2.1.3 蒸气压缩式制冷系统的构成

制

冷

原

理

与

技

术

2.1.3 蒸气压缩式制冷系统的构成

压缩机热交换设备节流机构管道各种控制阀辅助部件

蒸气压缩式制

冷系统的构成

制

冷

原

理

与

技

术

( 一 ) 压缩机

图 2-25 制冷和空调用压缩机的分类及结构示意图

制

冷

原

理

与

技

术

压缩式制冷系统的心脏主机

有用能的输入

制冷剂在系统中的循环流动

整机性能

可靠性

寿命

噪声

压缩机称为

制

冷

原

理

与

技

术

压缩机按压缩原理有两大类：容积型

速度型容积型压缩机

速度型压缩机

通过对运动机构作功，以减少压缩式容积，提高蒸气压力来完成压缩功能。

由旋转部件连续将角动量转换给蒸气，再将该动量转为压力。

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-26 各类压缩机在制冷和空调工程中的应用范围

制

冷

原

理

与

技

术

⒈ 活塞式压缩机

机体（曲轴箱）

气缸

活塞

吸、排气阀

曲轴连杆机构

组成

制

冷

原

理

与

技

术

活塞式压缩机有以下特点：

① 因为是往复运动，转速不宜太高

② 气缸工作腔有余隙容积

③ 气缸工作腔必须设置吸、排气阀，使吸、排气过程产生阻力损失

④ 结构复杂，零部件多。

⑤ 往复式压缩机不允许吸气带液

制

冷

原

理

与

技

术

⒉ 回转式压缩机

　回转机最普通的为固定叶片式结构，常常又称作“滚动活塞式压缩机”。

比往复机更可靠

是同等能力下尺寸小

制造成本低

优点

“ 固定叶片”

叶片只滑动不转动

没有吸气阀特点：

制

冷

原

理

与

技

术

　　　　　　 回转机当前研究与开发的重点

回转机的局限性

压缩机中任何基本磨损（轴承、轴、转子或叶片等磨损）都使间隙变大，并明显影响压缩机性能。

降低振动与噪声，改善油处理和减

小摩擦。

制

冷

原

理

与

技

术

⒊ 涡旋式压缩机

结构简单复杂的形线极高的精度要求

数控机床技术的发展

制造困难涡旋机

制

冷

原

理

与

技

术

涡旋机在技术上的特长

没有气阀在制冷装置中可靠性大大提高轴的扭矩更均匀，运转平稳压力脉动小振动和噪声低

在给定吸气条件下

涡旋机的容积效率几乎与压力比 无关

不存在余隙容积的影响

制

冷

原

理

与

技

术

能够用同一个电动机在很宽的工作范围内高效运转

长处

热泵的季节供热系数 HSPF 提高 整个系统的效率提高，即季节能效比 SEER 提高

制

冷

原

理

与

技

术

⒋ 螺杆式压缩机 近年来，随着螺杆机可靠性方面的改进，它在中等容量的制冷与空调装置上的应用更为广泛了。

螺杆机在部分负荷时的效率比离心机高 8%～ 10%

而且不存在离心机的喘振问题。特点

制

冷

原

理

与

技

术

⒌ 离心式压缩机 　　离心式压缩机依靠气流速度变化的动力学

效应，起到压缩作用：吸入气体由叶轮旋转达到很高速度，然后导入涡壳使速度能转变成压力能。，级压力比受叶轮圆周速度与制冷剂性质的影响。轮周速度受制于材料强度和气体动力条件。

一级叶轮可以达到的压力比（级压力比）一般为 3～ 4

一般限制轮周速度不超过制冷剂 进口处音速的 1.4 – 1.5倍

制

冷

原

理

与

技

术

　 离心机的特点是： ① 结构简单、转速高、输气量大，故体积、重量小 ② 制冷剂不与 润滑油接触，避免了油对制冷剂的影响 ③ 与前 述各种容积式压缩机特性一个重要的不同之处是

