几种制冷技术的比较
比较常用的几种制冷的方法【范本模板】
比较常用的几种制冷的方法1.1 液体汽化制冷液体汽化制冷是利用液体汽化时的吸热效应而实现制冷的。
在一定压力下液体汽化时，需要吸收热量,该热量称为液体的汽化潜热。
液体所吸收的热量来自被冷却对象，使被冷却对象温度降低,或者使它维持低于环境温度的某一温度。
为了使上述过程得以连续进行，必须不断地将蒸气从容器（蒸发器）中抽走,再不断地将液体补充进去。
由此可见，液体汽化制冷循环由液体工质低压下汽化、工质气体升压、高压气体液化、高压液体降压四个基本过程组成.压缩式、吸收式、喷射式和吸附式制冷都属于液体汽化制冷方式.1。
1.1 压缩式制冷压缩式制冷系统由压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器组成，用管道将其连成一个封闭的系统。
工质在蒸发器内与被冷却对象发生热量交换，吸收被冷却对象的热量并汽化，产生的低压蒸气被压缩机吸人，压缩机消耗能量（通常是电能），将低压蒸气压缩到需要的高压后排出.压缩机排出的高温高压气态工质在冷凝器内被常温冷却介质(水或空气)冷却，凝结成高压液体.高压液体流经膨胀阀时节流，变成低压、低温湿蒸气，进入蒸发器，其中的低压液体在蒸发器中再次汽化制冷。
1.1.2 吸收式制冷吸收式制冷是以热能为动力、利用溶液吸收和发生制冷剂蒸气的特性来完成循环的。
吸收式制冷系统的主要部件设该系统使用氨—水溶液为工作物质，则吸收器中充有氨水稀溶液,用它吸收氨蒸气。
溶液吸收氨蒸气的过程是放热过程.因此，必须对吸收器进行冷却,否则随着温度的升高，吸收器将丧失吸收能力。
吸收器中形成的氨水浓溶液用溶液泵提高压力后送入发生器.在发生器中,浓溶液被加热至沸腾。
产生的蒸气先经过精馏，得到几乎是纯氨的蒸气，然后进入冷凝器。
在发生器中形成的稀溶液通过热交换器返回吸收器。
为了保持发生器和吸收器之间的压力差,在两者的连接管道上安装了节流阀5。
在这一系统中,水为吸收剂,氨为吸收剂。
吸收式制冷的另外一种常见类型是以水为制冷剂,溴化锂水溶液为吸收剂的溴化锂吸收式制冷机，用于生产冷水，可供集中式空气调节使用，或者提供生产工艺需要的冷却用水。
制冷技术分析
制冷技术分析作者：李巧来源：《城市建设理论研究》2014年第05期摘要制冷技术是为了适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的。
制冷技术是使某一空间或物体的温度降到低于周围环境温度，并保持在规定低温状态的一门科学技术，它随着人们对低温条件的要求和社会生产力的提高而不断发展。
制冷的方法很多，常见的有以下四种：液体气化制冷，气体膨胀制冷，涡流管制冷和热电制冷。
其中液体汽化制冷的应用最为广泛，它是利用液体汽化时的吸热效应而实现制冷的。
蒸汽压缩式，吸收式，蒸汽喷射式和吸附式制冷都属于液体汽化制冷方式。
本文重点介绍蒸汽压缩式制冷的工作原理及几种形式。
关键词蒸汽压缩式制冷压-焓图理想制冷循环制冷系数ε 绝热膨胀双级蒸汽压缩制冷循环中图分类号： TB6文献标识码： A一、蒸汽压缩式制冷的工作原理蒸汽压缩式制冷系统由压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器组成，用管道将其连成一个封闭的系统。
如下图一工质在蒸发器内与被冷却对象发生热量交换，吸收被冷却对象的热量并汽化，产生的低压蒸汽被压缩机吸入，经压缩后以高压排出。
压缩过程需要消耗能量。
压缩机排出的高温高压气态工质在冷凝器被常温冷却介质（水或空气）冷却，凝结成高压液体。
