现代的制冷技术

现代的制冷技术，是18世纪后期进展起来的。在此之前,人们很早已懂得冷的采用。

我们我国古代就有人用自然冰冷藏食品和防暑降温。马可・波罗在他的著作《马可•波罗游

记》中，对中国制冷和造冰窖的方法有具体的记述。

1755年爰丁堡的化学老师库仑采用乙醛蒸发使水结冰。他的同学布拉克从本质上解释

了溶化?口气化现象，提出了潜热的概念，并创造了冰量热器，标志着现代制冷技术的开头。

在普冷方面,1834年创造家波尔金斯造出了第一台以乙酸为工质的蒸气压缩式制冷机,

并正式申请了英国第6662号专利。这是后来全部蒸气压缩式制冷机的雏型，但使用的工

质是乙酸，简洁燃烧。到1875年卡利和林德用氨作制冷剂，从今蒸气压缩式制冷机开头

占有统治地位。

在此期间，空气绝热膨胀会显著降低空气温度的现象开头用于制冷。1844年，医生高

里用封闭循环的空气制冷机为患者建立了一座空调站，空气制冷机使他一举成名。威廉・西

门斯在空气制冷机中引入了回热器，提高了制冷机的性能。

1859年，卡列创造了氨水汲取式制冷系统，申请了原理专利。

1910年左右,马利斯・莱兰克创造了蒸气喷射式阻冷系统.

到20世纪,制冷技术有了更大进展。全封闭制冷压缩机的研制胜利（美国通用电器

公司）；米里杰发觉氟里昂制冷剂并用于蒸气压缩式制冷循环以及混合制冷剂的应用；伯宁

顿创造回热式除湿器循环以及热泵的消失，均推动了制冷技术的进展。

在低温方面，1877年卡里捷液化了氧气；1895色林德液化了空气，建立了空气分别

设施；1898年杜瓦用液态空气预冷氢气，然后用绝热节流使氢气成为液体，温度降至20.4K;

