項目一 制冷技術的基礎知識和維修工具

制冷就是采用人工的方法把某一區(qū)域或某一物體的溫度降至環(huán)境溫度以下，并且在一段時間內維持所需的較低溫度。這就需要不斷地從某一區(qū)域、某一物體中吸收熱量，并轉移釋放到周圍環(huán)境介質中去，這個過程就是制冷過程。要掌握電冰箱和空調器的維修方法，就必須了解電冰箱與空調制冷的基本原理，熟悉制冷技術的基礎知識和制冷設備的維修工具。

知識目標

1.正確認識和應用熱力學基本概念。掌握熱力系統(tǒng)基本狀態(tài)參數、溫度、熱力學溫標、干球溫度、濕球溫度、臨界溫度和飽和溫度、壓力、絕對壓力、相對壓力、真空、真空度、臨界壓力、飽和壓力、濕空氣、干空氣、飽和空氣、絕對濕度、相對濕度、含濕量、露點的概念。

2.掌握物質的集態(tài)變化，了解濕蒸氣、干蒸氣、干度、過熱蒸氣、過冷液體。

3.掌握熱、顯熱和潛熱的概念、熱力學第一定律和第二定律在制冷上的應用。了解焓和熵、制冷量、名義制冷量和能效比的概念。

4.掌握液體汽化法制冷常用的制冷種類、性質和要求，了解制冷劑的命名方法。

5.了解冷凍潤滑油的性能、要求與選用。

技能目標

1.認識制冷維修設備和工具。

2.正確安裝氧氣乙炔氣焊設備。

基本知識

知識一 制冷技術的基礎知識

一、熱力系統(tǒng)的基本概念

1.熱力系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)。在熱力學研究中，研究者指定的具體研究對象稱為系統(tǒng)。如制冷系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)等。

（2）環(huán)境。與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的周圍所有介質稱為環(huán)境，又稱為外界，如大氣環(huán)境。

（3）閉口系統(tǒng)。與環(huán)境沒有質量交換的系統(tǒng)稱為閉口系統(tǒng)。如電冰箱的制冷系統(tǒng)。

（4）開口系統(tǒng)。與環(huán)境有質量交換的系統(tǒng)稱為開口系統(tǒng)。如中央空調冷卻水系統(tǒng)。

（5）絕熱系統(tǒng)。與環(huán)境沒有熱量交換的系統(tǒng)稱為絕熱系統(tǒng)，又稱孤立體系。如制冷劑在壓縮機中的壓縮過程，可近似認為是絕熱壓縮過程。絕對的絕熱系統(tǒng)是不存在的。

2.系統(tǒng)的熱力狀態(tài)

（1）狀態(tài)。某一時刻，系統(tǒng)中工質表現在熱力現象方面的總狀況。

（2）狀態(tài)參數。描述制冷系統(tǒng)制冷劑熱力狀態(tài)的物理量稱為狀態(tài)參數。

（3）基本狀態(tài)參數。當系統(tǒng)與外界發(fā)生相互作用時，系統(tǒng)的狀態(tài)將發(fā)生變化，系統(tǒng)狀態(tài)的變化一般表現為系統(tǒng)中工質的壓力、比容、溫度、內能、焓和熵這些物理量的變化，并且這些物理量的變化與變化的過程無關。但基本狀態(tài)參數只有三個：溫度、壓力和比容。

3.密度與比容

（1）密度。單位體積流體具有的質量，單位是kg/L。

（2）比容。密度的倒數，單位質量流體具有的體積，單位是L/kg。

二、溫度

1.溫度的概念

溫度在宏觀上是描述物體冷、熱程度的物理量；在微觀上是物質內部大量分子移動的動能平均值。

2.溫標

衡量溫度的標尺稱為溫標，工程上常用的溫標有3種：熱力學溫標、攝氏溫標和華氏溫標。

（1）熱力學溫標。又稱開爾文溫標，是國際制溫標，符號為T，單位為K；規(guī)定以純水的三相點作為零點，即熱力學溫標是在一個標準大氣壓（1atm）下定義純水的冰點溫度為273.15K，沸點溫度為373.15K，其間分為100等份，每等份稱為熱力學溫度1度（1K）。當物體內部分子的運動終止時，其熱力學溫度為0K。事實證明絕對0K是達不到的。

（2）攝氏溫標。符號為 t，單位為℃；在一個標準大氣壓下，把純水的冰點溫度定為0℃，沸點溫度定為100℃，其間分成100等份，每一等份多1℃。若溫度低于0℃時，應在溫度數字前面加“-”號。相對的溫度計稱為攝氏溫度計。

（3）華氏溫標。其符號本書用θ表示，單位為°F。華氏溫標是在一個標準大氣壓下把純水的冰點溫度定為32°F，沸點溫度定為212°F，其間分成180等份，每一等份就叫1°F。

（4）三種溫標之間的關系如圖1-1所示。

3種溫標的換算關系為：

t = T-273.15（℃）

θ = 9t /5+32（°F）

T = t +273.15（K）

例1.1 電冰箱正常工作時，蒸發(fā)器中制冷劑的沸點為21.3℃，合多少華氏度？合多少開？

解：華氏度θ = 9t/5 +32=1.8×21.3+32=70.34（°F）

T=t +273.15=21.3+273.15=294.45（K）

3.干、濕球溫度

（1）干球溫度。普通溫度計測量出來的溫度。如天氣預報白天最高溫度為28℃，28℃就是干球溫度。

（2）濕球溫度。用濕紗布包住普通溫度計的溫包，就組成一個濕球溫度計，所測出的溫度就是濕球溫度。

4.飽和溫度

（1）飽和狀態(tài)。氣體和液體兩種集態(tài)的質量不再發(fā)生變化，達到動態(tài)平衡，這種狀態(tài)稱為飽和狀態(tài)。飽和狀態(tài)下的蒸氣稱為飽和蒸氣，飽和狀態(tài)下的液體稱為飽和液體。

（2）飽和溫度的概念。液體沸騰時維持不變的溫度稱為沸點或稱為在某一壓力下的飽和溫度；飽和蒸氣和飽和液體的溫度稱為飽和溫度。飽和蒸氣和飽和液體的溫度是一樣的。與飽和溫度相對應的某一壓力稱為該溫度下的飽和壓力。

