單級壓縮

在普通製冷範圍內，只有單級和雙級壓縮之分。單級壓縮形式就是在製冷系統中將壓縮機、冷凝器、節流閥、蒸發器四大部件，依次用管道連接起來，形成一個最基本的單級壓縮系統。製冷劑在系統中經過壓縮、冷凝、節流、蒸發四個過程，即可完成一個製冷循環，如圖1所示。 ^[1] 

要達到更低的蒸發温度，就要求更低的蒸發壓力，採用單級壓縮時壓力比P_k/P_o必然很大。當壓縮機壓力比P_k/P_o很大時，壓縮機的輸氣能力極其低下，甚至不能吸氣。因此，通常規定，單級氨壓縮機最大壓縮比不超過8，氟利昂壓縮機則不超過10。照此限制條件計算，採用R22、R717製冷劑的單級壓縮所能達到的最低蒸發温度大致如表所示。當需要更低的蒸發温度時，就需要採用兩級壓縮製冷系統和復疊式製冷系統。 ^[1] 

蒸氣壓縮式製冷是利用低沸點的液態製冷劑（如R134a，沸點-26.2℃），即使在低温（例如-10℃）環境下仍然吸熱汽化（因為-10℃高於-26．2℃），從而使環境介質（-10℃的空氣）温度再下降，達到製冷降温的目的。

單級壓縮製冷系統原理圖如圖2所示，其廣泛應用於冰箱、冷櫃、冷藏庫、大小空調設施。

單級壓縮製冷系統基本組成有四大件：蒸發器、壓縮機、冷凝器和節流裝置。

蒸氣壓縮式製冷工作程序是：蒸發（沸騰）→壓縮→冷凝→節流的不斷循環。

1．蒸發器與蒸發過程

蒸發器由一組或幾組盤管組成，是製冷系統的冷量輸出端。

高壓過冷的製冷劑液體通過節流閥節流降壓後進入蒸發器，成為低温低壓制冷劑濕蒸氣（液體和氣體的混合體），在蒸發器內從蒸發器周圍介質（空氣、水、鹽水等）中吸熱而沸騰，從而使周圍介質降温，達到製冷的目的。

製冷劑在蒸發器內的壓力稱為蒸發壓力（P₀），在蒸發器內的温度稱為蒸發温度（t₀）。

因為製冷劑在蒸發器內處於飽和狀態。所以蒸發壓力與蒸發温度是一一對應的，可通過製冷劑飽和狀態性質表進行對應的查找。

在工作過程中，蒸發壓力與蒸發温度將根據降温的需要，通過調節節流裝置的供液量或調整壓縮機的工作能力，以使蒸發器內的壓力和温度到一定的數值，並維持其穩定運行。

如果不考慮製冷劑在蒸發器內的流動壓力降，在整個吸熱過程中，蒸發器內前後壓力是保持不變的。

2．壓縮機與壓縮過程

壓縮機是由電動機帶動增壓機用來壓縮蒸氣的，因此，壓縮機要消耗外界能量。

活塞式壓縮機工作過程包括膨脹、吸氣過熱、壓縮和排氣過熱四個工作段。

螺桿式壓縮機工作過程包括吸氣過熱、壓縮和排氣過熱三個工作段。

1）吸氣過熱段 壓縮機與蒸發器通過吸氣管連接，壓縮機不斷地通過吸氣管吸人制冷劑蒸氣，壓縮機吸氣口製冷劑蒸氣的壓力稱為吸氣壓力（P_a）。

小型製冷系統的吸氣管道很短，如果不考慮製冷劑在吸氣管內流動的阻力，可近似地認為壓縮機的吸氣壓力和蒸發器內的蒸發壓力在數值上相等。

壓縮機吸氣口製冷劑蒸氣的温度稱為吸氣温度（t_a）。

製冷劑低壓蒸氣從蒸發器出來到壓縮機吸氣口的過程中，製冷劑蒸氣還在不斷地從外界吸熱升温，這一吸氣升温過程稱為吸氣過熱。因此，製冷劑的吸氣温度將高於蒸發温度，吸氣温度與蒸發温度的温差稱為過熱度。

