船舶制冷裝置的基本原理和環(huán)境保護分析

摘 要：蒸氣壓縮式制冷設(shè)備所采用制冷劑通常是沸點極低的氟利昂，借助于壓縮機以及膨脹閥來實現(xiàn)對其飽和溫度的調(diào)整，使其能夠被常溫冷卻介質(zhì)冷凝亦或是吸收低溫空間內(nèi)的熱量。然而含有氯物質(zhì)的氟利昂制冷劑在升高到臭氧層時，便會導(dǎo)致其中的氯離子大量排出，并由此致使臭氧被大規(guī)模的消耗。而應(yīng)用不包含氯原子的氟利昂制冷劑，也就是新型的氫氟烴來取代以往所較常采用的含氯的氟利昂，便可達(dá)到對大氣環(huán)境的有效保護。

關(guān)鍵詞：蒸氣壓縮式制冷；氟利昂；臭氧層；氫氟烴

在制冷過程當(dāng)中所采用的制冷設(shè)備即為制冷裝置，進行熱量轉(zhuǎn)移的媒介即為制冷劑。制冷主要包括天然制冷與人工制冷兩種方式，天然制冷通常是利用天然冰塊來作為冷量來源，通過冰塊在消融過程當(dāng)中對于周圍空間熱量的吸收來達(dá)到制冷效果；而人工制冷則是采取制冷裝置，通過損耗一定的外部熱能為條件，借助于制冷劑來促使一定空間內(nèi)的熱量被轉(zhuǎn)移至外部環(huán)境從而實現(xiàn)制冷。在船舶中進行制冷主要是為了對所運輸?shù)呢浳镞M行冷藏保存，同時給予船舶空調(diào)提供冷源，大多采取蒸氣壓縮式制冷方式。

一、原理分析

船舶所普遍采用的蒸氣壓縮式制冷裝置是利用壓縮設(shè)備，冷凝器、膨脹閥和蒸發(fā)器四部件所共同構(gòu)成。其工作原理為：①處于低溫低壓環(huán)境下的制冷劑在進入至蒸發(fā)器當(dāng)中以后，可吸收冷庫當(dāng)中物體所排出的熱量并持續(xù)沸騰汽化，通過壓縮設(shè)備來將蒸發(fā)器當(dāng)中所排出的低壓冷劑蒸氣吸入至氣缸當(dāng)中，利用壓縮處理來使之轉(zhuǎn)換為高溫高壓的制冷劑蒸氣，壓縮設(shè)備提高制冷劑壓力的主要原因是為了使其沸點能夠得以升高，并超出常溫冷卻介質(zhì)，進而再使之排到冷凝器中。②制冷劑進入冷凝器之時是處在過熱蒸氣的環(huán)境之下，真實的溫度環(huán)境會略大于相應(yīng)的壓力對應(yīng)沸點值，冷凝器當(dāng)中高溫環(huán)境下的制冷劑蒸氣首先會被循環(huán)冷卻介質(zhì)降溫，在溫度下降到沸點溫度之時便會經(jīng)由冷凝作用轉(zhuǎn)化為液態(tài)制冷劑。③冷凝時，制冷劑可將從冷庫當(dāng)中所裹挾出的熱量與壓縮設(shè)備的做工同時傳輸至冷卻介質(zhì)，船舶制冷裝置冷凝器內(nèi)通常采用中央冷卻水系統(tǒng)當(dāng)中的低溫水體作為冷卻介質(zhì)。④而后液態(tài)制冷通過膨脹閥節(jié)流降低溫度與壓力轉(zhuǎn)化為溫度與壓力均更加低下的冷劑濕蒸氣，少部分殘余的制冷劑在通過膨脹發(fā)節(jié)流降壓的環(huán)節(jié)時已經(jīng)出現(xiàn)了氣化現(xiàn)象。⑤制冷劑通過膨脹閥來減小壓力，其主要的作用價值是為了減小飽和溫度，鑒于通過膨脹閥之后的制冷劑已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱藵裾魵獾男螒B(tài)，因此相應(yīng)的溫度即為壓力減小以后所對應(yīng)的偏低飽和溫度，其沸點大小與實際的冷庫溫度相比應(yīng)略微稍小一些，因而制冷劑再次進入蒸發(fā)器之后便可即刻汽化并再次過程中吸收周圍環(huán)境的熱量。⑥在制冷循環(huán)的不斷持續(xù)過程當(dāng)中，冷庫熱量也將持續(xù)經(jīng)由循環(huán)冷劑而轉(zhuǎn)化到外界冷卻介質(zhì)當(dāng)中，進而促使冷庫溫度能夠被維持在一定的低溫條件下。