飽和溫度和飽和壓力隨著相應的壓力和溫度的增大而升高，一定的飽和溫度對應著一定的飽和壓力。飽和溫度和飽和壓力一一對應。如在一個大氣壓（約0.1MPa）下水的飽和溫度為100℃，水在100℃時的飽和壓力為一個大氣壓（1atm）；而在0.048MPa的絕對壓力下，水的飽和溫度為80℃，即80℃時水的飽和壓力為0.048MPa。

飽和溫度和飽和壓力對制冷系統(tǒng)有重要的意義。在蒸發(fā)器中，制冷劑液體在蒸發(fā)器內進行吸熱、沸騰，由于飽和壓力不變，飽和溫度也不變。

5.臨界溫度

當氣體物質的溫度升高到某一特定數值后，即使施加多么大的壓力也不會由氣態(tài)變成液體了，這一特定溫度稱為臨界溫度。

三、壓力

1.壓力定義

垂直作用于物體表面的力稱為壓力。壓強則是單位面積上受到的垂直作用力。而工程上說的壓力是壓強，法定單位是 Pa（帕）。除了法定單位外，還有幾種常見的非法定單位，大氣壓力（at）、工業(yè)大氣壓（bar）和標準大氣壓（atm）。

大氣壓是指空氣對地球表面的壓力，用at表示。

在工程上把1kg的力作用在1cm2上稱為一個工程大氣壓（bar）。

標準大氣壓是在135緯度45經度0℃的海平面上受到的空氣壓力，用atm表示。

2.壓力單位之間的換算關系為

1MPa=10at =10bar =106 Pa

1 at=1bar =1×105Pa

1 atm=1.013×105Pa

1 Pa=1N/m2

壓力有絕對壓力、表壓力和真空度之分。

3.絕對壓力、表壓力和真空度

（1）絕對壓力。是指被測流體器壁受到的實際壓力，它是以絕對真空為零起點，標準大氣壓為1atm計算的壓力，用P絕表示。

（2）表壓力。壓力表指示的壓力叫做表壓力，它是以當地大氣壓（B）為零起點計算的壓力，高于當地大氣壓為正，低于此值為負。因此又稱相對壓力，用P表表示。絕對壓力與表壓力之間的換算關系是：

P絕= P表+ B

例如：夏天分體空調工作制冷時，壓力表指示的壓力為 4.5 個壓力（bar），當地大氣壓為1bar，則絕對壓力為P絕= P表+ B = 4.5+1=5.5bar，相對壓力為4.5bar。

（3）真空度。真空是低于一個大氣壓的氣態(tài)空間。表壓力指示的數值為負值，而真空度是表示真空程度的物理量，在數值上是真空負壓的絕對值。用P真表示：

P真= B -P絕

4.飽和壓力

是飽和蒸氣和飽和液體的壓力，是與飽和溫度相對應的壓力。飽和壓力與飽和溫度一一對應。

5.臨界壓力

在臨界溫度時物質仍可由氣態(tài)轉變?yōu)橐后w，此時使氣體液化的最低壓力，即與臨界溫度相對應的壓力。

四、濕度和露點

1.空氣

（1）濕空氣。含有水蒸氣的空氣稱為濕空氣。一般情況下空氣就是濕空氣，是由干空氣和水蒸氣組成的。

（2）干空氣。完全不含水蒸氣的空氣稱為干空氣。

（3）飽和空氣。在一定溫度下，空氣中所含水蒸氣的量達到最大值，開始結露，這種空氣就叫做飽和空氣。空氣中所含水蒸氣的多少用濕度來表示，濕度常用絕對濕度、相對濕度、含濕量、露點來表示。

2.絕對濕度與相對濕度

（1）絕對濕度。單位體積空氣中所含水蒸氣的質量，叫做空氣的絕對濕度，單位為kg/m3或g/m3 。

（2）相對濕度。是指在某一溫度下，空氣中所含水蒸氣的實際質量與同一溫度下飽和空氣中的水蒸氣質量之百分比。

（3）二者差別。絕對濕度只說明單位體積空氣中含有多少克水蒸氣，不能說明有沒有達到飽和，而相對濕度則說明了空氣達到飽和時的程度。

在實際中直接測量空氣所含水蒸氣質量較困難，由于空氣中水分產生的壓力在 100℃以下時與空氣中含水量成正比，從而可以用空氣中水蒸氣產生的壓力表示空氣中的絕對濕度。

（4）空氣中的絕對濕度與相對濕度的關系是：

相對濕度可用由兩支完全相同的溫度計組成干、濕球溫度計來測量。其中一支溫度計叫干球溫度計，用來測量空氣溫度；另一支叫濕球溫度計，其下端包著棉紗且浸在水中。由于水分的蒸發(fā)，濕球溫度總是低于干球溫度。如圖1-2所示。

空氣相對濕度越小，水越容易蒸發(fā)，干、濕球溫差越大；反之，空氣相對濕度越大，干、濕球溫差就越小。相對濕度達到100%時，干、濕球溫度相等。

3.含濕量與露點

（1）含濕量。在實際應用中，一般不使用絕對濕度，而使用“含濕量”這一概念。在含有1kg干空氣的濕空氣中所含水蒸氣的質量，叫做空氣的含濕量，其單位是g/kg干空氣。

（2）露點。在含濕量不變的條件下，空氣中水蒸氣剛好達到飽和時的溫度或濕空氣開始結露時的溫度叫露點。在空調技術中，常利用冷卻方式使空氣溫度降到露點溫度以下，以便水蒸氣從空氣中析出凝結成水，從而達到干燥空氣的目的?？諝獾暮瑵窳看螅穆饵c溫度就高，物體表面也就容易結露。

