浅谈最新制冷技术

浅谈最新制冷技术

浅谈最新制冷技术

赵树男

（1.吉林大学汽车工程学院，长春130000）

摘要：能源的利用率和环境的要求共同决定了新型制冷技术的发展方向，根据国内外的研究情况，总结了主要的新型制冷技术的制冷原理、特点和发展现状，并对其应用前景进行了展望。

关键词：新型制冷技术；原理；特点；研究现状；应用前景

Overview of the new refrigeration technologies

Zhao Shunan

Abstract:The development direction of the new refrigeration technologies is determined by the utilization rate of energy and the requirements of environment, according to the domestic and foreign research situation, the cooling principle，characteristics and development status of several major new refrigeration technologies have been summarized. At last, an outlook of its application prospect has been put forward. Key words:New refrigeration technologies; Theory；Characteristic；Research status；Application prospect

制冷技术已渗透到生产技术、科研领域以及日常生活的各个方面并发挥着巨大的作用。生活中，制冷在食品冷加工、冷贮藏、冷藏运输、空气调节以及体育运动中制造人工冰场等得到广泛用；工业生产中，为生产环境提供必要的恒温恒湿环境，对材料进行低温处理以及零件间的过盈配合等；农牧业中，对农作物种子进行低温处理等；建筑工程中，利用制冷实现冻土开采土方；现代医学中的低温冷冻骨髓和外周血干细胞、手术中的低温麻醉等；制冷技术在尖端科学领域如微

电子技术、新型材料、宇宙开发、生物技术的研究和开发中都发挥作用。

1.发展新型制冷技术的必要性

制冷技术的发展水平是衡量一个国家国民经济和人民生活水平的重要标志，我国的制冷行业是国民经济中大耗能行业之一。目前，我国的环境污染在世界上较严重，由此引发的一系列后效应，将对会的各行各业带来负面影响。因此，必须实施国家能源政策，改善能源结构，提倡使用清洁优质高效能源，大力推广节能环保新技术。对于制冷与空调行业，应从环保化、节能化、智能化三方面着手，注重新技术的研发和应用，以及制冷空调技术与相关技术的融

合与交叉，以适应二十一世纪的能源战略新

需要。

为此，半导体制冷、磁制冷、激光制冷、化学吸附式制冷及热

声制冷等新型制冷技

术应运而生。

2.主要的新型制冷技术

2.1 太阳能制冷

2.1.1 主要类型及原

理

主要有吸收式、吸附式、冷管式、除湿式、喷射式和光伏等制冷

类型。

吸收式制冷利用

储存液态冷剂的相变

潜热来储存能量，利用其在低压低温下气化

而制冷；吸附式制冷是将太阳能集热与吸收

式制冷相结合的一种

蒸发制冷技术；冷管制冷是一种间歇式制冷，主要结构是由太阳能

冷管、集热箱、制冷箱、蓄冷器和冷却水回路

等组成，是一种特殊的吸附式制冷系统；除湿式制冷技术利用除湿

剂来吸附空气中的水

蒸气以降低空气湿度，然后再进行一定的冷

却和绝热加湿达到制

冷目的；喷射式制冷循环包含太阳能集热器

子循环（由集热器、发生器组成）和喷射制冷子循环（由发生器、喷射器、冷凝器、蒸发器和循环泵组成）；光伏制冷系统将太阳能将转化为直流电，直流电通过控制器驱动压缩机工作。

2.1.2 研究现状

吸收式制冷和喷射制冷都已进入了应用阶段，吸收式扩散式制冷系统主要利用低品位热源，在农业废弃物的处理和利用有着广阔的应用前景；吸附式制冷和溶液除湿冷却制冷还处在研究阶段，利用光伏制冷系统制成的直流冰箱在国外已小批量生产。

2.2 磁制冷

2.2.1 基本原理

磁制冷（又称磁卡

效应，M

agneto-CaloricEffec t）即利用磁热效应制冷。磁制冷工质在等温磁化时向外界放出热量，而绝热去磁时从外界吸收热量。对与铁磁性材料，磁热效应在其居里温度（磁有序- 无序转变的温度）附近最为显著，当作用有外磁场时，该材料的磁熵值降低并放热；反之当去除外磁场时，材料的磁熵值升高并吸热。

2.2.2 制冷特点

它采用磁性物质作为制冷工质，也不导致温室效应。其运动部件少，减小了机械振动和噪声，可靠性高，效率高（能达到卡诺循环的30％～60%）。其应用范围广，从μK、m K 直到室温以上均适用；在低温（制取液氮、液氦、液氢）领域和高温（特别是近室温）领域都有广泛应用前景。2.2.3 研究现状

当前，低温区（20 K 以下）磁制冷的研究已比较成熟并实用化。高温区磁制冷还处于

试验研究开发阶段，目前80 K 至室温的磁制冷技术是研究的热点。研究出低成本且具有

巨磁卡效应的材料以

及利用N dFeB 等永磁体产生外场（不用结构复杂而昂贵的超导磁体）是室温磁制冷关键。

面临的主要困难：①每次磁制冷循环所产生的温差还不够大，只有1～3 K ，磁性材料磁熵太小；②热交换速度不够快，使制冷周期延长，整个循环效率下降；③室温条件下，不利用超导技术，仍利用电磁铁或稀土永磁材料产生磁场，则两磁极面总存在空气隙，进入磁场的磁制冷材料有限，这要求有绝热效果好的隔热层。

其突破方向：①磁场分析，完善磁体结构；②针对相应的温区选择换热介质，设计出最佳的热开关或换热回路，提高换热效率；

③制冷材料的研制，通过改进工艺和材料重组制备性能更优越的材料。

2.2.4 应用前景

磁制冷技术可广泛应用于木本植物、高体革鯻精子、怀山药种质资源的包埋玻璃化、茅苍术种质资源等的超低温保存，以及水果冷冻贮藏方面。此外在极低温和液化氦等小型装置中，其高效、无污染、无噪声等众多特点使其在未来的太空开发和民用需要方面让人充满期待；在要求制冷源设备重量轻、振动和噪音小、操作方便、可靠性高、工作周期长、工作温度和冷量范围广的国防领域也