製冷設備

製冷設備是製冷機與使用冷量的設施結合在一起的裝置。設計和建造製冷裝置，是為了有效地使用冷量來冷藏食品或其他物品；在低溫下進行產品的性能試驗和科學研究試驗；在工業生產中實現某些冷卻過程，或者進行空氣調節。物品在冷卻或凍結時要放出一定的熱量，製冷裝置的圍護結構在使用時也會傳入一定的熱量。因此為保持製冷裝置中的低溫條件，就必須裝設製冷機，以便連續不斷地移去這些熱量，或者利用冰的熔化或乾冰的升華吸收這些熱量。

在人工製冷開始發展以前，人類已經知道利用天然冰雪在簡易的設備中保持低溫條件，即利用天然冷源。在中國，約在3000年前已使用天然冰保藏食品，公元前七世紀《詩經》中就有關於採集、貯存和用天然冰冷藏食品的詩句。直到現代，人們仍然在應用冰、雪和地下水等天然冷源。用天然冰或人造冰冷卻的冷藏裝置，只能達到有限的低溫，技術條件和衛生條件較差，難以滿足多方面的要求。現代的製冷裝置都是應用製冷機來冷卻。

1834年，美國的J.珀金斯試製成功人力轉動的用乙醚為工質的可以連續工作的製冷機。1844年，美國的J.戈里試製了用空氣為工質的製冷機，用在醫院中製冰和冷卻空氣。1872～1874年，D.貝爾和C.von林德分別在美國和德國發明了氨壓縮機，並製成了氨蒸氣壓縮式製冷機，這是現代壓縮式製冷機的發端。19世紀50年代，法國的卡雷兄弟先後研製成功以硫酸和水為工質的吸收式製冷機和氨水吸收式製冷機。1910年出現了蒸汽噴射式製冷機。1930年出現了氟利昂製冷劑，促進了壓縮式製冷機的迅速發展。1945年，美國研製成功溴化銀吸收式製冷機。

製冷設備的冷卻方式有直接冷卻和間接冷卻兩種。直接冷卻是將製冷機的蒸發器裝設在製冷裝置的箱體或建築物內，利用製冷劑的蒸發直接冷卻其中的空氣，靠冷空氣冷卻需要冷卻的物體。這種冷卻方式的優點是冷卻速度快，傳熱溫差小，系統比較簡單，因而得到普遍應用。間接冷卻是靠製冷機蒸發器中製冷劑的蒸發，從而使載冷劑(例如鹽水)冷卻，再將載冷劑輸入製冷裝置的箱體或建築物內，通過換熱器冷卻其中的空氣。這種冷卻方式冷卻速度慢，總傳熱溫差大，系統也較複雜，故只用於較少的場合，如鹽水製冰和溫度要求恆定的冷庫等。

按照冷卻目的和冷量利用方式的不同，製冷裝置大體可分為冷藏用製冷裝置、試驗用製冷裝置、生產用製冷裝置和空調用製冷裝置四類。

冷藏用製冷裝置主要用於在低溫條件下貯藏或運輸食品和其他貨品，包括各種冰箱、冷庫、冷藏車、冷藏船和冷藏集裝箱等。

是將壓縮機送出的高壓高溫的製冷劑蒸氣冷凝成液體。常用的冷凝器有三類：①水冷式。以水作為冷卻劑，有管式冷凝器、套管式冷凝器及螺旋板式冷凝器。②噴淋式。同時以水和空氣作為冷卻劑，有噴淋式冷凝器（空氣為自然對流）和蒸髮式冷凝器（空氣為強制對流）。③空冷式。以空氣作為冷卻劑，即空氣冷凝器。

蒸發器又稱吸熱器，是通過液態製冷劑的沸騰汽化使載冷劑或被冷卻物體降溫的傳熱設備。蒸發器可分兩類：一類是冷卻液體式，用於冷卻液體載冷劑，有管殼式蒸發器及各種浸沒式蒸發器（如立管式、螺旋管式、蛇管式）。浸沒式蒸發器是將整個換熱面浸入盛有載冷劑的槽中，槽內經攪拌，強化換熱。另一類是冷卻空氣式，用於冷卻作為載冷劑的空氣，又分為管排和冷風機兩種。管排由垂直管、水平管或盤管組成，製冷劑在管內沸騰，管外空氣作自然對流，冷風機則是由管組與風機組成，使管外空氣作強制對流。

製冷機（refrigerating machine）將具有較低溫度的被冷卻物體的熱量轉移給環境介質從而獲得冷量的機器。從較低溫度物體轉移的熱量習慣上稱為冷量。製冷機內參與熱力過程變化（能量轉換和熱量轉移）的工質稱為製冷劑。製冷的溫度範圍通常在120K以上，120K以下屬深低溫技術範圍。製冷機廣泛應用於工農業生產和日常生活中。

