制冷技術(shù)是為適應(yīng)人們對(duì)低溫條件的需要而產(chǎn)生和發(fā)展起來的

1、制冷技術(shù)是為適應(yīng)人們對(duì)低溫條件的需要而產(chǎn)生和發(fā)展起來的。制冷作為一門科學(xué)是指用人工的方法在一定時(shí)間和一定空間內(nèi)將某物體或流體冷卻,使其溫度降到環(huán)境溫度以下，并保持這個(gè)低溫。這里所說的冷是相對(duì)于環(huán)境而言的。灼熱的鐵放在空氣中，通過輻射和對(duì)流向環(huán)境傳熱，逐漸冷卻到環(huán)境溫度。它是自發(fā)的傳熱降溫，屬于自然冷卻，不是制冷。制冷就是從物體或流體中取出熱量，并將熱量排放到環(huán)境介質(zhì)中去，以產(chǎn)生低于環(huán)境溫度的過程。機(jī)械制冷中所需機(jī)器和設(shè)備的總合稱為制冷機(jī)。制冷機(jī)中使用的工作介質(zhì)稱為制冷劑。制冷劑在制冷機(jī)中循環(huán)流動(dòng)，同時(shí)與外界發(fā)生能量交換，即不斷地從被冷卻對(duì)象中吸取熱量，向環(huán)境排放熱量。制冷劑一系列狀態(tài)變化過程的

2、綜合為制冷循環(huán)。為了實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)，必須消耗能量。所消耗能量的形式可以是機(jī)械能、電能、熱能、太陽能或其它可能的形式.制冷技術(shù)的研究?jī)?nèi)容可以概括為以下三方面：研究獲得低溫的方法和有關(guān)的機(jī)理以及與此相應(yīng)的制冷循環(huán)，并對(duì)制冷循環(huán)進(jìn)行熱力學(xué)的分析和計(jì)算。研究制冷劑的性質(zhì)，從而為制冷機(jī)提供性能滿意的工作介質(zhì)。機(jī)械制冷要通過制冷劑熱力狀態(tài)的變化才能實(shí)現(xiàn)。所以，制冷劑的熱物理性質(zhì)是進(jìn)行循環(huán)分析和計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。此外，為了使制冷劑能實(shí)際應(yīng)用，還必須掌握它們的一般物理化學(xué)性質(zhì)。研究實(shí)現(xiàn)制冷循環(huán)所必須的各種機(jī)械和技術(shù)設(shè)備，包括它們的工作原理、性能分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以及制冷裝置的流程組織、系統(tǒng)配套設(shè)計(jì)。此外，還有熱絕緣

3、問題，制冷裝置的自動(dòng)化問題，等等。一、固體升華制冷近代科學(xué)研究中心為了冷卻紅外探測(cè)器、射線探測(cè)器、機(jī)載紅外設(shè)備等的需要。采用了固態(tài)制冷劑升華的制冷系統(tǒng)。其制冷溫度取決于固體的種類、系統(tǒng)中的壓力和被冷卻對(duì)象的熱負(fù)荷。通過改變升華氣體的流量來調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的被壓和溫度，就可以保持一個(gè)特定的溫度。這種制冷系統(tǒng)的工作壽命由固體制冷劑的用量和被冷卻對(duì)象的熱負(fù)荷決定，有達(dá)1年之久的。固體升華制冷的主要優(yōu)點(diǎn)是升華潛熱大，制冷溫度低，固體制冷劑的貯存密度大。二、液體蒸發(fā)制冷液體氣化形成蒸汽，利用該過程的吸熱效應(yīng)制冷的方法稱液體蒸發(fā)制冷。當(dāng)液體處在密閉的容器內(nèi)時(shí)，若容器內(nèi)除了液體和液體本身的蒸汽外不含任何其它氣體，

4、那么液體和蒸氣在某一壓力下將達(dá)到平衡。這種狀態(tài)稱飽和狀態(tài)。如果將一部分飽和蒸汽從容器中抽出，液體就必然要再氣化出一部分蒸汽來維持平衡。我們以該液體為制冷劑，制冷劑液體氣化時(shí)要吸收氣化潛熱，該熱量來自被冷卻對(duì)象，只要液體的蒸發(fā)溫度比環(huán)境溫度低，便可使被冷卻對(duì)象變冷或者使它維持在環(huán)境溫度下的某一低溫。為了使上述過程得以連續(xù)進(jìn)行，必須不斷地從容器中抽走制冷劑蒸汽，再不斷地將其液體補(bǔ)充進(jìn)去。通過一定的方法將蒸汽抽出，再令其凝結(jié)為液體后返回到容器中，就能滿足這一要求。為使制冷劑蒸氣的冷凝過程可以在常溫下實(shí)現(xiàn)，需要將制冷劑蒸氣的壓力提高到常溫下的飽和壓力，這樣，制冷劑將在低溫低壓下蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷效應(yīng)；又在

