前面曾提到，制冷设备流程中包括了作为制冷循环基本设备的四大部件。此四大部 件中的制冷压缩机、制冷冷凝器、制冷蒸发器三者在上述13.3.2制冷主设备一节中作了 介绍，但对膨胀阀未作介绍。原因是，膨胀阀虽然它在制冷基本循环中有其独特的重要地 位，但作为设备其结构甚简单，且与一般节流阀件无很大区别，可不予详细讨论。
作为制冷设备流程中的辅助设备，本小节将主要介绍： ①油分离器，氨液分离器，空 气分离器;②贮氨罐，紧急泄氨器;③除霜系统，水冷却系统。
13.3.3.1 油分离器、氨液分离器、空气分离器
(1) 油分离器 在氨压缩机运行过程中，总是有润滑油随同气态的氨一起排出。润 滑油一旦进入冷凝器或蒸发器，将在这些设备的传热面上形成油膜，导致传热阻力增大， 传热效果下降。为了减少润滑油带入系统，应在压缩机排气管上设置油分离器。
油分离器分离气氨中油雾的办法有： 利用气流方向的改变和流道截面扩大使气流速度 变慢，质量较大的润滑油滴便分离出来;利用过滤、阻挡作用分离油滴;利用冷却作用使雾状 的润滑油凝结成油滴，然后把它分离开来;利用旋转气流的离心作用分离油滴等方法。
图13-17为洗涤式油分离器。桶内氨液需保持一定的液位。为此，在设备安装时， 氨液的进口必须较冷凝器的氨液出口低200～300mm。氨气经氨液洗涤冷却而凝结成较 大的油滴，由于液氨比重小于油的比重，油滴便沉入底部。可能被带出液面的油滴在重力 作用下和伞形挡板阻挡作用下被分离而落入液体。
图13-18为填料式油分离器。填料层的材料一般是瓷环、金属切屑等材料。利用过 滤阻挡等作用实现油、气分离的目的。这种形式的分离器效率较高，但阻力较大。
图13-17 洗涤式油分离器
图13-18 填料式油分离器
图13-19为离心式油分离器。分离器设有冷水夹套。这种油分离器利用离心力的 作用将质量较大的油甩到壁面上，并利用冷却、碰撞、速度方向改变等办法进一步将油分 离。它的分离效率也比较高。
图13-20为过滤式油分离器。利用金属网的过滤器作用及速度变慢和方向改变等 作用将润滑油从气体中分离出来。浮球阀可自动将油排到压缩机的曲轴箱中。这种油分 离器结构比较简单，但分离效率不太高。
图13-19 离心式油分离器
图13-20 过滤式油分离器
油分离器的选择可根据排气管的流速和筒体的流速来确定所需的管径和筒体直径。一 般要求气体流速为10～25m/s，气体在筒体内的流速为 0.8～1.0m/s。对填料式油分离器，据资料介绍，筒内流 速保持在0.5m/s以下为宜。
(2) 氨液分离器 氨液分离器如图13-21所示。 它用以分离自蒸发器出来后进入氨压缩机之前的氨气 中的氨液，保证进入压缩机的是干饱和蒸气，防止氨液 进入压缩机产生液压冲击事故。
氨液分离器应安装在蒸发器的高处，最好高于蒸发 器1～2m，以便使分离出来的氨液靠重力回流至蒸发器 内继续蒸发。
氨液分离器借降低气体的流速和改变其流动方向 来达到分离其所含氨液的目的。一般低压氨蒸气在压 缩机回气管路中的流速为8～12m/s。而在氨液分离器 内的运动速度则不得超过0.8m/s，一般采用0.5m/s。
氨液分离器直径：
(13-3)
式中 V–通过氨液分离器的氨气容积流速，m3/h
v–气体的允许速度，一般采用0.5m/s
氨液分离器的高度
h=(3～4)D (m) (13-3a)
图13-21 氨液分离器
(3) 空气分离器 制冷系统中由于各种原因混入了空气等不凝性气体。例如制冷系 统在安装或检修后未能彻底把空气抽尽，或 为了用氮置换系统来置换氨，而氮气也未能 抽尽，使不凝性气体残留在系统中。这些不 凝性气体在制冷系统中对运行是非常不利 的。在冷凝器中存在不凝性气体导致冷凝压 力和温度升高，传热系数下降，从而制冷系数 下降，制冷量减少。如不凝性气体进入压缩系统，便导致排气压力和温度升高，压缩机润 滑系统恶化，影响压缩机正常工作。
图13-22 四套管式空气分离器