根據工作原理製冷機可分為

①壓縮式製冷機。依靠壓縮機的作用提高製冷劑的壓力以實現製冷循環，按製冷劑種類又可分為蒸氣壓縮式製冷機（以液壓蒸發製冷為基礎，製冷劑要發生周期性的氣-液相變）和氣體壓縮式製冷機（以高壓氣體膨脹製冷為基礎，製冷劑始終處於氣體狀態）兩種。②吸收式製冷機。依靠吸收器-發生器組（熱化學壓縮器）的作用完成製冷循環，又可分為氨水吸收式、溴化鋰吸收式和吸收擴散式3種。③蒸汽噴射式製冷機。依靠蒸汽噴射器（噴射式壓縮器）的作用完成製冷循環。④半導體製冷器。利用半導體的熱-電效應製取冷量。製冷機的主要性能指標有工作溫度（對蒸氣壓縮式製冷機為蒸發溫度和冷凝溫度，對氣體壓縮式製冷機和半導體製冷器為被冷物體的溫度和冷卻介質的溫度），製冷量（製冷機單位時間內從被冷卻物體移去的熱量）、功率或耗熱量、製冷係數（衡量壓縮式製冷機經濟性的指標，指消耗單位功所能得到的冷量）以及熱力係數（衡量吸收式和蒸汽噴射式製冷機經濟性的指標，指消耗單位熱量所能得到的冷量）等。現代製冷機以蒸氣壓縮式製冷機應用最廣。

空調即房間空氣調節器(room air conditioner)，是一種用於給房間(或封閉空間、區域)提供處理空氣的機組。它的功能是對該房間（或封閉空間、區域）內空氣的溫度、濕度、潔凈度和空氣流速等參數進行調節，以滿足人體舒適或工藝過程的要求。

冷庫製冷裝置中常用的節流機構有手動膨脹閥、浮球閥和熱力膨脹閥三種。膨脹閥的選型主要以閥門的容量為依據，考慮到閥前後壓力差的大小及其他因素，一製冷能力選定其型號。

1、膨脹閥的結構：

膨脹閥的頂部由密封箱蓋波紋薄膜感溫包和毛細管組成一個密閉容器，裡面灌注氟里昂，成為感應機構，感應機構內灌注的製冷劑可以與製冷系統的相同，也可以不同，比如製冷系統用的是F—22，感溫包可灌注F—12或F—22，感溫包用來感受蒸發器出口的過熱蒸汽溫度，毛細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左右的薄合金片衝壓成形，斷面是波浪形的。受力后彈性形變性能很好，調節桿是用來調整膨脹閥門的開啟過熱度，在調試過程中用它來調節彈簧的彈力，調節桿向里旋時，彈簧壓緊，調節桿向外旋時，彈簧放鬆，傳動桿頂在閥針座與傳動盤之間傳遞壓力，閥針座上裝有閥針，用來開大或關小閥孔。

2、膨脹閥的工作原理：

膨脹閥通過感溫包感受蒸發器出口端過熱度的變化，導致感溫系統內(感溫系統是由感溫包、毛細管、傳動膜片和傳動波紋管這幾種互相連通的零件所構成的密閉系統)充注物質產生壓力變化、並作用於傳動膜片上．促使膜片形成上下位移，再通過傳動片將此力傳遞給傳動桿而推動閥針上下移動，使閥門關小或開大，起到降壓節流作用和自動調節蒸發器的製冷劑供給量並保持蒸發器出口端具有一定過熱度，得以保證蒸發器傳熱面積的充分利用，以及減少液擊沖缸現象的發生。

工作原理

空調器的製冷系統由蒸發器、壓縮機、冷凝器和毛細管四個主要部件組成。按照製冷循環工作的順序，依次用管道連接成一個整體。系統工作時、蒸發器內的製冷劑吸收室內空氣的熱量而蒸發成為壓力和溫度均較低的蒸氣，被壓縮機吸入並壓縮后，製冷劑的壓力和溫度均升高，然後排入冷凝器。製冷劑蒸氣在冷凝器內通過放熱給室外空氣而冷凝成為壓力較高的液體。製冷劑液體通過毛細管的節流，壓力和溫度均降低，再進入蒸發器蒸發，如此周而復始地循環工作，從而達到降低室內溫度的目的。