1908年卡末林•昂纳斯用液态空气和液态氢预冷氯气，再用绝热节流将氮液化，获得4.2K

的低温。杜瓦于1892年创造的杜瓦瓶，用于贮存低温液体，为低温领域的讨论供应了重

要条件。

1934年,卡皮查创造了先用膨胀机将氨气降温,再用绝热节流使其液化的氨液化器；

1947年柯林斯采纳双膨胀机于氮的预冷。大部分的氨液化器现已采纳膨胀机，在制冷技术

的开发和实际使用中获得广泛的应用。

新的降低温度方法的创造，扩大了低温的范围,并进入了超低温领域。德拜和焦克分

别在1926年和1927年提出了用顺磁盐绝热退磁的方法猎取低温，应用此方法获得的低

温现已达到(1x10-3~5x10-3)K;由库提和西蒙等提出的核子绝热去磁的方法可将温

度降至更低,库提用此法于1956年获得了20x10-3K。1951年伦敦提出并于1965年

研制出的3He-4He混合液稀释制冷法，可达到4x10-3K;1950年泡墨朗切克提出的方

法,采用压缩液态3He的绝热固化，达到1x10-3K。

更近期的制冷技术进展主要缘于世界范围内对食品、舒适和健康方面，以及在空间技

术、国防建设和科学试验方面的需要，从而使这门技术在20世纪的后半期得到飞速进展。

受微电子、计算机、新型原材料和其它相关工业领域的技术进步的渗透和促进，制冷技术

取得了一些突破性的进展，同时也面临一场新的挑战。突破性的进展在于：

(1)微电子和计算机技术的应用

"机电一体化"浪潮给制冷技术以巨大推动。

基础讨论方面：计算机仿真制冷循环始于19602。如今，普冷和低温领域中的各种

循环，如：焦-汤节流制冷循环（J-T循环）、斯特林制冷循环、维勒米尔循环（VM循环\

吉福特-麦克马洪循环（G-M循环1索尔文循环（SV循环\逆向布雷顿循环、脉管式

循环、汲取式制冷循环、热电制冷循环；采用声制冷、光制冷、化学方法制冷的各种循环；

以及各种新型的混合型循环，如：热声斯特林发动机^动小型脉管制冷机的循环均广泛应

用计算机仿真技术于循环讨论。讨论制冷系统的热物理过程、系统及部件的稳态和瞬态特

性以及单一工质和混合工质的性质等等,也离不开微电子和计算机技术的应用。

在制冷产品的设计制造上计算机现已广泛用于产品的帮助设计和制造（CADCAMX

例如：结构零件设计的有限元法和有限差分法以及用计算机掌握精密机械加工。

计算机和微处理器对制冷技术的最大影响在于高级自动掌握系统的开发。这是一项综

合技术，涉及到先进的掌握方法、牢靠的集成块芯片及特地的掌握模块、精良的传感器。

当前制冷系统采纳电脑掌握已极为普遍，掌握模式正在发生变化，由简洁的机械式掌握进

展到综合掌握，为提IWJ产品性能作出贡献。

（2）新材料在制冷产品上的应用

陶瓷及陶瓷复合物（如熔融石英、稳定氧化铠、硼化钛、氧化硅等）具有一系列优良

性质：比钢轻、弓虽度和韧性好、耐磨、导热系数小、表面光滑度高。将陶瓷用烧结法渗入

溶胶体制成零件或用作零件的表面涂釉，可改善零件的性能。

聚合材料（工程塑料、合成橡胶和复合材料）用于制冷产品中作为电绝缘材料、减振

件

要。

由于臭氧耗损和温室效应引起了严峻的环境爱护问题，导致了80年月末开头全球禁

止CFCs物质,进而波及到HCFC类物质，这既是一次历史性的冲击，同时又供应了新的

进展机遇。近年来在替代工质开发及其热物理性质讨论方面取得的成就即是证明。

当工质处于很低温度时，其量子特性变得非常重要，必需考虑其量子效应，此时循环

的性能系数和制冷量不同于经典表达式，而需要通过对量子热力循环的讨论得出。

制冷和低温技术是布满勃勃生气的学科和工业领域。巨大的市场增长潜力和新技术的

交叉渗透为它开拓了宽阔的进展天地。

制冷与空调的进展史

在二十世纪六，七十年月，美国地区发生罕见的干旱天气，为解决干旱缺水地区的空调冷

热源问题，美国领先研制出风冷式冷水机，用空气散热代替冷却塔，其英文名称是:Aircool

Chiller,简称为Chiller!

在空调历史中,美国已经进展和改进了有风管的中心单元式系统，并得到了正在现场

安装和修理有风管的单元式空调系统的空调设施分销商和经销商的强力支持。WRAC是最

简洁和最廉价的系统，能够很简洁的在零售商店中购得，并在持续高温来的时候自己安装。

同时，无风管的SRAC和SPAC自70年月起在有别于美国市场的动力下在日本得到进展

和改进。之后，设施设计和制造技术在90年月被转让到中国,这是通过与当地公司（包括

主要元件如压缩机、热交换器、电劝机、精细阀和电子掌握器的本地制造商）组成的合资公

司进行的。在90年月中国也从其它先进我国汲取了较大型空调设施的先进高新技术，并

与多数是美国的大公司组成合资企业。现今，中国已是一个顶级我国，她的当地主要工厂

和合资企业制造了大量SRAC和SPAC以满意增长的国内市场和出口需要。日本过去几年

在把SRAC和SPAC机组出口到中国、欧洲和中东以建立新的市场。但是中国现今已是最

大的空调出口国，仕2001年出口的WRAC,SRAC和SPAC机组总数达500万台，2002

年估计有750或800万台机组出口，而日本正在失去出口的地位。

按我国进行回顾：

++++美国

美国是最大的空调市场，占世界总空调设施销售额的28%,大多数是有风管的单元式

空调系统。但是热泵比例相对的低在2001年以数量计占20%而以销售额计’占30%。

美国空调市场与其它我国的差别，一些明显的缘由是：

大多数人居住在位于有宽阔空间的郊区独立房屋内，可以更便利地为整个室内空间的

舒适优先选择安装风管。

能源价格相对要低，全国范围有电力和燃气可以供应，在冬季可以通过自然气管路网

络用燃气炉取暖。

大部分陆地在冬季的寒冷天气并不适用没有帮助电加热的热泵，而帮助电加热是不经

济的.

强大工业分销商和经济商网络以相对低的安装费用和修理后缓支持推销有风管的中心

空调系统。

++++日本

住宅空调是从60年月由本地生产或从美国进口的WRAC开头的，基于人们大多数在

生活区居住而只对单个房间的空调有剧烈要求,一般不采纳中心系统以节约很昂贵的电力

费用。但是，很多人埋怨高的运转噪声和振动不能为卧房所接受。同时在房间内安装也不

大便利。

在经过了WRAC苦痛的经受之后，后来进展了SRAC以便在室内挂壁安装，使房间空

调机组运转宁静并便于安装。在功能上，虽然SRAC丢失了诸如新奇空气的进入和回风的

排出等功能，但WRAC和SRAC对单个房间的空调在有人占用时几乎是相同的。在买方市

场上了需要额外的小型SRAC机组，其特点是具有较低的噪声并可以在卧房中便利地安装

为"添力口机组〃o热泵型式在制冷和采暖季节都能很好地为人们所接受。一些特点诸如较

低的噪声、更足够的制热量、较低的功率消耗（也即较高的效率）以及较小的机组尺寸或改

进的室内空气分布吸引了月户的留意力和爱好。由于能源费用比电力来得廉价和在较低环

境温度时有较高制热量，煤油炉仍旧广泛在屋内用以加热空间。但是，SRAC热泵用于卧

房对很多人来说是必不行少的，它可以平安运行且防止火灾，由于在睡眠时间室内温度低

的时候房间空间是相当的好。生活方式从门窗大开以便在睡眠时间有新奇空气吸入转变到

为了市区平安而用锁紧装置将门窗关闭，这就需要在屋内购买更多的SRAC机组。在室内

也安装强制通风机以吸入新奇的室外空气和排出室内空气,藉使用热交换元件而达到节能

的目的。80年月介入的突破性技术解决了热泵的固有缺点并推动了SRAC机组的销售。

在打折扣的商店里，犹如包括发送和安装主费用在内的白色货物一样引发了价格大战。

SRAC的安装非常简洁和快捷，在现场技术水平较低的人员在几小时内即可完成机组的安

装，制冷剂管路和接线。

过去存在一些质量问题，如制冷剂泄漏、元件故障以及直接涉及到制造商的修理或分

包修理单位的综合性故障。

现在随着产品牢靠性的改进，售后的修理电话已大大削减。但是，商业形式仍是一如

既往，SRAC在通过折扣商店销售，费