制冷是通過(guò)人工手段主動(dòng)移除熱量，使物體或空間溫度低于自然環(huán)境溫度的技術(shù)過(guò)程。其本質(zhì)是能量的定向轉(zhuǎn)移，核心目標(biāo)在于建立并維持特定的低溫環(huán)境。

 

制冷技術(shù)廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人類生活的方方面面，像食品加工保鮮、舒適性空調(diào)、超導(dǎo)技術(shù)、航天航空等眾多領(lǐng)域，都有它的身影。

常見(jiàn)的6種制冷技術(shù)，分別為蒸汽壓縮式制冷、吸收式制冷、吸附式制冷、蒸汽噴射式制冷、熱電制冷以及磁制冷。

一、蒸汽壓縮式制冷

蒸汽壓縮式制冷是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的一種制冷方式，它利用制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱蒸發(fā)、在冷凝器內(nèi)放熱冷凝的相變過(guò)程進(jìn)行制冷。

壓縮式制冷主要由壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置和蒸發(fā)器四大部件構(gòu)成。制冷循環(huán)時(shí)，制冷劑歷經(jīng)壓縮升壓（驅(qū)動(dòng)循環(huán)）、放熱冷凝（向外部排熱）、節(jié)流降壓（保持循環(huán)）、吸熱蒸發(fā)（對(duì)外部制冷）四個(gè)過(guò)程的狀態(tài)變化。

壓縮機(jī)是制冷循環(huán)的動(dòng)力核心，常見(jiàn)類型有轉(zhuǎn)子式、渦旋式、活塞式、螺桿式、離心式等。

冷凝器和蒸發(fā)器為冷媒與外部水或空氣的換熱器，風(fēng)冷的為翅片管式換熱器，水冷的有殼管式、套管式換熱器等。

節(jié)流裝置常見(jiàn)的有毛細(xì)管、熱力膨脹閥、電子膨脹閥、節(jié)流孔板等。除降壓外，膨脹閥還可用于控制過(guò)熱度和調(diào)節(jié)冷媒流量。 

壓縮式制冷的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、制冷量大，調(diào)節(jié)便捷、啟停迅速。缺點(diǎn)是耗電量大，壓縮機(jī)運(yùn)行噪音大，載冷劑也對(duì)環(huán)境有一定影響。

壓縮式制冷廣泛應(yīng)用于空調(diào)、冰箱、超市冷柜、冷庫(kù)冷藏等領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著變頻技術(shù)、電子膨脹閥等新技術(shù)應(yīng)用，其能效與控制精度都在不斷提升。

 

二、吸收式制冷

吸收式制冷依靠熱能驅(qū)動(dòng)，利用工質(zhì)對(duì)氣液兩相間的吸收和解吸過(guò)程來(lái)制冷。常見(jiàn)工質(zhì)對(duì)有溴化鋰水和氨水，其中溴化鋰吸收式制冷應(yīng)用最廣。

溴化鋰吸收式制冷的過(guò)程，制冷劑（水）在低壓蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)吸熱（對(duì)外部制冷），蒸發(fā)后的水蒸氣被高濃度溴化鋰溶液吸收，溶液經(jīng)再生器加熱，水蒸氣分離出來(lái)到冷凝器內(nèi)放熱冷凝，溴化鋰溶液再回到吸收器循環(huán)使用。

吸收式制冷機(jī)主要由蒸發(fā)器、吸收器、再生器、冷凝器、溶液熱交換器等部件組成。蒸發(fā)器和冷凝器常用殼管式換熱器，吸收器和再生器為填料塔式。溶液泵負(fù)責(zé)輸送溶液，再生器里設(shè)置燒嘴或蒸汽盤管提供熱源。

吸收式制冷的優(yōu)點(diǎn)是以熱能為動(dòng)力，能充分利用工業(yè)余熱、太陽(yáng)能、地?zé)岬鹊推肺粺嵩矗�運(yùn)行成本低，還無(wú)需壓縮機(jī)，噪音小、維護(hù)簡(jiǎn)單。

吸收式制冷的缺點(diǎn)是設(shè)備體積大、笨重，啟動(dòng)和調(diào)節(jié)慢，制冷溫度偏高，一般在5 ~ 10℃以上（水在0℃時(shí)會(huì)結(jié)冰）。

吸收式制冷機(jī)組多用于中央空調(diào)、工業(yè)冷水、食品冷藏等領(lǐng)域。近些年，太陽(yáng)能溴化鋰吸收式制冷、地源熱泵與吸收式制冷耦合等新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)。

 

三、蒸汽噴射式制冷

蒸汽噴射式制冷，依靠蒸汽噴射器的抽吸作用，在蒸發(fā)器中保持一定的真空，使水在其中蒸發(fā)而制冷。

工作時(shí)，高壓蒸汽經(jīng)噴嘴噴射，在噴嘴出口形成高速低壓射流，引射蒸發(fā)器中的低壓蒸汽，混合蒸汽在冷凝器冷凝放熱，再經(jīng)泵加壓后進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)（對(duì)外部制冷）。