5、常溫和高壓下凝結(jié)向環(huán)境溫度的介質(zhì)排放熱量。凝結(jié)后的制冷劑液體由于壓力較高，返回容器之前需要先降低壓力。由此可見，液體蒸發(fā)制冷循環(huán)必須具備以下四個(gè)基本過程：制冷劑液體在低壓下氣化產(chǎn)生低壓蒸汽，將低壓蒸汽抽出并提高壓力變成高壓氣。將高壓氣冷凝為高壓液體，高壓液體再降低壓力回到初始的低壓狀態(tài)。其中將低壓蒸汽提高壓力需要能量補(bǔ)償。三、氣體絕熱膨脹制冷氣體膨脹制冷是利用高壓氣體的絕熱膨脹以達(dá)到低溫，并利用膨脹后的氣體在低壓下的復(fù)熱過程來制冷。氣體制冷機(jī)的工作過程包括等熵壓縮、等壓冷卻、等熵膨脹及等壓吸熱四個(gè)基本過程。它與蒸氣壓縮式制冷過程基本上是相同的，但它所采用的工質(zhì)主要是空氣，但根據(jù)不同的使用目的，

6、循環(huán)工質(zhì)也可采用氮?dú)?、氦氣、二氧化碳、氧氣等其它相似氣體。氣體絕熱膨脹的性質(zhì)隨所使用的設(shè)備而變，一般有兩種方式。一種方式是令高壓氣體經(jīng)膨脹機(jī)（活塞式或透平式）膨脹，此時(shí)有外功輸出，因而氣體的溫降大，復(fù)熱時(shí)制冷量也大；但膨脹機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。在一般的氣體制冷機(jī)中均采用這一膨脹方式。另一種方式是令氣體經(jīng)節(jié)流閥膨脹（通常稱為節(jié)流），此時(shí)無外功輸出，氣體的溫降小，制冷量也小，但節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，且便于進(jìn)行氣體流量的調(diào)節(jié)。這種膨脹方式在氣體制冷機(jī)中使用較少。其制冷的主要循環(huán)形式有定壓循環(huán)。四、熱電制冷熱電制冷又稱溫差電制冷。它是利用熱電效應(yīng)(即帕爾貼效應(yīng))的一種制冷方法。這種方法的制冷效果主要取決于兩

7、種材料的熱電勢(shì)。純金屬材料得導(dǎo)電性好導(dǎo)熱性也好，其帕爾貼效應(yīng)很弱，制冷效率很低(不到1%)。半導(dǎo)體材料具有較高的熱點(diǎn)勢(shì)，可以成功地用來做成小型熱電制冷器。每對(duì)熱電偶只需零點(diǎn)幾伏電源電壓，產(chǎn)生的冷量也很小，所以需要將許多熱電偶連成熱電堆后才能使用。熱電制冷器的結(jié)構(gòu)和機(jī)理顯然不同于液體汽化制冷。它不需要明顯的工質(zhì)來實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移。整個(gè)裝置沒有任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件。但熱電制冷的效率很低，半導(dǎo)體器件的價(jià)格又很高，而且必須使用直流電源，因此變壓整流裝置往往不可避免，增加了電堆以外的附加體積，故熱電制冷不宜大規(guī)模使用，但由于它的靈活性強(qiáng)，使用方便可靠，非常適合于微型制冷領(lǐng)域或有特殊要求的用冷場(chǎng)合。熱電制冷的理

8、論基礎(chǔ)是固體的熱電效應(yīng)，在無外磁場(chǎng)存在時(shí)，它包括五個(gè)效應(yīng)，導(dǎo)熱、焦耳熱損失、西伯克(seebeck)效應(yīng)、帕爾帖(peltire)效應(yīng)和湯姆遜(thomson)效應(yīng)。熱電制冷又稱作溫差電制冷，或半導(dǎo)體制冷，它是利用熱電效應(yīng)（即帕米爾效應(yīng)）的一種制冷方法?；緹犭娕嫉闹评涮匦园ㄖ评淞俊⑾牡碾姽β?、制冷性能系數(shù)。熱電制冷的性能由工作參數(shù)和電偶本身的材料特性所決定，包括工作電流i、電偶的材料的物理性質(zhì)(溫差電動(dòng)勢(shì)、電阻、熱導(dǎo)率)等。為了獲得更低的制冷溫度(或更大的溫差)可以采用多級(jí)熱電制冷。它由單級(jí)電堆聯(lián)結(jié)而成。前一級(jí)的冷端是后一級(jí)熱端的散熱器。五、絕熱去磁制冷絕熱去磁是產(chǎn)生1k以下低溫的一個(gè)有效方法，即磁冷卻法。這是1926年德拜提出來的。在絕熱過程中順磁固體的溫度隨磁場(chǎng)的減小而下降。將順磁體放在裝有低壓氦氣的容器內(nèi)，通過低壓氦氣與液氦的接觸而保持在1k左右的低溫，加上磁場(chǎng)（量級(jí)為106a/m）使順磁體磁化，磁化過程時(shí)放出的熱量由液氦吸收，從而保證磁化過程是等溫的。順磁體磁化后，抽出低壓氦氣而使順磁體絕熱，然后準(zhǔn)靜態(tài)地使磁場(chǎng)減小到很小的值（一般為零）。利用固體中的順磁離子的絕熱去磁效應(yīng)可以產(chǎn)生1k以下至mk量級(jí)的低溫。例如從0.5k出發(fā)，使硝酸鈰鎂絕熱去磁可降溫到2mk。當(dāng)溫度降到mk