工作原理工業(yè)俗稱(chēng)冷凍機(jī)、制冷機(jī)、冰水機(jī)、凍水機(jī)、冷卻機(jī)等，因各行各業(yè)的使用比較廣泛，所以名字也就多得不計(jì)其數(shù)。其性質(zhì)原理是一個(gè)多功能的機(jī)器，除去了液體蒸氣通過(guò)壓縮或熱吸收式制冷循環(huán)。蒸汽壓縮冷水機(jī)組包括四個(gè)主要組成部分的蒸汽壓縮式制冷循環(huán)壓縮機(jī)，蒸發(fā)器，冷凝器，部分計(jì)量裝置的形式從而實(shí)現(xiàn)了不同的制冷劑。吸收式冷水機(jī)利用水作為制冷劑，并依靠之間的水和溴化鋰溶液，以達(dá)到制冷效果很強(qiáng)的親和力。
冷水機(jī)的工作原理是蒸氣壓縮式制冷，也即是利用液態(tài)制冷劑汽化時(shí)吸熱，蒸汽凝結(jié)時(shí)放熱的原理進(jìn)行制冷的。在制冷技術(shù)中，蒸發(fā)是指液態(tài)制冷劑達(dá)到沸騰時(shí)變成氣態(tài)的過(guò)程。液態(tài)變成氣態(tài)必須從外界吸收熱能才能實(shí)現(xiàn)，因此是吸熱過(guò)程，液態(tài)制冷劑蒸發(fā)汽化時(shí)的溫度叫做蒸發(fā)溫度，凝結(jié)是指蒸汽冷卻到等于或低于飽和溫度，使蒸汽轉(zhuǎn)化為液態(tài)。[1]
系統(tǒng)流程示意圖：
圖1-風(fēng)冷式冷水機(jī)原理流程圖：
圖2-水冷式冷水機(jī)原理流程圖
(說(shuō)明：圖1-風(fēng)冷式冷水機(jī)是利用殼管蒸發(fā)器使水與冷媒進(jìn)行熱交換，冷媒系統(tǒng)在吸收水中的熱負(fù)荷，使水降溫產(chǎn)生冷水后﹐通過(guò)壓縮機(jī)的作用使熱量帶到翅片式冷凝器，再由散熱風(fēng)扇散失到外界的空氣中(風(fēng)冷卻);圖2-水冷式冷水機(jī)是利用殼管蒸發(fā)器使水與冷媒進(jìn)行熱交換，冷媒系統(tǒng)在吸收水中的熱負(fù)荷，使水降溫產(chǎn)生冷水后﹐通過(guò)壓縮機(jī)的作用將熱量帶至殼管式冷凝器，由冷媒與水進(jìn)行熱交換﹐使水吸收熱量后通過(guò)水管將熱量帶出外部的冷卻塔散失(水冷卻))
如圖，開(kāi)始時(shí)由壓縮機(jī)吸入蒸發(fā)制冷后的低溫低壓制冷劑氣體，然后壓縮成高溫高壓氣體送冷凝器;高壓高溫氣體經(jīng)冷凝器冷卻后使氣體冷凝變?yōu)槌馗邏阂后w;當(dāng)常溫高壓液體流入熱力膨脹閥，經(jīng)節(jié)流成低溫低壓的濕蒸氣，流入殼管蒸發(fā)器，吸收蒸發(fā)器內(nèi)的冷凍水的熱量使水溫度下降;蒸發(fā)后的制冷劑再吸回到壓縮機(jī)中，又重復(fù)下一個(gè)制冷循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)制冷目的。
部件構(gòu)造和組成構(gòu)成
冷水機(jī)基本的制冷系統(tǒng)主要有四大部件：壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥。另外，為了改善制冷系統(tǒng)的性能，達(dá)到更好的使用性能，通常還有不少輔助器件：液體管路電磁閥、視液鏡、液體管道干燥過(guò)濾器、高低壓力控制器等。下面對(duì)冷水機(jī)的構(gòu)造組成部件一一介紹：[2]
壓縮機(jī)的種類(lèi)
1、壓縮機(jī)
