试验用制冷装置、生产用制冷装置和空调用制冷装置四类。

冷藏用制冷装置主要用于在低温条件下贮藏或运输食品和其他货品，包括各种冰箱、冷库、冷藏车、冷藏船和冷藏集装箱等。

冷凝器

是将压缩机送出的高压高温的制冷剂蒸气冷凝成液体。常用的冷凝器有三类：①水冷式。以水作为冷却剂，有管式冷凝器、套管式冷凝器及螺旋板式冷凝器。②喷淋式。同时以水和空气作为冷却剂，有喷淋式冷凝器(空气为自然对流)和蒸发式冷凝器(空气为强制对流)。③空冷式。以空气作为冷却剂，即空气冷凝器。

蒸发器

蒸发器又称吸热器，是通过液态制冷剂的沸腾汽化使载冷剂或被冷却物体降温的传热设备。蒸发器可分两类：一类是冷却液体式，用于冷却液体载冷剂，有管壳式蒸发器及各种浸没式蒸发器(如立管式、螺旋管式、蛇管式)。浸没式蒸发器是将整个换热面浸入盛有载冷剂的槽中，槽内经搅拌，强化换热。另一类是冷却空气式，用于冷却作为载冷剂的空气，又分为管排和冷风机两种。管排由垂直管、水平管或盘管组成，制冷剂在管内沸腾，管外空气作自然对流,冷风机则是由管组与风机组成，使管外空气作强制对流。

制冷机

制冷机(refrigerating machine)将具有较低温度的被冷却物体的热量转移给环境介质从而获得冷量的机器。从较低温度物体转移的热量习惯上称为冷量。制冷机内参与热力过程变化(能量转换和热量转移)的工质称为制冷剂。制冷的温度范围通常在120K以上，120K以下属深低温技术范围。制冷机广泛应用于工农业生产和日常生活中。

根据工作原理制冷机可分为

①压缩式制冷机。依靠压缩机的作用提高制冷剂的压力以实现制冷循环，按制冷剂种类又可分为蒸气压缩式制冷机(以液压蒸发制冷为基础，制冷剂要发生周期性的气-液相变)和气体压缩式制冷机(以高压气体膨胀制冷为基础，制冷剂始终处于气体状态)两种。②吸收式制冷机。依靠吸收器-发生器组(热化学压缩器)的作用完成制冷循环，又可分为氨水吸收式、溴化锂吸收式和吸收扩散式3种。③蒸汽喷射式制冷机。依靠蒸汽喷射器(喷射式压缩器)的作用完成制冷循环。④半导体制冷器。利用半导体的热-电效应制取冷量。制冷机的主要性能指标有工作温度(对蒸气压缩式制冷机为蒸发温度和冷凝温度，对气体压缩式制冷机和半导体制冷器为被冷物体的温度和冷却介质的温度)，制冷量(制冷机单位时间内从被冷却物体移去的热量)、功率或耗热量、制冷系数(衡量压缩式制冷机经济性的指标，指消耗单位功所能得到的冷量)以及热力系数(衡量吸收式和蒸汽喷射式制冷机经济性的指标，指消耗单位热量所能得到的冷量)等。现代制冷机以蒸气压缩式制冷机应用最广。

空调即房间空气调节器(room air conditioner)，是一种用于给房间(或封闭空间、区域)提供处理空气的机组。它的功能是对该房间(或封闭空间、区域)内空气的温度、湿度、洁净度和空气流速等参数进行调节，以满足人体舒适或工艺过程的要求。

膨胀阀

冷库制冷装置中常用的节流机构有手动膨胀阀、浮球阀和热力膨胀阀三种。膨胀阀的选型主要以阀门的容量为依据，考虑到发前后压力差的大小及其他因素，一制冷能力选定其型号。

1、膨胀阀的结构：

膨胀阀的顶部由密封箱盖波纹薄膜感温包和毛细管组成一个密闭容器，里面灌注氟里昂，成为感应机构，感应机构内灌注的制冷剂可以与制冷系统的相同，也可以不同，比如制冷系统用的是F—22，感温包可灌注F—12或F—22，感温包用来感受蒸发器出口的过热蒸汽温度，毛细管作为密封箱与感温包的连接管，传递压力作用在膜片上，波膜片是由一块0.2mm左右的薄合金片冲压成形，断面是波浪形的。受力后弹性形变性能很好，调节杆是用来调整膨胀阀门的开启过热度，在调试过程中用它来调节弹簧的弹力，调节杆向里旋时，弹簧压紧，调节杆向外旋时，弹簧放松，传动杆顶在阀针座与传动盘之间传递压力，阀针座上装有阀针，用来开大或关小阀孔。

2、膨胀阀的工作原理：

膨胀阀通过感温包感受蒸发器出口端过热度的变化，导致感温系统内(感温系统是由感温包、毛细管、传动膜片和传动波纹管这几种互相连通的零件所构成的密闭系统)充注物质产生压力变化、并作用于传动膜片上.促使膜片形成上下位移，再通过传动片将此力传递给传动杆而推动阀针上下移动，使阀门关小或开大，起到降压节流作用和自动调节蒸发器的制冷剂供给量并保持蒸发器出口端具有一定过热度，得以保证蒸发器传热面积的充分利用，以及减少液击冲缸现象的发生。

