壓縮機(jī)制冷原理
zui簡(jiǎn)單的制冷由四大要件組成：①壓縮機(jī)；②冷凝器；③節(jié)流閥；④蒸發(fā)器；
首先講講什么叫制冷。制冷兩字只能說是技術(shù)上的術(shù)語，嚴(yán)格講是錯(cuò)誤的，世界上沒有那國(guó)的科學(xué)家能制造出“冷”來。那到底什么是冷，先舉例說明：在寒冬臘月，氣溫降到－5℃，我們說今天天氣真冷，可東北人說不冷；在大伏天，氣溫在＋32℃時(shí)，我們會(huì)說不算熱，但氣溫突然降到＋25℃，我們會(huì)說太冷了；這冷是隨著人的常識(shí)來定的，在物理學(xué)中沒有冷的定義。在工程中冷是跟著生產(chǎn)需要而定的。如老總問，冷庫打冷了嗎？你說打冷了，這個(gè)冷是指－18℃；老總問，水果庫溫度穩(wěn)定嗎？你說很穩(wěn)定，這回答的含義是水果庫溫度穩(wěn)定在±0℃了，這是我們這個(gè)行業(yè)對(duì)冷的定義。但是我們還是把這種利用機(jī)械設(shè)備把降溫對(duì)象降到所需溫度的方法叫制冷，這就是術(shù)語。什么叫制冷，比如我們將裝有一公斤20℃冷水的水壺放到一塊燒到500℃的鐵板上，沒有多久水就開了，如果不拿開水壺，不多久水就干了。大家和說鋼板在對(duì)水加熱，反過來也可以說水在對(duì)鋼板降溫。而且，降了多少度，都可計(jì)算出來，因?yàn)橐还锼畯?0℃升到100℃，它需要外界提供它80大卡熱量，水從100℃到燒干，它需要外界提供539大卡熱量，也就是說一公斤20℃冷水燒到干，要外界提供619大卡熱量。如果按制冷的角度它從外界或鋼板中提取了619大卡熱量而變成了水蒸汽，使鋼板降溫了，這就是制冷，是利用水對(duì)鋼板制冷。如果將水倒在鋼板上，那就更直觀了。
在上述的制冷過程中，如果鋼板的大小一定，并排除外界空氣的降溫因素，那么鋼板降了多少度，是可以計(jì)算出來的。在這里所述及到的‘熱量’、‘溫度’、‘大卡’、‘℃’等物理量，我想學(xué)過物理的人都能理解。初中物理就講到，熱量總是通過傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射，從溫度高的物體轉(zhuǎn)移到溫度低的物體，絕不可能反過來進(jìn)行。一個(gè)物體失去一些熱量后，它的溫度也會(huì)降低一些。我們的目的就是通過制冷系統(tǒng)，將商品中和空氣中的熱量向比商品溫度更低的制冷劑傳遞，達(dá)到降低商品溫度的目的。
我們的制冷系統(tǒng)與鍋爐的制熱系統(tǒng)在熱力學(xué)上來講是*一樣的，它們的熱傳導(dǎo)公式也*一樣，我們先以鍋爐作比擬，進(jìn)一步講講制冷劑在制冷時(shí)的作用。上面講的燒水壺也可算是一只鍋爐，不過水燒開了，我們就灌熱水瓶了，如果我們?cè)趬刈焐咸赘茏?，通到浴室，那就可以洗桑拿了，水壺就成小鍋爐了。要注意的是這時(shí)水壺中的水永遠(yuǎn)是100℃，水壺出口處的蒸汽溫度也是100℃，為什么不是110℃，不是90℃？這是因?yàn)樵谝粋€(gè)大氣壓下水的沸騰溫度是100℃，這是水的物理性能所決定了的。在青藏高原，大氣壓力較低，水70℃左右就開了，沒有高壓鍋就只能吃夾生飯，而在高壓鍋里，溫度可達(dá)到110℃，因?yàn)楦邏哄伵艢忾y的重量，剛好使鍋內(nèi)壓力保持在1kg/cm2表壓力（實(shí)際是2個(gè)大氣壓）。