高压液体经膨胀阀时节流，变成低压，低温湿蒸汽，进入蒸发器，其中的低压液体在蒸发器中再次汽化制冷，如此周而复始。
液体转变为气体,固体转变为液体,固体转变为气体都要吸收潜热。
任何液体在沸腾过程中将要吸收热量，液体的沸腾温度（即饱和温度）和吸热量随液体所处的压力而变化，压力越低，沸腾温度也越低。
而且不同液体的饱和压力、沸腾温度和吸热量也各不相同。
如下表一例：在1 个大气压下制冷工质沸点 (℃) 气化潜热 r (kJ / kg)水 100 2256R717(氨) -33.4 1368R22 -40.8 375据所用制冷液体（称制冷剂）的热力性质，创造一定的压力条件，就可以在一定范围内获得所要求的低温。
要实现制冷循环必须要有一定的设备，而且要以消耗能量作为补偿。
现代几种简单的制冷技术
目录第一章制冷的热力学基础 (2)第1节热力学第一定律 (2)第2节热力学第二定律 (6)第二章传统的制冷物质与制冷技术 (7)第1节制冷剂的历史[4] (7)第2节传统制冷技术的简单介绍 (7)第三章半导体制冷 (10)第1节半导体[4] (10)第2节半导体制冷器 (11)参考文献 (12)致谢 (13)第一章 制冷的热力学基础第1节 热力学第一定律1、热力学第一定律自然界中的所有物质都有能量，能量不能被创造也不能被消灭，它只能进行能量之间的转换，从一种形态变成另一种形态，但是能量的总和不会改变，这就是能量守恒与转换定律，是自然界的基础规律之一，也是热力学第一定律的理论基础[2]。
热力学第一定律就是能量守恒与转换在一个热力学系统中的应用。
热力学第一定律的解析式为：W U Q +∆= （1.1.1） 式中Q 为系统中的热量，U ∆表示热力学能的变化量，W 为与环境交换的功。
式中热力学能变化量U ∆、热量Q 、和功W 都是代数值，可正可负，系统吸热Q 值为正，放热Q 值为负；同理，系统对外做功W 为正，反之为负。
系统的热力学能增大时，U ∆为正。
可以理解为在一个热力学系统内，热力学变化量U ∆与对环境做的功的总和为系统中的总热量。
这也说明了一个道理热力学第一定律是一个准静态过程，即在这个过程中的每一时刻，系统都处于平衡态。
说简单些，就是在一个系统中，热和功是可以相互转换的，消耗一定量的热即可产生一定量的功，同时，消耗一定量的功会产生一定量的热，但其二者之和是保持不变的一个固定值。
热力学的第一定律解析式的微分形式为W dU Q δδ+= (1.1.2)2、热力学第一定律对理想气体的应用[1]下面我们来看看热力学第一定律在理想气体下的一些简单的能量转换。
（1）等体过程等体过程即使在系统体积保持不变，外界做功为零，故此根据热力学第一定律的解析式可得出12U U Q -= (1.1.3)如果设初始状态和终态的温度分别为1T 、2T 则公式变为)(12,12T T vC U U Q m V -=-= (1.1.4)其中m V C ,为摩尔定容热容，为常数。
制冷
制冷分类根据人工制冷所能达到的低温，一般将人工制冷技术分为制冷、低温和超低温技术。
通常称从低于环境温度至119.8K（-153.35℃，氪Kr标准沸点）为制冷技术；称从119.8-4.23K （-268.92℃，氦He标准沸点）为低温技术；称从4.23K至接近绝对零度为超低温技术。
在制冷领域内，将应用于食品冷加工、空调制冷等的制冷技术成为普冷，应用于气体液化、分离等的制冷技术称为深冷。
