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| 2012-8-31 中國冷鏈物流網(wǎng)m.snksafetynets.com |
關(guān)于制冷的方法很多，根據(jù)制冷的原理不同可以分為液體汽化制冷、熱電制冷、氣體膨脹制冷、渦流管制冷、磁制冷、絕熱放氣制冷和電化學(xué)制冷等。
中國冷鏈物流網(wǎng)認為通常的制冷方式有以下四種：
1、液體汽化制冷 2、氣體膨脹制冷 3、渦流管制冷 4、熱電制冷。
制冷方式介紹：
液體汽化制冷
液體汽化制冷是利用液體汽化時的吸熱效應(yīng)而實現(xiàn)制冷的。在一定壓力下液體汽化時，需要吸收熱量，該熱量稱為液體的汽化潛熱。液體所吸收的熱量來自被冷卻對象，使被冷卻對象溫度降低，或者使它維持低于環(huán)境溫度的某一溫度。
為了使上述過程得以連續(xù)進行，必須不斷地將蒸氣從容器(蒸發(fā)器)中抽走，再不斷地將液體補充進去。由此可見，液體汽化制冷循環(huán)由液體工質(zhì)低壓下汽化、工質(zhì)氣體升壓、高壓氣體液化、高壓液體降壓四個基本過程組成。
吸收式、壓縮式、噴射式和吸附式制冷都屬于液體汽化制冷方式。
吸收式制冷
吸收式制冷是以熱能為動力、利用溶液吸收和發(fā)生制冷劑蒸氣的特性來完成循環(huán)的。吸收式制冷系統(tǒng)的主要部件如圖2-2所示。如果將它與壓縮式制冷系統(tǒng)相比較，不難看出，圖中的冷凝器，節(jié)流閥、蒸發(fā)器的作用與壓縮式制冷系統(tǒng)中的相應(yīng)部件一一對應(yīng)。而壓縮機則由圖中的吸收器、發(fā)生器、溶液泵、節(jié)流閥5及溶液回路所取代。
壓縮式制冷
壓縮式制冷系統(tǒng)由壓縮機、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器組成，用管道將其連成一個封閉的系統(tǒng)。工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)與被冷卻對象發(fā)生熱量交換，吸收被冷卻對象的熱量并汽化，產(chǎn)生的低壓蒸氣被壓縮機吸人，壓縮機消耗能量(通常是電能)，將低壓蒸氣壓縮到需要的高壓后排出。壓縮機排出的高溫高壓氣態(tài)工質(zhì)在冷凝器內(nèi)被常溫冷卻介質(zhì)(水或空氣)冷卻，凝結(jié)成高壓液體。高壓液體流經(jīng)膨脹閥時節(jié)流，變成低壓、低溫濕蒸氣，進入蒸發(fā)器，其中的低壓液體在蒸發(fā)器中再次汽化制冷。
設(shè)該系統(tǒng)使用氨-水溶液為工作物質(zhì)，則吸收器中充有氨水稀溶液，用它吸收氨蒸氣。溶液吸收氨蒸氣的過程是放熱過程。因此，必須對吸收器進行冷卻，否則隨著溫度的升高，吸收器將喪失吸收能力。吸收器中形成的氨水濃溶液用溶液泵提高壓力后送入發(fā)生器。在發(fā)生器中，濃溶液被加熱至沸騰。產(chǎn)生的蒸氣先經(jīng)過精餾，得到幾乎是純氨的蒸氣，然后進入冷凝器。在發(fā)生器中形成的稀溶液通過熱交換器返回吸收器。為了保持發(fā)生器和吸收器之間的壓力差，在兩者的連接管道上安裝了節(jié)流閥5。在這一系統(tǒng)中，水為吸收劑，氨為吸收劑。
吸收式制冷的另外一種常見類型是以水為制冷劑，溴化鋰水溶液為吸收劑的溴化鋰吸收式制冷機，用于生產(chǎn)冷水，可供集中式空氣調(diào)節(jié)使用，或者提供生產(chǎn)工藝需要的冷卻用水。
吸收式制冷機消耗熱能，可用多種不同品位的熱能驅(qū)動。通常用1MPa(表壓力)以下的蒸氣或燃氣、燃油為驅(qū)動熱源。也可以利用溫度在75℃以上的熱水、廢氣等低品位余熱驅(qū)動;還可以利用太陽能、地?zé)岬饶茉?。因此，吸收式制冷易于實現(xiàn)能源的綜合利用。
