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第八章 船舶制冷与空气调节装置 第一节 船舶制冷装置 所谓制冷，就是用人工方法从被冷却对象中移出热量，使其温度降低到一种相对的低的状态。显然，要使一个冷藏室中的温度低于周围环境温度，必须不断地从室内移出热量。因为热量只会自行从高温处传至低温处，而不能反向转移，所以制冷装置的功用就在于将冷藏室中的热量强行排出。 在船上安装制冷装置的目的是：1伙食冷藏 船舶一般来说本身都必须储藏相当数量的食品，以满足船上人员生活上的需要。为了储存食品，大多设有伙食冷库和相应的制冷装置，船上习惯称为伙食冰机。比如。有的远洋船一次在海上就得连续航行一个多月，就“育鲲”轮来说，是一条远洋实习船，船上的船员和实习生通常都是二百多人， 因此必须设有相当容积的食品冷库和制冷装置。 2船舶空调 现代船舶为了能向船员和旅客提供适宜的生活条件和工作环境，一般都装有空气调节装置。为空调提供冷源的制冷装置船上习惯称为空调冰机。 3冷藏运输 为了防止易腐蚀食品或一些特殊货物，在运输过程中腐烂变质或蒸发、自燃或爆炸，早在19世纪80年代就开始建造并使用专门运送冷藏货物的冷藏船。现在冷藏集装箱运输已日趋普遍，冷藏船和冷藏集装箱都设有专门的制冷装置。 食品冷库的冷藏条件是： 1温度 低温是食品冷藏最重要的条件。低温可以抑制微生物的活动，同时也抑制水果、蔬菜的呼吸，延缓其成熟。只有食品中的水分完全冻结，微生物的生命活动才会停止。食品中的水分溶有盐类等物质，要完全冻结约需60；但到20时食品中的大部分微生物已基本停止繁殖。储藏冻结的肉、鱼类食品的船舶伙食冷库习惯称为低温库。长航线航行的船低温库储藏温度以1822为宜(也有的设计温度低至25)，肉类能较长时间(半年以上)保存。库温保持在0以上的其他伙食冷库习惯称为高温库，其中菜库温度多保持在05，粮库和干货可选择为1215左右。 2湿度 相对湿度过低会使未包装的食品因水分散失而干缩；而湿度过高又使霉菌容易繁殖，但对冷冻食物影响不大。因此，高温库适宜的相对湿度为8590，低温库可保持在9095。冷库一般在降温过程中能保持适宜的湿度，不需要专门调节。 食品在冷藏期间会发生干缩。这是因为食品在降温过程温度比库温高，其表面的水分容易蒸发而不断散失。食品干缩速度不仅取决于库内空气的含湿量，还与库内空气流速及食品的性质、外形和包装方式有关。侵入库内的热量越多，制冷装置工作的时间越长，则食品的水分转移到制冷蒸发器表面的霜、露就越多。 3二氧化碳和氧气的浓度 适当减少O2和增加CO2的浓度，能抑制水果蔬菜呼吸和微生物的活动，可减少水分的散失，储藏期可比普通冷藏库延长051倍，但如果CO2浓度过高呼吸就会过弱，菜、果反而更快变质腐烂。莱、果库一般以CO2浓度控制在58(大气中含量约为04)、O2浓度控制在25为宜。 船舶冷库采用适当的通风换气来保持合适的气体成分。所谓舱室的换气次数是指更换了相当于多少个舱室容积的新鲜空气量。果蔬类冷藏舱或冷藏集装箱的换气次数以每昼夜24次为宜。船上菜库由于每天开门存取食品，一般无需特意换气。 4臭氧浓度 臭氧是分子式为O3的气体，它在一般条件下极易分解，即O3O2O，产生的单原子氧其氧化能力很强，能使细菌、霉菌等微生物的蛋白质外壳氧化变性而死亡。臭氧除杀菌作用外，还可抑制水果的呼吸，防止其过快成熟，这是因为水果在呼吸时会放出少量的乙烯，对水果有催熟作用，而臭氧能使乙烯氧化而消除。此外，臭氧还有除臭作用。但臭氧也会使奶制品和油脂类食物的脂肪氧化，产生脂肪酸而变质，故目前在船上臭氧多用于莱库。臭氧可由臭氧发生器产生，它是利用两个金属电极间的高压放电，使空气中的氧气转变成臭氧，即3O22O3，这和夏季雷雨时天空中的闪电能使大气产生臭氧一样。臭氧发生器宜装设在冷库高处，因为臭氧在空气中相对密度较大，放在高处有利臭氧散播。 臭氧一般来说是无毒安全的，呼吸01 ppm以下体积分数的臭氧对人体还有保健作用。