關于制冷技術發展方向的探討

摘要：當前的制冷技術已經幾乎滲透到各個生產技術、科學研究領域，并在改善人類的生活質量方面發揮著巨大作用。可以說，現代技術進步離開了制冷技術發展是不可想象的。為了讓空調企業的技術人員及時了解空調制冷技術的最新進展，本文以近期間有關空調制冷技術的相關文獻為基礎，對其中的主要壓縮式制冷技術、吸附制冷技術、半導體制冷技術和熱聲制冷技術研究進展進行了綜述。

關鍵詞：制冷技術 空調

傳統空調和冰箱制冷技術采用氟利昂或其它化合物制劑來實現制冷，氟利昂或其它化合物制劑的泄漏，對周圍環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，已經相繼被淘汰出局。而現代化高科技的半導體制冷技術，不需任何制冷劑，僅僅利用半導體的珀爾帖效應就能實現制冷。在致力于保護全球環境的今天，研制開發一種性能優越，對環境無害的制冷技術已經成為全球制冷技術科學研究領域的一個重要課題。

1、壓縮式制冷技術

壓縮式冷循環是目前技術成熟，應用最廣泛的傳統技術。理論上，最簡單的壓縮式制冷循環系統由：蒸發器、壓縮機、冷凝器和膨脹閥四大部件組成， 從蒸發器出來的氨的低溫低壓蒸氣被吸入壓縮機內，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境介質的溫度，且其壓力使氨氣能在常溫下冷凝成液體狀態，因而排至冷凝器時，經冷卻、冷凝成高壓常溫的氨液。高壓常溫的氨液通過膨脹崐時，因節流而降壓，在壓力降低的同時，氨液因沸騰蒸發吸熱使其本身的溫度也相應下降，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器吸熱蒸發，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。然后重復上述過程。

由于氟得昂被大量使用，導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定的禁用日程為。目前其他制冷劑已經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，并在冷凝器內凝為液體；吸附時，蒸發器中的制冷劑液體蒸發，產生冷量。

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

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

解吸和冷卻吸附過程構成，則對應的制冷循環方式為基本型

吸附制冷循環。

吸附制冷系統自身的改進吸附制冷系統能否最終在空調領域取得自己穩固的地位，最主要還要依靠吸附制冷系統自身性能的提高。在COP、單位質量吸附劑制冷量、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性能，開發出較為理想的、環保型吸附工質對，使得吸附制冷技術工藝大幅提高。

3、半導體制冷技術

導體的熱電效應主要包括：塞貝克效應、珀爾帖效應、湯姆遜效應、焦耳效應和傅里葉效應。而半導體制冷技術是利用了珀爾帖效應。珀爾帖效應是塞貝克效應的逆效應，珀爾帖效應所產生的熱量稱為珀爾帖熱，其大小與回路的電流強度成正比，方向將隨著電流方向的改變而發生變更，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。

半導體制冷技術的優點：無運動部件，因而工作時無噪聲，無磨損、壽命長，可靠性高。對環境無污染。不受重力場影響，在航天航空領域中有廣泛的應用。作用速度快，可通過電流大小來調節制冷能力。尺寸小，重量輕。半導體制冷器雖有許多優點，但也有一些缺點有待克服。半導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，導致元件成本比較高，目前還不能在普通制冷領域廣泛使用。

半導體制冷器作為先進的無污染制冷器材，將在工農業、醫療、科研、國防等領域得到廣泛的應用。半導體制冷器也使用在車輛、核潛艇、驅逐艦、深潛器、減壓艙、地下建筑等特殊環境下的空調、冷藏和降濕裝置。隨著制冷性能的不斷提高，成本逐漸降低，半導體制冷器必將得到廣泛的應用。

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，如熱聲制冷技術的研究和運用。

熱聲制冷是21世紀以來發展的一種新的制冷技術，與傳統的蒸汽壓縮式制冷系統相比，熱聲熱機具有無可比擬的優勢：無需使用污染環境的制冷劑，而是使用惰性氣體或其混合物作為工質，因此不會導致使用的CFCS或HFCS臭氧層的破壞和溫室效應而危害環境；其基本機構是非常簡單和可靠，無需貴重材料，成本上具有很大的優勢；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。熱聲制冷技術幾乎克服了傳統制冷系統的缺點，可成為下一代制冷新技術的發展方向。

所有的熱聲產品的工作原理都基于所謂的熱聲效應，熱聲效應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。當然，實際的熱聲理論遠比這復雜的多。

熱聲技術的應用是相當豐富的，熱聲能量轉換技術將會給包括制冷工業在內的整個能源工業帶來很大的影響，它的簡單、環保、節能高效的特性符合當今時代的需要，當然就目前的現狀而言，由于設計水平遠沒有達到最優化的程度，材料的選擇及制造技術都還在完善之中，而普通的制冷系統經過上百年的發展和改進，熱聲制冷的單件成本會高于普通傳統制冷裝置，但隨著材料的選擇和制造工業藝的日趨成熟，可以肯定熱聲制冷機會具有極大的成本優勢。

5、國內制冷技術研究的狀況

我國空調制冷行業走的是與我國家電企業相同的從技術引進到仿制的過程，雖然在生產規模上我國空調企業已經比較大，但是在核心技術方依然依賴外國。目前尚未有國內企業對新型制冷劑或者新型制冷技術進行深入研究開發并申報相關專利。我們與國外的差距并不僅是技術開發方面的差距，而更在于創新觀念上的差距。總的來說，我們雖起步較晚，但發展也比較快，但離自己完全掌握核心技術還有很長道路。