1制冷方法概述.PDF

电子发烧友 电子技术论坛 制冷方法概述 温州大学物理与电子信息学院 韦文生 制冷技术是为适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的。 制冷作为一门科学是指用人工的方法在一定时间和一定空间内将某物体或 流体冷却,使其温度降到环境温度以下，并保持这个低温。 这里所说的冷是相对于环境而言的。灼热的铁放在空气中，通过辐射和对 流向环境传热，逐渐冷却到环境温度。它是自发的传热降温，属于自然冷却，不 是制冷。制冷就是从物体或流体中取出热量，并将热量排放到环境介质中去，以 产生低于环境温度的过程。 机械制冷中所需机器和设备的总合称为制冷机。 制冷机中使用的工作介质称为制冷剂。制冷剂在制冷机中循环流动，同时与外界 发生能量交换，即不断地从被冷却对象中吸取热量，向环境排放热量。制冷剂一 系列状态变化过程的综合为制冷循环。为了实现制冷循环，必须消耗能量。所消 耗能量的形式可以是机械能、电能、热能、太阳能或其它可能的形式. 制冷技术的研究内容可以概括为以下三方面： ①研究获得低温的方法和有关的机理以及与此相应的制冷循环，并对制冷循环进 行热力学的分析和计算。 ②研究制冷剂的性质，从而为制冷机提供性能满意的工作介质。机械制冷要通过 制冷剂热力状态的变化才能实现。所以，制冷剂的热物理性质是进行循环分析和 计算的基础数据。此外，为了使制冷剂能实际应用，还必须掌握它们的一般物理 化学性质。 ③研究实现制冷循环所必须的各种机械和技术设备，包括它们的工作原理、性能 分析、结构设计，以及制冷装置的流程组织、系统配套设计。此外，还有热绝缘 问题，制冷装置的自动化问题，等等。 1.1 热电制冷特点及应用 热电制冷的特点 (1)结构简单 1 电子发烧友 电子技术论坛 整个制冷器由热电堆和导线连接而成，没有任何机械运动部件，因而无噪声、 无摩擦、可靠性高、寿命长，而且维修方便。 (2)体积小 特别在小体积、小负荷的用冷场合，使用热电制冷有其独到的好处。 (3)启动快、控制灵活 只要接通电源，即可迅速制冷。冷却速度和制冷温度都可以通过调节工作电 流简单而方便池实现。 (4)操作具有可逆性 既可以用来制冷，又可以改变电流方向用于制热，因而可以用来制做高于室 温到低于室温范围内的和恒温器。 (5)主要缺点是效率低，耗电多 由于缺少更好的半导体材料．限制了它的发展。另外，半导体电堆的元件价 格很高。综合效率和价格比的因素：在大容量情况下，势电制冷的效率不及蒸气 压缩式制冷、价格昂贵。但是蒸气压缩式制冷机的效率随容量的减小而下降，而 热电制冷的效率与容量大小无关：且压缩机也不可能做得过于小．而热电制冷小 到可以仅由一对基本电偶组成。产冷量在 20w 以下，温差不超过；50 度时、热 电制冷的效车高于压缩式制冷。 一般掌握：蒸气喷射式、吸附式制冷的制冷方法。 物质有三种集态气态、液态、固态。物质集态的改变称之为相变。相变过程 中，由于物质分子的重新排列和分子热运动速度的改变，会吸收或放出热量。这 种热量称作潜热。物质发生从质密态到质稀态的相变是将吸收潜热；反之，当它 发生有质稀态向质密态的相变时，则放出潜热。 物质相变制冷是利用液体在低温下的蒸发过程及固体在低温下的熔化或升 华过程向被冷却物体吸收热量即制冷量。因此，相变制冷分为液体气化制冷与 固体熔化与升华制冷，由于液体自身具有流动性，液体气化制冷是广泛应用的。 液体汽化成蒸气的过程吸收热量，从而达到制冷的目的，为了使其连续不断地工 作，成为一个循环，便必须使制冷剂在低压下蒸发汽化、蒸气升压、高压气体液 化和高压液体降压。 2 电子发烧友 电子技术论坛 蒸气压缩式制冷、吸收式制冷、蒸气喷射式和吸附式制冷都具备上述四个基 本过程，属于液体汽化制冷。 1.1.1 制冷的基本热力学原理 从热力学角度说，制冷系统是利用逆向循环的能量转换系统。按补偿能量 的形式（或驱动方式），前面所提及的制冷方法归为两大类：以机械能或电能为 补偿的和以热能为补偿的。前者如蒸气压缩式、热电式制冷