但由于其强氧化作用，体积分数超过15ppm(空气中含量约2mgm3)时，会刺激人的呼吸道黏膜并使人头疼，故进冷库前应停止臭氧发生器的工作。国际臭氧协会制定的卫生标准是01 ppm、接触不超过10 h(我国标准是015 ppm，不超过8h)。臭氧体积分数达到002ppm时嗅觉灵敏的人可嗅到草腥味，体积分数超过015 ppm时一般人都能嗅出。一、蒸气压缩式制冷的原理和工况 机械制冷的方法主要有蒸发制冷、气体膨胀制冷和半导体制冷，其中蒸发制冷最为普遍。蒸发制冷是利用液体蒸发汽化时吸收汽化潜热的原理来制冷，常用的有蒸气压缩式(简称压缩式)、吸收式和蒸汽喷射式三种。下面只介绍蒸气压缩式制冷方式。1蒸气压缩式制冷的原理 （1）液态与气态互相转换的规律 任何物质当其呈液态时，总有一些动能大的分子能脱离液面蒸发成为气体，液体温度越高，单位时间内汽化的质量就越多，液体汽化时如果不能从外界吸热，则汽化后剩下液体的温度就会降低。另一方面，气体分子在运动总会有一部分返回到液体中去，气体的压力越大，单位时间液化的质量就越多，气体液化时要放热，如不能向外散热，液体的温度就会升高。当液体温度既定时，液面气体压力达到某既定值则汽化和液化会达到动态平衡，液面上气体达到饱和状态，这时的气体压力称为该温度所对应的饱和(蒸气)压力，而这时的温度就称为该压力所对应的饱和温度。 任何液态物质都存在自身固有的饱和温度和饱和压力的对应关系。温度越高，饱和压力也越高，反之亦然。 压缩制冷所用的工质制冷剂(简称冷剂)通常是常温下饱和压力较高的液体。当液态冷剂单独贮放在冷剂瓶中时，瓶内压力便是它在该温度所对应的饱和压力。温度升高则瓶内压力也随之升高，例如制冷剂R404A在30时的饱和压力(绝对)是1415 MPa，如温度升高到50，饱和压力便升高到230 MPa。因此，为安全起见，冷剂瓶不应被太阳暴晒和接近高温热源。当需要把冷剂从甲容器转移到乙容器中时，只要用能耐压的接管将两容器相连，使甲容器瓶口向下，并适当加热甲容器(例如浇热水)或冷却乙容器(例如浸冰水)，使两容器保持一定温差(压差)即可。 当液体温度低于其压力所对应的饱和温度时，汽化只在液面上发生。而液体被加热到温度升高到其压力所对应的饱和温度时，内部便会产生许多气泡，因其饱和压力已达到液体所受压力而不至被“压灭”，便会随液体吸热汽化而长大浮起，这种在液体表面和内部同时进行的较剧烈的汽化现象称为沸腾。液体沸腾时被加热温度(沸点)也不变，所吸收的热量用于使液体汽化；反之，气体被冷却到其压力所对应的饱和温度时便开始冷凝成液体，放出潜热。在冷凝过程中气体和液体的温度(冷凝温度)保持不变。在同样压力下冷凝温度和沸点相同。单位质量的某物质在既定压力下全部汽化所吸收的热量与液化所放出的热量相等，称为汽化潜热。在沸腾或冷凝过程中，气体称为饱和蒸气，液体称为饱和液体，二者的混合物称为湿蒸气。饱和蒸气在湿蒸气中所占的质量比例称为干度。液体全部汽化后，干度为1的饱和蒸气称为干饱和蒸气。干饱和蒸气继续吸热而温度升高即成为过热蒸气。过热蒸气的温度与其压力所对应的饱和温度之差称为过热度。另外，湿蒸气在液化过程中干度降为0的饱和液体继续冷却而温度下降即成为过冷液体，其温度称过冷温度。液体所处压力所对应的饱和温度与液体实际温度(过冷温度)之差称为过冷度。 （2）压缩制冷的基本循环图8-1 蒸气压缩式制冷原理冷凝器蒸发器液管排气管压缩机膨胀阀 压缩制冷的原理可参照图8-1叙述如下：如果将钢瓶中的冷剂经膨胀阀泄放到冷却盘管(蒸发器)中，而使盘管内的压力保持比钢瓶中低得多，则冷剂流经阀后压力便急剧降低。因其原来温度远高于盘管中压力所对应的饱和温度，部分冷剂便迅速闪发成气，其汽化潜热取自其余未汽化的液体，气、液温度均降为阀后压力所对应的饱和温度。这就像锅炉中温度高于1000C的水被泄放到大气中，其中一部分会闪发成汽，其余水的温度立即降到l000C一样。拿R404A来说，如阀后表压力为0203MPa，其饱和温度(在此称蒸发温度)约为200C，这时阀后管壁立即结满霜层。冷剂在蒸发器中从周围的空气吸热使之降温，本身不断汽化，至接近盘管出口处即可成为过热蒸气。