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第6章 制冷系统辅助设备
在制冷系统中，制冷设备可以分成两类，一类是完成制冷循环所必不可少的设备，如冷凝器、蒸发器、节流机构等；另一类是改善和提高制冷机的工作条件或提高制冷机的经济性及安全性的辅助设备，如分离与贮存设备、安全防护设备、阀件等
6.1 制冷系统流程
由于用途不同，各种制冷装置的系统流程和设备配置不尽相同，下面以大家比较熟悉的热泵型冷水机组和小型冷库来说明制冷系统流程和制冷系统元件。
6.1.1 热泵型冷水机组
热泵型冷水机组又称为冷暖型冷水机组,在夏季向空调系统提供冷冻水源，而在冬季可向空调系统提供空调热水水源，或直接向室内提供冷风和热风。
冷暖型机组主要通过在机组内增加一个四通换向阀即可改变制冷剂的流动路线，冷凝器变为蒸发器，蒸发器变为冷凝器。图10-1为热泵型风冷式冷水机组的工作原理图，其中实线为制冷回路，虚线为制热回路。
制冷回路流程：
制热回路流程：
6.1.2 小型冷库
图10-2为水冷式小型冷库氟利昂制冷系统的流程示意图。
从图中可以看出，实际装置与制冷循环原理图无本质上的差别，只是考虑运行中的安全问题而加了一些辅助装置，他们的作用是：
分液头 使制冷剂均匀地分配到蒸发器的各路管组中。
压力控制器 压缩机工作时的安全保护控制装置。
油分离器 把压缩机排气中的润滑油分离出来，并返回到曲轴箱去，以免油进入各种热交换设备而影响传热。
热气冲霜管 定期利用压缩机本身产生的高温蒸汽，直接排到蒸发器内，加热蒸发器而除霜。
冷却塔 利用空气使冷却水降温，循环使用，节约用水。
冷却水泵 冷却水循环的输送设备
干燥过滤器 除去冷凝器出来液体中的水份和杂质，防止膨胀阀冰堵或堵塞。
回热器 过冷液体制冷剂，提高低压蒸汽温度，消除压缩机的液击。
电磁阀 压缩机停机后自动切断输液管路，防止过多制冷剂流入蒸发器，以免压缩机下次启动时产生液击，起保护压缩机的作用。

现场教学，讲解分析热氟融霜制冷系统

1、分析流程图，该系统分制冷循环和制热融霜循环。
主要区别：制冷时压缩机排气先到室外冷凝器，经循环后再到室内冷风机吸热，产生制冷。制热融霜时候压缩机排气先到室内冷风机放热融霜，然后到化霜储液器，经循环后再到室外冷凝器吸热。
制冷循环和制热融霜循环的控制靠四个电磁阀和一些单向阀。
难点是如何控制循环方向。
2、分析对照实物图，难点是融霜循环的回气处理。
3、开机运行，观察记录数据。

