關(guān)于制冷技術(shù)發(fā)展方向的探討

摘要：當(dāng)前的制冷技術(shù)已經(jīng)幾乎滲透到各個生產(chǎn)技術(shù)、科學(xué)研究領(lǐng)域，并在改善人類的生活質(zhì)量方面發(fā)揮著巨大作用。可以說，現(xiàn)代技術(shù)進步離開了制冷技術(shù)發(fā)展是不可想象的。為了讓空調(diào)企業(yè)的技術(shù)人員及時了解空調(diào)制冷技術(shù)的最新進展，本文以近期間有關(guān)空調(diào)制冷技術(shù)的相關(guān)文獻為基礎(chǔ)，對其中的主要壓縮式制冷技術(shù)、吸附制冷技術(shù)、半導(dǎo)體制冷技術(shù)和熱聲制冷技術(shù)研究進展進行了綜述。

關(guān)鍵詞：制冷技術(shù) 空調(diào)

傳統(tǒng)空調(diào)和冰箱制冷技術(shù)采用氟利昂或其它化合物制劑來實現(xiàn)制冷，氟利昂或其它化合物制劑的泄漏，對周圍環(huán)境會造成一定的污染，更主要的是這些制冷劑對大氣臭氧層具有強烈的破壞作用，已經(jīng)相繼被淘汰出局。而現(xiàn)代化高科技的半導(dǎo)體制冷技術(shù)，不需任何制冷劑，僅僅利用半導(dǎo)體的珀爾帖效應(yīng)就能實現(xiàn)制冷。在致力于保護全球環(huán)境的今天，研制開發(fā)一種性能優(yōu)越，對環(huán)境無害的制冷技術(shù)已經(jīng)成為全球制冷技術(shù)科學(xué)研究領(lǐng)域的一個重要課題。

1、壓縮式制冷技術(shù)

壓縮式冷循環(huán)是目前技術(shù)成熟，應(yīng)用最廣泛的傳統(tǒng)技術(shù)。理論上，最簡單的壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)由：蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器和膨脹閥四大部件組成， 從蒸發(fā)器出來的氨的低溫低壓蒸氣被吸入壓縮機內(nèi)，壓縮成高壓高溫的過熱蒸氣，然后進入冷凝器。由于高壓高溫過熱氨氣的溫度高于其環(huán)境介質(zhì)的溫度，且其壓力使氨氣能在常溫下冷凝成液體狀態(tài)，因而排至冷凝器時，經(jīng)冷卻、冷凝成高壓常溫的氨液。高壓常溫的氨液通過膨脹崐時，因節(jié)流而降壓，在壓力降低的同時，氨液因沸騰蒸發(fā)吸熱使其本身的溫度也相應(yīng)下降，從而變成了低壓低溫的氨液。把這種低壓低溫的氨液引入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)，即可使其周圍空氣及物料的溫度下降而達到制冷的目的。從蒸發(fā)器出來的低壓低溫氨氣重新進入壓縮機，從而完成一個制冷循環(huán)。然后重復(fù)上述過程。

由于氟得昂被大量使用，導(dǎo)致近年來南極上空的臭氧空洞不斷擴，1992年的哥本哈根國際會議將其列入了逐步禁用范圍，1995年的維也納國際會議對其規(guī)定的禁用日程為。目前其他制冷劑已經(jīng)基本替代了氟利昂制冷劑作為壓縮式冷的主要制冷劑。

2、吸附制冷

吸附制冷的基本原理是：多孔固體吸附劑對某種制冷劑氣體具有吸附作用，吸附能力隨吸附劑溫度的不同而不同。周期性的冷卻和加熱吸附劑，使之交替吸附和解吸。解吸時，釋放出制冷劑氣體，并在冷凝器內(nèi)凝為液體；吸附時，蒸發(fā)器中的制冷劑液體蒸發(fā)，產(chǎn)生冷量。

吸附制冷與常規(guī)制冷方式相比，其最大的優(yōu)勢在于利用太陽能和廢熱驅(qū)動，極少耗電，而與同樣使用熱量作為驅(qū)動力的吸收式制冷相比，吸附式制冷系統(tǒng)的良好抗震性又是吸收系統(tǒng)無法相比的。在太陽能或余熱充足的場合和電力比較貧乏的偏遠地區(qū)，吸附制冷具有良好的應(yīng)用前景。

系統(tǒng)循環(huán)與結(jié)構(gòu)的研究從工作原理來看，吸附制冷循環(huán)可分為間歇型和連續(xù)型，間歇型表示制冷是間歇進行的，往往采用一臺吸附器；連續(xù)型則采用二臺或二臺以上的吸附器交替運行，可保障連續(xù)吸附制冷。如果吸附制冷單純由加熱

解吸和冷卻吸附過程構(gòu)成，則對應(yīng)的制冷循環(huán)方式為基本型

吸附制冷循環(huán)。

吸附制冷系統(tǒng)自身的改進吸附制冷系統(tǒng)能否最終在空調(diào)領(lǐng)域取得自己穩(wěn)固的地位，最主要還要依靠吸附制冷系統(tǒng)自身性能的提高。在COP、單位質(zhì)量吸附劑制冷量、單位時間制冷量的提高等研究方向上。近幾年來，研究人員在吸附工質(zhì)對方面的研究始終沒有停止，從理論和實驗兩個方面對各種工質(zhì)對的工作特性進行了廣泛的研究。綜合考慮強化吸附劑的傳熱傳質(zhì)性能，開發(fā)出較為理想的、環(huán)保型吸附工質(zhì)對，使得吸附制冷技術(shù)工藝大幅提高。

