热力学小论文

几种制冷技术的应用
作者：田明华学号：130911217 邮编：247000
一、蒸汽压缩式制冷技术
蒸汽压缩式制冷是利用低沸点的液态工质（如氟利昂等制冷剂）沸腾气化时从制冷空间介质中吸热来实现制冷的。

这种制冷方法利用制冷剂的液——气态变化过程，实现定温吸热和放热，使制冷循环较接近卡诺循环，从而可提高制冷系数，又由于工质的汽化潜热一般较大，能提高单位质量的工质制冷能力，因而，这种制冷方式应用最广泛。

1.基本组成
如下图所示，蒸发器、压缩机、冷凝器和节流器是蒸汽压缩式制冷系统的四个必不少的基本部件，在小型氟利昂制冷系统中，用毛细管代替节流器。

制冷剂在制冷系统中循环流动，方向如图。

蒸汽压缩式制冷系统使用的制冷剂是常压下沸点低于0℃的物质。

2.工作原理
1）蒸发器的作用
蒸发器由一级或几级盘管组成，制冷剂进入蒸发器盘管流动时，通过盘管壁吸收周围介质（空气或水）的热量沸腾汽化（工程上成为蒸发），使盘管周围的介质温度降低或保持一定的低温状态，从而达到制冷的目的。

可见，蒸发器是让低温液态制冷剂和需要制冷的介质交换热量的换热器，因此，蒸发盘管应置于需要制冷的空间介质中。

由于蒸发温度通常很低，因而对应的蒸发压力也不高。

相对于冷凝器，制冷剂在蒸发器中处于低温低压状态。

制冷剂在蒸发器中沸腾汽化时从周围介质中吸收的热量，就是制冷系统的制冷量。

2）冷凝器的作用
为了让制冷剂能被反复利用，需将从蒸发器流出的制冷剂蒸汽冷凝还原为液态，冷凝器就是让气态制冷剂向环境介质放热、冷凝液化的换热器.
从经济和方便角度考虑，用来使制冷剂冷凝的冷却介质，应是常温的空气或水。

利用流动空气冷却的冷凝器称为风冷式冷凝器。

电冰箱和房间空调器等均用风冷式冷凝器。

由于冷凝器要散热，所以夏季采用空调器的风冷式冷凝器应置于空调房的外侧。

利用流动水冷却的冷凝器，称为水冷式冷凝器。

冷库、大型空调器及冷水机组的冷凝器多采用水冷式。

流经水冷式冷凝器的水称为冷却水。

制冷剂在冷凝器中向冷却介质排放的热量称为冷凝器的热负荷
3）压缩机的作用
用空气或常温的水使制冷剂蒸汽冷凝，冷凝温度高于蒸发温度，对应的冷凝压力也就要求高于蒸发压力。

压缩机的作用就是将蒸发器流出的低压制冷剂蒸汽压缩，使蒸汽的压力提高到与冷凝器温度对应的冷凝压力，从而保证制冷剂蒸汽在常温下被冷凝液化。

制冷剂蒸汽经压缩机压缩后，温度也升高了，因此，相对于蒸发器来说，冷凝器中的制冷剂处于高温高压状态。

一般压缩机是由电动机来带动压缩蒸汽做功的，因此，压缩机的作用实质上是消耗外功迫使制冷剂从制冷空间（低温热源）吸收热量排放给高温热原。

4）节流器的作用
冷凝器冷凝得到的液态制冷剂的温度和压力为冷凝温度和冷凝压力，要高于蒸发器的蒸发温度和蒸发压力，在进入蒸发器前需要使它降温降压。

为此，让液态制冷剂先流经节流器或毛细管绝热节流，将压力和温度降至需要的蒸发压力和蒸发温度后再进入蒸发器蒸发制冷。

综上所述，让制冷剂不断的经历蒸发（沸腾汽化）——压缩〔升温升压）——冷凝〔液化）——节流（降压降温）——再蒸发循环〔称为蒸汽压缩制冷循环），就可连续制冷，使制冷空间获得所需的温度。

二、吸收式制冷技术
溴化锂吸收式制冷机是以热能为动力，以水为制冷剂，以溴化锂溶液为制冷剂，用来制取高于0℃的冷源的制冷装置。

由于水在汽化时，向周围物体吸收热量，而且在蒸发时的温度和相应压力有密切关系，压力越低，水的蒸发温度也就越低，对于一定温度和浓度的澳化理溶液的饱和压力比同一温度的水的饱和蒸气压力低得多，两者之间存在压力差，因此，就可以利用浪化理溶液来吸收水的蒸汽，使水的蒸汽压力降低，水就进一步蒸发，并吸收热量来达到制冷。