6.2 中间冷却器
6.2.1中间冷却器的作用
1．中间冷却器的作用
1）能降低低压级压缩机的排气温度（即高压级的吸气温度），以避免高压级压缩机的排气温度过高；
2）使进入蒸发器的制冷剂液得到过冷，减少管中的闪发气体，从而提高压缩机的制冷能力。
2．中间冷却器在制冷系统的位置
它应用在氟利昂或氨的双级或多级压缩制冷系统中，连接在低压级的排气管和高压级的吸气管之间。
6.2.2 氨用中间冷却器
氨制冷系统的中间冷却器采用一次节流中间完全冷却的循环，其中冷却器的构造如图10-3所示。
1．中间冷却器的结构与工作过程
冷却低压级排气：低压机（缸）排出的高温气体由上方进入进气管，进气管直伸入筒身的下半部，沉在氨液中，出气口焊有挡板，防止直接冲击筒底，以免把底部积存的油污冲起。高温气体在氨液中被冷却，与此同时，因为截面的扩大、流速减小，流动方向的改变及氨液的阻力及洗涤作用，使氨气与氨液和油雾分离。
气液分离：经过氨液洗涤后的氨气反向向上流动，其中仍夹带有氨液和油滴，当通过多孔的伞形挡板时分离出来，以免被带入高压机（缸）内，然后被高压级吸走。
高压液体过冷：高压常温的氨液经过中冷器筒内的冷却蛇形盘管，向液氨放热而被冷却，实现过冷，一般过冷度在5℃以内，然后再流向供液站去蒸发器。
中冷器的供液：中间冷却器的供液（用于洗涤的氨液）进入中间冷却器内有两种方式，一种自中间冷却器下侧面进入，另一种是从中间冷却器顶部进气管进入，这时进液是与低压级排气混合一同进入的。
中间冷却器供液量应使液面稳在一定的高度上。
另外，中间冷却器上还接有液位指示器、放油阀、排液阀（即氨液出口）、安全阀及压力表。中间冷却器是在低温下工作的，所以筒身外部加装隔热材料，蛇形盘管出中间冷却器后也应加装保温层。
2．关于中间冷却器运行及操作应注意下列事项：
◆中间冷却器内气体流速一般为0.5～0.8m/s。
◆蛇形盘管内氨液流速一般为0.4～0.7m/s，其出口氨液温度比进口低3～5℃。
◆中间冷却器的中间压力一般在0.3MPa（表压）左右，不宜超过0.4MPa（表压）。
◆高压级的吸气过热度，即吸气温度比中间冷却器的中间温度高2～4℃。
◆中间冷却器内的液面一般控制在中间冷却器高度的50%左右，这可通过液面指示器来观察，液面高低受液面控制器（浮球阀）来自动控制，若液面不符合要求，说明自动控制失灵，可临时改用手动调节阀来控制液面。液面过高会使高压机（缸）产生湿冲程或液击；若液面过低，则冷却低压排气的作用大大降低，致使高压吸气过热度明显增高，影响制冷系统正常运行。
◆中间冷却器要定期放油。
6.2.3 氟用中间冷却器
氟利昂制冷系统在双级压缩时大都采用一次节流中间不完全冷却循环，低压级排出的高温气体在管道中间与中间冷却器蒸发汽化的低温饱和气体混合后再被高压级吸入高压机（缸），因此氟用中间冷却器比较简单，如图10-4所示。
中间冷却器的供液是由热力膨胀阀自动控制，压力一般在0.2～0.3MPa，靠热力膨胀阀调节，在保证不造成湿冲程的前提下，提供适量的湿饱和蒸气。
高压液体经膨胀阀降压节流后，进入中间冷却器，吸收了蛇形盘管及中间冷却器器壁的热量而汽化，通过出气管进入低压级与高压级连结的管道里与低压级排出的高温气体混合，达到冷却低压排气的效果。而高压常温液体通过蛇形盘管向外散热也降低了温度，实现了过冷，过冷度一般在3～5℃左右。再送到蒸发器的供液膨胀阀，经节流降压进入蒸发器，因为该液体有一定的过冷度，所以提高了制冷效果。

现场教学，讲解分析实训冷库中螺杆双级压缩循环。

1、分析流程图，该系统分三个循环：
1）制冷剂的循环。难点是经济器部分，另外要注意节流阀的类型和区别。
2）冷却水的循环。包括冷却塔，泵，过滤器，截止阀等。
3）润滑油的循环。包括油分、油冷却器等。
2、分析对照实物图，难点是经济器部分。
3、开机运行，观察记录数据。

作业：
1、该系统中为什么要设置油分和油冷却器？
2、画出螺杆压缩双级压缩制冷系统的原理图。

6.3 分离与贮存设备
6.3.1 气液分离器
1．氨用汽液分离器

2．氟用汽液分离器

6.3.2 贮液器
制冷系统中贮存设备的功用是贮存制冷剂和调节制冷剂的循环量，根据蒸发器热负荷的变化调节制冷剂的用液量。根据功能和工作压力的不同，它又可分为高压贮液筒（器）、低压贮液筒（器）、低压循环筒和排液筒四种，它们都用钢板卷制而成其上附有各种接头和附件，供连接管路和操作之用。
高压贮液器 高压贮液器一般位于冷凝器之后，它的作用是：
1）贮存冷凝器流出的制冷剂液体，使冷凝器的传热面积充分发挥作用；
2）保证供应和调节制冷系统中有关设备需要的制冷剂液体循环量；
3）起到液封作用，即防止高压制冷剂蒸气窜至低压系统管路中去。
1．氨用高压贮液器
高压贮液器的基本结构如图10-6所示，是用钢板卷板焊接制成筒体、两端焊有封头的压力容器。在筒体上部开有进液管、平衡管、压力表、安全阀、出液管和放空气管等管接头，其中出液管伸入筒体内接近底部，另外还有排污管接头。氨用高压贮液器的筒体一端装有液位指示器。
高压贮液器贮存的制冷剂液体最大允许容量为高压贮液器本身容积的80%，最少不低于30%，是按整个制冷系统每小时制冷循环量的1/3～1/2来选取的。存液量过高，易发生危险和难以保证冷凝器中液体流量；存液量过少，则不能满制冷系统正常供液需要，甚至破坏液封发生高低压窜通事故。
　　2．氟用高压贮液器
大中型氟用高贮器结构与氨用的高贮器基本相同，而小型氨用高贮器的结构较简单，一般只有进出管接头，视情况设平衡管。上部装有安全保护装置――易熔塞：内孔焊有易熔合金，熔点约在70℃。