噴射式制冷的核心部件是蒸汽噴射器，由蒸汽噴嘴、吸入室、擴(kuò)壓室、擴(kuò)散管等組成。蒸發(fā)器和冷凝器通常采用列管式換熱器。此外，還需設(shè)置閃蒸罐、循環(huán)泵等輔助設(shè)備。

噴射式制冷的優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，運(yùn)動(dòng)部件少，噪音低，維護(hù)少，還能利用低品位熱源驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行成本低。缺點(diǎn)是能效系數(shù)低，單位冷量所需蒸汽量大，因此適合于小型設(shè)備。

 

四、吸附式制冷

吸附式制冷利用多孔固體吸附劑（硅膠、活性炭、沸石等）對(duì)制冷劑的可逆吸附 / 脫附作用實(shí)現(xiàn)制冷。

吸附劑吸附制冷劑蒸氣時(shí)，蒸發(fā)器內(nèi)液態(tài)制冷劑蒸發(fā)吸熱（對(duì)外部制冷）。吸附劑再生加熱，脫附的制冷劑蒸氣到冷凝器內(nèi)冷凝放熱，完成一個(gè)制冷循環(huán)。

吸附式制冷機(jī)核心部件是吸附床，里面裝顆粒狀或成型塊狀吸附劑。系統(tǒng)一般設(shè)兩個(gè)吸附床，交替吸附和再生，以保證連續(xù)制冷。蒸發(fā)器和冷凝器常用殼管式或套管式換熱器，水常作為制冷劑與吸附劑組成工質(zhì)對(duì)。

吸附式制冷的優(yōu)點(diǎn)是，可用70 ~ 90℃的低溫?zé)嵩打?qū)動(dòng)，運(yùn)行成本低，噪音小，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，維護(hù)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是制冷量小，能效系數(shù)低（一般 < 0.6），設(shè)備體積大，對(duì)吸附劑性能要求高。

吸附式制冷適用于農(nóng)產(chǎn)品儲(chǔ)藏、倉(cāng)庫(kù)冷藏、餐飲冷柜等小型制冷領(lǐng)域，尤其適合采用太陽(yáng)能、工業(yè)余熱等廉價(jià)熱源的場(chǎng)合。

 

五、熱電制冷（半導(dǎo)體制冷）

熱電制冷利用半導(dǎo)體的帕爾貼效應(yīng)制冷。當(dāng)兩種不同導(dǎo)電材料構(gòu)成回路并通直流電時(shí)，兩導(dǎo)體連接點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)吸熱或放熱現(xiàn)象。串聯(lián)多個(gè)P型和N型半導(dǎo)體并施加直流電壓，就能獲得連續(xù)制冷量。

熱電制冷器核心部件是由P型和N型熱電偶組成的熱電模塊，兩端分別連接吸熱端和放熱端。系統(tǒng)還包括換熱器、風(fēng)扇、直流電源等輔助設(shè)備。熱電模塊小巧輕便，可按需組合。

熱電制冷的優(yōu)點(diǎn)是，體積小、重量輕、無(wú)噪音、無(wú)需制冷劑、啟動(dòng)快、溫度調(diào)節(jié)精準(zhǔn)，能實(shí)現(xiàn)- 20 ~ 70℃的溫度范圍。缺點(diǎn)是能效系數(shù)低（一般<1.0），制冷量小，單臺(tái)設(shè)備制冷量通常在幾百瓦以下，成本還高。

熱電制冷廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、精密儀器、航天航空、汽車控制、個(gè)人護(hù)理等領(lǐng)域，典型產(chǎn)品如小型冰箱、飲水機(jī)、皮膚治療儀等。

 

六、磁制冷

磁制冷靠磁卡效應(yīng)制冷，即順磁性物質(zhì)在外加磁場(chǎng)下絕熱磁化升溫，絕熱去磁降溫。通過(guò)調(diào)控外加磁場(chǎng)并與低溫?zé)嵩?/ 高溫?zé)嵩催M(jìn)行熱交換，可獲得連續(xù)制冷效應(yīng)。

磁制冷機(jī)的核心部件是磁制冷工質(zhì)和磁場(chǎng)發(fā)生裝置。磁制冷工質(zhì)主要有稀土金屬及其合金、卡諾合金、Mn系合金等，磁場(chǎng)發(fā)生裝置可采用永磁體或超導(dǎo)電磁體。此外，系統(tǒng)還包括用于熱交換的流體回路、驅(qū)動(dòng)裝置等。

磁制冷的優(yōu)點(diǎn)，理論能效高，制冷溫跨范圍廣（從室溫至20K），對(duì)環(huán)境友好，噪音低，能精準(zhǔn)調(diào)溫。缺點(diǎn)是設(shè)備成本高，目前還處在實(shí)驗(yàn)室研究和樣機(jī)開發(fā)階段，尚未大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。

磁制冷在超導(dǎo)技術(shù)、量子計(jì)算、航天探測(cè)等領(lǐng)域前景廣闊。隨著材料、制造等技術(shù)進(jìn)步，有望在家用電冰箱、中央空調(diào)等領(lǐng)域取得突破。