蒸發(fā)器是促使液體制冷劑實現(xiàn)氣化來達(dá)到對周圍環(huán)境熱量的吸收作用，以達(dá)到對熱能量的交換效果。依據(jù)冷卻介質(zhì)的差異，主要可將之分成對空氣直接進行冷卻的蒸發(fā)器和對淡水、鹽水或其他承載制冷劑的間接冷卻蒸發(fā)器兩類。其中前一種結(jié)構(gòu)大多是盤管形式，制冷劑處在管中蒸發(fā)，空氣在管體外部釋放熱量；而要使采用風(fēng)機設(shè)備來促使空氣迫使對流交換熱量，便可被稱作冷風(fēng)機。鑒于空氣流速相對較低，其熱傳導(dǎo)系數(shù)相對偏小，因此環(huán)境溫度的下降效率不高，當(dāng)前主要是被應(yīng)用在冷庫與家用冰箱方面。而后一種則利用風(fēng)機來促使空氣進行定向流動，通過對流來提升熱傳導(dǎo)系數(shù)，從而其制冷效率也將更高。冷風(fēng)機設(shè)備的結(jié)構(gòu)較為緊密，已經(jīng)越來越廣泛的被應(yīng)用到了船舶當(dāng)中的貨物冷藏當(dāng)中

二、環(huán)境保護分析

采用蒸汽壓縮式制冷設(shè)備是借助于沸點極低的液體，如在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓環(huán)境下其沸點處于-40.7℃的氟利昂22為制冷劑。這一物質(zhì)具有無味、無毒、透明，且不易燃燒化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定。液體制冷劑通過膨脹閥節(jié)流便可到達(dá)冷庫當(dāng)中的蒸發(fā)盤管之內(nèi)，制冷劑便會在相對偏低的壓力環(huán)境下將熱量吸收并達(dá)到氣化，通過由冷庫內(nèi)來獲取熱量，促使冷庫溫度下降，進而達(dá)到制冷效果。

包含有氯的氟利昂氣體在達(dá)到高空臭氧層后，受到強紫外線光的作用會釋放出大量的氯離子，其會發(fā)生催化反應(yīng)效果導(dǎo)致大規(guī)模的高空臭氧被耗損，原本趨于穩(wěn)定的臭氧生成與分解機制受到了破壞，臭氧層厚度變得越來越稀薄，進而導(dǎo)致對動植物會產(chǎn)生嚴(yán)重危害的UV-B以及UV-C紫外線直接打到地表，對于地球上各類生物的生存都將產(chǎn)生嚴(yán)重的安全威脅，并還可能會引發(fā)氣候異常。針對這一現(xiàn)狀情況為了防止對大氣臭氧層繼續(xù)產(chǎn)生不利危害，當(dāng)前已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)開始采用不包括氯原子的氟利昂制冷劑，以氫氟烴為代表的新型氟利昂制冷劑已經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)的含氯氟利昂，其中主要就包括了R134a、R407C等型號。以往所較常采用的制冷劑R717具有價格低、沸點低、單位容積制冷量大等優(yōu)點，以及其粘度也相較于氟利昂更低，熱導(dǎo)率更好，和絕大部分材料均可充分相容。但其缺陷問題也十分突出，即有著十分顯著的刺激性氣味，在空氣當(dāng)中的容積量只要達(dá)到0.5%以上便會對人體呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的刺激性影響，即便是短時間吸入也將會造成人體中毒，在含量超過12%以上時便會自行燃燒，超過17%甚至?xí)āＲ虼四壳霸诖爸评溲b置中所采用的制冷劑主要是以胺為主。

三、結(jié)語

總而言之，臭氧層可以實現(xiàn)對太陽光紫外線中對動植物及人體有害的UV-B以及UV-C充分吸收，而對于對動植物無危害的紫外線UV-A則可以完全通過。也正是基于臭氧層所具有的天然屏障作用，才能夠確保地球當(dāng)中的各類生物得以世代繁衍生長。因此就加強對臭氧層的保護將異常關(guān)鍵，面對日益嚴(yán)峻的環(huán)境保護需求，必須確保污染預(yù)防、船舶制造、航運等方面的同步發(fā)展，切不可忽略某一方面或加大污染物排放。

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