3、半導(dǎo)體制冷技術(shù)

導(dǎo)體的熱電效應(yīng)主要包括：塞貝克效應(yīng)、珀爾帖效應(yīng)、湯姆遜效應(yīng)、焦耳效應(yīng)和傅里葉效應(yīng)。而半導(dǎo)體制冷技術(shù)是利用了珀爾帖效應(yīng)。珀爾帖效應(yīng)是塞貝克效應(yīng)的逆效應(yīng)，珀爾帖效應(yīng)所產(chǎn)生的熱量稱為珀爾帖熱，其大小與回路的電流強度成正比，方向?qū)㈦S著電流方向的改變而發(fā)生變更，即冷端與熱端互換。其機理主要是電荷載體在不同的材料中處于不同的能量級，在外電場的作用下，電荷載體從高能級的材料向低能級的材料運動時，便會釋放出多余的能量。反之，電荷載體從低能級的材料向高能級的材料運動時，需從外界吸收能量。能量在不同材料的交接面以熱的形式放出或吸收。

半導(dǎo)體制冷技術(shù)的優(yōu)點：無運動部件，因而工作時無噪聲，無磨損、壽命長，可靠性高。對環(huán)境無污染。不受重力場影響，在航天航空領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用。作用速度快，可通過電流大小來調(diào)節(jié)制冷能力。尺寸小，重量輕。半導(dǎo)體制冷器雖有許多優(yōu)點，但也有一些缺點有待克服。半導(dǎo)體制冷器只能用作小功率制冷器。只能使用直流電源。電偶堆元件采用高純稀有材料，再加上工藝條件尚未十分成熟，導(dǎo)致元件成本比較高，目前還不能在普通制冷領(lǐng)域廣泛使用。

半導(dǎo)體制冷器作為先進的無污染制冷器材，將在工農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、科研、國防等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。半導(dǎo)體制冷器也使用在車輛、核潛艇、驅(qū)逐艦、深潛器、減壓艙、地下建筑等特殊環(huán)境下的空調(diào)、冷藏和降濕裝置。隨著制冷性能的不斷提高，成本逐漸降低，半導(dǎo)體制冷器必將得到廣泛的應(yīng)用。

4、熱聲制冷

除了在制冷劑方面的進展，在新的制冷理論及實踐方面也有許多進展，如熱聲制冷技術(shù)的研究和運用。

熱聲制冷是21世紀以來發(fā)展的一種新的制冷技術(shù)，與傳統(tǒng)的蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)相比，熱聲熱機具有無可比擬的優(yōu)勢：無需使用污染環(huán)境的制冷劑，而是使用惰性氣體或其混合物作為工質(zhì)，因此不會導(dǎo)致使用的CFCS或HFCS臭氧層的破壞和溫室效應(yīng)而危害環(huán)境；其基本機構(gòu)是非常簡單和可靠，無需貴重材料，成本上具有很大的優(yōu)勢；它們無需振蕩的活塞和油密封或潤滑，無運動部件的特點使得其壽命大大延長。熱聲制冷技術(shù)幾乎克服了傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)的缺點，可成為下一代制冷新技術(shù)的發(fā)展方向。

所有的熱聲產(chǎn)品的工作原理都基于所謂的熱聲效應(yīng)，熱聲效應(yīng)機理可以簡單的描述為在聲波稠密時加入熱量，在聲波稀疏時排出熱量，則聲波得到加強；反之聲波稠密時排出熱量，在聲波稀疏時吸入熱量，則聲波得到削弱。當(dāng)然，實際的熱聲理論遠比這復(fù)雜的多。

熱聲技術(shù)的應(yīng)用是相當(dāng)豐富的，熱聲能量轉(zhuǎn)換技術(shù)將會給包括制冷工業(yè)在內(nèi)的整個能源工業(yè)帶來很大的影響，它的簡單、環(huán)保、節(jié)能高效的特性符合當(dāng)今時代的需要，當(dāng)然就目前的現(xiàn)狀而言，由于設(shè)計水平遠沒有達到最優(yōu)化的程度，材料的選擇及制造技術(shù)都還在完善之中，而普通的制冷系統(tǒng)經(jīng)過上百年的發(fā)展和改進，熱聲制冷的單件成本會高于普通傳統(tǒng)制冷裝置，但隨著材料的選擇和制造工業(yè)藝的日趨成熟，可以肯定熱聲制冷機會具有極大的成本優(yōu)勢。

5、國內(nèi)制冷技術(shù)研究的狀況

我國空調(diào)制冷行業(yè)走的是與我國家電企業(yè)相同的從技術(shù)引進到仿制的過程，雖然在生產(chǎn)規(guī)模上我國空調(diào)企業(yè)已經(jīng)比較大，但是在核心技術(shù)方依然依賴外國。目前尚未有國內(nèi)企業(yè)對新型制冷劑或者新型制冷技術(shù)進行深入研究開發(fā)并申報相關(guān)專利。我們與國外的差距并不僅是技術(shù)開發(fā)方面的差距，而更在于創(chuàng)新觀念上的差距。總的來說，我們雖起步較晚，但發(fā)展也比較快，但離自己完全掌握核心技術(shù)還有很長道路。