常常把製冷劑蒸氣離開蒸發器後的過熱温度作為節流裝置調節供液量的依據。

因為壓縮機吸入的製冷劑蒸氣處於過熱狀態，所以吸氣壓力與吸氣温度不是對應的關係，也就不能通過製冷劑飽和狀態性質表進行對應的查找。

在安全保護裝置中，採用壓力控制器控制最低允許的吸氣壓力，即低壓保護；採用温度控制器控制最低允許的吸氣温度，即低温保護。

2）壓縮段壓縮段是採用壓縮機把低壓制冷劑蒸氣的壓力提高到與冷凝温度對應的冷凝壓力，從而保證製冷劑蒸氣能在常温下被冷凝液化。

被壓縮機吸入的製冷劑氣體經壓縮後，温度和壓力急劇升高，變成過熱的高温高壓氣體，並排出壓縮機，經排氣管被送至冷凝器。

壓縮機的壓縮過程可近似地看成製冷劑與外界沒有熱量轉換的等熵過程，即等熵壓縮過程。

3）排氣過熱段 被排出壓縮機制冷劑蒸氣的壓力稱為排氣壓力（P_b）。

小型製冷系統的排氣管道很短，往往忽視其阻力帶來的損失，把壓縮機的排氣壓力和冷凝器內的冷凝壓力在數值上近似看作相等。

被排出壓縮機制冷劑蒸氣的温度稱為排氣温度（t_b）。

因為壓縮機排出的製冷劑蒸氣處於過熱狀態，所以排氣壓力與排氣温度不是對應的關係，也就不能通過製冷劑飽和狀態性質表進行對應的查找。

在安全保護裝置中，採用壓力控制器控制最高允許的排氣壓力，即高壓保護；採用温度控制器控制最高允許的排氣温度，即高温保護。

3．冷凝過程

製冷劑蒸氣被壓縮機排出，從壓縮機排氣口至冷凝器內，再從冷凝器出來到節流閥前，這是一直散熱的過程，製冷劑蒸氣在冷凝器內轉化為液體。

製冷劑在冷凝器內的壓力稱為冷凝壓力（P_k），在冷凝器內的温度稱為冷凝温度（t_k）。

因為製冷劑在冷凝器內處於飽和狀態，所以冷凝壓力與冷凝温度是一一對應的，可通過製冷劑飽和狀態性質表對應查找。

在工作過程中，冷凝壓力與冷凝温度將根據運行的需要，通過調節冷卻工質（水、風等）量或調節冷凝面積，以使冷凝器內的壓力和温度到一定的數值，並維持其穩定運行。

如果不考慮製冷劑管內的流動阻力，在整個放熱過程中，冷凝器前後的冷凝壓力是保持不變的。

4．節流過程

節流裝置大多采用節流閥或毛細管。冷凝後得到的液態製冷劑經節流閥或毛細管的絕熱節流，將壓力和温度降至需要的蒸發壓力和蒸發温度後進入蒸發器進行吸熱汽化製冷。

因為把節流過程近似看作是絕熱過程，所以節流過程被看作是等焓節流。

在節流過程中，液態製冷劑因吸收摩擦熱和消耗自身的部分潛熱，將有少量液體汽化為蒸氣，此蒸氣稱為閃發氣體，因此，儘量減少閃發氣體的產生。 ^[2] 