为了使盘管中气压能保持较低，并能回收冷剂供循环使用，盘管出口应接气体压缩机吸口。压缩机从盘管中吸人冷剂过热蒸气并压送到冷凝器中。冷凝器不断接受压缩机排出的温度较高(吸收了压缩机耗功所转换成的热)的过热蒸气，因而气压较高。压力越高则饱和温度越高，例如R404A在表压1315MPa时，饱和温度为300C，低于此温度的冷却介质(例如处于环境气温的空气或船舶的舷外水)便能将冷剂过热蒸气冷却到饱和温度(在此称冷凝温度)而液化，在冷凝器底部的液体还可能有一些过冷度。将冷凝器中的冷剂液体引至膨胀阀，则可再流经阀循环使用。 膨胀阀、蒸发器、压缩机、冷凝器是组成压缩制冷循环的基本元件。它们的功用是： 膨胀阀使流过的冷剂节流降压，并可控冷剂的流量； 蒸发器使流经其中的冷剂吸热汽化； 压缩机抽吸蒸发器产生的冷剂蒸气并将其压送到冷凝器中； 冷凝器使压缩机送来的冷剂气体冷却并液化。 在压缩制冷循环中，从膨胀阀至压缩机吸口为系统的低压部分；从压缩机排出口到膨胀阀进口为系统的高压部分。在此循环中，冷剂在蒸发器中所吸收的热量加上压缩冷剂气体耗功所转换成的热量，经冷凝器传给冷却介质带走。2单级制冷压缩机的工况和性能曲线 制冷压缩机的工况是指其所参加的制冷循环的主要温度条件：冷剂的蒸发温度(或吸人压力对应的饱和温度)、冷凝温度(或排出压力对应的饱和温度)、吸气过热度和膨胀阀前的液体过冷度。其中影响较的制冷大的是蒸发温度和冷凝温度。 （1）工况参数对制冷装置性能的影响 下面分析各温度条件变化对装置性能制冷压缩机的制冷量、轴功率和表示制冷循环经济性好坏系数的影响： 制冷量Qo压缩机的质量流量G单位(质量流量的)制冷量qo； 轴功率Pe压缩机的质量流量G单位(质量流量的)理论功wo； 制冷系数qo/wo。 既定的活塞式制冷压缩机若转速和工作缸数不变，理论容积流量Vt为定值，其质量流量GVtv1，将随输气系数和吸气比容v1而变。 在实际工作中，各温度条件的变化是相互影响的，例如冷凝温度(压力)变化可能使通过膨胀阀的流量变化，多少会影响蒸发温度(压力)；而蒸发温度(压力)和吸气过热度(吸人温度)改变会导致压缩机质量流量改变，也会对冷凝温度(压力)有影响。为了在研究温度条件变化对制冷机工作的影响口寸突出主要矛盾，在下面的分析中假设某温度条件改变时，压缩机的技术状况和其他温度条件不变。 冷凝温度tk变化的影响 冷凝温度是对应于冷凝压力的饱和温度。压缩机排出压力表所指示的排气压力通常近似地等于冷凝压力，其对应的饱和温度可近似看做是冷凝温度。冷凝压力的大小是由压缩机的质量流量与冷凝器单位时间冷凝量的动态平衡关系所决定。一方面若冷凝器换热能力差(取决于冷却介质的温度、流量和传热面积、传热系数)，或冷凝器中聚集了不凝性气体，则冷凝压力就高；另一方面压缩机吸气压力高，质量流量增大，则冷凝压力也会升高。调节冷凝压力的办法主要是调节冷却介质的流量。 假设其他条件不变，冷凝温度升高，则膨胀阀的节流压降增大，节流后冷剂湿蒸气的于度增大，单位制冷量减小；另外，输气系数也因压力比增加而减小，吸气比容未变，故冷剂的质量流量会略有减少；所以制冷量会减小。同时，由于单位压缩功增大，其影响超过了略有降低的质量流量，故轴功率将增大。而制冷系数显然会减小。 反之，冷凝器的冷却效果越好，则pk越低，一般会使Qo增大、Pe减小、增大，对工作有利。但如果pk太低，会使流过膨胀阀的流量不足，蒸发压力降低，如下面要分析的，反而会使制冷量和制冷系数减小。 蒸发温度t0变化的影响 蒸发温度是对应于蒸发器中蒸发压力的饱和温度。由于吸气管(从蒸发器到压缩机)阻力引起的压降不大，故可以将压缩机进口压力表指示的吸人压力近似地看做是蒸发压力，氟利昂系统吸人压力所对应的饱和温度通常比蒸发温度低不到10C。 蒸发压力的大小是由蒸发器的蒸发量(单位时间产气量)和压缩机质量流量间的动态平衡关系所决定。如果被冷却介质温度降低、蒸发器供液不足或传热不良(例如结霜厚、风机风速低)，则蒸发量减少，蒸发压力就降低；反之，若蒸发器蒸发量大，则蒸发压力就高。另一方面压缩机质量流量变化也会影响蒸发压力。