五、氣液狀態(tài)變化

1.汽化與冷凝

蒸汽壓縮式制冷與制冷劑的氣液狀態(tài)變化密切相關，如制冷劑在蒸發(fā)器內汽化，在冷凝器內冷凝。

（1）汽化。物質的狀態(tài)從液態(tài)轉變成氣態(tài)叫汽化，汽化過程要吸收熱量，汽化有蒸發(fā)和沸騰兩種形式。

① 蒸發(fā)。蒸發(fā)是只在液體表面進行的汽化現象，它可以在任何溫度和壓強下進行。一般是慢慢進行的汽化現象。

② 沸騰。是在一定壓力下溫度達到一定值時，在液體表面和內部都劇烈進行的汽化現象。沸騰汽化時的溫度稱為沸點，也稱為一定壓力下的飽和溫度。蒸發(fā)器內進行的汽化現象就是沸騰汽化現象，汽化程度是劇烈的。

制冷劑的沸點與壓力有一一對應關系。例如，在1atm下水的沸點為100℃，在0.00891bar下沸點為5℃；R134a在0.64bar（表壓力）時，沸點為-15℃，在0.33bar（表壓力）下，沸點為-20℃；R12 在 0.51bar（表壓力）下沸點為-20℃，在 0.24bar 下沸點為-25℃。R22 在4.143bar（表壓力）下沸點為1℃，在4.839bar（表壓力）下沸點為5℃。

（2）冷凝。物質的狀態(tài)從氣態(tài)變成液態(tài)叫冷凝，又稱為液化。氣體液化的條件：降低溫度和增大壓力對冷凝有利，有效的方法是提高壓力，電冰箱制冷系統(tǒng)是采用壓縮機和毛細管來提高冷凝壓力的。冷凝過程要放出熱量。

2.濕蒸氣

（1）濕蒸氣。飽和蒸氣與飽和液體的混合物，稱為濕蒸氣。制冷劑在蒸發(fā)器和冷凝器中，進行的氣液集態(tài)轉變過程中，飽和液體與飽和蒸氣是同時存在的。

（2）干蒸氣。完全不含飽和液體的飽和蒸氣稱為干蒸氣。為了避免壓縮機進行濕壓縮，要求回氣管為干蒸氣。

（3）干度。濕蒸氣中飽和蒸氣的含量，用濕蒸氣的干度X表示。用mv和mw分別代表濕蒸氣中所含飽和蒸氣與飽和液體的質量，則濕蒸氣的干度值：

X=mv / (mv+mw)

X=0時，完全不含飽和蒸氣，為純飽和液體。

X=1時，完全不含飽和液體，為干飽和氣體。

制冷劑在蒸發(fā)器中的干度是從0～1不斷增加的。在冷凝器中的干度是從1不斷減小的。

3.過熱蒸氣及過熱度

在某壓力下，蒸氣的溫度若高于該壓力所對應的飽和溫度時，這種蒸氣稱為過熱蒸氣，超過的溫度叫過熱度。

例1.2 1atm（標準大氣壓）下，水的飽和溫度為100℃，130℃水的蒸氣為過熱蒸氣，過熱度為30℃。

例1.3 R22制冷系統(tǒng)空調工況下，制冷劑在蒸發(fā)器中沸騰汽化溫度為5℃，壓縮機回氣管中的溫度為15℃，其蒸氣為過熱蒸氣，過熱度為15℃-5℃=10℃。

4.過冷液體及過冷度

某壓力下，液體的溫度若低于該壓力對應的飽和溫度時，這種液體稱為過冷液體，溫度差值為過冷度。

六、熱

1.熱量

是能量變化的一種量度，表示物體在吸熱或放熱過程中所轉移的熱能。熱量的法定單位是J（焦），非法定單位是cal（卡）。它們之間的關系是：

1J = 0.2388cal， 1cal = 4.1868J

熱量有顯熱和潛熱兩種形式。

（1）顯熱。是指物質溫度變化，狀態(tài)不變所吸收或放出的熱量。如水的溫度從20℃升至80℃，這時水吸收的熱量為顯熱。

（2）潛熱。是指物質的狀態(tài)變化（如熔解、液化等），而溫度不變所吸收或放出的熱量。如將100℃的水變?yōu)?00℃的水蒸氣時，需要吸收的熱量就是潛熱。依據物態(tài)變化，潛熱可分為汽化潛熱、液化潛熱、熔化潛熱和凝固潛熱等。

2.焓與熵

（1）焓。熱能是物質分子所具有的動能與位能的總和，而物質分子在各種狀態(tài)下都在不停地運動，所以物質總是含有一定的熱量，只是所處狀態(tài)不同時，所含熱量不同而已。1kg的物質在某一狀態(tài)時，所含的熱量稱為該物質的焓，符號為H，單位為kJ/kg。制冷工質在系統(tǒng)中流動時，其內能和外功總是同時出現的，因此焓可以轉化成熱力計算。

焓的物理意義是指以特定溫度作為起點的物質所含的熱量。例如，通常把水在壓力為101325Pa，溫度為 0℃時的焓定義為零。把 0℃的 R12和 R134a液態(tài)制冷劑的焓值規(guī)定為200kJ/kg。

焓隨制冷劑的狀態(tài)、溫度和壓力等參數的變化而變化。當對制冷劑加熱或做功時，焓就增大，反之，制冷劑被冷卻或蒸氣膨脹向外做功時，焓就減小。

（2）熵。熵和焓一樣，也是描述物質狀態(tài)的參數，它是從外界加進1kg物質（系統(tǒng)內）的熱量Q與加熱時該物質的熱力學溫度T（K）之比，用S表示，其關系式為：

S = Q/T（kJ/kg）

熵值也是復合狀態(tài)參數，它只與狀態(tài)有關，而與過程無關，在一定的狀態(tài)下，制冷劑的熵值是確定的。熵不需要計算絕對值。由于熱力學溫度T永遠是正值，故熱量的變化ΔQ與熵的變化ΔS符號相同。工質吸熱，ΔQ為正值，工質的熵值必然增加，ΔS也為正值。反之，工質放熱（被冷卻）ΔQ 為負值，工質的熵減少，ΔS 也為負值。因此，根據制冷過程中熵的變化，就可判斷出工質與外界之間熱流的方向。