它的吸、排气压力差（或压力比）与吸气量有密切关系，吸气量变化还影响机器效率，在部分负荷运行时，有可能出现喘振。 喘振现象就是气流在流道内来回撞击而不能正常输出。

制

冷

原

理

与

技

术

（二）热交换设备

制冷系统的热交换设备主要是冷凝器和蒸发器，它们是制冷剂与 外部热源介质之间发生热交换的设备。

制

冷

原

理

与

技

术

⒈ 冷凝器 　用冷凝器将制冷剂 从低温热源吸收的热量及

压缩后增加的热焓排放到高温热源。

冷凝器按冷却方式

空气冷却式冷凝器中根据管外空气流动方式

空气冷却式

水冷式

蒸发冷却式

自然对流空气冷却式冷凝器

强制对流空气冷却式冷凝器

制

冷

原

理

与

技

术 图 2-27 自然对流空气冷却式冷凝器

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-28 空气强制对流冷 凝器

1-肋片 2-传热管 3- 上封板 4-左端板 5-进气集管6-弯头7-出液集管 8- 下封板 9- 前封板10- 通风机 11- 装配螺钉

制

冷

原

理

与

技

术图 2-29 氨卧式壳管式冷凝器

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-30 氟利昂套管式冷凝器

制

冷

原

理

与

技

术图 2-31 蒸发式冷凝器结构原

理

1- 通风机 2-挡水栅

3-传热管组 4-水泵 5-滤网

6-补水阀 7-喷水嘴

制

冷

原

理

与

技

术

⒉ 蒸发器

　　 蒸发器是制冷机中的冷量输 出设备。制冷剂在蒸发 器中蒸发，吸收低温热源介质（水或空气）的热量，达到制冷的 目的。

制

冷

原

理

与

技

术

冷却空气的蒸发器

空气自然对流时多采用光盘管结构

空气强制对流 时采用翅片管结构

壳管式

沉没式

冷却液体（水或其它液体载冷剂）的蒸发 器

制

冷

原

理

与

技

术 图 2-32 卧式满液式蒸发器结构

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-33 干式壳管蒸发器

制

冷

原

理

与

技

术 图 2-34 空气强制对流的蒸发 器及其肋片管型式a) 蒸发器 b) 绕片管 c) 套片管

1-传热管 2-肋片 3-挡板 4- 通风机 5-集气管 6- 分液器

制

冷

原

理

与

技

术

（三）节流机构

　　　 节流机构是实现制冷循环 所必须的四个基本的系统组成部件之一

位于冷凝器与蒸发 器之间。

对制冷剂的流动 起扼制作用

使来自冷凝器的高压液态制冷剂压力降低

控制进入蒸发器的制冷剂 质流率

作用

制

冷

原

理

与

技

术

⒈ 毛细管

　　毛细管用在小型而且不需要精确调节流量的制冷装置。

家用冰箱

冷柜

房间空调器

简单

便宜

便于大批量生产

应用

长处

制

冷

原

理

与

技

术

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-36 R22 、 R12毛细管初步选择曲线图

制

冷

原

理

与

技

术

⒉ 手动膨胀阀

　　　 通常与其它控制元件配合使用，一般只在短时期内使用，例如在冷冻初期辅助送液，或者在自动膨胀阀出故障时作为旁路备用阀。

制

冷

原

理

与

技

术

⒊ 定压膨胀阀

从保持蒸发压力恒定为目的，自动调节蒸发器供液量。其结构原理是：由设定弹簧力和蒸发压力产生的流体压力之差提供阀打开方向的驱动力。当蒸发压力降低时，阀开大，供液量增多，以补偿蒸发压力的下降；当蒸发压力升高时，阀关小，供液量减少，抑制蒸发压力上升。

制

冷

原

理

与

技

术

⒋ 浮球阀

　　 用液位控制供液量。以浮球—杠杆机构产生阀动作的驱动力。根据制冷机的 情况，又分两种。对于制冷剂液体主要在高压侧（冷凝器或高压贮液器）的制冷机，采用高压浮球阀。它的浮球感受冷凝器或高压贮液器的液位。当液位升高时，阀开大，增大蒸发器供液量；当液位降低时，阀关小，减少供液量。

制

冷

原

理

与

技

术

⒌ 热力膨胀阀

广泛用于干式蒸发器的供液量调节 以蒸发器出口处制冷剂的过热度为控制 参数

通过弹簧力设定静态过热度

设定范围一般为 2～ 8℃

制

冷

原

理

与

技

术

蒸发器出口制冷剂的过热度低 于静态过热度时

阀处于关闭状态

过热度高于静态过热度时

阀才打开

并按二者之偏差成比例地改变阀开度，即成比例地调节送入蒸发器的制冷剂质流率。

制

冷

原

理

与

技

术(a) (b) (c)

图 2-37 热力膨胀阀结构原理图

阀结构示意图 阀与蒸发 器连接图 过热度控制原理

制

冷

原

理

与

技

术 图 2-38 阀的静态特性曲线及 MSS 线 QOK—额定制冷能力 曲线 K—静过热度设定最佳时，阀 K 的静特性

阀 B静特性与蒸发 器匹配不好 K′—静过热度设定过小时，阀 K 的静特性阀 K静特性与蒸发 器匹配好 K″—静过热度设定过大时，阀 K 的静

特性 B— 阀 B 的静特性

MSS— 蒸发器的稳定信号线

不稳定区

BK″K

K′

QOK

QOMSS

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-39 电子膨胀阀

流量调节系统原理 (a) 按真实过热度控

制

(b) 按温差控制

(a)

(b)

制

冷

原

理

与

技

术

　 目前，国际上流行的电子膨胀阀种类很多，按阀的结构型主要有三类：热动式、电磁式和电动式（双金属片式的热电膨胀阀已很少应用）。

6. 电子膨胀阀

⑴热动式膨胀阀 ⑵电磁式膨胀阀 ⑶电动式膨胀阀

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-40 电磁式膨胀阀结构

1 —出口 2—弹簧 3— 阀针 4— 阀杆 5—柱塞弹簧 6—柱塞 7— 线圈 8— 阀度 9— 入口

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-41 电动式膨胀阀（直动型）

1— 入口

2—针阀

3— 阀杆

4— 技术

5— 线圈

6—出口

制

冷

原

理

与

技

术

（四）管道

　 用管道将制冷机各组成部件连 接成一个完整的制冷系统，使制冷剂在封闭的系统中循环。

制

冷

原

理

与

技

术

管道的材质应与制冷剂 相容

管道与管道、管道与设备连 接处必须可靠密封，采用焊接或可拆连接（法兰或螺丝连接）

连接处采用密封材料时，密封材料也必须与制冷剂 相容

管道与外界环境接触，将与管 内制冷剂发生热交换

制冷剂在管道中流动 会产生管道压降

关于制冷剂管道应 考虑的问题是：

制

冷

原

理

与

技

术

按制冷剂的 四个主要组成部件分割，制冷剂管道有：

排气管

高压液管

低压液管

吸气管

制

冷

原

理

与

技

术

（五）其它部件

四个主要部件

压缩机

冷凝器

节流件

蒸发器

不可缺少管道

附加净化

贮集

分离设备

制

冷

原

理

与

技

术

⒈ 过滤器 ⒉干燥器⒊贮液器 ⒋集油器 ⒌油分离器⒍空气分离器