在冷水機(jī)系統(tǒng)中，壓縮機(jī)是保證制冷的動(dòng)力，利用壓縮機(jī)增加系統(tǒng)內(nèi)制冷劑的壓力，使制冷劑在制冷系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，達(dá)到制冷目的。壓縮機(jī)按其結(jié)構(gòu)分為三類(lèi)：開(kāi)啟式、半封閉式、全封閉式。目前工業(yè)冷水機(jī)中大部分冷凍用水0℃以上冷水機(jī)都是采用全封閉式壓縮機(jī)，冷凍用水0℃以下的低溫型冷水機(jī)都是采用半封閉式壓縮機(jī)(常見(jiàn)有螺桿式和往復(fù)式)，而開(kāi)啟式冷水機(jī)一般是用在制冷劑是氨的制冷系統(tǒng)中。
全封閉制冷壓縮機(jī)是一種壓縮機(jī)與電動(dòng)機(jī)一起，裝置在一個(gè)密閉鐵殼內(nèi)形成的一個(gè)整體。從外表看只有壓縮機(jī)的吸排氣管接頭和電動(dòng)機(jī)的導(dǎo)線(xiàn);壓縮機(jī)殼分為上下兩部分，壓縮機(jī)和電動(dòng)機(jī)裝入后，上下鐵殼用電焊焊接成一體。平時(shí)不能拆卸，因此機(jī)器使用可靠。在全封閉制冷壓縮機(jī)中，又有活塞型壓縮機(jī)和渦旋式壓縮機(jī)。
全封閉渦旋式制冷壓縮機(jī)它的構(gòu)造主要由下列各項(xiàng)組成：旋轉(zhuǎn)式進(jìn)、出口閥門(mén);壓力表接口;內(nèi)置式過(guò)載保護(hù);彈性機(jī)座;曲軸箱加熱器;內(nèi)置式潤(rùn)滑油泵。
渦旋式制冷壓縮機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)是：1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：壓縮機(jī)體僅需2個(gè)部件(動(dòng)盤(pán)、定盤(pán))就可代替活塞壓縮機(jī)中的15個(gè)部件;2高效：吸氣氣體和變換處理氣體是分離的，以減少吸氣和處理之間的熱傳遞，可以提高壓縮機(jī)的效率。渦旋壓縮過(guò)程和變換過(guò)程都是非常安靜的。[3]
冷凝器的種類(lèi)
2、冷凝器制冷系統(tǒng)的高溫高壓氟里昂從壓縮機(jī)出來(lái)后進(jìn)入冷凝器中，向冷卻介質(zhì)釋放出大量熱量，被冷卻液化。那么，冷凝器按其冷卻形式可分為三大類(lèi)型：水冷式、風(fēng)冷式、蒸發(fā)式及淋水式。
2-1、水冷式：
在水冷式冷凝器中，制冷劑放出熱量被冷卻水帶走。冷卻水可以一次流過(guò)，也可以循環(huán)使用。當(dāng)使用循環(huán)水時(shí)，需要有冷卻水塔或冷水池。水冷冷凝器有殼管式、套管式、沉浸式等結(jié)構(gòu)形式。
水冷式冷水機(jī)用的冷凝器常用的是殼管式冷凝器，外殼采用5mm以上厚度之鋼管制成，經(jīng)防銹處理，耐壓20Kg/平方厘米。熱交換管采用高效率之高效無(wú)縫紫銅管，耐壓10
Kg/平方厘米，兩端蓋可互換以變更接水管方向，水管流程多回路，各臺(tái)冷凝器者與壓縮機(jī)容量互相配合，其總熱傳導(dǎo)系數(shù)應(yīng)能容許0.00005Kcal/h.平方厘米℃-1結(jié)垢因子，冷凝器水壓降不超過(guò)6.5mAq，直通式水管易清洗維護(hù)保養(yǎng)。
2-2、風(fēng)冷式：
在風(fēng)冷式冷凝器中，制冷劑放出的熱量被空氣帶走。它的結(jié)構(gòu)形式主要為若干組銅管所組成，由于空氣傳熱性能很差，故通常都在銅管外增加肋片，以增加空氣側(cè)的傳熱面積，同時(shí)采用通風(fēng)機(jī)來(lái)加速空氣流動(dòng)，使空氣強(qiáng)制對(duì)流以增加散熱效果。
2-3、蒸發(fā)式及淋水式：
在這類(lèi)冷凝器中，制冷劑在管內(nèi)冷凝，管外同時(shí)受到水及空氣的冷卻。
蒸發(fā)器的種類(lèi)
3、蒸發(fā)器