七、熱力學第一定律和熱力學第二定律

1.熱力學第一定律

無論何種熱力過程，在機械能與熱能的轉換或熱能的轉移中，系統(tǒng)和外界的總能量守恒。即：能量不能憑空產生，也不能憑空消失，只能從一種形式的能轉換成另一種形式的能，但總能量保持不變。

電冰箱工作制冷時，冷凝器散出的熱量總是大于蒸發(fā)器吸收的熱量，即冷凝器散出的熱量一部分是來自蒸發(fā)器在箱內吸收的熱量，一部分是壓縮機做功時因摩擦產生的熱量。

2.熱力學第二定律

如果能從單一熱源（如大?；蚩諝馐怪疁囟冉档?1℃）取得熱量，不違背熱力學第一定律，使熱量全部變?yōu)闄C械能對外做功，發(fā)出的電能能使全世界人民用幾十年，事實證明：雖然不同于第一類永動機，不違背熱力學第一定律，故稱為第二類永動機，但也是不能實現的。科學家通過長期的科學實驗和生產實踐，得出結論，開爾文和普朗克將熱力學第二定律表述為：

不可能制造只從一個熱源取得熱量，使之完全變成機械能而不引起其他變化的循環(huán)發(fā)動機。

熱量可以自發(fā)地、不費代價地從高溫熱源傳到低溫熱源，要想把熱量從低溫熱源傳到高溫熱源，必須消耗壓縮機的機械能。電冰箱總是從箱內吸收食品、空氣（低溫熱源）的熱量傳到箱外大氣環(huán)境（高溫熱源），必須消耗壓縮機的機械能?？藙谛匏箤崃W第二定律表述為：

熱量不可能自發(fā)地、不費代價地從低溫熱源傳到高溫熱源。

如夏天熱量總是通過門窗、墻壁傳到室內，要想把熱量從室內低溫熱源傳到室外高溫熱源，必須消耗空調壓縮機的機械能，才能實現蒸發(fā)器不斷地在室內吸收熱量，然后在室外通過冷凝器放出熱量。說明熱量的傳遞具有方向性。

八、功率、制冷量

1.功率

單位時間內所消耗的能量或所做的功，稱為功率；單位為瓦（W）或千瓦（kW）。

2.制冷量

電冰箱或空調器進行制冷運行時，單位時間從密閉空間或區(qū)域移走的熱量叫制冷量，因此制冷量的單位是瓦（W，1W=1J/s）或千瓦（kW）。空調器銘牌上所標的制冷量，叫名義制冷量，它是在規(guī)定的標準工況下所測得的制冷量。不同國家所規(guī)定的空調標準工況不一樣。我國房間空調器的標準測試工況為：室內側，干球溫度27.0℃，濕球溫度19.5℃；室外側，干球溫度35℃，濕球溫度24℃。外國空調器測試的標準工況與我國的不同。因此，名義制冷量相同的空調器，其實際制冷能力未必完全相同。

3.能效比

壓縮機的制冷量與其運行時所消耗的功率之比叫能效比，也叫性能系數。能效比是反映壓縮機能耗的一項重要指標。

知識二 常見的制冷方法

制冷方法總的來說可分為：物理方法和化學方法兩大類。

根據制冷產生的低溫環(huán)境溫度的不同，制冷技術大體可分為三類：

（1）普通制冷。環(huán)境溫度以下到-153.15℃。

（2）深度制冷。-153.15℃到-253.15℃。

（3）低溫和超低溫制冷。-253.15℃到接近0K（即-273.15℃）。

按照制冷的物理原理不同，制冷技術主要可劃分為以下四種：

（1）液體汽化法。我們往手上擦點易揮發(fā)的酒精，皮膚會感到涼意，這是由于酒精蒸發(fā)時吸收并帶走了皮膚的熱量（汽化潛熱）的緣故。液體汽化法制冷，就是利用常壓下沸點較低的液態(tài)制冷劑沸騰汽化（制冷技術中習慣上稱為蒸發(fā)），吸收汽化潛熱，使周圍的物體或空間致冷的。它是利用物質液氣集態(tài)變化過程獲取低溫的方法。在普通制冷范圍內，現在主要采用液體汽化法制冷，如蒸氣壓縮式制冷、吸收式制冷、蒸氣噴射式制冷等，其中又以蒸氣壓縮式制冷的應用最為廣泛。

蒸氣壓縮制冷循環(huán)。將蒸發(fā)器出來的蒸氣加壓冷卻后，重新冷凝為液體，然后再蒸發(fā)，如此不斷循環(huán)，這就是蒸氣壓縮制冷循環(huán)。電冰箱和家用空調器采用這種制冷方式。蒸氣壓縮式制冷循環(huán)原理如圖1-3所示。將制冷用的工質充灌在一個密封的系統(tǒng)內，液態(tài)工質經節(jié)流裝置節(jié)流降壓后，在蒸發(fā)器中等壓汽化吸熱，變?yōu)榈蜏?、低壓蒸氣，然后經過壓縮機絕熱壓縮成高溫高壓蒸氣，最后在冷凝器中液化放熱，并再進入節(jié)流裝置，從而完成一個制冷循環(huán)。

（2）氣體膨脹法。氣體膨脹法制冷，讓氣體經膨脹機膨脹或使氣體經絕熱節(jié)流膨脹都可致冷。氣體流道的截面突然縮小然后又擴大的流動過程稱節(jié)流。氣體流經孔板、閥門過程是工程上常見的節(jié)流實例。由于流道截面突然縮小，流動阻力增大，節(jié)流氣體壓力將降低；并且大多數氣體經絕熱（和外界無熱交換）節(jié)流后溫度會降低，即產生致冷反應。但是，氣體節(jié)流膨脹的冷卻效應不大，單純采用氣體節(jié)流制冷的效率不高。目前多將節(jié)流制冷與具有膨脹機的氣體膨脹制冷結合進行，用于深度制冷（如液化空氣）和低溫設備（如液化氮氣）。