噴射式制冷
噴射式制冷以蒸氣的壓力能為驅(qū)動能源，用噴射器造成一個真空環(huán)境，使制冷劑在低溫下蒸發(fā)而制冷。如圖2-3所示，是一種開式循環(huán)的噴射式制冷原理圖。從鍋爐來的蒸氣進入噴射器的噴嘴，在其中迅速膨脹，在噴嘴出口處達到很大速度并形成真空狀態(tài)。由于高速氣流的引射作用，將蒸發(fā)器內(nèi)的蒸氣不斷抽吸出來，從而保持蒸發(fā)器的真空。在噴射器內(nèi)，工作蒸氣與被引射蒸氣經(jīng)過充分混合后以冷凝壓力流出。所以，噴射式制冷機中，制冷劑和工作蒸氣是同一種物質(zhì)。
吸附式制冷
吸附制冷系統(tǒng)也是以熱能為動力的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其機理是，一定的固體吸附劑對某種制冷劑氣體具有吸附作用。周期性地加熱和冷卻吸附劑，使之交替吸附和解吸，解吸時，釋放出制冷劑氣體，并使之冷凝為液體;吸附時，制冷劑液體蒸發(fā)，產(chǎn)生制冷作用。吸附制冷的工作介質(zhì)是吸附劑-制冷劑工質(zhì)對。
以沸石-水工質(zhì)對為例，由吸附床、冷凝器、蒸發(fā)器和管道構(gòu)成一個封閉系統(tǒng)，吸附床內(nèi)充裝了沸石，制冷劑液體(水)****在蒸發(fā)器中。吸附床被加熱時，沸石溫度升高，產(chǎn)生解吸作用，從沸石中脫附出水。此時，系統(tǒng)內(nèi)的水壓力上升，當(dāng)達到與環(huán)境溫度對應(yīng)的飽和壓力時，水在冷凝器中凝結(jié)，同時放出潛熱，凝水貯存在蒸發(fā)器中。對吸附床冷卻時，沸石溫度逐漸降低，它吸附水的能力逐步提高，造成系統(tǒng)內(nèi)氣體壓力降低，蒸發(fā)器中的水不斷蒸發(fā)出來，用以補充沸石對水的吸附。蒸發(fā)過程吸熱，達到制冷的目的。
熱電制冷
熱電制冷又稱溫差電制冷或半導(dǎo)體制冷。
在銅絲的兩頭各接一根鉍絲，再將兩根鉍絲分別接到直流電源的正、負極上，通電后，發(fā)現(xiàn)一個接頭變熱，另一個接頭變冷，這個現(xiàn)象稱為帕爾帖效應(yīng)，是熱電制冷的依據(jù)。
熱電制冷的效果主要取決于兩種材料的熱電勢。純金屬材料的導(dǎo)電性好、導(dǎo)熱性也好，但其帕爾帖效應(yīng)很弱，制冷效率極低(不到1%)。半導(dǎo)體材料具有較高的熱電勢，可以成功地用來做成小型熱電制冷器。
但熱電制冷的效率不高，半導(dǎo)體器件的價格又很高，而且必須使用直流電源，因此往往需要變壓整流裝置，增加了熱電堆以外的體積，所以熱電制冷在需要制冷量較大的場合不宜使用。但由于它改變電流方向就可以實現(xiàn)制冷、制熱的相互轉(zhuǎn)換，靈活性強、使用方便可靠，非常適合于空間探測飛機上的科學(xué)儀器、電子儀器和醫(yī)療器械的制冷裝置上，核潛艇駕駛艙的空調(diào)設(shè)備上，還常在手提式冷熱箱中采用熱電制冷，很適合于郊游、兵營、或汽車司機使用。
氣體膨脹制冷
高壓氣體絕熱膨脹時，對膨脹機作功，同時氣體的溫度降低。用這種方法可以獲得低溫。與液體汽化式制冷相比，空氣膨脹制冷是一種沒有相變的制冷方式，所采用的工質(zhì)主要是空氣。此外，根據(jù)不同的使用目的，工質(zhì)也可以是CO2，O2，N2，He或其它理想氣體。
構(gòu)成這種制冷方式的循環(huán)系統(tǒng)稱為理想氣體的逆向循環(huán)系統(tǒng)。其循環(huán)型式主要有：定壓循環(huán)，有回?zé)岬亩▔貉h(huán)和定容循環(huán)。