三、半导体制冷技术
半导体制冷又称热电制冷或温差电制冷，是19世纪40年代发展起来的制冷新技术。

采用半导体制冷具有使用方便，制冷迅速、重量轻、尺寸小、无运动部件及可靠性高等特点。

半导体制冷器己进入微电子、微型制冷装置、温湿度控制、饮水机等领域，井走势强劲。

然而半导体制冷器的制冷系数，优值系数及热端散热等问题制约着半导体制冷的迅速发展。

1.半导体制冷空调爱的发展现状
20世纪50年代以后，半导体材料在各个技术领域得到了广泛的应用热电性能较好的半导体材料使热电效应的效率大大提高，从而使热电制冷进入工程实践
领域井得到迅速的发展早期出现的半导体制冷器大多是各种小型低温和恒温器件，如电子医疗器械、电子器件冷却、小型冰箱等方面。

2.半导体制冷空调的应用前景
半导体制冷空调以安全，可靠、无污染等优势仍具有广泛的应用前景。

在集成电路、电子设备等特殊领域，微型半导体制冷空调器成本比机械制冷小得多，具有机械制冷无法替代的优势。

它以结构简单、运行可靠，调节方便，易于更换和维修等优势，在电子器件的制冷领域将大量地使用。

半导体制冷空调器因其能效比、价格远不能与机城压缩式、吸收式空调相比，故还不能为百姓接受，但因其所具有抗震，无泄漏、无噪音、易维修，高可靠性，目前在各个领域都有了广泛的应用，如潜艇、船舶、电子通讯车、列车空调等场合已有成功的应用，主要追求空调的工作性能，而对能源的利用率的要求处于次要地位。

四、激光制冷技术
激光制冷，也称反斯托克斯荧光制，是近年来正在发展的新概念制冷方法。

由于激光制冷机具有体积小、重量轻、无振动和噪声、无电磁影响、可靠性高、寿命长等优点，在现代军工、空间技术、微电子技术、光计算和存储等领域具有应用前景。

1.激光制冷存在的问题和研究方向
与传统机械式低温制冷机相比，激光制冷的发展还处在初始阶段，它还存在很多不足，例如：制冷功率低、制冷系数小，制造成本高等。

为了进一步提高激光制冷的性能，研究工作还需在以下几个方面做出努力：
（1）深化激光制冷的机理研究，为整机性能的优化工作提供方向性指导。

（2）从强化反斯托克斯效应角度出发，寻找具有更适当能级结构的原子（或离子、基团）作为制冷元件的荧光中心。

以提高激光制冷循环的制冷量和制冷系数。

（3）发展激光技术，为激光制冷提供满足特定波长要求的高功率，高效率、低
成本的激光发生器。

2.激光制冷应用前景
激光制冷方法具有全光性的独特优点，同时制备的制冷器具有无振动和噪声、无电磁辐射、体积小、重量轻、可靠性高等特点，反斯托克斯荧光制冷器在军事、航天卫星、微电子、低温物理与工程等领域具有非常诱人的应用前景。

五、结论
本文简要介绍了制冷机的几种制冷技术，从蒸汽压缩式制冷技术到激光制冷技术，制冷技术一直处于不断向前发展中。

磁制冷技术和激光制冷技术相对于传统的蒸汽压缩式制冷技术相比，无需使用污染环境的制冷剂，因而受到世界各国的高度重视磁制冷技术的关键是研制出适用于低磁场的、性能更好的磁热材料，我国的很多大学在这方面已经取得成果。

1995年，美国的LosAlamos国家实验室空间制冷技术研究组的Epstein及其同学首次成功地通过激光诱导反斯托克斯荧光在固体材料上获得可测量到的制冷量实现了光直接转变为冷量的历史性突破。

而半导体制冷具有重量轻、尺寸小、无运动部件及可靠性高等优点，但也存在制冷系数低、成本高等缺点。

正因为如此，对半导体制冷的理论和实践的研究有着广阔的前景。

随着科技的进步，相信未来几年，制冷技术一定得到快速发展，结合新技术、新工艺使得更环保的、更先进的制冷冰箱、空调早日问世。

[参考文献]
[1]华自强，张忠进.工程热力学（第三版）.高等教育出版社，2000.
[2]网络资源：百度百科，维基百科，科技前沿等.。