6.3.3 油分离器
1．油分离器的作用
油分离器在制冷系统中位于制冷压缩机和冷凝器之间，它的作用就是把压缩机排出的过热蒸气中夹带的润滑油在进入冷凝器之前分离出来。
2．油随压缩机排气带出的原因
当活塞式压缩机压缩制冷剂气体时，由于气缸内壁面、曲轴轴颈、活塞销等处都需要油来润滑，故在压缩过程中，压缩机气缸内一部分润滑油因受高温的影响也随着汽化，混在制冷剂的气体中排出。
3．油进入换热设备的危害
一方面容易使压缩机失去润滑油；另一方面润滑油进入冷凝器和蒸发器，在氨系统会形成管壁油膜并沉积于容器或盘管底部，影响传热性能和减少有效面积。而在氟利昂系统会使给定蒸发压力下的饱和蒸发温度升高，降低制冷能力。因此，制冷剂气体中的润滑油应当在压缩之后设法排回压缩机，而油分离器起的正是这个作用。
4．油分离器工作的基本原理
油分离器的种类较多，用于氨制冷系统的有洗涤式、填料式和离心式等，用于氟利昂制冷系统的有过滤式油分离器。不管哪种型号的油分离器，其工作的基本原理如下：
1）利用油的重度与制冷剂气体重度的不同，进行沉降分离。
2）利用扩大通道截面降低气体流速（一般约在0.8～1m/s），造成轻与重的物质易分离。
3）迫使气体流动方向改变，使重的油与轻的气进行分离。
4）气体流动撞击器壁，由于粘度不同、质量不同产生的反向速度也不同，促使油的沉降分离。
5．油分离器的种类
在上述基本原理的基础上，再增加分离的功能。因增加功能的不同，出现四种常用的油分离器：洗涤式油分离器、过滤式油分离器或填料式油分离器和离心式油分离器。
1) 洗涤式油分离器
这种油分离器是氨系统中常用的油分离器
（1）结构　图10-8所示
①壳体；②进汽管，其出口有四个矩形出气口；③多孔伞形挡板；④平衡孔（与中冷器中的平衡孔位置不同）；⑤出气管（开口向上以远离沸腾的液面）；⑥进液管与放油管接头。
（2）工作原理
（3）油分器中的液位
①之所以叫洗涤式油分，洗涤、冷却是主要的。因此，油分中要有足够的氨液。
②在设计施工中如何保持一定的液面高度
2) 过滤式或填料式油分离器
过滤式或填料式油分离器通常用于小型氟里昂制冷系统中，其结构如图10-9所示。过滤式或填料式油分离器为钢制压力容器，上部有进、出气管接头，下部有手动回油阀和浮球阀。浮球阀自动控制回油阀与压缩机曲轴箱连通。油分离器内的进气管四周或筒体的上部设置滤油层或填料层，排气中的油滴依靠气流速度的降低，转向及滤油层的过滤作用而分离。分离油的效果较好，但流动阻力损失较大。
过滤式或填料式油分离器的结构简单，制作方便，分离润滑油效果较好，应用较广。
3) 离心式油分离器
离心式油分离器的结构如图10-10所示，在筒体上部设置有螺旋状导向叶片，进气从筒体上部沿切线方向进入后，顺导向叶片自上而下作螺旋状流动，在离心力的作用下，进气中的油滴被分离出来，沿筒体内壁流下，制冷剂蒸汽由筒体中央的中心管经三层筛板过滤后从筒体顶部排出。筒体中部设有倾斜挡板，将高速旋转的气流与贮油室隔开，同时也能使分离出来的油沿挡板流到下部贮油室。贮油室积存的油可通过筒体下部的浮球阀装置自动返回压缩机，也可采用手动方式回油。
分离效果不够理想，应用较少。

