第五章第五章 其他制冷方法其他制冷方法 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置常用制冷方法常用制冷方法: :相变制冷相变制冷热电制冷热电制冷涡流管制冷涡流管制冷空气膨胀制冷空气膨胀制冷 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置一、蒸气喷射式制冷一、蒸气喷射式制冷 蒸气喷射式制冷机只用单一物质为工质蒸气喷射式制冷机只用单一物质为工质虽然从理论上可应用一般的制冷剂作为工虽然从理论上可应用一般的制冷剂作为工质质, 但到目前为止，只有以水为工质的蒸但到目前为止，只有以水为工质的蒸气喷射式制冷机得到实际应用。气喷射式制冷机得到实际应用。 用水为工质所制取的低温必须在用水为工质所制取的低温必须在0以上，以上，故蒸气喷射式制冷机目前只用于空调装置故蒸气喷射式制冷机目前只用于空调装置或用来制备某些工艺过程需要的冷媒水。或用来制备某些工艺过程需要的冷媒水。 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置二、吸附式制冷二、吸附式制冷 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置ACEQdQcACEQaQe吸附和解吸过程吸附和解吸过程 A-A-吸附器；吸附器；C-C-冷凝器；冷凝器；E-E-蒸发器；蒸发器；Qd-Qd-加热显热及脱附热；加热显热及脱附热； Qc-Qc-冷凝热；冷凝热； Qa- Qa-冷却显热及吸附热冷却显热及吸附热, Qe-, Qe-制冷量制冷量 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置吸附与解吸过程吸附与解吸过程 在吸附式制冷系统中吸附和解吸从在吸附式制冷系统中吸附和解吸从理论上来说是恒压过程理论上来说是恒压过程 固体吸附剂受热解吸出制冷剂，固体吸附剂受热解吸出制冷剂，在制冷剂压力达到冷凝压力时即开始在制冷剂压力达到冷凝压力时即开始解吸解吸- -冷凝冷凝过程，制冷剂被冷凝成液体过程，制冷剂被冷凝成液体 固体吸附剂吸附制冷剂，制冷剂固体吸附剂吸附制冷剂，制冷剂在蒸发压力开始在蒸发压力开始吸附吸附- -蒸发蒸发过程过程 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置吸附制冷工质对吸附制冷工质对 吸附剂吸附剂- -吸附质（在制冷中称为制冷剂）工吸附质（在制冷中称为制冷剂）工质对的选择是吸附式制冷中最重要的因素之一质对的选择是吸附式制冷中最重要的因素之一 比较成熟的吸附工质对有活性炭比较成熟的吸附工质对有活性炭/ /甲醇，活性甲醇，活性炭炭/ /氨，氯化钙氨，氯化钙/ /氨，沸石氨，沸石/ /水，金属氢化物水，金属氢化物/ /氢氢 G.CacciolaG.Cacciola和和G.RestucciaG.Restuccia综合各工质对的性综合各工质对的性能后得出适合不同温区的能后得出适合不同温区的“研究最成熟的研究最成熟的”工质工质对（对（如表如表) )。 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置 比较成熟的工质对及其使用范围比较成熟的工质对及其使用范围 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置吸附制冷循环吸附制冷循环 间歇式吸附式制冷系统（太阳能制冷机）间歇式吸附式制冷系统（太阳能制冷机） 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置 一典型的吸附式空调系统一典型的吸附式空调系统 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置 吸附式制冷机及其在余热利用中的应用吸附式制冷机及其在余热利用中的应用 前川公司前川公司吸附式制冷样机吸附式制冷样机硅胶硅胶-水水Qf=70-352kW热水驱动热水驱动:75-70冷却水温冷却水温:2:29-9-3333冷媒水冷媒水: :14-914-9COPCOP：0.60.6 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置吸附式制冷机参数表吸附式制冷机参数表 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置内燃机车余热驱内燃机车余热驱动吸附式空调器动吸附式空调器上海交大上海交大,2001分子筛分子筛-水水4-6 kW 空调制冷量空调制冷量驾驶室与室外温差驾驶室与室外温差8oC采用单个吸附器制冷采用单个吸附器制冷与水蓄冷结合与水蓄冷结合,保障连保障连续供冷续供冷. 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置内燃机车余热驱动固体吸附空调实验系统内燃机车余热驱动固体吸附空调实验系统吸附器吸附器蒸发蒸发/ /贮液贮液/ /蓄冷器蓄冷器 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置柴油机烟气余热驱动吸附式制冰机柴油机烟气余热驱动吸附式制冰机制冷量制冷量: 20 kg ice/h (实际值实际值:3-3.5kW)135 马力柴油机马力柴油机活性炭活性炭-甲醇甲醇双吸附器双吸附器(48kg活活性炭性炭/台台)上海交大设计上海交大设计,湖湖北登封换热器有限北登封换热器有限公司制造公司制造 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置吸附式蓄冷吸附式蓄冷 