一、“制冷”的定義:
制冷作為一門科學是指用人工的方法在一定時間和一定空間內將某物體或流體冷卻,使其溫度降到環境溫度以下,并保持這個低溫。
這里所說的"冷"是相對于環境而言的。灼熱的鐵放在空氣中,通過輻射和對流向環境傳熱,逐漸冷卻到環境溫度。它是自發的傳熱降溫,屬于自然冷卻,不是制冷。制冷就是從物體或流體中取出熱量,并將熱量排放到環境介質中去,以產生低于環境溫度的過程。
二、制冷機:
機械制冷中所需機器和設備的總合稱為制冷機。
三、制冷劑:
制冷機中使用的工作介質稱為制冷劑。制冷劑在制冷機中循環流動,同時與外界發生能量交換,即不斷地從被冷卻對象中吸取熱量,向環境排放熱量。制冷劑一系列狀態變化過程的綜合為制冷循環。為了實現制冷循環,必須消耗能量。所消耗能量的形式可以是機械能、電能、熱能、太陽能或其它可能的形式。
四、制冷的方法:
制冷的方法很多,可分為物理方法和化學方法。但絕大多數為物理方法。目前人工制冷的方法主要有相變制冷、氣體絕熱膨脹制冷、半導體制冷和磁制冷等。
1.相變制冷 即利用物質相變的吸熱效應實現制冷。如冰融化時要吸取80 kcal/kg的熔解熱;氨在1標準大氣壓下氣化時要吸取327kcal/kg的氣化潛熱;干冰在1標準大氣壓下升華要吸取137kcal/kg的熱量,其升華溫度為-78.9℃。目前干冰制冷常被用在人工降雨和醫療上。
2.氣體絕熱膨脹制冷 利用氣體通過節流閥或膨脹機絕熱膨脹時,對外輸出膨脹功,同時溫度降低,達到制冷的目的。
3.半導體制冷 珀爾帖效應告訴我們:兩種不同金屬組成的閉合電路中接上一個直流電源時,則一個接合點變冷,另一個接合點變熱。但是純金屬的珀爾帖效應很弱,且熱量通過導線對冷熱端有相互干擾,而用兩種半導體(N型和P型)組成的直流閉合電路,則有明顯的珀爾帖效應且冷熱端無相互干擾。因此,半導體制冷就是利用半導體的溫差電效應實現制冷地。目前溫差電制冷只用在小型制冷器中,如電子計算機恒溫冷卻、精密測量儀器的冷源及精密機床的油箱冷卻器等等,都是溫差電制冷。
利用物理現象制冷的方法還有很多,我們不一一介紹。目前生產實際中廣泛應用的制冷方法是:利用液體的氣化實現制冷,這種制冷常稱為蒸氣制冷。它的類型有:蒸汽壓縮式制冷(消耗機械能)、吸收式制冷(消耗熱能)、蒸汽噴射式制冷(消耗熱能)和吸附式制冷等幾種。
五、制冷技術的研究內容:可以概括為以下三方面:
1、研究獲得低溫的方法和有關的機理以及與此相應的制冷循環,并對制冷循環進行熱力學的分析和計算。
2、研究制冷劑的性質,從而為制冷機提供性能滿意的工作介質。機械制冷要通過制冷劑熱力狀態的變化才能實現。所以,制冷劑的熱物理性質是進行循環分析和計算的基礎數據。此外,為了使制冷劑能實際應用,還必須掌握它們的一般物理化學性質。
3、研究實現制冷循環所必須的各種機械和技術設備,包括它們的工作原理、性能分析、結構設計,以及制冷裝置的流程組織、系統配套設計。此外,還有熱絕緣問題,制冷裝置的自動化問題,等等。