制冷方法1、相变制冷：蒸汽压缩式制冷（离心、螺杆、活塞）蒸汽吸收式制冷（消耗热能为前提，无机械运动部分，运行平稳，震动小，耗电少，对热能质量要求低，经济性好）蒸汽喷射式制冷液体汽化相变制冷的能力大小与制冷剂的汽化潜热有关：制冷剂的分子量越小，汽化潜热量越大任何一种制冷剂的汽化潜热随汽化压力的提高而减小，当达到临界状态时，汽化潜热为零，所以从制冷剂的临界温度至凝固温度是液体汽化相变制冷循环的极限工作温度范围。
2、气体膨胀制冷3、热电制冷（半导体制冷）帕尔贴效应（电流流过两种金属组成的闭合回路，环路出现一个结点吸热，一个结点放热的现象）：体积小、无噪音、运行可靠、冷却速度快、效率低。
4、固体吸附式制冷5、气体涡流制冷：压缩气体通过涡流管分成冷热流体，冷流体用于制冷。
制冷剂定义一般把制冷剂和载冷剂统称冷媒。
制冷剂又称制冷工质，南方称为雪种。
它在制冷系统中不断循环并通过其本身的状态变化以实现制冷。
制冷剂在蒸发器内吸收被冷却介质（水或空气等）的热量而汽化，在冷凝器中将热量传递给周围空气或水而冷凝。
在蒸气压缩式制冷机中，使用在常温或较低温度下能液化的工质为制冷剂，如氟利昂（饱和碳氢化合物的氟、氯、溴衍生物），共沸混合工质（由两种氟利昂按一定比例混合而成的共沸溶液）、碳氢化合物（丙烷、乙烯等）、氨等；在气体压缩式制冷机中，使用气体制冷剂，如空气、氢气、氦气等，这些气体在制冷循环中始终为气态；在吸收式制冷机中，使用由吸收剂和制冷剂组成的二元溶液作为工质，如氨和水、溴化锂（分子式：LiBr。
冷藏的原理和技术
冷藏的原理和技术冷藏的原理和技术是为了保持食品和物品的新鲜度和品质而设计的一种储存和保鲜方法。
冷藏通过降低食品和物品的温度，减缓微生物繁殖和酶活性，从而延缓其腐败和变质的速度。
下面我将详细介绍冷藏的原理和几种常见的冷藏技术。
冷藏原理主要基于物质的热力学性质，特别是温度和热量传递的原理。
具体来说，冷藏通过以下几个方面来实现：1.借助温度差异：冷藏室内外的温度差异可以引发空气流动，从而加速热量传递。
因此，通风制冷常用于冷藏柜和冷藏库中，通过使室内和外部的温度差异达到增大热量传递速率的目的。
2.利用蒸发冷却：蒸发冷却是一种常见的制冷原理，也被广泛应用于冷藏技术中。
当液体蒸发时，它会从周围环境中吸收热量，使周围环境的温度下降。
因此，在冷藏技术中，利用液体蒸发产生的冷却效应可以降低食品和物品的温度。
3.利用冷藏剂：制冷技术中常用的冷藏剂包括氨，氮氧化物，氟氯烷和环氧乙烷等。
这些冷藏剂在正常压力和温度下可以从液态转变为气态，从而快速吸收热量。
当冷藏剂处于气态时，它们会通过压缩和膨胀的循环来降低冷藏室的温度。
在冷藏技术中，我们常见以下几种冷藏技术：1.压缩机制冷技术：这种技术通过利用压缩机来压缩冷藏剂，使其升温。
然后，通过冷凝器将热量散发到周围环境中，使冷藏室或冷藏柜内部的温度下降。
最后，通过蒸发器将冷缩剂释放到冷藏室内，从而将室内的热量吸收，形成制冷效果。
2.吸收式制冷技术：这种技术利用吸收剂和冷藏剂之间的化学反应来实现制冷效果。
通常，制冷技术中常用的吸收剂是水，而冷藏剂则是氨。
水和氨之间的化学反应可以产生吸热效应，从而降低冷藏室内的温度。
3.热泵制冷技术：热泵制冷技术是一种高效的制冷技术，它使用外部能源（如电能）来驱动制冷循环。
热泵通过在压缩和膨胀之间循环冷冻液体来实现冷藏效果。
在膨胀阶段，冷冻液体会吸收冷藏室内的热量，形成制冷效果。
除了以上几种常见的冷藏技术，冷藏的保鲜效果还可以通过控制湿度和气氛来实现。
常见的九种冷热源系统优缺点
一、常规电制冷空调系统目前使用较多的空调形式，经过一个多世纪的发展，制冷主机的形式多种多样，具有制冷效率高等的优点，它有如下特点：（一）优点1、系统简单，占地比其它形式的稍小。
