制冷导论

警告：本实验涉及高压系统和制冷剂的使用，高浓度制冷剂可能具有毒性。应确保遵循合理的安全预防措施，并穿戴适当的个人防护装备。使用制冷剂时，需保证通风良好。

1. 制冷系统的制备（参见示意图和照片，图3）

1. 首先将双作用气动缸的一个端口连接到管件三通，构建蒸汽压缩机。在气动缸的另一个端口安装一个施拉德阀（Schraeder valve）。在三通的另外两个端口上安装单向阀（止回阀），一个朝内，一个朝外。这样可使制冷剂从蒸发器被吸入，并在高压下排入冷凝器。
2. 使用另外两个管件三通，在压缩机的上游和下游安装压力表。
3. 使用高压脚踏式自行车打气筒驱动压缩机。从自行车打气筒的管路中移除橡胶密封珠（即止回阀部件），以便压缩机在每次打气冲程之间能够膨胀并吸入制冷剂。将自行车打气筒的软管连接到压缩机上的施拉德阀。
4. 将细铝管（外径3.2 mm）弯成盘管，作为冷凝器。在原型系统中（图3），将铝管螺旋缠绕在直径2.5 cm的硬质橡胶管芯上四圈（总长约50 cm）形成盘管。对于本小规模实验，冷凝器盘管的长度并非关键。
5. 使用压缩接头（推荐McMaster公司部件号#5272K291），将冷凝器盘管的一端连接到压力表下游侧管件三通的开放端口。
6. 将一段短的透明PVC管插入两个变径弯头中，该组件将作为高压制冷剂储液罐。将储液罐连接至冷凝器管路的出口。
7. 在带有AN/SAE扩口接头的管件三通上安装一个球阀，作为充注口。在三通的一侧连接一个针型流量计，作为节流装置。使用细铝管将三通的另一个端口连接到制冷剂储液罐的最低点。
8. 再制作一个铝管盘管作为蒸发器。将该盘管连接在针型阀出口与压缩机入口之间。
9. 通过充注口向系统内充入压缩空气（如有条件，压力为550 kPa）。使用肥皂水喷雾检测管路是否存在泄漏，并根据需要进行修复。
10. 将热电偶连接至冷凝器和蒸发器盘管，用于温度测量。

图3：a. 实验性蒸气压缩制冷系统中各部件及其连接示意图。请点击此处查看此图的放大版本。

图4：实验R-134a蒸气压缩制冷循环的 T - s（a）和 P - h（b）图。

2. 为制冷系统充注制冷剂

1. 将制冷剂加注歧管的中端接口连接至冰箱的加注口。将真空泵连接至歧管的低压端口，将制冷剂罐连接至高压端口。R134a 是最常用的制冷剂，此处使用该型号。R1234ze(E) 可能是更优选择，因其较低的饱和蒸气压有助于压缩机更易运行，且其较低的全球变暖潜能值（GWP）可减少泄漏对环境的影响。
2. 启动真空泵，并逐步打开所有系统阀门以排出全部空气。短暂打开制冷剂罐阀门，以清除管路组件中的空气。
3. 达到真空状态后，隔离真空泵并关闭制冷剂加注歧管的低压端口。将制冷剂罐倒置，向系统注入液态制冷剂，直至高压储液罐中的液位略高于针阀位置。

3. 操作

1. 调节针阀，使其刚好微微开启。
2. 通过操作与压缩机气动气缸相连的自行车打气筒来运行制冷机。
3. 持续监测高压侧和低压侧的压力以及蒸发器和冷凝器的温度，直至达到稳态条件。记录这些压力和温度值。注意，大多数压力表显示的是表压，可通过增加约 101 kPa 转换为绝对压力。
4. 在 T-s 图和 P-h 图上标出状态点（1-4）及大致的连接曲线（图 4）。