容量可调的压缩机可通过调节质量流量(例如增减工作缸数)来调节蒸发压力。 假设其他条件不变，蒸发温度降低，则吸气压力降低，吸气比容增大，冷剂质量流量减小，同时单位制冷量稍有降低，故制冷量减小。另外，因为单位压缩功增大，制冷系数显然会减小：至于轴功率的变化难以直观判断，因为蒸发温度降低时单位压缩功虽然增大，但冷剂的质量流量却减小。由工程热力学可算出，常用冷剂压力比约等于3时轴功率最大。实际工作时压缩机的压力比多大于3，故蒸发温度降低而压力比增大时，轴功率是降低的。反之，蒸发压力和蒸发温度升高，制冷量和制冷系数会增高。 供液过冷度的影响 膨胀阀前所供给的冷剂液体的过冷度是该处冷剂的温度低于其压力所对应的饱和温度之差值。假设其他条件不变，膨胀阀前冷剂的供液过冷度增加，则节流降压后闪发成气的比例小，即冷剂干度小，单位制冷量增加，故制冷量会增加；而压缩机轴功率不变，制冷系数提高。 实际装置靠增加冷凝器换热面积来提高过冷度，所能达到的过冷度一般仅为35，故冷凝器到膨胀阀这段液管因流阻及管路上行导致的压降不宜超过4070kPa，否则液管中的冷剂可能因过冷度消失而提前闪气，使制冷量降低。为了提高过冷度，常需另外采用设备和措施，详见下面“回热循环”和“采用蒸发式过冷器的过冷循环”所述。 吸气过热度的影响 压缩机进口的冷剂温度高于吸人压力所对应的饱和温度之差值为吸气过热度，显然，它取决于向蒸发器的冷剂供液量和冷剂在蒸发器和吸气管的换热量。 假设其他条件不变，吸气过热度增加，而过热是在蒸发器内完成的，则单位制冷量增加；但是单位压缩功也增加，故对制冷系数的影响要取决于冷剂的性质。图8-2 采用回热器的制冷装置冷凝器压缩机回热器膨胀阀蒸发器 吸气过热度增加虽然使单位制冷量增加，但吸气比容也增大，使质量流量减少，对装置制冷量的影响也要看两者哪个影响大。上述冷剂当吸气过热度提高时，单位压缩功的增加不如质量流量减少得快，故轴功率是减少的。吸气过热度太高会使排气温度和滑油温度过高。如果压缩机吸气的过热是冷剂离开蒸发器后在吸气管中从周围环境吸热造成，则冷剂的单位制冷量实际并术增加，故装置的制冷量和制冷系数会下降，这称为“有害过热”。（2）回热循环 让从冷凝器中凝结的冷剂液体与刚离开蒸发器的冷剂蒸气换热，使前者进一步过冷，后者进一步过热，是用来提高冷剂供液过冷度的常用方法之一，这样的制冷循环称为回热循环。由于液体的比熟容比蒸气大，故液体的温降小于蒸气的温升。 回热器是用来实现回热循环的气液换热器。通常做成冷剂液体在盘管内流过，而气体在盘管外的壳体中逆向流过。 图8-2所示为采用回热器的制冷装置简图。也有的装置让吸气管穿过贮液器来实现回热循环；更简单的是使吸气管贴紧液管相互换热，而在它们外面包以隔热材料。 回热循环实现了过冷，单位制冷量增大；但同时也因过热而使单位压缩功增大，质量流量减少，对制冷量、轴功率和制冷系数的影响同增加吸气过热度的影响完全一样，与所用的冷剂有关。若制冷装置膨胀阀前液管的压降较大，为防止 “闪气”可采用回热循环；这同时还可以减少吸气管的有害过热和降低压缩机吸人液体的可能性(这些不是主要的，也可用加强吸气管隔热和设气液分离器的办法解决)。一些制冷装置采用回热循环不能提高Qo、；而有的制冷装置图8-3 采用蒸发式过冷器的制冷装置4GmGnGn34蒸发器膨胀阀过冷器Gm冷凝器GG压缩机321所用工况的排气温度较高，采用回热循环会使吸、排气和滑油的温度更加偏高，会增加吸气预热损失，并降低滑油密封、润滑性能和使用寿命，因而不宜采用回热循环。 有的排气温度不高的冷剂，例如R404A，其放热系数较大，可采用回热循环提高吸气温度，以便减少有害过热和防止吸人管结露引起腐蚀。 （3）采用蒸发式过冷器的过冷循环 若制冷装置液管压降较大需提高液体过冷度，又要防止吸、排气和滑油温度过高，可采用设蒸发式过冷器的过冷循环，其装置简图如图8-3所示。采用蒸发式过冷器与不用过冷器的活塞式压缩机制冷装置相比，单位制冷量不变，单位压缩功和制冷系数也不变。二、制冷剂和冷冻机油 1制冷剂 制冷剂是制冷装置用来完成制冷循环的工质。