2、效率高，COP（制冷效率）一般大于5.3。
3、设备投资相对于其它系统少。
（二）不足之处1、冷水机组的数量与容量较大，相应的其它用电设备数量、容量也增加，运动设备的增加加大了维护、维修工作量。
2、总用电负荷大，增加了变压器配电容量与配电设施费。
3、所使用电量均为高峰电，不享受峰谷电价政策，运行费用高。
4、在部分地区拉闸限电时，出现空调不能使用的状况。
5、运行方式不灵活，在过渡季节、节假日或休息时间个别区域供冷，需要开主机运行，形成大马拉小车，浪费了机组的配置能力，增加了运行费用。
二、冰蓄冷空调系统冰蓄冷空调是在常规水冷冷水机组系统的基础上，减小制冷主机容量增加蓄冰装置，利用夜间低谷低价电力时段，将冷量通过冰的形式储存起来，白天需要供冷时释放出来。
该技术在二十世纪三十年代开始应用于美国，在七十年代能源危机中得到发达国家的大力发展。
从美国、日本、台湾等较发达的国家和地区的发展情况来看，冰蓄冷已经成为中央空调的发展方向。
比如，日本超过5000㎡的建筑物，就在设计时考虑采用冰蓄冷空调系统。
很多国家都采取了奖励措施来推广这种技术，比如美国转移1KW高峰电力，一次性奖励五百美元。
中国也加大对蓄能技术的推广力度，国家计委和经贸委特地下达《节约用电管理办法》，要求各单位推广蓄能技术，并逐步加大峰谷电差价。
冰蓄冷中央空调有如下特点：（一）优点1、减少冷水机组容量（降低主机一次性投资），总用电负荷少，减少变压器配电容量与配电设施费。
2、冷主机制冷效率高（COP大于5.3），同时利用峰谷荷电价差，大大减少空调年运行费，可节约运行费用35%以上（与热泵和溴化锂空调形式比可以节约40%以上）。
3、减少建筑的配电容量，节约变配电的投资，节约约30%（空调的配电投资）；免双线路的高可靠性费用，节约投资。
冰蓄冷与常规方案比较说明
冰蓄冷与常规方案比较说明冰蓄冷技术是一种利用低温储存能量的方法，在很多领域得到了广泛应用。
与常规方案相比，冰蓄冷具有许多优点，如高效节能、环保、可靠性高等。
下面将详细比较冰蓄冷与常规方案的优缺点。
首先，冰蓄冷技术在节能方面具有明显的优势。
常规空调系统大多采用直接电力供应，耗能较高。
而使用冰蓄冷技术，则可以利用低峰时段的电力进行制冷，将过剩的电能转化为冷能储存起来，以后在高峰时段使用。
这种储冷方式可以大幅度降低能耗，提高能源利用效率。
其次，冰蓄冷技术对环境友好。
常规制冷设备中，使用的制冷剂通常是臭氧层破坏物质，对环境造成危害。
而冰蓄冷技术使用的制冷剂是水，无毒、无害、可再生。
同时，冰蓄冷系统循环利用冷却水，避免了水资源的浪费。
在当前环境保护意识不断增强的背景下，冰蓄冷技术表现出独特的优势。
此外，冰蓄冷技术具有较高的可靠性和稳定性。
由于储冷系统是在低负荷时段工作，不受气温和负荷的波动影响，因此可以提供稳定的冷量输出。
与之相比，常规制冷系统在高峰时段可能面临负荷过大而无法满足需求的情况。
此外，冰蓄冷技术的储冷设备寿命周期较长，一般可达20年以上，相对于常规制冷设备的寿命更长。
然而，冰蓄冷技术也存在一些不足之处。
首先是设备成本较高。
冰蓄冷系统需要建造、安装和维护储冷设备，相对于常规制冷系统的投资成本较高。
其次，冰蓄冷系统的空间要求较大，需要有足够的场地来安装储冷设备，这在一些建筑空间有限的场合可能遇到困难。
此外，冰蓄冷技术在运行中需要合理安排供电时间和负荷需求，以便在合适的时段进行低价电能的储存和使用，这对于系统管理和运行控制提出了更高的要求，需要充分考虑到储冷系统与供电系统的协同作用。