6.4 制冷剂净化与安全设备
6.4.1 干燥器、过滤器和干燥过滤器
制冷系统运行时，制冷剂、润滑油由于介质本身的清洁程度，以及循环使用时制冷压缩机摩擦和管路内流动带来杂质，应设置过滤器清除。
1．过滤器
从液体或气体中除去固体杂质的设备，在制冷装置中应用于制冷剂循环系统、润滑油系统和空调器中。
1）过滤器在制冷系统中的作用
制冷系统中设置过滤器，可滤除混入制冷剂中的金属屑、氧化皮、尘埃、污物等杂质，防止系统管路脏堵，防止压缩机、阀件的磨损和破坏气密性。
2）在制冷系统中的安装位置
安装在压缩机的回气管上，防止污物进入压缩机气缸里。另外，在电磁阀和热力膨胀阀之前也装过滤器，防止自控阀件堵塞，维持系统正常运转。
3）过滤器的结构
制冷剂循环系统用的过滤器，滤芯采用金属丝网或加入过滤填料。独立过滤器由壳体和滤网组成。氨过滤器采用网孔为0.4mm的2～3层钢丝网；氟利昂过滤器采用网孔为0.2mm(滤气)或0.1mm（滤液）的铜丝网。
2．制冷系统中水分的危害
1）对于氨制冷系统，无水氨不腐蚀金属，但只要混入少量水分，就会腐蚀铜及铜合金，并使润滑油生成淤泥，危害系统的安全运行；
2）氟利昂制冷剂必须严格控制水分，极少量水分也足以使膨胀阀冻结而造成系统冰堵。
3）水分会与其他物质生成酸，腐蚀系统的零部件，影响运行安全。
要防止水分进入制冷系统，应在制冷系统中配备干燥器，尽可能吸收已进入系统中的水分。
3、干燥过滤器
从液体或气体中既除去水分，又除去固体杂质的设备，燥器器与过滤器组装在一起时，称为干燥过滤器，主要用于氟利昂制冷系统中。
1）位置与作用
（1）位置：在节流阀或热力膨胀阀前
（2）作用：清除制冷剂中的杂质和水份，防止脏者与冰堵
2）结构　
种类较多，图,10-11所示只是其中的二种。壳体内的进、出口端设有滤网，两滤网间装有干燥剂。
3）常用的干燥剂（吸潮剂）
（1）变色硅胶
①干燥时为深蓝色，吸水后变为粉红色，所以称为变色硅胶；
②吸水性能好，可达本身的50%；
③吸湿后可加热（至100℃～120℃左右）脱水再生；
④缺点是吸水后会碎裂。
2）分子筛
比硅胶的吸水性强，特别在低浓度下，仍有很高的吸附能力，因而是一种较理想的吸潮剂。分子筛也可以脱水再生。

6.4.2 空气分离器
在制冷系统中，由于金属材料的腐蚀、润滑油的分解、制冷剂的分解、空气未排净或运行过程中有空气漏入等原因，往往存在一部分不凝性气体（主要是空气）。它在系统中循环而不能液化，到了冷凝器中会使冷凝压力升高，又使传热恶化，降低系统的制冷量。另外，空气还会使润滑油氧化变质，因此，必须从系统中排除不凝性气体。
1．制冷系统中进入空气的原因
1）制冷系统在投产前或大修后，因未彻底清除空气（即真空试漏不合格），故空气存在制冷系统中。
2）日常维修时，局部管道、设备未经抽真空，就投入工作。
3）系统充氨、充氟、加油时带入空气。
4）当低压系统在负压下工作时，通过密封不严密处窜入空气。
2．系统中有空气带来的害处
1）导致冷凝压力升高。
在有空气的冷凝器中，空气占据了一定的体积，且具有一定的压力，而制冷剂也具有一定的压力。根据道尔顿定律：一个容器（设备）内，气体总压力等于各气体分压力之和。所以在冷凝器中，总压力为空气和制冷剂压力之和。冷凝器中空气越多，其分压力也就越大，冷凝器总压力自然升高。
2）降低了冷凝器的传热效率
由于空气的存在，冷凝器传热面上形成的气体层，起到了增加热阻的作用，从而降低了冷凝器的传热效率。同时，由于空气进入系统，使系统含水量增加，而腐蚀管道和设备。
3）导致制冷机产冷量下降和耗电量增加
由于空气存在，冷凝压力的升高，会导致制冷机产冷量下降和耗电量增加。
4）降低制冷系统的安全性
如有空气存在，在排气温度较高的情况下，遇油类蒸气，容易发生意外事故。
3．系统中不凝性气体的排除
1）氟利昂系统不凝性气体的排除
对于氟利昂系统来说，氟利昂系统无专用的放空气装置因此氟系统要求密封性高，平时就注意不使空气进入系统。系统内一旦空气增多，由于空气比氟气轻，因而空气是存于卧式冷凝器的上部，放空气时，可从制冷机排气阀多用孔道进行，可将氟制冷剂抽入冷凝器，停机静置20min以上，使空气集中于冷凝器的上部。打开冷凝器顶部的放空气阀或压缩机排气阀多通用孔的堵头，放出空气，用手接出放出的气流，若是凉风就是空气，继续放。若感到有冷气，说明跑出来的是氟利昂，则关闭放空气阀或堵头，正常操作时，损失的氟利昂只占排放气体的3%。
氟系统放空气最好在每天刚上班，尚未启动系统时进行。氟系统放空气最好停机进行。而氨系统放空气则应在开机时进行。
2）氨系统不凝性气体的排除――采用空气分离器
空气分离器是排除氨制冷系统中不凝性气体的一种专门设备设备
3）空气分离器的种类
（1）卧式不凝性气体分离器
空气分离器有多种形式，图10-12为氨系统以往常用的卧式不凝性气体分离器称四套管式空气分离器。
工作过程：
（2）立式空气分离器
图10-13为目前常用的立式空气分离器，它与卧式相比其是操作简单，并能实现自动控制。

