幾種制冷方法

**、液體汽化制冷

　　液體汽化制冷是利用液體汽化時的吸熱效應而實現制冷的。在一定壓力下液體汽化時，需要吸收熱量，該熱量稱為液體的汽化潛熱。液體所吸收的熱量來自被冷卻對象，使被冷卻對象溫度降低，或者使它維持低于環境溫度的某一溫度。

為了使上述過程得以連續進行，必須不斷地將蒸氣從容器（蒸發器）中抽走，再不斷地將液體補充進去。由此可見，液體汽化制冷循環由液體工質低壓下汽化、工質氣體升壓、高壓氣體液化、高壓液體降壓四個基本過程組成。

所以，壓縮式、吸收式、噴射式和吸附式制冷都屬于液體汽化制冷方式，以下分別作為介紹：

1、 壓縮式制冷

壓縮式制冷系統由壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發器組成，用管道將其連成一個封閉的系統。工質在蒸發器內與被冷卻對象發生熱量交換，吸收被冷卻對象的熱量并汽化，產生的低壓蒸氣被壓縮機吸人，壓縮機消耗能量（通常是電能），將低壓蒸氣壓縮到需要的高壓后排出。壓縮機排出的高溫高壓氣態工質在冷凝器內被常溫冷卻介質(水或空氣)冷卻，凝結成高壓液體。高壓液體流經膨脹閥時節流，變成低壓、低溫濕蒸氣，進入蒸發器，其中的低壓液體在蒸發器中再次汽化制冷。

2、 吸收式制冷

吸收式制冷是以熱能為動力、利用溶液吸收和發生制冷劑蒸氣的特性來完成循環的。

設該系統使用氨-水溶液為工作物質，則吸收器中充有氨水稀溶液，用它吸收氨蒸氣。溶液吸收氨蒸氣的過程是放熱過程。因此，必須對吸收器進行冷卻，否則隨著溫度的升高，吸收器將喪失吸收能力。吸收器中形成的氨水濃溶液用溶液泵提高壓力后送入發生器。在發生器中，濃溶液被加熱至沸騰。產生的蒸氣先經過精餾，得到幾乎是純氨的蒸氣，然后進入冷凝器。在發生器中形成的稀溶液通過熱交換器返回吸收器。為了保持發生器和吸收器之間的壓力差，在兩者的連接管道上安裝了節流閥。在這一系統中，水為吸收劑，氨為吸收劑。

吸收式制冷的另外一種常見類型是以水為制冷劑，溴化鋰水溶液為吸收劑的溴化鋰吸收式制冷機，用于生產冷水，可供集中式空氣調節使用，或者提供生產工藝需要的冷卻用水。

吸收式制冷機消耗熱能，可用多種不同品位的熱能驅動。通常用1MPa（表壓力）以下的蒸氣或燃氣、燃油為驅動熱源。也可以利用溫度在75℃以上的熱水、廢氣等低品位余熱驅動；還可以利用太陽能、地熱等能源。因此，吸收式制冷易于實現能源的綜合利用。

3、 噴射式制冷

噴射式制冷以蒸氣的壓力能為驅動能源，用噴射器造成一個真空環境，使制冷劑在低溫下蒸發而制冷。從鍋爐來的蒸氣進入噴射器的噴嘴，在其中迅速膨脹，在噴嘴出口處達到很大速度并形成真空狀態。由于高速氣流的引射作用，將蒸發器內的蒸氣不斷抽吸出來，從而保持蒸發器的真空。在噴射器內，工作蒸氣與被引射蒸氣經過充分混合后以冷凝壓力流出。所以，噴射式制冷機中，制冷劑和工作蒸氣是同一種物質。

4 、吸附式制冷

吸附制冷系統也是以熱能為動力的能量轉換系統，其機理是，一定的固體吸附劑對某種制冷劑氣體具有吸附作用。周期性地加熱和冷卻吸附劑，使之交替吸附和解吸，解吸時，釋放出制冷劑氣體，并使之冷凝為液體；吸附時，制冷劑液體蒸發，產生制冷作用。吸附制冷的工作介質是吸附劑-制冷劑工質對。

以沸石-水工質對為例，由吸附床、冷凝器、蒸發器和管道構成一個封閉系統，吸附床內充裝了沸石，制冷劑液體（水）聚集在蒸發器中。吸附床被加熱時，沸石溫度升高，產生解吸作用，從沸石中脫附出水。此時，系統內的水壓力上升，當達到與環境溫度對應的飽和壓力時，水在冷凝器中凝結，同時放出潛熱，凝水貯存在蒸發器中。對吸附床冷卻時，沸石溫度逐漸降低，它吸附水的能力逐步提高，造成系統內氣體壓力降低，蒸發器中的水不斷蒸發出來，用以補充沸石對水的吸附。蒸發過程吸熱，達到制冷的目的。

