壓縮機之原理
壓縮機-冷凝器-節流裝置-蒸發器
制熱與製冷原理相同,即逆卡諾循環,與製冷原理不同的是冷凝器和蒸發器的對換,即:壓縮機-蒸發器-節流裝置-冷凝器。
壓縮機是製冷系統的心臟,無論是空調、冷庫、化工製冷工藝等等工況都要有壓縮機這個重要的環節來做保障!
製冷壓縮機種類和形式很多,根據原理可分容積型和動力型兩類,其中容積式是最為普遍的。
壓縮機是如何壓縮氣體的呢?
簡單而說就是通過改變氣體的容積來完成氣體的壓縮和輸送過程!任何動力設備都需要有個原動力來作功完成,壓縮機也是一樣,它需要一個電動機(馬達)來帶動。
容積型壓縮機常見模式為兩種:往復式活塞式和迴轉式。
1、往復活塞式是通過活塞在氣缸內做往復運動改變氣體工作容積;活塞式壓縮機歷史悠久,生產技術成熟。
2、迴轉式壓縮機包括刮片(滑片)鏇轉式壓縮機、螺桿式壓縮機,目前國內生產的空調器多數採用鏇轉式壓縮機;螺桿式壓縮機主要用於大型製冷設備。
製冷系統主要分幾個設備:
壓縮機-冷凝器-節流裝置-蒸發器
它的基本原理是這樣的,壓縮機將冷凍劑壓縮成高壓飽和氣體(氨或氟里昂),這種氣態冷凍劑再經過冷凝器冷凝。
通過節流裝置節流之後,通入到蒸發器中,將所需要冷卻的媒介冷卻換熱。例如將蒸發器連線到樓里的各個房間,蒸發器內的蛇行管將同空氣進行換熱,再通過鼓風將冷氣吹向房間的空氣當中。
而蒸發器蛇行管內的冷凍劑換熱後變成低壓蒸氣回到壓縮機,再被壓縮機壓縮,這樣循環利用就完成了製冷系統。
製熱系統也大致是這個原理,只是方式相反。
壓縮機之種類
壓縮機主要有兩種分類方式:
第一種分類方式以壓縮機方式分類,可分為容積式(positive displacement)和動力式(dynamic)兩大類。
容積式壓縮機
將輸入功以壓縮機構傳輸,透過改變壓縮室的相對容積,造成冷媒蒸氣容積減少、壓力上升,此類型的壓縮機又可分為往復式、迴轉式、螺旋式和渦捲式;
動力式壓縮機
利用外力驅動旋轉機構,迫使冷媒蒸氣接收角動量引起分子推擠,從而造成蒸氣相對容積減少,產生壓縮效果,此類壓縮機之代表為離心式壓縮機。圖一所示為以壓縮方式分類之冷媒壓縮機類型。
第二種分類方式以壓縮機之機構形式分類,可分為開放式(open type)、密閉式(hermetic type)和半密閉式(semi-hermetic type)。開放式壓縮機之馬達與壓縮機構獨立分開在不同機殼內,體積比密閉或半密閉式壓縮機大,因此所需之安裝空間相應較大,且較易產生冷媒洩露問題。但是以系統效能來看,由於開放式壓縮機的馬達與壓縮機構各自獨立,不是密閉或半密閉式需有部分冷媒蒸氣流經馬達進行散熱工作,導致冷媒蒸氣溫度升高而壓縮效率降低,因此開放式壓縮機之效能優於密閉或半密閉式。此外,開放式壓縮機還具有易拆卸、便於維護保養之特性。
密閉式壓縮機的馬達與壓縮機構安裝於同一機殼內,沒有冷媒洩露的問題,在相同冷凍能力下,密閉式壓縮機體積最小,但缺點是難以進行維修,因此只適用於壓縮機不拆修之小型冷凍噸位之應用。
半秘密式壓縮機結合開放式和密閉式的機構型式,同時擁有開放式和密閉式的優點。期將馬達與壓縮機設計於同一機殼內,可縮小空間且避免冷媒洩露問題,因此不需要昂貴的密封成本;同時,馬達與壓縮機裝置可重複拆卸,維護保養的便利性高。半密式壓縮機廣泛應用於中小型噸位的製冷或製熱系統。
另外還有一種依使用的製冷劑種類分類,有:
1.有機制冷劑壓縮機(r22.r404a.r134a)
2.無機制冷劑壓縮機(r717.r744)
種類 | 機構形式 | ||
開放式 | 半密閉式 | 密閉式 | |
迴轉式 | — | — | O |
往復式 | O | O | O |
渦卷式 | — | O | O |
螺旋式 | O | O | O |
離心式 | O | O | — |
註:O代表有;—代表沒有。
資料來源:工研院IEK(2007/07)
壓縮機之功能
壓縮機為機械式冷凍系統的主要元件之一,它亦是機械式冷凍系統動力
的主要來源。它在冷凍系統中之功用有以下:
一、壓縮機在冷凍系統內建立高低壓差。
二、壓縮機在高壓端建立高壓,促使在冷凝器之冷媒容易液化。
三、壓縮機在低壓端不斷吸取冷媒,促使蒸發器能維持低壓不致升高,
亦使流入蒸發器之冷媒在低壓下易於蒸發,而達到吸熱製冷的效果。
四、壓縮機促使冷媒在系統內循環。
五、壓縮機利用冷媒之循環,將熱量由低溫處傳遞至高溫處。
壓縮機主要應用領域
壓縮機技術的發展歷程,係因應製冷或製熱系統之不同容量需求,演進不同類型的壓縮機來匹配系統,每種壓縮形式皆有不同的壓縮過程與特性,因此各有其適用的冷凍範圍和用途。
種類/應用 | 家用冰箱 | 窗型冷氣 | 小型分離式空調 | 箱型空調 | 中小型中央空調 | 大型中央空調 |
迴轉式 | 0.6~2RT | |||||
往復式 | 1/6~400RT | |||||
渦卷式 | 0.5~50RT | |||||
螺旋式 | 30~400RT | |||||
離心式 | >200RT |
註:冷凍噸(RT)是冷凍能力的劑量單位,1RT相當於把1噸0度C的純水在24小時內製成0度C的冰所需的凝固熱。
資料來源:工研院IEK(2007/07)
參考資料:http://www.hvac-net.org.tw/CKEdit/upload/files/%E5%A3%93%E7%B8%AE%E6%A9%9F%E7%B0%A1%E4%BB%8B(1).pdf