當(dāng)制冷系統(tǒng)的氟里昂液態(tài)進(jìn)入膨脹閥節(jié)流后送入蒸發(fā)器，屬于汽化過(guò)程，這時(shí)候需要吸收大量熱量，使被冷卻的價(jià)質(zhì)溫度逐步降低，以達(dá)到制冷降溫的效果。那么，按其被冷卻的介質(zhì)種類(lèi)可分為冷卻液體(水)的蒸發(fā)器(干式蒸發(fā)器)和冷卻空氣用的蒸發(fā)器(表冷式蒸發(fā)器)這兩大類(lèi)。
在這里主要介紹的是冷水機(jī)制冷系統(tǒng)中所使用的蒸發(fā)器，一般是為干式殼管式蒸發(fā)器。冷媒于熱交換管內(nèi)蒸發(fā)，水在殼管側(cè)流動(dòng)，為增加熱交換效率，于殼管側(cè)設(shè)2mm厚擋水板，使水左右往復(fù)流動(dòng)，達(dá)到冰鹵水產(chǎn)生之目的，容器外殼采用6mm厚度以上之鋼管制成，可耐壓10
Kg/平方厘米，外部以PE發(fā)泡板保溫。熱交換管采用高效無(wú)縫紫銅管，經(jīng)壓花工藝加工成內(nèi)螺紋肋管，使其傳熱面積增加，并提高了傳熱效能，耐壓20
Kg/平方厘米;端板制作結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)，熱交換管與端板為脹管式結(jié)合，并在端蓋內(nèi)加隔板使冷媒分成多路流動(dòng)，以保持冷凍油回流，冷媒液管及低壓管均以工作閥連接，其總熱傳導(dǎo)系數(shù)應(yīng)能容許0.086
M2℃/KW結(jié)垢因子，經(jīng)蒸發(fā)器之水壓降不超過(guò)6.5mAq。[5]
4、熱力膨脹閥
在冷水機(jī)的制冷劑系統(tǒng)流程圖中，我們發(fā)現(xiàn)冷凝器出口與蒸發(fā)器的入口之間有一個(gè)很小的部件叫作熱力膨脹閥，它是一個(gè)節(jié)流降壓的部件，使制冷劑的冷凝壓力調(diào)降為蒸發(fā)壓力，所以它在制冷系統(tǒng)中的作用必不可少，它與制冷壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器、并稱(chēng)為制冷系統(tǒng)四大部件。
4-1、熱力膨脹閥的結(jié)構(gòu)
膨脹閥的頂部由密封箱蓋波紋薄膜感溫包和毛細(xì)管組成一個(gè)密閉容器，里面灌注氟里昂，成為感應(yīng)機(jī)構(gòu)，感應(yīng)機(jī)構(gòu)內(nèi)灌注的制冷劑可以與制冷系統(tǒng)的相同，也可以不同，比如制冷系統(tǒng)用的是F—22，感溫包可灌注F—12或F—22，感溫包用來(lái)感受蒸發(fā)器出口的過(guò)熱蒸汽溫度，毛細(xì)管作為密封箱與感溫包的連接管，傳遞壓力作用在膜片上，波膜片是由一塊0.2mm左右的薄合金片沖壓成形，斷面是波浪形的。受力后彈性形變性能很好，調(diào)節(jié)桿是用來(lái)調(diào)整膨脹閥門(mén)的開(kāi)啟過(guò)熱度，在調(diào)試過(guò)程中用它來(lái)調(diào)節(jié)彈簧的彈力，調(diào)節(jié)桿向里旋時(shí)，彈簧壓緊，調(diào)節(jié)桿向外旋時(shí)，彈簧放松，傳動(dòng)桿頂在閥針座與傳動(dòng)盤(pán)之間傳遞壓力，閥針座上裝有閥針，用來(lái)開(kāi)大或關(guān)小閥孔。
4-2、熱力膨脹閥的工作原理