近几十年来船上普遍使用的冷剂是氟利昂(Freon)，它是卤代烃的商品名。冷剂氟利昂的制作是将甲烷(CH4)或乙烷(C2H6)中的氢原子用卤素氟(F)、氯(Cl)原子全部或部分取代而成。由甲烷制成的用R XX表示，由乙烷制成的用R1 XX表示；若有分子式相同的异构体在后面加a、b、c等。 在距地球表面1560km的大气层中臭氧含量相对较多，此臭氧层能将太阳辐射至地面的紫外线绝大部分吸收。科学研究发现，有些含氯的氟利昂在地表外的大气中很难分解，升至高空臭氧层后，在强烈的紫外线作用下释放出氯离子，会起催化作用而大量损耗臭氧，形成臭氧空洞，使到达地面的紫外线显著增强，对人类健康和农作物、海洋浮游生物的生长不利，并引起气候异常。这种分解臭氧的能力通常用“臭氧耗损潜值”ODP来衡量，它是以R11为基准，将其ODP值定为l而得出的相对指标。 另外，CO2和大部分冷剂及某些其他气体还有“温室效应”，即能吸收到达地面后又被反射的太阳射线，再辐射加热地面空气，从而使全球变暖，对人类生存环境产生不利影响。“全球变暖潜值”GWP是衡量物质温室效应大小的相对指标，常以CO2(也有用R11的)为比较基准，定其GWP值为1。氟利昂的GWP值是CO2的几千倍，但其耗量少得多，对全球变暖的相对影响不足1，随着世界各国制冷剂使用量的不断这增大，这种影响也绝不可忽视。 CFCS表示不含氢的氯氟烃，ODP值高，按国际协议已从1996年(发展中国家推迟至2010年)起禁用。HCFCS表示含氢氯氟烃，ODP值较低，按协议属第二批受控物质，2020年(发展中国家2030年)起禁用，欧共体己提前至2015年禁用，而R22在德、意等国2000年已禁用。HFCS表示无氯的含氢氟化烃，ODP0，未限制使用。共沸冷剂是由两种氟利昂按一定比例合成的共沸混合物，用R5 XX表示。这类冷剂在汽化或液化的相变过程中，液、气相物质组分的质量分数始终不变；相变压力既定则相变温度始终不变，彼此有既定的相应关系，就和单一物质一样。共沸冷剂的标准沸点比组成它的纯冷剂都低，因此，可用在蒸发温度要求较低的制冷装置中；若蒸发温度既定，采用共沸冷剂的吸气压力比采用纯冷剂高，密度更大，故单位容积制冷量大。但现研发的共沸冷剂只在部分国家使用。 非共沸冷剂现今也是由两种以上氟利昂按一定的质量比混合而成，它的编号是R4 XX，若有组分相同而各组分质量分数不同，则后面加A、B、C区分。这类冷剂在既定压力下相变时，各组分在气相和液相中的质量分数不同，且一直在变化，相变温度也在改变。汽化开始和结束(即液化结束和开始)的温度分别称泡点和露点，两者温度差称温度漂移。使用非共沸冷剂的系统如果在只有气体(例如吸、排气管)或只有液体(例如液管)处发生漏泄，系统中冷剂组分的质量比不会改变。但在停机期间，或工作时在冷剂同时存在气、液相的地方(冷凝器、蒸发器)，如果发生气体或液体漏泄，则系统中冷剂组分的质量比就会改变，装置的性能(制冷量和效率等)就会有某种程度的变化。表8-1 制冷剂的主要热力和物理参数制冷剂R22R134aR404AR407CR410A分子式或组分CHClF2CH2FCF3R125/143a/134a(44/52/4)R32/125/134a(23/25/52)R32/125(50/50)相对分子质量86.47102.0397.6086.2072.58标准沸点 /温度漂移（）40.8026.07046.48/0.7843.8/7.0851.6/0.05Pk(30) /P0(15)(MPa)1.20/0.297= 4.050.771/0.164= 4.71.415/0.363= 3.91.175/0.264= 4.451.897/0.484= 3.92等熵压缩排气温度（低温工况）9075708094临界温度tc()临界压力pc（MPa）96.14.98101.14.0672.13.7487.34.6372.54.95密度（24）液 / 气（/m3）1194.6/43.031210.5/31.381050/62.211140/39.181070/63.29热导率（24）液 / 气（mw/mk）84.1/11.3081.6/13.7267.9/16.0(1.2 MPa)89.9/14.90(1.2 MPa)107.3/13.92(1.2 MPa)黏度（24）液 / 气（Pas）167.7/12.63200.4/11.76130.0/12.34(1.2 MPa)152.1/13.0(1.2 MPa)140.3/13.06(1.2 MPa)ODP0.0340000GWP17001300380017002000 如果定压相变过程温度漂移小(1)，则称为近共沸混合物，其气、液相中各组分的质量分数相近。实验证明，使用近共沸冷剂的装置即使多次漏泄和补充冷剂，性能几乎不变。 下面介绍船舶制冷装置使用的冷剂，它们的主要热力参数和物理参数如表8-1所示。（1）R22(二氟一氯甲烷CHClF2) 标准沸点408，排气压力适中，适合船舶冷库和空调制冷装置使用，是前些年船上使用较广泛的冷剂。它属HCFCS，今后需由新的冷剂取代。它无毒、不燃、不爆，单独存在时即使温度超过500仍然稳定。R22使用中应注意以下问题： 与明火接触时(800以上)会分解产生微量有毒的光气，故应避免接触明火。它易漏又不易察觉；比重因比空气重得多故不易散发，若在狭窄闭塞空间内装置严重漏泄以至在空气中浓度太大，人停留过久会缺氧窒息。此外，操作过程中应严防其液体溅到人体，以免造成冻伤。 微溶于水。水在液态的R22中的溶解度30为1 470mgkg，30时为180mgkg。R22含水时会慢慢发生水解反应生成酸，会腐蚀金属、油位镜和封闭式、半封闭式压缩机的电机绕组，并使滑油变质生成沉淀，为此R22允许的含水量应6080mgkg。另外，含水较多时若经过膨胀阀后降温至0以下，水的溶解度急剧下降，游离出来的水就会结冰，在流道狭窄处形成“冰塞”，严重妨碍制冷工作正常进行。 条件性溶油。在温度高于8的场合(如曲轴箱、冷凝器、液管)R22与冷冻机油互溶性强，温度低于8互溶性则急剧降低。因此，流过膨胀阀降压降温后，溶有少量R22的滑油和溶有微量油的R22液体会形成分层。 滑油因与冷剂互溶可随之被带到压缩机各摩擦部位，有助于润滑；同时不会在冷凝器换热面上形成妨碍换热的油膜。但带来的问题是若长时间停用前未将曲轴箱抽空并关排气阀，则高压侧冷剂漏入曲轴箱会溶入滑油中较多，下次起动时曲轴箱压力迅速降低，油中就会因逸出许多氟利昂气泡而涌起，俗称“奔油”，会使油泵建立不起油压，甚至油被吸入气缸产生“液击”。冷剂溶入滑油还会使油黏度降低，故氟利昂制冷装置应选用黏度较高的滑油。冷凝器中的氟利昂液体若溶解滑油太多，进入蒸发器后多少会妨碍蒸发，使蒸发压力降低，制冷量减少；而且在膨胀阀后滑油和冷剂会分层。因此在设计、安装蒸发器和吸气管时，应特别考虑保证足够高的流速及吸气管适当向压缩机倾斜，以利于随冷剂进入系统的滑油返回压缩机。 R22会使天然橡胶浸润膨胀，需要时应选用丁基橡胶或氯丁橡胶。此外，还会腐蚀镁和含镁超过2的合金。 电绝缘性较差，而且会使聚乙烯纤维变软，引起绝缘电阻下降。R22的封闭、半封闭式压缩机的电机绝缘需用丙烯腈树脂。 渗漏性很强，对装置的气密性要求高。 （2）R134a(四氟乙烷CH2FCF3) 它属于HFCS，ODP0，是R12的代用品。其单位容积(流量)制冷量qv与R12相近，制冷量相同时压缩机的容积流量需比用R22大50以上，较适合螺杆式、离心式压缩机。它的排气温度较低；标准沸点265，用于伙食冷库制冷不够低，可用于空调制冷装置。 它在应用方面有以下特点：分子较小，渗漏性很强，因不含氯而不能用电子检漏灯检漏，可使用电子检漏仪。溶解水的能力比R22低。所用干燥剂为避免吸附R134a分子，要求孔隙更小，不宜用硅胶，应采用分子筛XH一7、XH一9等。会使普通橡胶浸润膨胀，应选用氢化丁腈橡胶或氯丁橡胶。与矿物油不相溶，应采用脂类油POE，某些场合也有用聚二醇类油PAG，这些滑油价格都比较高。前者吸水性约为矿物油的10倍，后者更为100倍，使用和保管时应特别注意防潮。 （3）R404A 是组分为R125143a134a(44524)的HFCS近共沸混合物，在标准大气压的泡露点是46484571，现有的船舶伙食冷库和空调制冷装置已多有采用。“育鲲”轮伙食冷库和空调制冷装置采用的都是这种冷剂。R404A的工作压力比R22约高20，排气温度较低，制冷量相对稍高些，性能系数COP(压缩机单位轴功率的制冷量)要低百分之十几。其装置应采用脂类油POE，并以分子筛XH一10或XH一11为干燥剂。 （4）R407C 是组分为R32125134a(232552)的HFCS非共沸混合物，标准大气压的泡露点是43793671。在船上已有用在制冷装置中替换R22的，与R22相比在同温度下工作压力高10左右，排气温度稍低，制冷量接近，不作优化匹配则COP比R22的装置稍低(降低不超过10)。因在相变时有约7的温度漂移，若采用逆流式换热器制冷量可比用普通换热器提高26，COP值可提高56。 R407C是非共沸混合物，其装置设计和管理时应尽量防止冷剂漏泄，补充冷剂时应以液态充注。实践证明漏泄量20时对装置性能影响不大。其装置应采用脂类油POE，并以分子筛XH一10或XH一11为干燥剂。 （5）R410A 是组分方R32125(5050)的HFCS近共沸混合物，标准大气压的泡露点是51575152，相变温度漂移可以忽略，能替代R22，相比之下排气温度略高，传热性能较好，液体流动阻力较低，制冷量可为R22的1415倍，COP略低(降低不超过8)；但其工作压力比R22约高60，压缩机和管路、设备需专做相应的设计，目前尚未用于船舶制冷装置。使用这种冷剂的装置也应采用脂类油POE和分子筛XH一10或XH一11作干燥剂。 2冷冻机油 合理选用制冷压缩机的润滑油(冷冻机油)是保证压缩机安全、高效运转和延长压缩机使用寿命的重要条件。冷冻机油的作用是：润滑、密封(渗入运动部件密封间隙，阻碍冷剂泄漏)、冷却(带走摩擦热、降低排气温度)，有的还用来控制卸载和容量调节机构。 （1）冷冻机油应满足的主要要求 压缩机的制冷工况和所用冷剂不同，则选用的冷冻机油也不同。冷冻机油应满足的主要要求如下： 倾点(油能流动的最低温度，比凝固点高23)应低于最低蒸发温度。冷冻机油会被冷剂带人蒸发器，为了能被冷剂带回压缩机，在低温下保持良好的流动性很重要。 闪点应比最高排气温度高1530，以免引起滑油结焦变质。 应根据蒸发温度和排气温度选用适当的黏度。制冷压缩机轴承负荷不高，黏度容易满是润滑的要求，而主要应满足密封要求。黏度过低则活塞环与缸壁间的油膜容易被气体冲掉。氟利昂在较高温度大多易溶于油，溶人5就会使油的黏度降低一半，所以氟利昂压缩机所用冷冻机油黏度应适当高些。黏度高的油分子链较长，倾点和闪点相对也会高些。 含水量要低。这是为了避免在低温通道处引起“冰塞”和防止腐蚀金属。含水的润滑油与氟利昂的混合物还会溶解铜，而与钢铁部件接触时，铜又会析出形成铜膜，称为“镀铜”现象，会妨碍压缩机正常运行。化学稳定性和与所用材料(如橡胶、分子筛等)的相容性要好。如果油在高温下受金属材料催化而分解，会产生积炭和酸性腐蚀物质。 用于封闭式和半封闭式压缩机时电绝缘性要好。电击穿强度一般要求在10kVcm以上。油中有杂质会降低电绝缘性能。 其他对冷冻机油的要求还包括酸值和腐蚀性低、氧化安定性好、机械杂质和灰分少等。 （2）冷冻机油的品种 国标GB/T166321996将国产冷冻机油(精制矿物油或合成烃)分为一等品LDRAA、LDRAB和优等品LDRBA、LDRBB四类。一等品适用蒸发温度在40以上的开启式和半封闭式压缩机。其中A类适用冷剂是氨，B类适用CFCS和HCFCS。优等品适用于CFCS和HCFCS全封闭式压缩机，最低蒸发温度可至40以下。每类又按40的运动黏度等级分为59个等级，与国际标准ISO接轨。换用国外油公司的冷冻机油时，应采用相同的黏度等级，并核查其重要的性能指标。 R134a不溶于矿物油或合成烃油，使用它或含同样性质组分的混合工质冷剂时，应选用脂类油或聚醚油。前者以多元醇酯(POE)综合性能较好；后者以环氧乙炔环氧丙烷共聚醚(PAG)的综合性能较合适。