综上所述，冰蓄冷技术在节能、环保、可靠性等方面具有明显的优势，尤其适用于大型建筑物、工业生产等场所。
虽然存在设备成本高、空间需求大等不足之处，但相信随着技术的发展和成本的下降，冰蓄冷技术将逐渐得到更广泛的应用，并为能源节约和环境保护做出更大的贡献。
风冷、水冷、蒸发冷、喷雾加风冷系统比较
风冷、水冷、蒸发冷、风冷加喷雾系统比较1、从系统结构上，风冷式机组采用空气冷却方式（风扇降温）；水冷机组采用冷却水冷却方式，水泵加冷却塔及循环管路对机组循环降温。
因此风冷机组只需风冷冷凝器即风扇即可。
而水冷机组需配冷却塔，水泵、循环管路。
从结构上水冷要复杂于风冷。
从冷量来说水冷略优于风冷机组，同匹数的机组用电量水冷略高于风冷。
2、从适用范围：风冷制冷机组适用于所处地域水源紧张的地区；对年运行时数越长的制冷系统采用风冷制冷机组越有利；风冷制冷机组的年度综合费用低于水冷系统，但水冷系统若管理得法，补水量控制在3%以下，则水冷机组的年度费用要低于风冷系统。
风冷冷水机组采用空气冷却方式，省去了冷却水系统所必不可少的冷却塔、冷却水泵和管道系统，避免水质过差地区造成冷凝器结垢、水管堵塞，还节约了水资源，是目前制冷设备产品中，保养维修最经济、简单的机种。
3、水冷系统缺点：对于开式冷却循环水系统，由于冷却水吸收热量后，与空气接触，CO2逸入空气中，水中溶解氧和浊度增加，造成冷却循环水系统有4大问题：腐蚀、结垢、菌藻滋生及污泥。
如果不对水质进行处理将严重损坏制冷设备，大幅度降低热交换效率，造成能源的浪费。
因此，对系统水进行缓蚀、阻垢、杀菌灭藻处理是十分重要的。
每年的水处理成本高，效果不可能达到100%的除垢。
冷却循环水水质是关键。
如果不对水质进行处理将严重损坏制冷设备及效率4、风冷系统缺点：风冷制冷机组单位制冷量的耗电量略高于水冷机组，但风冷机组的年度综合费用与水冷机组基本持平稍低。
技术经济分析结果表明，对于中、小型制冷机组配置风冷冷凝器是合理的。
制冷机组年运行时间越长，采用风冷冷凝方式越有利。
南方地区用于制冷的机组更适合采用风冷机组，从冷却条件看，南方地区湿球温度高，也对水冷机组不利。
水冷机组冷却水补水量的多少是影响其费用的重要因素。
5、蒸发式冷凝器：相对于风冷和水冷式冷凝器节省功耗约1/2，循环水量只占水冷式的1/8，通过试验评价，水冷式冷凝器和蒸发式冷凝器制冷系统的优越性在于冷凝器传热性能优良的冷却介质。
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题目：几种制冷技术的比较院别：年级：专业：姓名：学号：1 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。
1. 1 原理绝热去磁制冷的原理为:磁制冷材料(磁工质)等温磁化时,由于其磁矩取向趋于有序,使磁熵减小,磁工质向外界放热;当绝热去磁时,由于磁矩又趋于无序,磁熵增加,磁工质温度降低。
下面以最简单的卡诺循环为例对绝热去磁制冷过程进行说明(图2) 。
1) 等温磁化过程,热开关TS1 闭合, TS2 断开,磁场施加于磁工质上,使熵减小,通过高温热源与磁工质的热端连接,热量从磁工质传入高温热源。
2) 绝热去磁过程,热开关TS1 断开,TS2 仍断开,逐渐移去磁场,磁工质内自旋系统逐渐无序,在退磁过程中消耗内能,使磁工质温度下降到低温热源温度。
3) 等温去磁过程, TS2 闭合, TS1 仍断开,磁场继续减弱,磁工质从高温热源吸热。
4) 绝热磁化过程,断开TS2 , TS1 仍断开,施加一较小磁场,磁工质温度逐渐上升到高温热源温度。