因此，当制冷系统存在不凝性气体时，应及时排出。为了在排除不凝性气体时减少氨 的损失，须用空气分离器进行分离，然后再进行排放。
空气分离器的工作原理是对不凝性气体与制冷剂蒸气的混合气体在高压状态下采用 液态制冷剂蒸发法对其进行间接冷却，其中低沸点的制冷剂蒸气被冷却为液体，然后将不 凝性气体排放，以减少制冷剂的损失，并由此达到分离的目的。用于氨制冷系统的空气分 离器常用的有两种结构： 一种是四套管式，如图13-22所示，另一种为盘管式，如图13- 23所示。四套管式空气分离器是由四根钢管焊接而成。第一根与第三根相 通，是低压液氨进入及其蒸发气化造成低温的通道。第二根与第 四根相通，为混合气体通道，其中的氨蒸气被冷凝为液氨，空气等 不凝性气体从第二根管壁上的接管排向为此系统设置的水槽中。 盘管式空气分离器是由圆筒体和冷却盘管所组成。盘管内通低 压液氨，由其气体吸热，在盘管周围制造低温环境，气化后的氨蒸 气与系统的压缩机吸气管接通。筒体内通入混合气体，制冷剂氨 蒸气被盘管冷却凝成氨液，不凝性气体排入为系统设置的水 槽中。
在制冷系统中，不凝性混合气体存在于冷凝器及氨液贮罐等 设备内，可用连接管道将其通入空气分离器内进行分离。
13.3.3.2 贮氨罐、紧急泄氨器
(1) 贮氨罐 贮氨罐是一个卧式圆筒，属受压容器。它的作 用是： 接收冷凝器的高压液体，以满足冷凝器具有一定有效换热 面积的要求;稳定整个系统的正常供氨，以适应负荷、工况变化时 的需要;起液封作用，防止高压侧气体窜到低压侧;在制冷系统中 起贮存制冷剂的作用。
图13-24为常见的贮氨罐。罐体上有进液管、出液管、平衡 管、压力表、安全阀、排空管、放油管、液位计等各种器件。
氨制冷系统中的贮氨罐可按下式确定：
图13-23 盘管式 空气分离器
图13-24 贮氨罐
1-进液管 2-平衡管 3-压力表 4-安全阀 5-出液管 6-排空管 7-放油管 8-液位计
(13-4)
式中 V–贮氨罐的容积，m3
G–氨液的循环量，kg/h
v′–冷凝温度下氨液的比体积，m3/kg
β–氨液的充满度，考虑受热膨胀的因素，一般采用β=0.8
(2) 紧急泄氨器 氨属于易燃、易爆及有毒的制冷剂。氨在空气中的浓度达15.5%～ 27%(体积分数)时，遇明火会发生爆炸，爆炸时的最高压力可达4.42×105Pa，持续时间 0.175s。在上述的浓度范围之外，遇明火不发生爆炸。但在上限以上的混合气体遇明火可 以燃烧，在燃烧过程中又可能发生爆炸，这是因为燃烧时，氨的浓度又可能降低至爆炸的范 围。在空气中氨的浓度达500～1000mg/kg时，停留时间达到30min，将使人重伤或死亡。为 了生产安全，应付紧急情况和防止异常事故发生，制冷系统必须设置紧急泄氨器。
紧急泄氨器的构造如图13-25所示。它的工作原理是利用氨具有良好的水溶性，1 单位体积的水能溶解700单位体积的氨。紧急泄氨器实际上是氨与水的混合器。管的中 间通入液氨，侧面通入水，氨与水在管内混合，然后排入水道，以防止氨气化时可能发生的 爆炸危险。
图13-25 紧急泄氨器
紧急泄氨器一般与制冷系统中贮氨量较多的贮氨罐、蒸发器、冷凝器等设备接通，这 些通道平时不工作，但应定期检查，以防止阀门开启失灵。
13.3.3.3 除霜系统和水冷却系统
(1) 除霜系统 空气冷却用的蒸发器，当蒸发表面低于0℃，且空气湿度大时，表面 就会结霜。霜层导热性很低，影响传热，当霜层逐步加厚时将堵塞通道，无法进行正常的 制冷。所以，须定期对蒸发器进行除霜。啤酒厂或某些食品厂需要制造大量的4℃以下 的“冰水”，采用的是壳管式蒸发器，蒸发温度在-4～-5℃，若操作失误，就可能使列管冻 结，无法工作。在这些场合都需要设计除霜的装置。
蒸发器除霜的办法很多，对空气冷却用的蒸发器可采用人工扫霜、中止制冷循环除 霜、水冲霜、电热除霜等办法。
图13-26 热氨除霜系统
