制冷技术论文

《制冷原理与设备》论文

制冷技术的发展与应用

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目录1摘要

2吸附制冷技术

3磁制冷技术

4热电制冷技术

5结束语

6参考文献

摘要随着时代的不断发展，制冷技术也在不断的发展，自然界的客观规律是热量传递总是从高温物体传向低温物体，直到温度相等。但是在消耗功可使低温物体传热量到高温物体，人工制冷就是使热量从低温物体传递到高温物体的技术。制冷技术的应用也日益的广泛，现已渗透到人们生活生产各个领域中，并在改善人们的生活质量方面发挥着巨大作用。在此简单介绍制冷技术及应用。

关键词：吸附制冷磁制冷循环系统热电制冷环保节能

1 吸附制冷技术

吸附式制冷技术非常适用于太阳能和地热能等可再生能源的应用和余热、废热的回收,这也是其与压缩式制冷技术竞争的主要优势之一。

1. 1 原理

吸附式制冷也是由热能驱动的，即利用二元或多元工质对实现制冷循环，这点与蒸气吸收式制冷是相同的。然而，与吸收式制冷中采用液体吸收剂吸收和释放制冷剂蒸气不同，吸附式制冷是采用固体吸附剂对制冷剂气体进行吸附和解析。其工作原理是:利用吸附剂在不同吸附温度下具有不同吸附能力这一特性，周期性地冷却和加热吸附剂，使之交替产生吸附和脱附过程。脱附时，释放出制冷剂气体，并使之凝结为液体;吸附时，制冷剂液体蒸发，产生制冷作用。

1.2 间歇型吸附式制冷系统

间歇型吸附式制冷时利用太阳能驱动的制冷剂，主要由吸附床、冷凝器和蒸发器组成一个封闭系统。白天，处于环境温度的吸附床被太阳能加热，吸附剂温度升高后开始解析，制冷剂从中脱附出来，系统内的制冷剂蒸气压力逐渐升高，当达到与环境温度对应的饱和压力时，制冷剂蒸气在冷凝器中凝结，同时放出潜热，冷凝下来的液体进入蒸发器中贮存。晚上，吸附床被冷却，吸附剂的吸附能力提高，于是开始吸附蒸发器中的制冷剂蒸气，造成系统内气体压力降低，此时蒸发器中的制冷剂便在低温下不断蒸发出来，吸收被冷却物质的热量，达到制冷的目的。如果采用其他热源，只要对吸附床间歇地进行加热和冷却，使吸附剂周期性地产生脱附和吸附作用，同样能达到制冷的目的。由下图看其结构。

1.3吸附制冷工质对

吸附剂制冷剂工质对的选择是影响吸附式制冷机性能的重要因素之一。理想的工质对是要求在工作范围内吸附性能强、吸附速度快、传热效果好的吸附剂和汽化潜热大、沸点满足要求的制冷剂。

目前，对吸附工质对的研究正在不断深入和发展。比较成熟的有沸石-水，硅胶-水，活性炭-甲醇，金属氢化物-氧，氯化物盐类-氨等。由于水的汽化潜热比较大，而且在0℃以下易结冰，所以沸石-水、硅胶-水比较适合蒸发温度为0℃以上的空调系统。活性炭对甲醇的吸附容量比较大，而且吸附容量对温度变化比较敏感，甲醇的汽化潜热大，冰点低，沸点比室温高，对铜钢等金属材料不腐蚀，因此活性炭对甲醇适合太阳能或其他低温热源驱动的一般制冷系统。但由于甲醇在150℃左右易分解，其工作温度应低于150℃。

1.4吸附式制冷的特点

与蒸气压缩式制冷相比，吸附式制冷具有以下优点:

①可以利用各种热能驱动。除利用锅炉蒸汽、燃油燃气产生的热能外，还可以利用太阳能和各种废热、废气、废水等低品位热源。

②可以大量节约用电，削减空调季节电网的峰值负荷。

③结构简单，运行部件少，安全可靠。

④以水、氨、甲醇等为制冷剂，对环境和大气臭氧层无害。

尽管吸附式制冷具有极大的应用前景，但它的一些缺陷也大大降低了它的市场竞争力，主要表现在:吸附和脱附过程比较缓慢，制冷循环周期较长;与蒸气压缩式和吸收式制冷机相比，制冷量相对较小;热力系数一般为0.5~0.6。

