制冷技術是為適應人們對低溫條件的需要而產生和發(fā)展起來的

1、制冷技術是為適應人們對低溫條件的需要而產生和發(fā)展起來的。制冷作為一門科學是指用人工的方法在一定時間和一定空間內將某物體或流體冷卻,使其溫度降到環(huán)境溫度以下，并保持這個低溫。這里所說的冷是相對于環(huán)境而言的。灼熱的鐵放在空氣中，通過輻射和對流向環(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)境介質中去，以產生低于環(huán)境溫度的過程。機械制冷中所需機器和設備的總合稱為制冷機。制冷機中使用的工作介質稱為制冷劑。制冷劑在制冷機中循環(huán)流動，同時與外界發(fā)生能量交換，即不斷地從被冷卻對象中吸取熱量，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械能、電能、熱能、太陽能或其它可能的形式.制冷技術的研究內容可以概括為以下三方面：研究獲得低溫的方法和有關的機理以及與此相應的制冷循環(huán)，并對制冷循環(huán)進行熱力學的分析和計算。研究制冷劑的性質，從而為制冷機提供性能滿意的工作介質。機械制冷要通過制冷劑熱力狀態(tài)的變化才能實現(xiàn)。所以，制冷劑的熱物理性質是進行循環(huán)分析和計算的基礎數(shù)據(jù)。此外，為了使制冷劑能實際應用，還必須掌握它們的一般物理化學性質。研究實現(xiàn)制冷循環(huán)所必須的各種機械和技術設備，包括它們的工作原理、性能分析、結構設計，以及制冷裝置的流程組織、系統(tǒng)配套設計。此外，還有熱絕緣

3、問題，制冷裝置的自動化問題，等等。一、固體升華制冷近代科學研究中心為了冷卻紅外探測器、射線探測器、機載紅外設備等的需要。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象的熱負荷。通過改變升華氣體的流量來調節(jié)系統(tǒng)中的被壓和溫度，就可以保持一個特定的溫度。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象的熱負荷決定，有達1年之久的。固體升華制冷的主要優(yōu)點是升華潛熱大，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制冷的方法稱液體蒸發(fā)制冷。當液體處在密閉的容器內時，若容器內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，制冷劑液體氣化時要吸收氣化潛熱，該熱量來自被冷卻對象，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充進去。通過一定的方法將蒸汽抽出，再令其凝結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)，產生制冷效應；又在

5、常溫和高壓下凝結向環(huán)境溫度的介質排放熱量。凝結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)必須具備以下四個基本過程：制冷劑液體在低壓下氣化產生低壓蒸汽，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到低溫，并利用膨脹后的氣體在低壓下的復熱過程來制冷。氣體制冷機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，但它所采用的工質主要是空氣，但根據(jù)不同的使用目的，

6、循環(huán)工質也可采用氮氣、氦氣、二氧化碳、氧氣等其它相似氣體。氣體絕熱膨脹的性質隨所使用的設備而變，一般有兩種方式。一種方式是令高壓氣體經膨脹機（活塞式或透平式）膨脹，此時有外功輸出，因而氣體的溫降大，復熱時制冷量也大；但膨脹機結構比較復雜。在一般的氣體制冷機中均采用這一膨脹方式。另一種方式是令氣體經節(jié)流閥膨脹（通常稱為節(jié)流），此時無外功輸出，氣體的溫降小，制冷量也小，但節(jié)流閥的結構比較簡單，且便于進行氣體流量的調節(jié)。這種膨脹方式在氣體制冷機中使用較少。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(即帕爾貼效應)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。純金屬材料得導電性好導熱性也好，其帕爾貼效應很弱，制冷效率很低(不到1%)。半導體材料具有較高的熱點勢，可以成功地用來做成小型熱電制冷器。每對熱電偶只需零點幾伏電源電壓，產生的冷量也很小，所以需要將許多熱電偶連成熱電堆后才能使用。熱電制冷器的結構和機理顯然不同于液體汽化制冷。它不需要明顯的工質來實現(xiàn)能量的轉移。整個裝置沒有任何機械運動部件。但熱電制冷的效率很低，半導體器件的價格又很高，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，使用方便可靠，非常適合于微型制冷領域或有特殊要求的用冷場合。熱電制冷的理

8、論基礎是固體的熱電效應，在無外磁場存在時，它包括五個效應，導熱、焦耳熱損失、西伯克(seebeck)效應、帕爾帖(peltire)效應和湯姆遜(thomson)效應。熱電制冷又稱作溫差電制冷，或半導體制冷，它是利用熱電效應（即帕米爾效應）的一種制冷方法。基本熱電偶的制冷特性包括制冷量、消耗的電功率、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(溫差電動勢、電阻、熱導率)等。為了獲得更低的制冷溫度(或更大的溫差)可以采用多級熱電制冷。它由單級電堆聯(lián)結而成。前一級的冷端是后一級熱端的散熱器。五、絕熱去磁制冷絕熱去磁是產生1k以下低溫的一個有效方法，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的減小而下降。將順磁體放在裝有低壓氦氣的容器內，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（量級為106a/m）使順磁體磁化，磁化過程時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，然后準靜態(tài)地使磁場減小到很小的值（一般為零）。利用固體中的順磁離子的絕熱去磁效應可以產生1k以下至mk量級的低溫。例如從0.5k出發(fā)，使硝酸鈰鎂絕熱去磁可降溫到2mk。當溫度降到mk