製冷有什麼好的辦法？

【專家解說】：">1.1 液體汽化制冷
液體汽化制冷是利用液體汽化時(shí)的吸熱效應(yīng)而實(shí)現(xiàn)制冷的。在一定壓力下液體汽化時(shí)，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(duì)象，使被冷卻對(duì)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(jìn)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(bǔ)充進(jìn)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(gè)基本過程組成。
壓縮式、吸收式、噴射式和吸附式制冷都屬于液體汽化制冷方式。

1.1.1 壓縮式制冷
如圖2-1所示，壓縮式制冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、蒸發(fā)器組成，用管道將其連成一個(gè)封閉的系統(tǒng)。工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)與被冷卻對(duì)象發(fā)生熱量交換，吸收被冷卻對(duì)象的熱量并汽化，產(chǎn)生的低壓蒸氣被壓縮機(jī)吸人，壓縮機(jī)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(jī)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(shí)節(jié)流，變成低壓、低溫濕蒸氣，進(jìn)入蒸發(fā)器，其中的低壓液體在蒸發(fā)器中再次汽化制冷。
1.1.2 吸收式制冷
吸收式制冷是以熱能為動(dòng)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(duì)應(yīng)。而壓縮機(jī)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。
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(duì)吸收器進(jìn)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(jìn)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(jī)，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(jī)消耗熱能，可用多種不同品位的熱能驅(qū)動(dòng)。通常用1MPa（表壓力）以下的蒸氣或燃?xì)?、燃油為?qū)動(dòng)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(dòng)；還可以利用太陽(yáng)能、地?zé)岬饶茉?。因此，吸收式制冷易于?shí)現(xiàn)能源的綜合利用。

1.1.3 噴射式制冷
噴射式制冷以蒸氣的壓力能為驅(qū)動(dòng)能源，用噴射器造成一個(gè)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(jìn)入噴射器的噴嘴，在其中迅速膨脹，在噴嘴出口處達(dá)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(jī)中，制冷劑和工作蒸氣是同一種物質(zhì)。

1.1.4 吸附式制冷
吸附制冷系統(tǒng)也是以熱能為動(dòng)力的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其機(jī)理是，一定的固體吸附劑對(duì)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(shí)，釋放出制冷劑氣體，并使之冷凝為液體；吸附時(shí)，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(duì)。
以沸石-水工質(zhì)對(duì)為例，由吸附床、冷凝器、蒸發(fā)器和管道構(gòu)成一個(gè)封閉系統(tǒng)，吸附床內(nèi)充裝了沸石，制冷劑液體（水）聚集在蒸發(fā)器中。吸附床被加熱時(shí)，沸石溫度升高，產(chǎn)生解吸作用，從沸石中脫附出水。此時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的水壓力上升，當(dāng)達(dá)到與環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)的飽和壓力時(shí)，水在冷凝器中凝結(jié)，同時(shí)放出潛熱，凝水貯存在蒸發(fā)器中。對(duì)吸附床冷卻時(shí)，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(bǔ)充沸石對(duì)水的吸附。蒸發(fā)過程吸熱，達(dá)到制冷的目的。
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1.2 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(fù)極上，通電后，發(fā)現(xiàn)一個(gè)接頭變熱，另一個(gè)接頭變冷，這個(gè)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(shì)。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(shì)，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(jià)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(chǎng)合不宜使用。但由于它改變電流方向就可以實(shí)現(xiàn)制冷、制熱的相互轉(zhuǎn)換，靈活性強(qiáng)、使用方便可靠，非常適合于空間探測(cè)飛機(jī)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(yíng)、或汽車司機(jī)使用。
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1.3 氣體膨脹制冷
高壓氣體絕熱膨脹時(shí)，對(duì)膨脹機(jī)作功，同時(shí)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(jī)采用的是定壓循環(huán)，它由兩個(gè)等壓過程和兩個(gè)等熵過程組成，其制冷流程見圖2-4。從壓縮機(jī)排出的高溫、高壓氣體（溫度為T2）進(jìn)入冷卻器，在定壓下被冷卻到溫度T3，然后進(jìn)入膨脹機(jī)，等熵膨脹到冷室的壓力(一般為105Pa左右)，同時(shí)溫度降到了T4，成為低溫低壓冷氣流，冷氣流進(jìn)入冷室，使被冷卻對(duì)象降溫，而空氣本身因吸收了熱量，溫度回升到了T1，這個(gè)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(jī)吸入，完成下一次循環(huán)。
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1.4 渦流管制冷
渦流管制冷首先是由法國(guó)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(jìn)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(shí)具有較低的溫度；外層氣體吸收能量，動(dòng)能增加，又因?yàn)榕c管壁摩擦，將部分動(dòng)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(shí)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(shí)，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(duì)流情況比較復(fù)雜，故對(duì)冷、熱端溫度進(jìn)行定量的理論計(jì)算尚有困難。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)高壓氣體為常溫時(shí)，冷氣流的溫度可達(dá)-10℃～-50℃，熱端溫度可達(dá)100～130℃。
渦流管制冷的主要缺點(diǎn)是：效率太低、氣流噪聲大。但它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、啟動(dòng)快，使用靈活，因而常用在有高壓氣源或易于低價(jià)獲得高壓氣體的場(chǎng)合。
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1.5 絕熱放氣制冷
剛性容器中的高壓氣體在絕熱放氣時(shí)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(shí)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(jī)有G-M循環(huán)制冷機(jī)、S循環(huán)制冷機(jī)和脈管制冷機(jī)。
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1.6 磁制冷
固體磁性物質(zhì)在受磁場(chǎng)作用磁化時(shí)，系統(tǒng)的磁有序度增加，對(duì)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(chǎng)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(dá)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，我們也可以利用吸熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)制冷。
綜上所述，制冷的方法有很多，都有各自的優(yōu)點(diǎn)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)壓倒性地位。