船舶制冷裝置的基本原理和環境保護分析

摘 要：蒸氣壓縮式制冷設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對其飽和溫度的調整，使其能夠被常溫冷卻介質冷凝亦或是吸收低溫空間內的熱量。然而含有氯物質的氟利昂制冷劑在升高到臭氧層時，便會導致其中的氯離子大量排出，并由此致使臭氧被大規模的消耗。而應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，便可達到對大氣環境的有效保護。

關鍵詞：蒸氣壓縮式制冷；氟利昂；臭氧層；氫氟烴

在制冷過程當中所采用的制冷設備即為制冷裝置，進行熱量轉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中對于周圍空間熱量的吸收來達到制冷效果；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的熱量被轉移至外部環境從而實現制冷。在船舶中進行制冷主要是為了對所運輸的貨物進行冷藏保存，同時給予船舶空調提供冷源，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備，冷凝器、膨脹閥和蒸發器四部件所共同構成。其工作原理為：①處于低溫低壓環境下的制冷劑在進入至蒸發器當中以后，可吸收冷庫當中物體所排出的熱量并持續沸騰汽化，通過壓縮設備來將蒸發器當中所排出的低壓冷劑蒸氣吸入至氣缸當中，利用壓縮處理來使之轉換為高溫高壓的制冷劑蒸氣，壓縮設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，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境之下，真實的溫度環境會略大于相應的壓力對應沸點值，冷凝器當中高溫環境下的制冷劑蒸氣首先會被循環冷卻介質降溫，在溫度下降到沸點溫度之時便會經由冷凝作用轉化為液態制冷劑。③冷凝時，制冷劑可將從冷庫當中所裹挾出的熱量與壓縮設備的做工同時傳輸至冷卻介質，船舶制冷裝置冷凝器內通常采用中央冷卻水系統當中的低溫水體作為冷卻介質。④而后液態制冷通過膨脹閥節流降低溫度與壓力轉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節流降壓的環節時已經出現了氣化現象。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轉變為了濕蒸氣的形態，因此相應的溫度即為壓力減小以后所對應的偏低飽和溫度，其沸點大小與實際的冷庫溫度相比應略微稍小一些，因而制冷劑再次進入蒸發器之后便可即刻汽化并再次過程中吸收周圍環境的熱量。⑥在制冷循環的不斷持續過程當中，冷庫熱量也將持續經由循環冷劑而轉化到外界冷卻介質當中，進而促使冷庫溫度能夠被維持在一定的低溫條件下。

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

二、環境保護分析

采用蒸汽壓縮式制冷設備是借助于沸點極低的液體，如在標準大氣壓環境下其沸點處于-40.7℃的氟利昂22為制冷劑。這一物質具有無味、無毒、透明，且不易燃燒化學性質極其穩定。液體制冷劑通過膨脹閥節流便可到達冷庫當中的蒸發盤管之內，制冷劑便會在相對偏低的壓力環境下將熱量吸收并達到氣化，通過由冷庫內來獲取熱量，促使冷庫溫度下降，進而達到制冷效果。

包含有氯的氟利昂氣體在達到高空臭氧層后，受到強紫外線光的作用會釋放出大量的氯離子，其會發生催化反應效果導致大規模的高空臭氧被耗損，原本趨于穩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，進而導致對動植物會產生嚴重危害的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生嚴重的安全威脅，并還可能會引發氣候異常。針對這一現狀情況為了防止對大氣臭氧層繼續產生不利危害，當前已經在全世界范圍內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逐步取代了傳統的含氯氟利昂，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點，以及其粘度也相較于氟利昂更低，熱導率更好，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，在空氣當中的容積量只要達到0.5%以上便會對人體呼吸系統產生嚴重的刺激性影響，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%甚至會爆炸。因此目前在船舶制冷裝置中所采用的制冷劑主要是以胺為主。

三、結語

總而言之，臭氧層可以實現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鍵，面對日益嚴峻的環境保護需求，必須確保污染預防、船舶制造、航運等方面的同步發展，切不可忽略某一方面或加大污染物排放。

參考文獻：

[1] 徐雋霏，李小軍，周愛民等.熱電制冷技術在船舶艙室熱環境控制中的應用[J].艦船科學技術，2013，（3）.

[2] 梁恩勝.船舶制冷裝置液擊故障的分析及排除[J].黑龍江科技信息，2016，（26）.

[3] 鄭仲金，黃政.船舶制冷裝置吸氣壓力過低的探討[J].制冷與空調（四川），2015，（4）.

[4] 顧軍.淺析船舶制冷裝置的電氣控制和電路[J].黑龍江科技信息，2013，（25）.