蓄冷是工业生产和日常生活中许多蓄冷是工业生产和日常生活中许多地方需要用到的一种能量储存方式，也地方需要用到的一种能量储存方式，也是一种重要的节能方式是一种重要的节能方式 与一般蓄冷不同，吸附式蓄冷是利与一般蓄冷不同，吸附式蓄冷是利用固体吸附剂对制冷剂的吸附用固体吸附剂对制冷剂的吸附/ /解吸循环解吸循环来实现冷量的储存的来实现冷量的储存的 吸附式蓄冷在由余热或太阳能驱动吸附式蓄冷在由余热或太阳能驱动的固体吸附式制冷中具有重要的研究意的固体吸附式制冷中具有重要的研究意义和应用价值义和应用价值 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置吸附式制冷存在的问题吸附式制冷存在的问题 吸附式制冷在其研制和应用中已显示了极吸附式制冷在其研制和应用中已显示了极大的发展前景，但它还存在下面一些缺陷：大的发展前景，但它还存在下面一些缺陷：1 1）循环周期太长）循环周期太长2 2）制冷量相对较小）制冷量相对较小3 3）COPCOP有待进一步提高有待进一步提高 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置三、热电制冷三、热电制冷热电制冷热电制冷(亦名温差电制冷、半导亦名温差电制冷、半导体制冷或电子制冷体制冷或电子制冷)是以温差电现是以温差电现象为基础的制冷方法，它是利用象为基础的制冷方法，它是利用“塞贝克塞贝克”效应的逆反应效应的逆反应珀尔帖珀尔帖效应效应的原理达到制冷目的。的原理达到制冷目的。 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置塞贝克效应塞贝克效应就是在两种不同金属组成的闭合就是在两种不同金属组成的闭合线路中，如果保持两接触点的温度不同，就线路中，如果保持两接触点的温度不同，就会在两接触点间产生一个电势差会在两接触点间产生一个电势差接触电接触电动势动势。同时闭合线路中就有电流流过，称为。同时闭合线路中就有电流流过，称为温差电流。反之，在两种不同金属组成的闭温差电流。反之，在两种不同金属组成的闭合线路中，若通以直流电，就会使一个接点合线路中，若通以直流电，就会使一个接点变冷，一个变热，这称为变冷，一个变热，这称为珀尔贴效应珀尔贴效应，亦称，亦称温差电现象温差电现象 半导体材料内部结构的特点，决定半导体材料内部结构的特点，决定了它产生的温差电现象比其他金属要了它产生的温差电现象比其他金属要显著得多，所以热电制冷都采用半导显著得多，所以热电制冷都采用半导体材料，亦称体材料，亦称半导体制冷半导体制冷 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置当电偶通以直流电流时，当电偶通以直流电流时，P型半导体内型半导体内载流子载流子(空穴空穴)和和N型半导体内载流子型半导体内载流子(电子电子)在外电场作用下产生运动，并在外电场作用下产生运动，并在金属片与半导体接头处发生能量的在金属片与半导体接头处发生能量的传递及转换。传递及转换。 如果将电源极性互换，则电偶对的制如果将电源极性互换，则电偶对的制冷端与发热端也随之互换。冷端与发热端也随之互换。 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置 a) a) 串联二级热电堆串联二级热电堆 b) b) 并联二级热电堆并联二级热电堆 c) c) 串并联三级热电堆串并联三级热电堆多级热电堆的结构型式多级热电堆的结构型式 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置 半导体制冷设备的特点及应用半导体制冷设备的特点及应用 不用制冷剂不用制冷剂 无机械传动部分无机械传动部分 冷却速度和制冷温度可任意调节冷却速度和制冷温度可任意调节 可将冷热端互换可将冷热端互换 体积和功率都可做得很小体积和功率都可做得很小 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置半导体制冷的用途半导体制冷的用途 方便的可逆操作方便的可逆操作 可做成家用冰箱，或小型低温冰箱可做成家用冰箱，或小型低温冰箱可制成低温医疗器具可制成低温医疗器具 可对仪器进行冷却可对仪器进行冷却 可做成零点仪可做成零点仪 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置四、涡流管制冷四、涡流管制冷 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置涡流冷却效应的实质是利用人工方法产生漩涡使气体涡流冷却效应的实质是利用人工方法产生漩涡使气体分为冷热两部分。利用分离出来的冷气流即可制冷。分为冷热两部分。利用分离出来的冷气流即可制冷。 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置涡流管的特点涡流管的特点优点优点: 结构简单，维护方便，启动快，结构简单，维护方便，启动快，且能达到比较低的温度且能达到比较低的温度缺点缺点: 效率低效率低 涡流管只宜用于那些不经常使用的小型涡流管只宜用于那些不经常使用的小型低温试验设备。低温试验设备。应用回热原理及喷射器来降低涡流管冷应用回热原理及喷射器来降低涡流管冷气流的压力，不仅可以进一步降低涡流气流的压力，不仅可以进一步降低涡流管所能获得的低温，而且还可以提高涡管所能获得的低温，而且还可以提高涡流管的经济性。流管的经济性。为了获得更低的温度还可以采用多级涡为了获得更低的温度还可以采用多级涡流管。流管。 制制 冷冷 原原 理理 与与 装装 置置五、空气膨胀制冷五、空气膨胀制冷