（3）溫差電制冷（半導體制冷）。溫差電制冷是利用珀爾帖效應來獲取低溫的。將兩種不同的導體連接成閉合的環(huán)路，兩個連接點稱為節(jié)點，若加熱其中一個節(jié)點，冷卻另一節(jié)點，環(huán)路中將有電流產生，這種現象稱為溫差電現象，也稱熱電效應。這兩種導體的組合，稱為電偶對。相反，若在電偶對組成的環(huán)路中接入直流電源，那么其中一個節(jié)點的溫度會升高，向外界放出熱量；而另一個節(jié)點的溫度將降低，會吸收周圍的熱量，產生致冷效應，這種現象稱為珀爾帖效應。金屬導體的珀爾帖效應十分微弱，沒有實用價值。采用P型半導體和N型半導體用銅片焊接成電偶對，珀爾帖效應較為顯著。如果將數十個半導體電偶對串聯組成熱電堆，則可獲得較大的制冷量。由于實踐均采用半導體材料制作電偶對和熱電堆，所以溫差電制冷又稱半導體制冷。

半導體制冷裝置無機械運行和傳動部件，因而無噪聲、無磨損、運行可靠、維修方便，并且冷卻速度快、易于控制，多用于不便使用機械制冷裝置的場所。例如作為電子器件的冷卻器應用于電子計算機、石英晶體振蕩器、激光發(fā)光體和電子攝像管中，作為測量儀器的冷源應用于半導體人工零點儀、半導體露點儀和露點濕度儀。

（4）絕熱去磁法。順磁介質在磁場中被磁化后，如果絕熱地使磁場減弱消磁，順磁介質的溫度將會降低。根據這一原理，可以應用絕熱去磁的方法獲取非常低的溫度。例如，在大氣壓下液態(tài)氦（He）的沸點為-268.934℃（4.216K），先用其他制冷方法獲得液態(tài)氦后，再用抽氣機將氦蒸氣迅速抽走，使液態(tài)氦在低壓下沸騰，可以達到熱力學溫度 1K（-272.15℃）的低溫。但此法不能獲得更低的溫度了，如果將液態(tài)氦與某種順磁性塊類物質混合，施加磁場使順磁塊因磁化升溫，在順磁塊和液態(tài)氦發(fā)生熱交換時達到液態(tài)氦的溫度時，將氦蒸氣抽走，變成負壓真空，然后絕熱除去磁場，順磁塊的溫度將降低，利用這種方法，可以獲得熱力學溫度僅為0.001K（-273.149℃）的低溫，已十分逼近極限低溫——0K。

知識三 常見的制冷劑

一、制冷劑

1.制冷劑的定義

制冷系統(tǒng)中循環(huán)流動的工作物質，簡稱工質，又稱制冷劑，俗稱雪種。用Refrigerant（制冷）的第一個字母R表示。

2.制冷劑的種類及代號

（1）制冷劑的種類。制冷劑按其化學結構的不同可分為四類。

① 無機化合物。R后面第一個數字用7表示無機物，其余兩位數字為該特質的分子量。如：NH3 的分子量為17，其代號為R717；H2O 的分子量為18，其代號為R718；干冰CO2的分子量為44，其代號為R744。

② 氟利昂。它是烷烴的鹵代物，其分子通式為 CmHnFxClyBrz，其代號為 R(m-1) (n-1)xBz。如：CF2Cl2代號為R12；C2HF3Cl2代號為R123；CHF2Cl代號為R22；CH2F4代號為R134a。

③ 共沸溶液。它是由兩種或兩種以上的氟利昂組成的混合物，其蒸發(fā)溫度和冷凝溫度恒定不變，第一個數字用5表示。如：R500，由73.5%的R12和R152a組成；R501由25%的R12和R22組成；R502由48.8%的R22和R115組成。

95%的乙醇和5%的水組成共沸溶液，蒸發(fā)出來的氣體，其組成也是95%的乙醇和5%的水。要想減少水分提純乙醇，用生石灰吸收水分，純度可達分析純 99.9%；要想再減少水分提純乙醇，只有用氧化鎂吸收水分，純度可達化學純99.99%。

④ 碳氫化合物

甲烷CH4 R50

乙烯C2H4 R1150

異丁烷 C4H10 R600a

（2）制冷劑根據蒸發(fā)溫度和冷凝壓力的不同可分為三種。

① 高溫低壓制冷劑

② 中溫中壓制冷劑

③ 低溫高壓制冷劑

如：R11；

如：R12、R717、R22；

如：R13。

3.對制冷劑的要求

（1）對制冷劑在熱力學性質方面的要求

① 沸點和凝固點要低。R12，R22中均含有氯，破壞大氣臭氧層，但其標準大氣壓下沸點很低，R12標準沸點為-29.8℃，R22的標準沸點為-40.8℃。

② 蒸發(fā)壓力稍高于大氣壓力，冷凝壓力要低，一般不超過1.5～2.2MPa，以免設備過于笨重，壓縮機功耗太大。冷凝壓力和蒸發(fā)壓力壓差要小，比值要小。

③ 汽化潛熱值要大。NH3有強烈刺激性氣味，腐蝕設備，易發(fā)生爆炸，之所以用R717作制冷劑，是因為汽化潛熱值大。

（2）對制冷劑在物理化學方面的要求

① 導熱系數和換熱系數要大，易于散熱傳熱。

② 密度和黏度要小，減小流動阻力，減少制冷劑在流動過程中的能量損耗。

③ 要有一定的吸水性，不易產生冰堵。

④ 化學性質要穩(wěn)定，不燃燒、不易發(fā)生爆炸、不與銅管道發(fā)生反應，不與壓縮機的鋼殼發(fā)生反應，不與冷凍油發(fā)生反應，不破壞大氣臭氧層，水汽化潛熱小、沸點高，能成為制冷劑是因為不燃燒，不會發(fā)生爆炸，價格便宜，容易得到。

4.常用制冷劑

目前，能夠用做制冷劑的物質有80余種，常用的不過10多種，而電冰箱、空調器常用的制冷劑有R12、R22、R134a、R600a、R502等。

（1）R12（CCl2F2 ，二氟二氯甲烷）。它是甲烷的衍生物，屬于中壓制冷劑，主要用于中、小型制冷設備，如電冰箱。它無色、無味、不燃燒、不爆炸，對人體危害較小。R12在一般情況下是無毒的，對金屬也無腐蝕作用，只在溫度達 400℃以上并與明火接觸時，才分解出有毒的光氣COCl2，如空氣中R12的含量超過25%～30%時，兩小時后也會使人窒息。