一般小型鍋爐可燒4kg/cm2表壓力蒸汽，蒸汽溫度也接近140℃，鍋爐中的水溫也與蒸汽溫度一樣也是140℃。煤氣爐的火頭溫度可達(dá)1000℃左右，火頭將熱量傳遞給水，使水的溫度上升直達(dá)沸點(diǎn)，一公斤水從沸點(diǎn)到燒干（全部變成蒸汽），將從煤氣火頭中帶走的熱量與上面所講水壺給鋼板降溫是一樣的，接近壺底的火焰是一個(gè)降溫過程。鍋爐中的煤燃燒溫度在1200℃左右，沒有鍋爐中水的降溫，鍋爐中的排管將被燒塌。從我們的角度來講，在這里的水就是制冷劑。反過來水蒸汽進(jìn)了浴室馬上凝結(jié)成小水珠（霧氣），放出熱量使浴室內(nèi)溫度上升，同樣一公斤水燒成的一公斤蒸汽，汽在浴室里放出539大卡熱量后全部變成水，在蒸汽變成水的時(shí)候，小水珠的溫度是100℃，這是一個(gè)冷凝過程。當(dāng)然小水珠會(huì)繼續(xù)放出熱量而降低溫度，等水珠變成水滴落到地上或附在墻壁上時(shí)，只有30℃左右了，這就不是冷凝過程了，而只是普通降溫過程。同樣將鍋爐蒸汽通到室內(nèi)熱水汀（室內(nèi)供熱排管）中，熱水汀對(duì)蒸汽來說就成了冷凝器，如果供應(yīng)的蒸汽壓力是1kg/cm2表壓力（實(shí)際是2個(gè)大氣壓），熱水汀表面溫度就是110℃，熱水汀向室內(nèi)空氣散發(fā)熱量，使室內(nèi)溫度上升，而蒸汽就在熱水汀內(nèi)冷凝成水，如果向室內(nèi)散發(fā)了539大卡熱量，熱水汀內(nèi)就冷凝下來1公斤水。按制冷角度來講，這整個(gè)過程就是煤燃燒的熱量被水吸收而沸騰，成為蒸汽，蒸汽帶著吸收來的熱量來到熱水汀，熱水汀的表面向空氣散發(fā)了熱量，蒸汽失去熱量后又從新冷凝成蒸餾水，這水可通過設(shè)備回到鍋爐繼續(xù)使用。
現(xiàn)在回到制冷的四大要件：
①壓縮機(jī)，與空氣壓縮機(jī)原理一樣；
②冷凝器，可以理解為熱水汀或做酒業(yè)的蒸餾器（錫鍋）；
③蒸發(fā)器，可以理解為上面所講的水壺或鍋爐；
④節(jié)流閥，可以理解為從樓上高位的熱水汀到鍋爐之間，加一只閥，開小一點(diǎn)，讓蒸餾下來的水流進(jìn)鍋爐繼續(xù)使用，不讓熱水汀中的水流光了使鍋爐中的蒸汽反沖回?zé)崴?，這一點(diǎn)與我們制冷不同，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)是均壓的，而制冷系統(tǒng)冷凝部分是高壓的，節(jié)流閥是控制制冷劑合理分配給蒸發(fā)器，讓蒸發(fā)器處于正常的制冷工作狀態(tài)。
在電冰箱上制冷的四大要件是：
①壓縮機(jī)，藏在冰箱后面，圓頭圓腦的家伙；
②冷凝器，就是在冰箱后面的散熱片；
③蒸發(fā)器，在初期的單門冰箱中的凍結(jié)框，可以看得很清楚，拆開無霜冰箱的內(nèi)襯也能看到冷風(fēng)機(jī)一樣的翅片管；
④節(jié)流閥，在冰箱后面有一段繞成螺旋狀的細(xì)銅管，那就是毛細(xì)管。冰箱的外殼就相當(dāng)與冷庫外體。