它们都需要加入抗氧化剂提高热氧化安定性。三、制冷压缩机 制冷压缩机是制冷装置中的重要组成部分，对装置的制冷量、性能系数和使用寿命有决定性的影响。制冷压缩机有活塞式、螺杆式、离心式等不同类型。其中活塞式制冷压缩机使用最广泛，制造、管理和维修的经验都比较成熟。因其流量受转速限制，只用于Q0200 kW的中、小制冷量范围，是船舶制冷装置采用的主要机型。“育鲲”轮伙食冷库采用的就是这种压缩机。 螺杆式压缩机转速高，输气量较大，过去适用制冷量Q0的范围是1501 500 kW，在船上主要用于冷藏舱制冷装置，近年来经不断改进，Q0已可达50 kW以下。其价格虽比活塞式高，性能系数一般也比活塞式低，但单位制冷量的尺寸较小，重量较轻，易损件少，工作寿命长，维护简单，故在有些大型船舶的空调装置中已取代活塞式压缩机。“育鲲”轮空调装置就选用了螺杆式压缩机。 本节只介绍活塞式和螺杆式两种制冷压缩机。 1活塞式制冷压缩机 船用活塞式制冷压缩机多为单级多缸(2、3、4、6、8)。按气缸中心线布置方式分有立式、V形、W形、S(扇)形。按壳体结构又可分为： 开启式压缩机曲轴通过轴封伸出机体之外，再由原动机驱动。较大的压缩机通常都采用开启式。轴封或多或少会有制冷剂泄漏。我国国标GBT10079-2001活塞式单级制冷压缩机规定的开启式压缩机缸径有100 mm、125 mm、170 mm。 半封闭式电动机和压缩机共用一根主轴，装在同一机体内，没有轴封；有可拆卸的缸盖、端盖以便换修气阀、油泵等易损件，采用垫片静密封，使制冷剂泄漏机会显著减少。其电动机可由制冷剂吸气冷却，所用绝缘材料等必须耐油、耐制冷剂。我国国标规定的半封闭压缩机缸径70 mm。 全封闭式采用同一主轴的电动机和压缩机装在一个焊死的薄壁机壳内，没有任何可拆卸的部件。这种压缩机要求可靠性高、使用寿命长，同时也要求系统清洁、密封好，在使用期内一般可免维修。全封闭压缩机主要用于冰箱、小型空调装置等。 GBT10079-2001规定的我国活塞式制冷压缩机的型号表示方法以810F70G为例说明如下：前面数字表示缸数8和缸径10(cm)，F表示制冷剂用氟利昂(A表示氨)，后面数字表示行程70(mm)，G表示高冷凝压力(低冷凝压力不用文字表示)。 图8-4所示为最简单的单缸立式活塞式制冷压缩机。 它主要由机体、活塞、曲轴、连杆、吸排气阀、气缸、气缸盖等组成。但根据具体结构、气缸位置排列、制冷剂进出方向、气缸直径、气缸数、压缩级数及采用的制冷剂等不同，可以分成许多类型。目前中、小型压缩机1-曲轴；2-连杆；3-活塞；4-气缸；6-吸气阀；7-吸气阀弹；8-排气阀；9-排气阀弹簧；10-排出管；11-吸入管 1011987654321图8-4活塞压缩机简图多采用小缸径、多缸、V型或扇形布置。这不但可以改善压缩机的运转平衡性能使其结构紧凑，而且可以用同缸径不同缸数的压缩机来满足对制冷量的不同要求。比如“育鲲”轮有：活塞式制冷压缩机两台，其型号为4H2Y / K283H2，四缸V型布置。 2双螺杆式制冷压缩机 图8-5 螺杆压缩机的吸、排气口 双螺杆压缩机的主要运动部件是设在机体气缸内的一对互相啮合的螺旋式转子。其中齿凸起的称阳转子，齿槽凹进的称阴转子，齿数多为4：6、5：6或5：7。一般阳转子是主动转子，工作时阴转子是被所压缩的气体驱动反向旋转，而不是靠阳转子机械接触所驱动。 两转子的每一对相通的齿槽和与转子贴合的缸壁圆柱面及两头端盖之间形成的容积称为基元容积，其容积和位置随转子转动而变化。双螺杆压缩机的吸、排气口通常各包括两部分，如图8-5所示。在吸气端盖上有占据大部分圆弧的轴向吸气口；同时缸壁内侧上部有凹进形成的三角形径向吸气口。转子另一头排气端盖的斜下方有较小的轴向排气口。图8-6示出螺杆式压缩机的工作原理图。其中(a)、(b)为一对转子从吸气端向下看的俯视图。在左侧吸气端，两转子的齿分别从对方的齿槽中逐渐退出，刚形成的基元容积与轴向和径向的吸气口相通，随转子转动而容积不断增大，吸人气体。图(c)、(d)、(e)、(f)为一对转子从吸气端向上看的