1.5发展现状

对吸附制冷的深入研究开始于上个世纪70 年代,当时全球性的能源危机促使吸附制冷首先在太阳能应用领域获得发展。进入上世纪90 年代后,吸附式制冷技术的发展非常迅速,其应用研究涉及工业与民用建筑的空调制冷、食品冷藏冷冻和工业生产环节的制冷等诸多领域。另外,吸附式制冷在船舶制冷、汽车空调等领域的应用研究也初步展开。

目前吸附制冷技术在各研究方向的应用成果多为实验装置或样机,与实际运用还有很大的距离,主要研究工作包括:

1) 对吸附工质的研究

目前开发出的工质对主要有沸石2水、活性碳2甲醇、活性碳2氨、硅胶2水和碱土金属的氯化物2氨等。另外,金属氢化物2氢组成的工质对在低温制冷中也得到应用。

2) 制冷循环方式和制冷系统热动力学的研究

制冷系统热动力学的研究主要集中在制冷循环方式的改进上,提出了一些先进的回热型吸附制冷循环方式,主要有级联循环、热波循环,并从计算机模拟和实验的角度研究了循环的操作工况对系统性能的影响。

3) 吸附床的研究

吸附制冷实用化的关键是吸附床传热传质的强化。目前吸附床采用得较多的结构是管壳式和平板式,此外还有板翅式、螺旋板式、翅片管式和热管式。

4) 吸附制冷系统的经济性分析

主要从经济性和热经济学的角度对吸附制冷系统进行分析,对于该技术最终的产品化和市场化具有重要的意义。

2 磁制冷技术

磁制冷作为一项绿色制冷技术,与传统压缩制冷相比具有如下竞争优势:

1)无环境污染:工质本身为固体材料,可用水作为传热介质;

2)高效节能:磁制冷的效率可达到卡诺循环的30 %～60 %;

3)易于小型化:磁工质熵密度远大于气体的熵密度,易于小型化。

4)稳定可靠:无需压缩机,运动部件少且转速缓慢,可靠性高,寿命长。

2. 1 原理

磁制冷就是利用磁热效应，又称磁卡效应(MagnetoCaloric Effect) 的制冷.磁热效应是指融制冷工质在等温磁化时向外界放出热量，而绝热去磁时温度降低，从外界吸收热量的现象.磁制冷技术中的制冷工质是固态的磁性材料.我们知道，物质由原子构成，原子由电子和原子核构成，电子有自旋磁矩还有轨道磁矩，这使得有些物质的原子或离子带有磁矩. JI顶磁性材料的离子或原子磁矩在无外磁场时是杂乱无章的，加外磁场后，原子的磁矩沿外磁场取向排列，使磁矩有序化，从而减少材料的磁惰，因而会向外放出热量;而一旦去掉外磁场，材料系统的磁有序减小，磁恼增大，因而会从外界吸收热量.磁'脑是温度和磁场的函数，如果把这样两个绝热去磁引起的吸热过程和绝热磁化引起的放热过程用一个循环连接起来，通过外加磁场，有意识地控制磁惰，就可使得磁性材料不断地从一端吸热而在另一端放热，从而达到制冷的目的。

2. 2 发展现状

根据制冷温区不同可分为极低温(趋于绝对0 K) 、低温(15 K 以下) 、中温(15～77 K) 、高温(77 K以上) 磁制冷机。

1) 低温温区( < 15 K) 是液氦的重要温区,到上个世纪80 年代末该温区间的磁磁制冷的研究已经相当成熟,不再赘述。

2) 中温温区(15～77 K) 是液氢的重要温区,鉴于液化氢的潜在的巨大经济效益,该温区的研究受到广泛的重视。1983 年Los Alamos 的Back2ley提出了一种旋