第二、 熱電制冷

　　熱電制冷又稱溫差電制冷或半導體制冷。

在銅絲的兩頭各接一根鉍絲，再將兩根鉍絲分別接到直流電源的正、負極上，通電后，發現一個接頭變熱，另一個接頭變冷，這個現象稱為帕爾帖效應，是熱電制冷的依據。

熱電制冷的效果主要取決于兩種材料的熱電勢。純金屬材料的導電性好、導熱性也好，但其帕爾帖效應很弱，制冷效率極低(不到1%)。半導體材料具有較高的熱電勢，可以成功地用來做成小型熱電制冷器。

但熱電制冷的效率不高，半導體器件的價格又很高，而且必須使用直流電源，因此往往需要變壓整流裝置，增加了熱電堆以外的體積，所以熱電制冷在需要制冷量較大的場合不宜使用。但由于它改變電流方向就可以實現制冷、制熱的相互轉換，靈活性強、使用方便可靠，非常適合于空間探測飛機上的科學儀器、電子儀器和醫療器械的制冷裝置上，核潛艇駕駛艙的空調設備上，還常在手提式冷熱箱中采用熱電制冷，很適合于郊游、兵營、或汽車司機使用。

第三、 氣體膨脹制冷

　　高壓氣體絕熱膨脹時，對膨脹機作功，同時氣體的溫度降低。用這種方法可以獲得低溫。與液體汽化式制冷相比，空氣膨脹制冷是一種沒有相變的制冷方式，所采用的工質主要是空氣。此外，根據不同的使用目的，工質也可以是CO2，O2，N2，He或其它理想氣體。

構成這種制冷方式的循環系統稱為理想氣體的逆向循環系統。其循環型式主要有：定壓循環，有回熱的定壓循環和定容循環。

第四、渦流管制冷

　　渦流管制冷首先是由法國人蘭克(Ranque)提出的。他在1933年發明一種裝置，可以使壓縮氣體產生渦流，并將氣流分成冷、熱兩部分，該裝置稱為渦流管，又叫蘭克管。這種制冷方法稱為渦流管制冷。它由噴嘴、渦流室、孔板、管子和控制閥組成。渦流室將管子分為冷端、熱端兩部分。噴嘴沿渦流室切向布置，孔板在渦流室與冷端管子之間，熱端管子出口處裝控制閥。管外為大氣。

經過壓縮并冷卻到常溫的氣體(通常是空氣，也可以是C02，N2等其他氣體)進入噴嘴，在噴嘴中膨脹并加速到音速，從切線方向射入渦流室，形成自由渦流。自由渦流的旋轉角速度離中心越近就越大。由于角速度不同，在環形氣流的層與層之間產生摩擦，內層氣體失去能量，從孔板流出時具有較低的溫度；外層氣體吸收能量，動能增加，又因為與管壁摩擦，將部分動能變成熱能，使得從控制閥流出的氣體具有較高的溫度。由此可見，渦流管可以同時獲得冷、熱兩種效應。用控制閥控制熱端管子中氣體的壓力，從而控制冷、熱兩股氣流的流量及溫度。只有在閥部分開啟時，才出現冷、熱分流現象。

渦流管工作原理的定性解釋比較清楚，但由于管內氣流之間的傳導和對流情況比較復雜，故對冷、熱端溫度進行定量的理論計算尚有困難。實驗表明，當高壓氣體為常溫時，冷氣流的溫度可達-10℃～-50℃，熱端溫度可達100～130℃。

渦流管制冷的主要缺點是：效率太低、氣流噪聲大。但它結構簡單、維護方便、啟動快，使用靈活，因而常用在有高壓氣源或易于低價獲得高壓氣體的場合。

第五、 絕熱放氣制冷

　　剛性容器中的高壓氣體在絕熱放氣時溫度降低(該過程稱焦耳膨脹)，利用此效應可以制冷。如果放氣前容器中氣體壓力足夠高，溫度又很低，那么，絕熱放氣時殘留在容器中的氣體將能夠降到液化的溫度。利用放氣制冷而又連續工作的制冷機有G-M循環制冷機、S循環制冷機和脈管制冷機。

第六、 磁制冷

　　固體磁性物質在受磁場作用磁化時，系統的磁有序度增加，對外放出熱量；再將其去磁，磁有序度下降，又要從外界吸收熱量。這種磁性離子系統在施加與除去磁場的過程中所出現的現象稱磁熱效應，利用磁熱效應的制冷方式即為磁制冷。磁制冷是在順磁體絕熱去磁過程中獲得冷效應的，可以達到極低的溫度。一般，制冷溫度在16K以下者稱低溫磁制冷，高于該溫度則為高溫磁制冷。目前，低溫磁制冷技術比較成熟，高溫磁制冷尚處于研究階段。

此外，在化學反應中，往往伴隨有吸熱或放熱現象，我們也可以利用吸熱效應實現制冷。

　　綜上所述，制冷的方法有很多，都有各自的優點和局限性。但在普通制冷溫度范圍，液體汽化制冷仍然占據壓倒性地位。

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