第六章 练习题
单项选择题：
1．氨制冷系统的中间冷却器属于（　　）。
A、一次节流中间完全冷却　　　　　B、二次节流中间完全冷却
C、一次节流中间不完全冷却　　　　D、二次节流中间不完全冷却
2．氟利昂制冷系统的中间冷却器属于（　　）。
A、一次节流中间完全冷却　　　　　B、二次节流中间完全冷却
C、一次节流中间不完全冷却　　　　D、二次节流中间不完全冷却
3．洗涤式油分离器（　　）。
A、只能用于氨系统　　　　　　　　B、只能用于氟系统
C、既可用于氨系统，也可用于氟系统
D、只能用于液泵供液制冷系统
4．低压循环贮液器主要用于（　　）的制冷系统。
A、热力膨胀供液　　　　　　　B、重力供液
C、液泵供液　　　　　　　　　D、重力供液和液泵供液
5、在制冷系统中，油分离器安装在（　　）之间。
　　A、蒸发器和压缩机　　　　　　B、压缩机和冷凝器
　　C、冷凝器和膨胀阀　　　　　　D、膨胀阀和蒸发器

多项选择题：
1．氨用中间冷却器的主要作用有（　　　）。
　　A、冷却低压级压缩机排出的过热蒸汽
　　B、保证高压级压缩机吸入的是饱和的气体
　　C、使进入蒸发器的制冷剂液体在中间冷却器的盘管中得到过冷
　　D、使从蒸发器出来的制冷剂蒸汽过热
2．中间冷却器可用于（　　　）
A、单级压缩氨制冷系统　　　　　　B、双级压缩氨制冷系统
C、单级压缩氟利昂制冷系统　　　　D、双级压缩氟利昂制冷系统
3．油分离器根据其工作原理分类有：（　　　）
A、洗涤式　　　　　　　　　　B、填料式
C、离心式　　　　　　　　　　D、过滤式
4．高压贮液器的作用有：（　　　）
A、使制冷剂液体变成高压　　　B、贮存高压制冷剂液体
C、调节制冷剂系统循环量　　　C、起液封作用
5、过滤器应安装在（　　　）前的管道上。
A、安全阀　　　　　　　　　　　B、浮球阀
C、热力膨胀阀　　　　　　　　　D、电磁阀
判断题：
1、高压贮液器的进液管、平衡管分别与冷凝器的出液管、平衡管相连接。
2、高压贮液器贮存的制冷剂液体最大允许容量为其本身容积的80%，最少不低于30%。
3、过滤器只用于氨制冷系统，而干燥过滤器只用于氟利昂制冷系统。
4、过滤式或填料式油分离器的结构简单，制作方便，分离润滑油效果较好（差）。
5、氟利昂制冷系统放空气可以在蒸发器（冷凝器）的顶部进行。
6．对于氟利昂（氨）制冷系统来说，无需专用的放空气装置。
填空题：
1、制冷系统中贮存设备的功用是贮存制冷剂和调节制冷剂的循环量，根据　　
. 调节制冷剂的用液量。
2、油分离器的作用就是把制冷剂中夹带的润滑油在进入 　　　之前将其分离出来。

问答题：
1．谈谈水份存在于制冷系统内，对其的影响。
2．制冷系统中进入空气的原因有哪些？空气对制冷系统有何影响？
3．中间冷却器的作用是什么？氨用和氟用中冷器有什么不同？
4．高压贮液器的作用有哪些？

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