R12的特點是極易溶于油而不易溶于水，同時滲透力強。溶解于油，使?jié)櫥托阅芙档?，不易溶解于水，就容易使系統(tǒng)水分結冰，堵塞毛細管末端，而且當氟利昂含有水分時，氟利昂會發(fā)生水解，對金屬有很大的腐蝕性。R12還能溶解多種有機物質，所以不能用一般的橡膠密封墊。R12在一個大氣壓下，沸點為-29.8℃，凝固點為-115℃。

R12中含有氯原子，能被大氣臭氧層中的臭氧氧化，從而破壞臭氧層?，F在全球已禁止使用。

（2）R22（CHClF2，二氟一氯甲烷）。它也是甲烷的衍生物，在相同蒸發(fā)壓力下，R22蒸發(fā)溫度和冷凝溫度比R12要低。R22無色、無味、不燃燒、不爆炸、毒性比R12略大，但仍然是安全的制冷劑。R22溶于油并稍溶于水，但仍屬于不溶于水的物質。

R22對金屬與非金屬的作用與R12相似，其泄漏特性與R12相似，同樣需要系統(tǒng)密封性能高，R22腐蝕塑料橡膠的能力比R12強。

（3）R502。它是由48.8%的R22和51.2%的R12組成的一種混合溶液，沸點是-45.6℃，使用溫度是-60～-20℃。這種由兩種或兩種以上制冷劑按一定比例相互溶解而成的具有一定沸點的制冷劑叫做共沸溶液制冷劑。其在一定壓力下，有一定的蒸發(fā)溫度，而且液相和氣相的成分是恒定的。

R502 兼有 R22 與 R12 的優(yōu)點，使用 R502 的壓縮機排氣溫度約比使用 R22 的低 10～15℃，單位容積制冷量比R22高。在蒸發(fā)溫度和冷凝溫度相同的情況下，R502的吸入壓力高，壓縮機的壓縮比小，制冷系數大，在低溫工況時，R502的制冷量比R22大；蒸發(fā)溫度若高于0℃，則R502的制冷量反而比R22小。R502的溶油性比R22差。R502多用在低溫的制冷系統(tǒng)，若用于小型空調器中，則須對制冷系統(tǒng)進行必要的改進。R502雖然價格較貴，但因其性能優(yōu)良，已逐漸代替R22。

（4）新型制冷劑。由于 R12、R22 和 R502 均屬低氯化氟化碳類物質，其分子中都含有氯原子，會破壞臭氧層，引起地球的“溫室效應”，并且分子中氯原子數越多，破壞作用越強。因此，1992年哥本哈根國際會議規(guī)定：發(fā)達國家從1996年1月1日起禁用R12，從2020年1月1日起禁用R22，而發(fā)展中國家的禁用期允許推后10年。尋找CFCl的最佳替代物是世界性的熱點研究課題。

① R12的替代物。無氟綠色電冰箱中，不是沒有氟利昂，也不是沒有氟原子，而是不含氯原子，比較成熟的有兩類：一類是氫氟烴，以R134a為代表。與R12相比有相似的物理性質，R134a 消耗臭氧層潛能 ODP 為零，誘導溫室效應 GWP 近零。沸點為-26.5℃，比 R12高，汽化潛熱為219.8kJ/kg比R12大，但制冷量低于R12，比R12更難溶于水，冷凍油吸水性很強，R134a極易水解。制冷系統(tǒng)更易造成冰堵。另一類是丙烷和丁烷形成的烴，以R600a （C4H10異丁烷）為代表。沸點為-11.5℃。制冷系統(tǒng)為負壓真空運行。消耗臭氧潛能ODP= 0，誘導溫室效應 GWP= 0，環(huán)保性能好，蒸發(fā)壓力為負壓，無鹵族元素與水不發(fā)生水解反應，不腐蝕金屬，制冷性能比R12好，但其易燃易爆，制冷系統(tǒng)無特殊要求。

美國、日本及我國部分企業(yè)主張使用R134a。這種物質不會破壞臭氧層，無毒，不可燃，物化性質也與R12相近，但它具有使全球變暖的溫室效應，而且不溶于礦物油，須選用新的與 R134a 兼溶的酯類潤滑油（如 RL—329），并且要對壓縮機、熱交換器等制冷零部件的設計做相應的改動。歐洲國家普遍主張使用烴類制冷劑，有的用丙烷和丁烷各50%的混合物替代R12，有的用R600a（異丁烷）替代R12等。

② R22的替代物。氫氟烴類物質不破壞臭氧層。經過反復實驗篩選，發(fā)現用R32/R134a的混合物替代R22，不但熱力性能更好，又可節(jié)能，而且電氣絕緣性能比R22更好，因而使空調器整機性能有所提高。但它僅對聚酯類潤滑油有兼溶性，而且這種兼溶性還受添加劑的種類、數量的影響。

二、冷凍油

壓縮機所有運動零部件的磨合面必須用潤滑油加以潤滑，以減少磨損，制冷壓縮機所使用的潤滑油叫做冷凍機油，簡稱冷凍油。冷凍油還把磨合面的摩擦熱能——磨屑帶走，從而限制了壓縮機的溫升，改善了壓縮機的工作條件。壓縮機活塞與汽缸壁、軸封磨合面間的油蠟，不僅有潤滑作用，而且有密封作用，可防止制冷劑的泄漏。

1.冷凍油的性能與要求

冷凍油與制冷劑有很強的互溶性，并隨制冷劑進入冷凝器和蒸發(fā)器，因此，冷凍油既要對運動部件起潤滑和冷卻作用，又不能對制冷系統(tǒng)產生不良影響，所以，冷凍油的物理、化學、熱力性質應滿足下列要求。