1-氨液分离器 2-蒸发器 3-贮氨罐 4-供氨阀 5-回气阀 6-排液阀 7-热氨阀 8-压力表
对于大型的壳管式蒸发器，霜冻发生在管 内，因此，不能采用上述办法，而应选用热氨除 霜法。所谓热氨除霜法即利用压缩机排出的 高压高温气体引入蒸发器内，提高蒸发器内的 温度，以达到使冰融化的目的。图13-26为重 力供氨制冷系统中的热氨除霜系统。正常工 作时，凡有可能使热氨进入系统的阀门处于关 闭状态，如阀6、阀7。当需要除霜时，原正常供 氨的阀门关闭，如阀4、阀5，开启阀6、阀7，使 热氨气经阀7到蒸发器，由于热氨压力高，靠 压差将液氨经阀6流回贮氨罐。
操作时应注意，对壳管式蒸发器除霜时， 以提高系统温度，脱离冷媒的冰点即可，不可 过度通入热氨气，否则压力可能过高，超出容 器允许的承压值，不安全。
(2) 水冷却系统 工业规模的氨制冷系统冷却水用量是很大的，一台500kW的制冷 机组，每小时至少要消耗100m3的冷却水。主要用于冷凝器的冷却，其次为压缩机的夹 套冷却。冷却水的来源有： 地面水(河水、湖水、海水)、地下水和自来水。冷却水的水温 取决于水源的温度和当地的气象条件。冷却水温低，可以降低冷凝压力，降低能耗，提高 制冷量。为保证制冷系统冷凝压力不超过制冷压缩机的允许工作条件，冷却水温一般不 宜超过32℃。
冷却水的供水方式一般分为： 直流式、混合式和循环式三种。
直流式一般用于小型制冷系统，或水源相当充裕的地方，如靠近海边或江河旁。一般 不宜用自来水作为直流式冷却的水源。
混合式冷却系统部分采用水源供水，部分采用循环水，混合在一起供冷却系统使用。
循环式冷却水系统的特点是冷却水循环使用。冷却水经冷凝器等进行热交换后升 温，再在大气中利用蒸发吸热的原理对它进行冷却。蒸发冷却的装置有两种： 一种是喷 水池;一种是冷却塔。喷水池中设有许多喷嘴，将水喷入空中蒸发冷却。喷水池结构很简 单，但冷却效果欠佳，且占地面积大，1m2水池面积可冷却的水量为0.3～1.2m3/h。喷水 池宜用于气候比较干燥的地区和小型制冷场合。
工业用的大型制冷系统其冷却水是采用冷却塔降温。 冷却塔有自然通风和机械通风式两类。常用的为机械通 风冷却塔。目前，国内生产的定型机械通风式冷却塔大多 采用玻璃钢作外壳，故又称为玻璃钢冷却塔。按冷却的温 差分，可分为低温差(5℃左右)和中温差(10℃左右)两种， 蒸气压缩式制冷系统中用低温差冷却塔已足够了。图 13-27为冷却塔结构示意图。为增大气、液接触面积，塔 内充满塑料制的填料层。水通过分布均匀的喷嘴喷淋在 填料层上，空气由下部进入冷却塔，在填料层中与逆流而 下的水充分接触，提高了水的蒸发速率。这种冷却塔结构 紧凑，冷却效率高。从理论上讲，冷却塔可以把水冷却到 空气的湿球温度。实际上，冷却塔的极限出水温度比空气 的湿球温度高3.5～5℃。由于水有比较大的汽化潜热，如把水冷却5℃，蒸发的水量不到 被冷却水量的1%。但是，由于雾沫夹带和滴漏损失，冷却塔补 充的水量约为冷却水量的4%～10%。低温差玻璃钢冷却塔铭 牌上的水量一般是指在湿球温度28℃，冷却水进水温度37℃、 冷却温差5℃时的冷却水量。实际冷却水量将随工况变化而变 化。当湿球温度降低、或进塔水温升高、或冷却温差减小时，冷 却塔冷却的水量将增加。
图13-27 玻璃钢冷却塔
1-风机 2-挡水填料 3-水分布器 4-淋水填料
5-空气入口
图13-28 典型的循环式 冷却水系统
1-冷却塔 2-循环水泵 3-水池 4-冷凝器
典型的循环式冷却水系统如图13-28所示。冷却塔一般 安装在冷冻车间的房顶上，或另筑混凝土框架支座。冷却器置 于水池上方。水池一般设在地下，容积大小根据总的循环水量 来确定，一般取冷却水循环水量的10min流量来计算，还要考 虑水面离水池顶面应保持200～300mm的距离，和水泵吸水管 不能吸走的容积。循环水泵的流量应根据冷凝器的热负荷和 水温来计算确定，泵的扬程按冷却塔的高度和管道阻力损失来选用。