制冷原理与制冷系统

一、什么是制冷？

热力学第零定律：若两个热力学系统均与第三个系统处于热平衡状态，此两个系统也必互相处于热平衡。

热力学第二定律：不可能把热量从低温物体传递到高温物体而不产生其他影响。

制冷，即指在机械能、热能或其它能源驱动下，从低于环境温度的物体中吸热，并转移至环境介质的热力过程。

自然界中热量总是自发地从高温热源流向低温热源。

压缩制冷循环：蒸气压缩式制冷循环可概括为四个过程。

压缩过程：从蒸发器出来的干饱和蒸汽被吸入压缩机进行压缩，升压、升温至过热蒸汽状态。

冷凝过程：从压缩机排出的过热蒸汽，进入冷凝器后受到冷却物（冷水、冷风等）的冷却变为液体。

节流过程：从冷凝器出来的制冷剂液体经过膨胀装置降压到蒸发压力。节流后的冷却剂温度也下降到蒸发温度，并产生部分闪蒸气体。节流后的气液混合物进入蒸发器进行蒸发。

蒸发过程：低温低压的液体制冷剂在蒸发器中以汽化潜热方式吸收被冷却物热量后，变成低温低压的制冷剂蒸汽。

二、制冷系统

制冷剂的液体汽化制冷：

物质在一定温度、压强下会保持相对稳定的状态。常见的有固态、液态、气态。随着压力和温度的变化，物质的形态会发生转变，并伴随着体积变化和热量的吸收或释放。

制冷剂的分类：

制冷剂有很多别名，也被叫做冷媒、致冷剂、氟，在南方一些地区也被称为雪种。

制冷剂一般按性质分为三类：无机化合物、有机化合物、混合工质。

压缩机是制冷系统的心脏：

压缩机（英语：Gas compressor），是一种将气体体积压缩并同时提升气体压力的机械。 依据其运作原理，可分为容积式压缩机（positive-displacement）与气体动力式压缩机（英语：aerodynamic）。

容积式压缩机乃是将气体导入一密闭空间中，透过压缩原有气体体积而使内部压力上升。

气体动力式压缩机则是利用叶轮的高速转动，强制气体高速流动以产生动能，再通过降速增压，将气体动能转化为静压能。

冷凝器是换热器的一种，冷凝器能把气体或蒸气转变成液体，将管子中的热量，以很快的方式，传到管子附近的空气中。

膨胀装置又称节流装置，当制冷剂流体通过一小孔时，一部分静压力转变为动压力，流速急剧增大，成为湍流流动，流体发生扰动，摩擦阻力增加，静压下降，使流体达到降压调节流量的目的。

热力膨胀阀普遍用于氟利昂制冷系统中，通过感温机构的作用，随蒸发器出口处制冷剂的温度变化而自动变化，达到调节制冷剂供液量的目的。

毛细管是最简单的节流装置，毛细管是一根有规定长度的直径很细的紫铜管，它的内径一般为0.5～2mm。

电子膨胀阀的优点是：流量调节范围大；控制精度高；适用于智能控制；能适用于高效率的制冷剂流量的快速变化。

蒸发器也是换热器的一种，制冷系统由蒸发器实现制冷，一部分蒸发器用来冷却空气，称为表面式蒸发器。另一部分蒸发器用来冷却水，称为冷水机组蒸发器。

冷凝器散热到系统外，蒸发器从系统外吸热；即蒸发器内气液两相制冷剂在蒸发器内吸收蒸发器周围介质的热量，逐渐气化，直至变成饱和或过热的蒸气，然后离开蒸发器。

蒸发器常见问题：

结霜。制冷系统正常运行时蒸发器的表面温度远低于空气的露点温度，空气中的水分会析出而凝结在管壁上。若管壁温度低于0°时水露则凝结成霜。结霜也是制冷系统正常运行的结果，所以蒸发器表面允许少量的结霜。由于霜的热导率太小，霜层较厚时，犹如保温一样，使蒸发器中的冷量不容易散发出来，影响了蒸发器的制冷效果。同时，制冷剂在蒸发器内的蒸发情况也要减弱，不完全蒸发的制冷剂有可能被压缩机吸入而造成液击事故。　

解决办法是融霜。融霜的方法很多，如人工扫霜、制冷剂热熔霜、水融霜、电热融霜等。对于较小的制冷系统，可采用人工除霜和电热融霜，但应在系统停止运行时进行。对于较大的制冷系统，则应采用制冷剂热熔霜和水融霜。

制冷系统的温度控制就像开车。

由于制冷系统的蒸发温度是固定的，所以只要制冷系统持续运转，就会把环境温度降低到蒸发温度，而不是设定的目标温度。

就像开车一样，当车速到达目标值的时候，驾驶员就要松开油门，让车利用惯性前进。

制冷系统达到目标温度时，就会停止运转，直到环境温度又升高到一定的值，系统再次开始运转，周而复始。