1. 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提出了一种旋转式磁制冷氢液化器的专利,将氢气从室温直接冷却到20 K。
另外美国宇航公司的Zimm 及其合作者等人也对采用磁制冷液化氢进行了大量的研究。
3) 高温温区(77 K 以上, 含室温及以上温区) 。
室温磁制冷具有广阔的市场前景,但实现起来困难重重。
因为在室温附近,磁制冷材料的晶格熵很大,如果不采取措施取出晶格熵,有效熵变极小,需要几百上千特斯拉的磁场才能实现要求的制冷量。
另外室温磁制冷循环过程中有效的热交换也非常关键。
从国内外研究现状来看,在制冷量和温度跨度方面,高温区磁制冷机的性能与蒸气压缩式系统还有很大差距。
实用化主要的困难在于:1)磁性材料的磁热效应(MCE) 不够大;2)磁场强度不够大;3)蓄冷技术以及换热技术。
室温磁制冷由于其高效和环保的特性会成为一项极具潜力的新的制冷方式,但是要真正得以广泛应用,还有待于在材料科学和制冷技术领域上取得新突破。
2 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。
2. 1 原理吸附式制冷的原理如图1 。
整个吸附系统是封闭的,吸附器内充满吸附剂。
当它被加热时,已被吸附的吸附质获得能量,当分子运动加快到足以克服吸附剂的吸引力时,它们将从吸附剂表面脱出(脱附) ,系统内分压力逐渐升高。
当分压力达到环境温度所对应的饱和蒸气压力时,脱附出来的吸附质开始液化,液化放出的热量通过冷凝器2 由冷却介质(空气或水) 带走。
当停止对吸附剂加热时,吸附剂开始冷却,因而它的吸附能力又逐步提高,开始吸附蒸发器3 中产生的制冷剂蒸气,并造成系统中的真空状态,使液体制冷剂不断汽化。
制冷剂在低温下汽化时,吸收被冷却空间的热量,达到制取冷量的目的。
吸附了大量制冷剂蒸气的吸附剂,为下一次加热脱附提供了条件。
脱附2吸附循环便是如此周而复始地进行,并间歇地进行着制冷过程。
2. 2 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。
3 热电制冷技术3. 1 原理热电制冷效应是由同时发生的5 种不同效应综合作用的结果,即:塞贝克效应、帕耳帖效应、汤姆逊效应、焦耳效应和富里叶效应。
其中,前3 种效应表明电和热能相互转换是直接可逆的,而焦耳效应和傅立叶效应是热的不可逆效应。
热电制冷主要是帕耳帖效应在制冷技术方面的应用。
实用的热电制冷装置是由热电效应比较显著、热电转换效率比较高的半导体热电偶构成的。
如图3 所示,把一只p 型半导体元件和一只n型半导体元件联结成热电偶,通直流电源后,在接头处就会产生温差和热量的转移。
在上面的一个接头处,电流方向是n →p ,温度下降并且吸热,这就是冷端。
而在下面的一个接头处,电流方向是p→n ,温度上升并且放热,因此是热端。
按图3 将若干对半导体热电偶在电路上串联起来,而在传热方面则并联,就构成了一个常见的热电制冷模块。
接上直流电源后,热电模块的一侧是冷端,另一侧是热端。
借助热交换器等各种手段,使热电模块的热端不断散热并且保持一定的温度,把热电模块的冷端放到工作环境中去吸热降温,这就是热电制冷器的工作原理。
3. 2 发展现状1) 目前相对于压缩式系统成本太高,主要用于特殊条件下的制冷、空调系统。
潜艇、舰艇、军用通讯车等特殊移动空间的空调、制冷设备,运行可靠、适应性强、便于调控等特性往往是首要追求的目标。