膨脹閥通過(guò)感溫包感受蒸發(fā)器出口端過(guò)熱度的變化，導(dǎo)致感溫系統(tǒng)內(nèi)(感溫系統(tǒng)是由感溫包、毛細(xì)管、傳動(dòng)膜片和傳動(dòng)波紋管這幾種互相連通的零件所構(gòu)成的密閉系統(tǒng))充注物質(zhì)產(chǎn)生壓力變化、并作用于傳動(dòng)膜片上.促使膜片形成上下位移，再通過(guò)傳動(dòng)片將此力傳遞給傳動(dòng)桿而推動(dòng)閥針上下移動(dòng)，使閥門(mén)關(guān)小或開(kāi)大，起到降壓節(jié)流作用和自動(dòng)調(diào)節(jié)蒸發(fā)器的制冷劑供給量并保持蒸發(fā)器出口端具有一定過(guò)熱度，得以保證蒸發(fā)器傳熱面積的充分利用，以及減少液擊沖缸現(xiàn)象的發(fā)生。
4-3、膨脹閥的種類(lèi)(內(nèi)平衡、外平衡)
作用于熱力膨脹閥體內(nèi)傳動(dòng)膜片下部的壓力為節(jié)流后的蒸發(fā)壓力(這一壓力通過(guò)傳動(dòng)桿和傳動(dòng)片的縫隙而進(jìn)入膜片下部分空間)這種結(jié)構(gòu)稱(chēng)為內(nèi)平衡式膨脹閥。作用于熱力膨脹閥體內(nèi)傳動(dòng)膜片下部的壓力不是節(jié)流后的蒸發(fā)壓力，而是通過(guò)外接平衡管將蒸發(fā)器出口端的壓力引入傳動(dòng)膜片下部空間結(jié)構(gòu)的閥門(mén)、稱(chēng)為外平衡式熱力膨脹閥。與內(nèi)平衡式膨脹閥相比，外平衡式熱力膨脹閥的過(guò)熱度要小得多，所以采用外平衡式熱力膨脹閥時(shí)，能充分發(fā)揮蒸發(fā)器的傳熱面積的作用和提高制冷裝置的效果，在蒸發(fā)器阻力較小、壓力損失不大的情況下，可選用內(nèi)平衡式熱力膨脹閥;當(dāng)蒸發(fā)阻力較大，壓力損失比較大或具有液體分配器時(shí)，應(yīng)選用外平衡式熱力膨脹閥。采用分配器的，一般都選用外平衡膨脹閥。在制冷設(shè)備的冷水機(jī)中通常采用外平衡式熱力膨脹閥。[6]
5、其它輔件
5-1、液體管道干燥過(guò)濾器
通常液體管道干燥過(guò)濾器是不可拆卸的。內(nèi)部采用分子篩結(jié)構(gòu)，能夠去除管道中的少量雜質(zhì)水份等，起到凈化系統(tǒng)的目的。因管道在焊接中會(huì)出現(xiàn)氧化物，并且氟里昂制冷劑的純度也有所不一，所以我們采用的氟里昂制冷劑都要求進(jìn)口的。液體管道干燥過(guò)濾器出現(xiàn)堵塞時(shí)，會(huì)引起吸氣壓力降低，在過(guò)濾器兩端會(huì)出現(xiàn)溫差，如出現(xiàn)這種情況，需要更換過(guò)濾器。
5-2、高低壓力控制器在制冷系統(tǒng)中高低壓力控制器是起保護(hù)作用的裝置。高壓保護(hù)是上限保護(hù)，當(dāng)高壓壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，高壓控制器斷開(kāi)，使壓縮機(jī)接觸器線(xiàn)圈釋放，壓縮機(jī)停止工作，避免在超高高壓下運(yùn)行損壞零件。高壓保護(hù)是手動(dòng)復(fù)位，當(dāng)壓縮機(jī)要再次啟動(dòng)時(shí)，需先按下復(fù)位按鈕。當(dāng)然，在重新啟動(dòng)壓縮機(jī)前，應(yīng)先檢查出造成高壓過(guò)高的原因，給予排除后，才能使機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)正常。
低壓保護(hù)是為了避免制冷系統(tǒng)在過(guò)低壓力下運(yùn)行而設(shè)置的保護(hù)裝置。它的設(shè)定分為高限和低限。它的控制原理是：低壓斷開(kāi)值就是上限一下限的壓差值，重新開(kāi)機(jī)值是上限值。低壓控制器是自動(dòng)復(fù)位，所以要求操作人員經(jīng)常觀察機(jī)器的運(yùn)行情況，出現(xiàn)報(bào)警時(shí)要及時(shí)處理，避免壓縮機(jī)長(zhǎng)時(shí)間頻繁啟停而影響壽命。
