蒸气压缩制冷

制冷剂发生相变的蒸汽压缩制冷或蒸汽压缩制冷系统 (VCRS) 是众多制冷循环中的一种，是建筑物和汽车空调应用最广泛的方法。 它还用于家用和商用冰箱、冷藏或冷冻食品和肉类的大型仓库、冷藏卡车和火车车厢，以及许多其他商业和工业服务。 炼油厂、石化和化学加工厂以及天然气加工厂是经常使用大型蒸汽压缩制冷系统的许多类型的工厂。 多级制冷系统也可以使用两个压缩机来实现。

制冷可以定义为通过从该空间移除热量并将其转移到其他地方来降低封闭空间的温度。 执行此功能的设备也可称为空调、冰箱、空气源热泵、地源热泵或冷水机（热泵）。

蒸汽压缩使用循环液体制冷剂作为介质，从待冷却空间吸收和带走热量，然后将热量排放到别处。 图 1 描绘了一个典型的单级蒸汽压缩系统。 所有此类系统都有四个组件：压缩机、冷凝器、计量装置或热力膨胀阀（也称为节流阀）和蒸发器。 循环制冷剂以称为饱和蒸汽的热力学状态进入压缩机，并被压缩到更高的压力，从而导致更高的温度。 然后，热的压缩蒸汽处于称为过热蒸汽的热力学状态，并且它处于可以用流过盘管或管道的冷却水或冷却空气冷凝的温度和压力。

过热蒸汽然后通过冷凝器。 这是热量从循环制冷剂传递到外部介质的地方，使气态制冷剂冷却并凝结成液体。 排出的热量由水或空气带走，具体取决于冷凝器的类型。

处于被称为饱和液体的热力学状态的冷凝液体制冷剂接下来通过膨胀阀，在那里它经历压力的突然降低。 该压力降低导致一部分液态制冷剂绝热闪蒸。 绝热闪蒸的自动制冷效应将液体和蒸汽制冷剂混合物的温度降低到低于待制冷封闭空间温度的位置。

然后，冷的制冷剂液体和蒸汽混合物通过蒸发器中的盘管或管道。 由于热对流或风扇，封闭空间中的空气在盘管或管道中循环。 由于空气比冷的液态制冷剂暖和，因此传递的热量会冷却空气并导致液体蒸发，使其在吸收热量的同时返回气态。 当液体保留在制冷剂流中时，其温度不会上升到制冷剂的沸点以上，这取决于蒸发器中的压力。 大多数系统设计为蒸发所有制冷剂，以确保没有液体返回到压缩机。

为了完成制冷循环，来自蒸发器的制冷剂蒸汽再次成为饱和蒸汽，并被送回压缩机。 随着时间的推移，蒸发器可能会从环境湿度中收集冰或水。 冰通过除霜融化。 来自融化的冰或蒸发器的水然后滴入滴盘中，并通过重力或冷凝水泵将水带走。

工作流体的选择对制冷循环的性能有重大影响，因此在设计或简单地为特定任务选择理想机器时起着关键作用。 最广泛使用的制冷剂之一是氟利昂。 氟利昂是杜邦和其他公司生产的一系列卤代烷制冷剂的商品名。

这些制冷剂因其卓越的稳定性和安全性而被广泛使用：它们在室温和大气压力下不易燃，也不像它们所替代的液体（如二氧化硫）那样具有明显的毒性。 卤代烷烃也比具有相似或更好冷却性能的石油衍生易燃烷烃贵一个或多个数量级。

不幸的是，含氯和含氟制冷剂在逸出时会到达高层大气。 在平流层中，CFC 和 HCFC 等物质会因紫外线辐射而分解，释放出氯自由基。 这些氯自由基在通过链式反应分解臭氧时充当催化剂。