船舶制冷装置的基本原理和环境保护分析
时间：2020-12-14 20:06:22 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：蒸气压缩式制冷设备所采用制冷剂通常是沸点极低的氟利昂，借助于压缩机以及膨胀阀来实现对其饱和温度的调整，使其能够被常温冷却介质冷凝亦或是吸收低温空间内的热量。然而含有氯物质的氟利昂制冷剂在升高到臭氧层时，便会导致其中的氯离子大量排出，并由此致使臭氧被大规模的消耗。而应用不包含氯原子的氟利昂制冷剂，也就是新型的氢氟烃来取代以往所较常采用的含氯的氟利昂，便可达到对大气环境的有效保护。
关键词：蒸气压缩式制冷；氟利昂；臭氧层；氢氟烃
在制冷过程当中所采用的制冷设备即为制冷装置，进行热量转移的媒介即为制冷剂。制冷主要包括天然制冷与人工制冷两种方式，天然制冷通常是利用天然冰塊来作为冷量来源，通过冰块在消融过程当中对于周围空间热量的吸收来达到制冷效果；而人工制冷则是采取制冷装置，通过损耗一定的外部热能为条件，借助于制冷剂来促使一定空间内的热量被转移至外部环境从而实现制冷。在船舶中进行制冷主要是为了对所运输的货物进行冷藏保存，同时给予船舶空调提供冷源，大多采取蒸气压缩式制冷方式。
一、原理分析
船舶所普遍采用的蒸气压缩式制冷装置是利用压缩设备，冷凝器、膨胀阀和蒸发器四部件所共同构成。其工作原理为：①处于低温低压环境下的制冷剂在进入至蒸发器当中以后，可吸收冷库当中物体所排出的热量并持续沸腾汽化，通过压缩设备来将蒸发器当中所排出的低压冷剂蒸气吸入至气缸当中，利用压缩处理来使之转换为高温高压的制冷剂蒸气，压缩设备提高制冷剂压力的主要原因是为了使其沸点能够得以升高，并超出常温冷却介质，进而再使之排到冷凝器中。②制冷剂进入冷凝器之时是处在过热蒸气的环境之下，真实的温度环境会略大于相应的压力对应沸点值，冷凝器当中高温环境下的制冷剂蒸气首先会被循环冷却介质降温，在温度下降到沸点温度之时便会经由冷凝作用转化为液态制冷剂。③冷凝时，制冷剂可将从冷库当中所裹挟出的热量与压缩设备的做工同时传输至冷却介质，船舶制冷装置冷凝器内通常采用中央冷却水系统当中的低温水体作为冷却介质。④而后液态制冷通过膨胀阀节流降低温度与压力转化为温度与压力均更加低下的冷剂湿蒸气，少部分残余的制冷剂在通过膨胀发节流降压的环节时已经出现了气化现象。⑤制冷剂通过膨胀阀来减小压力，其主要的作用价值是为了减小饱和温度，鉴于通过膨胀阀之后的制冷剂已经转变为了湿蒸气的形态，因此相应的温度即为压力减小以后所对应的偏低饱和温度，其沸点大小与实际的冷库温度相比应略微稍小一些，因而制冷剂再次进入蒸发器之后便可即刻汽化并再次过程中吸收周围环境的热量。⑥在制冷循环的不断持续过程当中，冷库热量也将持续经由循环冷剂而转化到外界冷却介质当中，进而促使冷库温度能够被维持在一定的低温条件下。
蒸发器是促使液体制冷剂实现气化来达到对周围环境热量的吸收作用，以达到对热能量的交换效果。依据冷却介质的差异，主要可将之分成对空气直接进行冷却的蒸发器和对淡水、盐水或其他承载制冷剂的间接冷却蒸发器两类。其中前一种结构大多是盘管形式，制冷剂处在管中蒸发，空气在管体外部释放热量；而要使采用风机设备来促使空气迫使对流交换热量，便可被称作冷风机。鉴于空气流速相对较低，其热传导系数相对偏小，因此环境温度的下降效率不高，当前主要是被应用在冷库与家用冰箱方面。而后一种则利用风机来促使空气进行定向流动，通过对流来提升热传导系数，从而其制冷效率也将更高。冷风机设备的结构较为紧密，已经越来越广泛的被应用到了船舶当中的货物冷藏当中
二、环境保护分析
采用蒸汽压缩式制冷设备是借助于沸点极低的液体，如在标准大气压环境下其沸点处于-40.7℃的氟利昂22为制冷剂。这一物质具有无味、无毒、透明，且不易燃烧化学性质极其稳定。液体制冷剂通过膨胀阀节流便可到达冷库当中的蒸发盘管之内，制冷剂便会在相对偏低的压力环境下将热量吸收并达到气化，通过由冷库内来获取热量，促使冷库温度下降，进而达到制冷效果。
包含有氯的氟利昂气体在达到高空臭氧层后，受到强紫外线光的作用会释放出大量的氯离子，其会发生催化反应效果导致大规模的高空臭氧被耗损，原本趋于稳定的臭氧生成与分解机制受到了破坏，臭氧层厚度变得越来越稀薄，进而导致对动植物会产生严重危害的UV-B以及UV-C紫外线直接打到地表，对于地球上各类生物的生存都将产生严重的安全威胁，并还可能会引发气候异常。针对这一现状情况为了防止对大气臭氧层继续产生不利危害，当前已经在全世界范围内开始采用不包括氯原子的氟利昂制冷剂，以氢氟烃为代表的新型氟利昂制冷剂已经逐步取代了传统的含氯氟利昂，其中主要就包括了R134a、R407C等型号。以往所较常采用的制冷剂R717具有价格低、沸点低、单位容积制冷量大等优点，以及其粘度也相较于氟利昂更低，热导率更好，和绝大部分材料均可充分相容。但其缺陷问题也十分突出，即有着十分显著的刺激性气味，在空气当中的容积量只要达到0.5%以上便会对人体呼吸系统产生严重的刺激性影响，即便是短时间吸入也将会造成人体中毒，在含量超过12%以上时便会自行燃烧，超过17%甚至会爆炸。因此目前在船舶制冷装置中所采用的制冷剂主要是以胺为主。
三、结语
总而言之，臭氧层可以实现对太阳光紫外线中对动植物及人体有害的UV-B以及UV-C充分吸收，而对于对动植物无危害的紫外线UV-A则可以完全通过。也正是基于臭氧层所具有的天然屏障作用，才能够确保地球当中的各类生物得以世代繁衍生长。因此就加强对臭氧层的保护将异常关键，面对日益严峻的环境保护需求，必须确保污染预防、船舶制造、航运等方面的同步发展，切不可忽略某一方面或加大污染物排放。
参考文献：
[1] 徐隽霏，李小军，周爱民等.热电制冷技术在船舶舱室热环境控制中的应用[J].舰船科学技术，2013，（3）.
[2] 梁恩胜.船舶制冷装置液击故障的分析及排除[J].黑龙江科技信息，2016，（26）.
[3] 郑仲金，黄政.船舶制冷装置吸气压力过低的探讨[J].制冷与空调（四川），2015，（4）.
[4] 顾军.浅析船舶制冷装置的电气控制和电路[J].黑龙江科技信息，2013，（25）.