（1）黏度適當。黏度是表示流體黏滯性大小的物理量。黏度分為動力黏度和運動黏度兩種，黏度隨溫度的升高而降低，隨壓力的增大而增大。黏度是冷凍油的一項主要性能指標，因此，冷凍油通常是以運動黏度值來劃分牌號的，不同制冷劑要使用不同黏度的冷凍油。如R12與冷凍油互溶性強，使冷凍油變稀，應使用黏度較高的冷凍油。制冷系統(tǒng)工作溫度低，應使用黏度低的冷凍油；制冷系統(tǒng)工作溫度高，應使用黏度高的冷凍油；轉速高的往復式壓縮機及旋轉式壓縮機應使用黏度高的冷凍油。

（2）濁點低于蒸發(fā)溫度。冷凍油中殘留有微量的石蠟，當溫度降到某個值時，石蠟就開始析出，這時的溫度稱為濁點。冷凍油的濁點必須低于制冷系統(tǒng)中的蒸發(fā)溫度，因為冷凍油與制冷劑互相溶解，并隨著制冷劑的循環(huán)而流經制冷系統(tǒng)的各有關部分，冷凍油析出石蠟后，會堵塞節(jié)流閥孔等狹窄部位，或存積在蒸發(fā)器盤管的內表面，影響傳熱效果。

（3）凝固點足夠低。耐低溫而不凝固，冷凍油失去流動性時的溫度稱為凝固點，其凝固點總比濁點低。冷凍油的凝固點必須足夠低，以R12和R22為制冷劑的壓縮機，其冷凍油的凝固點應分別低于-30℃和-40℃。冷凍油中溶入制冷劑后，其凝固點會降低。如冷凍油中溶入R22后，其凝固點會降低15～30℃。

（4）閃點足夠高。冷凍油蒸氣與火焰接觸時發(fā)生閃火的最低溫度，叫做冷凍油的閃點。冷凍油的閃點應比壓縮機的排氣溫度高20～30℃，以免冷凍油分解、結炭，使?jié)櫥阅芎兔芊庑阅軔夯?。使用R12和R22為制冷劑壓縮機，其冷凍油閃點應在160℃以上；而在熱帶等高溫環(huán)境下使用的空調器，其冷凍油閃點宜在190℃以上。

（5）化學穩(wěn)定性好。冷凍油在與制冷劑、金屬共存的系統(tǒng)中，若溫度比較高，則會在金屬的催化作用下，發(fā)生分解、聚合、氧化等化學反應，生成具有腐蝕作用的酸。因此，化學穩(wěn)定性好的冷凍油，其含酸值比較低。

（6）雜質含量低。制冷劑、冷凍油溶液中若混入微量水分，則會加速該溶液的酸化作用，使制冷系統(tǒng)出現有害的鍍銅現象，并使壓縮機的電機絕緣性能降低。因此，1kg 冷凍油中含水應低于 40mg。冷凍油在生產過程中雖然經過嚴格的脫水處理，但它有很強的吸水性，因此冷凍油存儲中要做好容器的密封工作，勿讓其長時期與空氣自然接觸。冷凍油中若含有機械雜質，則會加速運動機件的磨損，并引起油路堵塞。所以，冷凍油不應含機械雜質。

（7）絕緣性能好。封閉式壓縮機的電機繞組及其接線柱與冷凍油直接接觸，因此，要求冷凍油有良好的絕緣性能。純凈冷凍油的絕緣性能一般都很好，但是，若油中含有水分、塵埃等雜質，則其絕緣性能就會降低。冷凍油的絕緣性能用擊穿電壓來表示，擊穿電壓測定的方法為：將冷凍油倒入裝有一對2.5mm間隙的電極的玻璃容器內，電極通電后逐漸升高電壓直到冷凍油的絕緣被破壞而發(fā)出激烈的響聲，此時的電壓值就是這種油的擊穿電壓。冷凍油的擊穿電壓要求在25kV以上。

（8）耐高溫而不汽化。壓縮機工作時因活塞與汽缸要發(fā)生摩擦而使溫度升高，如果冷凍油汽化，會與制冷劑一起排入冷凝器和蒸發(fā)器中，使冷凝器和蒸發(fā)器的換熱效果降低。

2.冷凍油的選用

（1）牌號選擇。目前，我國生產的冷凍油主要有5種，其牌號按運動黏度來標定，黏度越大，標號越高。不同牌號的冷凍油不能混用，但可以代用，代替原則是：高標號冷凍油可代替低標號冷凍油，而低標號冷凍油不能代替高標號冷凍油。使用R12做制冷劑的壓縮機可采用HD—18號冷凍油；使用R22做制冷劑的壓縮機可采用HD—25號冷凍油；R717做制冷劑的壓縮機可采用HD—13；R134a做制冷劑的壓縮機可采用RL—329冷凍油。

（2）質量判斷。從冷凍油外觀可以初步判斷其質量的優(yōu)劣。當冷凍油中含有雜質或水分時，其透明度降低；當冷凍油變質時，其顏色變深。因此，可在白色干凈的吸墨紙上滴一滴冷凍油，若油跡顏色淺而均勻，則冷凍油質量尚可；若油跡呈一組同心圓狀分布時，則冷凍油內含有雜質；若油跡呈褐色斑點狀分布，則冷凍油已變質，不能使用。優(yōu)質冷凍油應是無色透明的，使用一段時間后會變成淡黃色，隨著使用時間的延長，油的顏色會逐漸變深，透明度變差。

基本技能

技能一 認識制冷設備的維修工具

一、切割和漲擴銅管工具

制冷系統(tǒng)中的制冷劑是在封閉的管路中流動的，因此在維修電冰箱制冷系統(tǒng)的過程中，會對制冷劑的管路進行改造修補，因此會用到大量的切割工具和漲擴管工具來加工銅管。常用的切割工具和漲擴工具如表1-1所示。