工作原理

空调器的制冷系统由蒸发器、压缩机、冷凝器和毛细管四个主要部件组成。按照制冷循环工作的顺序，依次用管道连接成一个整体。系统工作时、蒸发器内的制冷剂吸收室内空气的热量而蒸发成为压力和温度均较低的蒸气，被压缩机吸入并压缩后，制冷剂的压力和温度均升高，然后排入冷凝器。制冷剂蒸气在冷凝器内通过放热给室外空气而冷凝成为压力较高的液体。制冷剂液体通过毛细管的节流，压力和温度均降低，再进入蒸发器蒸发，如此周而复始地循环工作，从而达到降低室内温度的目的。

空调

空调的发明

被称为制冷之父的英国发明家威利斯·哈维兰德·卡里尔(有的地方译作开利)于1902年设计并安装了第一部空调系统。美国纽约的一个印刷商发现温度的变化能够造成纸的变形，从而导致有色墨水失调，该空调系统就是为他设计的。卡里尔的专利1906年得到注册。1902 年7月17日，这名才从康奈尔大学毕业一年的年轻人，在“水牛公司”(Buffalo Forge Co.)工作时，发明了冷气机。但最初发明冷气机的目的，并不是为人们带来舒适的生活环境，而是为一些死物服务。水牛公司的其中一个客户——纽约市沙克特威廉印刷厂，它的印刷机由于空气的温度及湿度变化，使纸张扩张及收缩不定，油墨对位不准，无法生产清晰的彩色印刷品。于是求助于水牛公司。开利心想既然可以利用空气通过充满蒸气的线圈来保暖，何不利用空气经过充满冷水的线圈来降温?空气中的水会凝结于线圈上，如此一来，工厂里的空气将会既凉爽又干燥。

1902年7月17日，空调的时代就由这印刷厂首次使用冷气机而开始。很快，其它的行业如纺织业、化工业、制药业、食品甚至军火业等，亦因空调的引进而使产品质量大大提高。1907年，第一台出口的空调，买家是日本的一家丝绸厂。1915年，开利成立了一家公司，至今它仍是世界最大的空调公司之一。但空调发明后的20年，享受的一直都是机器，而不是人。直到1924年，底特律的一家商场，常因天气闷热而有不少人晕倒，而首先安装了三台中央空调，此举大大成功，凉快的环境使得人们的消费意欲大增，自此，空调成为商家吸引顾客的有力工具，空调为人们服务的时代，正式来临了。

但说到空调可以普及，主要是通过电影院成事的。大多数美国人是在电影院第一次接触到空调的。20世纪20年代的电影院利用空调技术，承诺能为观众提供凉爽的空气，使空调变得和电影本身一样吸引人，而夏季也取代了冬季成为看电影的高峰季节。随后出现了大量全年开放的室内娱乐场所，如赌场、室内运动场和商场，这些都得归功于空调的出现。

功能

1.降温

在空调器设计与制造中，一般允许将温度控制在16~32℃之间。如若温度设定过低时，一方面增加不必要的电力消耗，另一方面造成室内外温差偏大时，人们进出房间不能很快适应温度变化，容易患感冒。

2.除湿

空调器在制冷过程中伴有除湿作用。人们感觉舒适的环境相对湿度应在40~60%左右，当相对湿度过大如在90%以上，即使温度在舒适范围内，人的感觉仍然不佳。

3、升温

热泵型与电热型空调器都有升温功能。升温能力随室外环境温度下降逐步变小，若温度在-5℃时几乎不能满足供热要求。

4.净化空气

空气中含一定量有害气体如NH3、SO2等，以及各种汗臭、体臭和浴厕臭等臭气。空调器净化方法有：换新风、过滤、利用活性碳或光触媒吸附和吸收等。

A、换新风：利用风机系统将室内潮湿空气往室外排，使室内形成一定程度负压，新鲜空气从四周门缝、窗缝进入室内，改善室内空气质量。

B、光触媒：在光的照射下可以再生，将吸附(收)的氨气、尼古丁、醋酸、硫化氢等有害物质释放掉，可重新使用。

发展历程

在二十世纪六,七十年代，美国地区发生罕见的干旱天气,为解决干旱缺水地区的空调冷热源问题，美国率先研制出风冷式冷水机,用空气散热代替冷却塔,其英文名称是：Air cool Chiller,简称为Chiller!在空调历史中，美国已经发展和改进了有风管的中央单元式系统，并得到了正在现场安装和修理有风管的单元式空调系统的空调设备分销商和经销商的强力支持。

WRAC是最简单和最便宜的系统，能够很容易的在零售商店中购得，并在持续高温来的时候自己安装。同时，无风管的SRAC和SPAC自70年代起在有别于美国市场的动力下在日本得到发展和改进。之后，设备设计和制造技术在90年代被转让到中国，这是通过与当地公司(包括主要元件如压缩机、热交换器、电劝机、精细阀和电子控制器的本地制造商)组成的合资公司进行的。

在90年代中国也从其它先进国家吸收了较大型空调设备的先进高新技术，并与多数是美国的大公司组成合资企业。现今，中国已是一个顶级国家，她的当地主要工厂和合资企业制造了大量SRAC和SPAC以满足增长的国内市场和出口需要。日本过去几年在把SRAC和SPAC机组出口到中国、欧洲和中东以建立新的市场。但是中国现今已是最大的空调出口国，在2001年出口的WRAC，SRAC和SPAC机组总数达500万台，2002年预计有750或800万台机组出口，而日本正在失去出口的地位。