空調的發明

被稱為製冷之父的英國發明家威利斯·哈維蘭德·卡里爾（有的地方譯作開利）於1902年設計並安裝了第一部空調系統。美國紐約的一個印刷商發現溫度的變化能夠造成紙的變形，從而導致有色墨水失調，該空調系統就是為他設計的。卡里爾的專利1906年得到註冊。1902 年7月17日，這名才從康奈爾大學畢業一年的年輕人，在“水牛公司”（Buffalo Forge Co.）工作時，發明了冷氣機。但最初發明冷氣機的目的，並不是為人們帶來舒適的生活環境，而是為一些死物服務。水牛公司的其中一個客戶——紐約市沙克特威廉印刷廠，它的印刷機由於空氣的溫度及濕度變化，使紙張擴張及收縮不定，油墨對位不準，無法生產清晰的彩色印刷品。於是求助於水牛公司。開利心想既然可以利用空氣通過充滿蒸氣的線圈來保暖，何不利用空氣經過充滿冷水的線圈來降溫？空氣中的水會凝結於線圈上，如此一來，工廠里的空氣將會既涼爽又乾燥。

1902年7月17日，空調的時代就由這印刷廠首次使用冷氣機而開始。很快，其它的行業如紡織業、化工業、製藥業、食品甚至軍火業等，亦因空調的引進而使產品質量大大提高。1907年，第一台出口的空調，買家是日本的一家絲綢廠。1915年，開利成立了一家公司，至今它仍是世界最大的空調公司之一。但空調發明后的20年，享受的一直都是機器，而不是人。直到1924年，底特律的一家商場，常因天氣悶熱而有不少人暈倒，而首先安裝了三台中央空調，此舉大大成功，涼快的環境使得人們的消費意欲大增，自此，空調成為商家吸引顧客的有力工具，空調為人們服務的時代，正式來臨了。

但說到空調可以普及，主要是通過電影院成事的。大多數美國人是在電影院第一次接觸到空調的。20世紀20年代的電影院利用空調技術，承諾能為觀眾提供涼爽的空氣，使空調變得和電影本身一樣吸引人，而夏季也取代了冬季成為看電影的高峰季節。隨後出現了大量全年開放的室內娛樂場所，如賭場、室內運動場和商場，這些都得歸功於空調的出現。

1．降溫

在空調器設計與製造中，一般允許將溫度控制在16~32℃之間。如若溫度設定過低時，一方面增加不必要的電力消耗，另一方面造成室內外溫差偏大時，人們進出房間不能很快適應溫度變化，容易患感冒。

2．除濕

空調器在製冷過程中伴有除濕作用。人們感覺舒適的環境相對濕度應在40~60%左右，當相對濕度過大如在90%以上，即使溫度在舒適範圍內，人的感覺仍然不佳。

3、升溫

熱泵型與電熱型空調器都有升溫功能。升溫能力隨室外環境溫度下降逐步變小，若溫度在-5℃時幾乎不能滿足供熱要求。

4．凈化空氣

空氣中含一定量有害氣體如NH3、SO2等，以及各種汗臭、體臭和浴廁臭等臭氣。空調器凈化方法有：換新風、過濾、利用活性碳或光觸媒吸附和吸收等。

A、換新風：利用風機系統將室內潮濕空氣往室外排，使室內形成一定程度負壓，新鮮空氣從四周門縫、窗縫進入室內，改善室內空氣質量。

B、光觸媒：在光的照射下可以再生，將吸附（收）的氨氣、尼古丁、醋酸、硫化氫等有害物質釋放掉，可重新使用。

在二十世紀六，七十年代，美國地區發生罕見的乾旱天氣，為解決乾旱缺水地區的空調冷熱源問題，美國率先研製出風冷式冷水機,用空氣散熱代替冷卻塔，其英文名稱是：Air cool Chiller,簡稱為Chiller! 在空調歷史中，美國已經發展和改進了有風管的中央單元式系統，並得到了正在現場安裝和修理有風管的單元式空調系統的空調設備分銷商和經銷商的強力支持。WRAC是最簡單和最便宜的系統，能夠很容易的在零售商店中購得，並在持續高溫來的時候自己安裝。同時，無風管的SRAC和SPAC自70年代起在有別於美國市場的動力下在日本得到發展和改進。之後，設備設計和製造技術在90年代被轉讓到中國，這是通過與當地公司(包括主要元件如壓縮機、熱交換器、電勸機、精細閥和電子控制器的本地製造商)組成的合資公司進行的。在90年代中國也從其它先進國家吸收了較大型空調設備的先進高新技術，並與多數是美國的大公司組成合資企業。現今，中國已是一個頂級國家，她的當地主要工廠和合資企業製造了大量SRAC和SPAC以滿足增長的國內市場和出口需要。日本過去幾年在把SRAC和SPAC機組出口到中國、歐洲和中東以建立新的市場。但是中國現今已是最大的空調出口國，在2001年出口的WRAC，SRAC和SPAC機組總數達500萬台，2002年預計有750或800萬台機組出口，而日本正在失去出口的地位。