从20 世纪60 年代开始,热电制冷空调系统陆续装备潜艇、舰艇、通讯车。
潜艇、舰艇空调系统制冷功率范围为7～31 kW。
系统构成主要是单元组合式,各单元可独立运行;因为是密闭空间,全回风;以海水为冷、热源, 平稳运行时制冷COP 可达1. 1 ～2. 1。
热电空调与列车在技术上有较好的兼容性,列车可以自备直流电源,热电空调便于单元式分散布置。
某热电列车空调系统在室内外温差为6 ℃时,制冷功率为17 kW , COP 约为0. 7 ;室内外温差为12. 8 ℃时,制热功率为26 kW , COP 约为1. 2 ,系统运行2. 5 年无故障。
某太阳能辅助小汽车热电空调装置, 环境温度为38 ℃时, 制冷功率为4. 01 kW , COP 值为0. 42 ;如果天气晴朗,布满车顶的太阳能电池可获得225 W 的功率,空调COP可以提高2 %。
有数值模拟研究表明: 如果地下水温度为13 ℃,热电热泵制冷COP 为6. 4 ,制热COP 为1. 72 ,而压缩式热泵则分别为4. 35 和3. 72 。
计算时,热电材料优值系数为3. 1 ×10 - 3 K- 1 ,因此对于空调以制冷为主,地下水源丰富的地区,热电水源热泵空调有一定现实意义。
另外,一种新型的热电热泵与热虹吸管组合的快热式热水器,洗浴废水经过热虹吸热回收后再外排。
性能测试表明,出水温度低于50 ℃时, EER达到1. 45 以上,与普通电热水器比较,可以节省电耗38 %以上。
2) 微型热电制冷技术应用微型热电制冷技术主要用于电子元件、探测仪器、实验仪器等的局部或整体冷却。
随着芯片集成度的增大和工作频率的提高,芯片的功耗也持续增大。
据预测,2002 年高性能微处理器的功耗约为130 W ,2014 年将超过180 W。
因此,依靠增加散热器的换热面积和提高气流速度的方法将难以满足器件的冷却需要。
热电制冷的优势在于运行安全可靠,容量大小随意,与冷却对象的组合方式灵活,更换制冷元件不会造成电路、设备本身的损伤,而且能适用于空间站等失重环境。
集成电路、电子设备系统采用热电制冷技术降温,既可以采用热电制冷模块与散热器结合,对电子元件进行局部冷却,也可以通过独立的热电制冷装置对其进行整体降温,还可以将热电薄膜技术与电子元件集成,进行针对性的主动冷却降温。
预期随着电子类设备仪器尺寸小型化、结构集成化、功能多样化趋势的加强,热电冷却的方法将成为电子元件冷却的主流技术;而兼容性强的热电薄膜集成结构将成为微电子元件冷却的主流发展方向。
3)热电制冷、磁制冷、吸附制冷技术的比较热电制冷、磁制冷、吸附制冷都是环境友好制冷技术,在能源和环境问题日益严峻的今天,其优势越来越受到人们重视,但它们的物理原理、热力学特性、适用性、经济性以及应用与发展情况差异较大。
表1 是3 种制冷技术的概括性比较。
4 结束语总体而言,热电制冷技术发展历史较长,技术也较成熟,其应用领域不断向广度和深度拓展,冷量范围大,在小冷量时经济性好,一些特殊应用场合具备其他制冷技术无法替代的特殊优势,在低品位能源利用、废热回收方面的优势也越来越受到重视,预期随着电子类设备仪器尺寸小型化、结构集成化、功能多样化趋势的加强,热电冷却技术将成为电子元件冷却的主流技术。
磁制冷技术研究历史相对较短,在低温区技术比较成熟,并得到实用,但在中温区技术尚不成熟,特别是高温区以上目前还没有可实用技术。
吸附制冷技术的研究历史不长,只能适用于近室温区。
相对于压缩制冷技术,吸附制冷技术的竞争优势在于适用于传统的制冷技术不适用的领域,但目前未有成熟的可实用化技术,经济性差,难有综合竞争优势。