在制冷行業(yè)中，制冷劑可以是水、氨、f12、f22、f502、液氮等等?？照{(diào)用溴化鋰吸收式制冷機(jī)，就是以水作為制冷劑使用。電冰箱中使用的是f12，在大冷庫的制冷系統(tǒng)中用的是液態(tài)氨（不是氨水），液態(tài)氨的性質(zhì)在氨的物理性能表上可以查到，它在一個(gè)大氣壓下的蒸發(fā)溫度是－33.3℃。如果將液氨從常溫的鋼瓶中放出，一出鋼瓶它立即變?yōu)椋?3.3℃的液氨（因?yàn)橥饨缡且粋€(gè)大氣壓），如果流到水泥地上，水泥地的溫度立刻使它沸騰，這是水泥地的熱量傳給了液氨，使液氨蒸發(fā)成汽態(tài)氨，水泥地的局部也很快降到－30℃左右，如果流到水泥地上的液氨正好是一公斤，要使液氨全部蒸發(fā)光，他必需從水泥地上吸收326大卡熱量，吸收多少，蒸發(fā)多少，吸不足326大卡熱量，就一定有液氨殘留下來。如果將液氨放在一個(gè)金屬盆里，再將金屬盆底接觸水面，水的熱量立刻傳給液氨，液氨受熱沸騰，水也很快結(jié)冰；如果將盆懸掛在空中，盆底周圍的空氣立即因熱量傳給了液氨而失去熱量而降溫，降了溫的空氣在下降，周圍熱空氣立即來補(bǔ)充，在盆下面可以看到帶著霧的冷空氣在緩緩降下。這個(gè)盆就是‘蒸發(fā)器’。至于蒸餾器，有人看過，有人沒看過，但是大家都看過茶缸蓋凝結(jié)水的現(xiàn)象，或者農(nóng)村吊酒的錫鍋，原理是一樣的。缸蓋里面是熱騰騰的水蒸汽，缸蓋外是冷空氣，水蒸汽通過缸蓋將熱量傳遞給了冷空氣，失去了一定熱量的水蒸汽，在缸蓋里表面凝結(jié)成水，這就是冷凝器的原理，上面講的熱水汀也是同樣原理?，F(xiàn)在講庫房里的制冷進(jìn)行過程：液態(tài)氨在蒸發(fā)器（排管）中如果處于0.3kg/cm2表壓力狀態(tài)（應(yīng)該是0.03mpa表壓力，出于習(xí)慣的方便，還是用kg/cm2），它的沸騰溫度應(yīng)該是－28℃；而蒸發(fā)器外是－18℃的冷庫，如果有高于－18℃的商品進(jìn)庫，商品中的熱量很快傳給了空氣，使空氣溫度上升到比如－15℃，－15℃的空氣又將從商品中傳來的熱量傳給了－28℃的液氨，液氨吸收了熱量溫度不會(huì)上升，而是沸騰蒸發(fā)為氣體（氨蒸汽），這樣空氣來來回回的傳送，商品中的熱量逐步減少，溫度逐步降低，zui后降到－18℃，制冷就可以結(jié)束了，這是蒸發(fā)器的工作任務(wù)，庫內(nèi)
空氣向蒸發(fā)器傳遞多少熱量，蒸發(fā)器內(nèi)的液氨就蒸發(fā)掉相應(yīng)的重量。當(dāng)然除了商品中的熱量外，還有外界氣溫中的熱量通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳進(jìn)來的熱量，開門時(shí)空氣帶進(jìn)的熱量，使庫溫不時(shí)的上升，所以需要定時(shí)開機(jī)降溫。
但是如果沒有壓縮機(jī)的參與，蒸發(fā)器的工作是不能持久的，因?yàn)橐喊笔軣嵴舭l(fā)成為氨蒸汽，氨蒸汽逐步擠占蒸發(fā)器的空間，蒸發(fā)器中的壓力也就逐步升高，壓力升高，液氨的沸騰溫度就會(huì)上升，zui后壓力升到1kg/cm2表壓力時(shí)，溫度也上升到－18℃左右，液氨與冷庫的溫度相同，由于溫度平衡，熱量就無法向液氨傳遞了，制冷也就停止了。壓縮機(jī)的任務(wù)就是要把蒸發(fā)器中產(chǎn)生的氨蒸汽抽走，使蒸發(fā)器中的壓力一直保持在我們生產(chǎn)需要的0.3kg/cm2表壓力狀態(tài)。這時(shí)候蒸發(fā)器中的壓力叫蒸發(fā)壓力，蒸發(fā)器中的液氨溫度叫蒸發(fā)溫度。