冷凝器散熱過程可分為三個階段分析：

（1）具有排氣温度的高壓高温製冷劑過熱蒸氣，將熱量傳給冷卻介質（水或空氣等），放出顯熱，其温度下降至冷凝温度，這一階段為冷卻過程。手感燙手。

（2）當繼續向冷卻介質放熱時，製冷劑放出潛熱，温度不變，轉化為液體，這一階段為製冷劑的冷凝過程，製冷劑液化過程佔整個冷凝過程熱交換量的85%以上。手感較熱。

（3）已經凝結為液體的製冷劑再向冷卻介質放熱時，將放出顯熱，温度下降，成為過冷液體，這一階段為製冷劑的過冷過程。手感常温。

若裝有過冷裝置，手感是涼的，因此此段應包隔熱層，減少與外界的熱交換。

節流閥前製冷劑温度就是供液温度，供液温度低於冷凝温度的值稱為過冷度，提高過冷度可提高單位質量製冷劑的製冷量。

對於安全運行來講，製冷壓縮機有兩個重要指標：壓力差（簡稱壓差）和壓縮比（簡稱壓比），壓力差是指排氣壓力與吸氣壓力的差值；壓縮比是指排氣壓力與吸氣壓力的比值。

通常把排氣壓力（P_p）近似看成冷凝壓力（P_k）；把吸氣壓力（P_x）近似看成蒸發壓力（P₀）。則：

壓力差△P（MPa）

△P=P_k-P₀=（P_k表+0.1）- （P_0表+0.1）=P_k表- P_0表

式中 P_k——冷凝壓力（）絕對壓力）（MPa）；

P₀——蒸發壓力（絕對壓力）（MPa）。 ^[2] 

壓縮比τ

τ=P_k/P₀

製冷系統運行時應始終保證這兩個參數在允許的範圍內，例如我國標準系列製冷壓縮機使用規定：對於R717（NH₃）製冷機的壓縮比不應大於8，而R22製冷機的壓縮比不應大於10。既然壓縮比有個最大值，那麼在冷凝温度不變時就會有最低的合理蒸發温度。例如氨製冷在t_k=40℃時P_k=1.59 MPa，P₀=P_k/8=0.20 MPa，所對應的最低蒸發温度t₀=19.5℃。 ^[2] 

單級壓縮機主要的型式有立式和V型單流式壓縮機和雙作用（非單流式）卧式壓縮機。

單流式壓縮機用於各種生產量和採用任何一種製冷劑的裝置內。這種型式的壓縮機的兩個主要方案是大家所知道的。第一方案是具有二曲柄，它們支承在二主軸承上，有時支承在一外軸承上。汽缸是配置成立式、V型和W型，而相應的渣杆則是並列的配裝在軸的主軸頸上。汽缸體的配置採用輻射式秸構。單流式壓精機的第二方案汽缸是單獨鑄造的，並布成立式系列，而曲柄（甚至有4個曲拐）是配置在主軸承中間。

二缸壓縮機的工作係數比小尺寸的多缸壓糖機高。但是多缸壓精機有較好的動平衡，故啓動時所需發動機的起動轉矩小，沒有扭轉力矩的尖峯，在很多情況下，容許高速壓縮機直接與電動機相連。在多缸壓縮機內可利用個別汽缸和汽缸組空轉的方法，很方便地來調節壓縮機的生產量S。

卧式雙作用壓縮機在現時已不採用，而以高速立式和角度式壓縮機來代替。新式的大製冷量（600 000標準大卡/小時或更大）的卧式氨壓縮機在秤多方面均和氣體壓縮機相類似。這些壓縮機的特點：閥門一一平板式；活塞桿的填料一一金屬材料；預填料函——軟填料，汽缸的潤滑和滑油是由窪油器加入填料蓋的；汽缸沒有水冷卻；啓動時無負荷（提起吸入閥）和壓縮機的生產量可以進行調節。不同直徑的汽缸可裝配在相同的機身上。缸徑小的壓縮機可應用於高冷凝壓力（這稱為“熱帶條件”）的裝置內。在這類壓縮機內，S/D的變化範圍較大（1.2～1.6）。如使壓縮機成對，也就是有一總的曲軸（複式壓縮機），則曲軸的兩曲柄可配置成相差90°。 ^[3]