二、氣焊設備

1.氣焊設備的組成

制冷設備中的管路的連接與維修，離不開氣焊設備的使用。常用的氣焊設備組成如表1-2所示。

2.打氣檢漏和抽真空設備

在檢修制冷設備的過程中要對制冷劑管路進行打氣檢漏、抽真空等操作。在工作過程中會用到許多設備，如表1-3所示。

3.電路測量儀器

制冷設備中還包含許多電路控制設備，這類設備的檢修必須用到專用檢測儀器，主要儀器如表1-4所示。

4.其他用具及材料

制冷設備維修中還用到許多用具及材料，如表1-5所示。

技能二 氣焊設備的安裝調試

步驟如下：

（1）組裝氧氣減壓表，把圖1-4、圖1-5所示的減壓表、調節(jié)閥頂針安裝在一起。

（2）組裝乙炔減壓表，把圖1-6、圖1-7、圖1-8所示的減壓表、調節(jié)閥頂針、卡具連接在一起。如圖1-9所示。

（3）在氧氣減壓表上連接氧氣皮管，并用鐵絲擰緊，如圖1-10所示。在氧氣鋼瓶上用大扳手安裝氧氣減壓表，如圖1-11、圖1-12所示。

（4）在乙炔氣鋼瓶上配置安裝乙炔減壓表，在乙炔減壓表上連接乙炔皮管（綠色皮管），均用鐵絲緊固，如圖1-13所示。把乙炔減壓表安裝在如圖1-14所示的乙炔瓶上，如圖1-15所示。

（5）用紅顏色的氧氣輸氣管的另一端連在焊槍下面氧氣管道上，并用鐵絲緊固，然后關閉焊槍上的調節(jié)閥門。焊槍上有氧氣和乙炔字樣，如圖1-16所示。

（6）用綠色或黑色乙炔輸氣管的另一端連在焊槍上面乙炔氣管道上，并用鐵絲緊固，如圖1-16所示。

（7）用氧氣瓶雙向絞手或扳手打開氧氣瓶瓶閥（如圖1-17、圖1-18、圖1-19所示），調節(jié)減壓閥操作桿，使氧氣輸出壓力為0.1～0.2MPa，如圖1-20所示。

（8）用乙炔瓶鑰匙（如圖1-21所示）打開乙炔氣鋼瓶上的閥門，檢查是否漏氣，若漏擰緊；調節(jié)減壓閥操作桿，使乙炔氣輸出壓力為0.03～0.05MPa，如圖1-22、圖1-23所示。

（9）關閉乙炔瓶和氧氣瓶瓶閥，等以后實習用。

技能三 壓力真空連程表

一、壓力表的認識

（1）壓力表的作用。指示系統(tǒng)的壓力，指示氟利昂的蒸發(fā)溫度。

（2）壓力表的常見外形。如圖1-24、圖1-25所示，圖中的0.4、0.8、1.2、1.5表示的是MPa。

1MPa =10at=10bar=106Pa。MPa為兆帕，at為大氣壓，bar為工業(yè)大氣壓，即1kg的力作用在1cm2上。Pa為帕，是1N的力作用在1m2的面積上。如：0.4MPa即4個大氣壓，4×105Pa。

二、壓力表的讀數

讀數單位：一般都以MPa為單位，電冰箱正常工作時，壓縮機低壓工藝管處的壓力常溫下應為 0.05MPa 左右，冬天溫度很低時，工藝管處的壓力在 0～0.02MPa，夏天中午溫度高時，工藝管處的低壓壓力在 0.05～0.07MPa。分體空調夏天工作制冷時，早晨低壓檢修閥的表壓力應為0.4MPa左右，中午環(huán)境溫度高時，低壓檢修閥的表壓力可達0.5～0.55MPa。

項目評價

項目小結

1.研究者指定的研究對象稱為系統(tǒng)。系統(tǒng)有開口系統(tǒng)、閉口系統(tǒng)和絕熱系統(tǒng)。與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的周圍所有介質稱為環(huán)境，又稱為外界。

2.溫度在宏觀上是描述物體冷熱程度的物理量；在微觀上標志物質內部大量分子熱運動的激烈程度。衡量溫度的標尺稱為溫標，常用的溫標有3種：熱力學溫標、攝氏溫標和華氏溫標。3種溫標的換算關系：t = T-273.15（℃），θ = 9t/5 +32（°F），T = t +273.15（K）。

普通溫度計測量出來的溫度就是干球溫度，濕球溫度計測出的溫度就是濕球溫度。液體沸騰時維持不變的溫度稱為沸點或稱為在某一壓力下的飽和溫度；當氣體物質的溫度升高到某一特定數值后，即使施加多么大的壓力也不會由氣態(tài)變成液體了，這一特定溫度稱為臨界溫度。

3.器壁受到的實際壓力稱為絕對壓力，它是以絕對真空為零起點。壓力表的示數叫做表壓力，它是以當地大氣壓（B）為零起點計算的壓力。

4.單位體積空氣中所含水蒸氣的質量，叫做空氣的絕對濕度。單位體積空氣中所含水蒸氣的實際質量與飽和空氣水蒸氣質量之百分比，叫做空氣的相對濕度。在含有1kg干空氣的濕空氣中所含水蒸氣的質量，叫做空氣的含濕量?？諝忾_始結露時的溫度叫露點。

5.物質的集態(tài)從液態(tài)轉變成氣態(tài)叫汽化，汽化有蒸發(fā)和沸騰兩種形式。物質的集態(tài)從氣態(tài)轉變成液態(tài)叫冷凝。

6.常見的制冷方法，制冷劑及其種類，對制冷劑的要求，常用制冷劑及新型制冷劑。

7.潤滑油、作用及對潤滑油的要求。

思考與練習一

1.3種溫標之間的換算關系。空調器正常工作時，低壓表壓力為4at（0.4MPa），飽和溫度為5℃，華氏溫度為多少？熱力學溫標為多少K？

2.什么是空氣的絕對濕度、相對濕度？二者的關系如何？

3.絕對壓力與相對壓力的區(qū)別和關系是什么？空調器正常工作時，低壓表壓力為 4at （0.4MPa），絕對壓力為多少at？相對壓力為多少MPa？

4.顯熱和潛熱的區(qū)別是什么?

5.氟利昂是怎么進行命名的？

6.制冷劑是怎樣進行分類的？

7.對制冷劑的性能要求如何？

8.對冷凍油的性能要求如何？

9.常用的制冷設備維修工具有哪些？

10.敘述安裝和調試氣焊設備的步驟。