最早出現(xiàn)的空氣制冷機采用的是定壓循環(huán)，它由兩個等壓過程和兩個等熵過程組成，其制冷流程見圖2-4。從壓縮機排出的高溫、高壓氣體(溫度為T2)進入冷卻器，在定壓下被冷卻到溫度T3，然后進入膨脹機，等熵膨脹到冷室的壓力(一般為105Pa左右)，同時溫度降到了T4，成為低溫低壓冷氣流，冷氣流進入冷室，使被冷卻對象降溫，而空氣本身因吸收了熱量，溫度回升到了T1，這個過程是在低壓下的等壓吸熱過程。離開冷室的空氣被壓縮機吸入，完成下一次循環(huán)。
渦流管制冷
渦流管制冷首先是由法國人蘭克(Ranque)提出的。他在1933年發(fā)明一種裝置，可以使壓縮氣體產(chǎn)生渦流，并將氣流分成冷、熱兩部分，該裝置稱為渦流管，又叫蘭克管。這種制冷方法稱為渦流管制冷。渦流管裝置的結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。它由噴嘴、渦流室、孔板、管子和控制閥組成。渦流室將管子分為冷端、熱端兩部分。噴嘴沿渦流室切向布置，孔板在渦流室與冷端管子之間，熱端管子出口處裝控制閥。管外為大氣。
經(jīng)過壓縮并冷卻到常溫的氣體(通常是空氣，也可以是C02，N2等其他氣體)進入噴嘴，在噴嘴中膨脹并加速到音速，從切線方向射入渦流室，形成自由渦流。自由渦流的旋轉(zhuǎn)角速度離中心越近就越大。由于角速度不同，在環(huán)形氣流的層與層之間產(chǎn)生摩擦，內(nèi)層氣體失去能量，從孔板流出時具有較低的溫度;外層氣體吸收能量，動能增加，又因為與管壁摩擦，將部分動能變成熱能，使得從控制閥流出的氣體具有較高的溫度。由此可見，渦流管可以同時獲得冷、熱兩種效應(yīng)。用控制閥控制熱端管子中氣體的壓力，從而控制冷、熱兩股氣流的流量及溫度。只有在閥部分開啟時，才出現(xiàn)冷、熱分流現(xiàn)象。
渦流管工作原理的定性解釋比較清楚，但由于管內(nèi)氣流之間的傳導(dǎo)和對流情況比較復(fù)雜，故對冷、熱端溫度進行定量的理論計算尚有困難。實驗表明，當(dāng)高壓氣體為常溫時，冷氣流的溫度可達-10℃～-50℃，熱端溫度可達100～130℃。
渦流管制冷的主要缺點是：效率太低、氣流噪聲大。但它結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、啟動快，使用靈活，因而常用在有高壓氣源或易于低價獲得高壓氣體的場合。
絕熱放氣制冷
剛性容器中的高壓氣體在絕熱放氣時溫度降低(該過程稱焦耳膨脹)，利用此效應(yīng)可以制冷。如果放氣前容器中氣體壓力足夠高，溫度又很低，那么，絕熱放氣時殘留在容器中的氣體將能夠降到液化的溫度。利用放氣制冷而又連續(xù)工作的制冷機有G-M循環(huán)制冷機、S循環(huán)制冷機和脈管制冷機。
磁制冷
固體磁性物質(zhì)在受磁場作用磁化時，系統(tǒng)的磁有序度增加，對外放出熱量;再將其去磁，磁有序度下降，又要從外界吸收熱量。這種磁性離子系統(tǒng)在施加與除去磁場的過程中所出現(xiàn)的現(xiàn)象稱磁熱效應(yīng)，利用磁熱效應(yīng)的制冷方式即為磁制冷。磁制冷是在順磁體絕熱去磁過程中獲得冷效應(yīng)的，可以達到極低的溫度。一般，制冷溫度在16K以下者稱低溫磁制冷，高于該溫度則為高溫磁制冷。目前，低溫磁制冷技術(shù)比較成熟，高溫磁制冷尚處于研究階段。
此外，在化學(xué)反應(yīng)中，往往伴隨有吸熱或放熱現(xiàn)象，中國冷鏈物流網(wǎng)提醒大家也可以利用吸熱效應(yīng)實現(xiàn)制冷。
目前制冷的方法有很多，都有各自的優(yōu)點和局限性。但在普通制冷溫度范圍，液體汽化制冷仍然占據(jù)壓倒性的地位。 |
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