壓縮機(jī)抽出的氨蒸汽并不是排到大氣中去的，而是排到冷凝器中，氨蒸汽被壓縮到冷凝器后，冷凝器的壓力會(huì)逐步升高，而后就是冷凝器的任務(wù)了。我們知道氨蒸汽是帶著冷庫中的熱量的，氨蒸汽被壓縮機(jī)從蒸發(fā)器抽出，而后壓縮到冷凝器中，那么壓縮機(jī)就完成了輸送熱量的任務(wù)。現(xiàn)在氨蒸汽被聚集在冷凝器中（帶著大量冷庫中的熱量），壓力不斷升高，溫度也隨著壓力的升高而升高，比如說壓力升高到表壓力14kg/cm2，溫度也就對(duì)應(yīng)升到＋39℃，如果在冷凝器管外供給＋34℃的冷卻水，那冷凝器中的氨蒸汽就會(huì)向水傳送出熱量，每向冷卻水送出264大卡熱量，冷凝器中就有一公斤重的氨蒸汽凝結(jié)成液態(tài)氨，并讓出原來氨蒸汽占領(lǐng)的大部分空間來。如果熱量沒有出路，那冷凝器中的壓力就繼續(xù)升高，到冷凝器爆炸或跳安全閥為止。但是實(shí)際上壓縮機(jī)的排出溫度，在表壓力14公斤/平方公分時(shí)，不是＋39℃，而是＋100℃以上。這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)帶動(dòng)壓縮機(jī)的活塞對(duì)氨蒸汽進(jìn)行壓縮時(shí)做的功，轉(zhuǎn)換成熱量的緣故，也即熱功當(dāng)量，這可以在我們給自行車打氣時(shí)，打氣筒底部和皮管會(huì)發(fā)燙的原理是一樣的。壓縮機(jī)對(duì)氨蒸汽做了1kw的功，就對(duì)氨蒸汽附加了860大卡的熱量，這一部分熱量是顯熱，它加熱了氨蒸汽，使氨蒸汽溫度上升，這種熱量傳送給冷卻水后，不會(huì)被冷卻水冷凝成液氨，只會(huì)降低溫度，只有當(dāng)氨蒸汽溫度降到＋39℃時(shí)，才進(jìn)行真正的冷凝工作，在冷凝工作連續(xù)進(jìn)行時(shí)，只要壓力不變，溫度也不會(huì)改變。這時(shí)的溫度叫冷凝溫度，這時(shí)的壓力叫冷凝壓力。這就是冷凝器的工作任務(wù)。冷凝器中冷凝下來的液氨，可以送到蒸發(fā)器中繼續(xù)使用，但必需用節(jié)流閥進(jìn)行控制，要不冷凝器中的來不及冷凝的氨蒸汽會(huì)竄到蒸發(fā)器中，那就亂套了。節(jié)流閥必需調(diào)節(jié)到蒸發(fā)器中有確當(dāng)?shù)囊喊毖a(bǔ)充，這就是節(jié)流閥的工作任務(wù)。
總結(jié)一下：首先液態(tài)氨在蒸發(fā)器中吸收了制冷對(duì)象的熱量，蒸發(fā)成氨蒸汽；氨蒸汽包含著吸收來的熱量被壓縮機(jī)抽送到冷凝器，并壓縮成高壓、高溫的氨蒸汽，這時(shí)候氨蒸汽中又加進(jìn)了電動(dòng)機(jī)的熱功當(dāng)量所附加的熱量；冷凝器中的氨蒸汽，將熱量傳送給溫度較低的冷卻水，失去熱量的氨蒸汽被冷凝成為液態(tài)氨；節(jié)流閥將冷凝下來的液氨再有節(jié)制的補(bǔ)充給蒸發(fā)器，使蒸發(fā)器能夠連續(xù)地工作；整個(gè)工作過程就是將低于－18℃的制冷對(duì)象中的熱量，強(qiáng)制送到＋30多℃的冷卻水中去，使制冷對(duì)象失去熱量，溫度降到我們所需要的－18℃；而冷卻水吸收了熱量后，又通過水蒸汽的蒸發(fā)，將熱量傳送給了大氣，或者說是風(fēng)將熱量吹走。