什么是制冷机?

[拼音]：zhilengji

[外文]：refrigerating machine

将具有较低温度的被冷却物体的热量转移给环境介质从而获得冷量的机器。从较低温度物体转移的热量习惯上称为冷量。制冷机在制冷装置中起生产冷量的作用。广义地讲，制冷是指用人工方法使某一物体或某一空间达到并保持所需要的低温。制冷能达到的低温温度范围很宽，从略低于环境温度到接近绝对零度。通常120K以上的温度属制冷技术范围，120K以下的温度属深低温技术（见深低温设备）范围。

制冷机出现于19世纪后期，从20世纪初才逐步用于人民生活、工业生产和科学研究等方面。1748年，英国的W.卡伦发现，当挥发性液体在真空条件下蒸发时可以产生冷效应。随后他将充有乙醚的封闭容器沉入水中，用真空泵抽气，水便被冻结。1805年，美国的O.埃文斯在所著《热力学》一书中论述了挥发性液体在封闭系统中经压缩和膨胀以生产冷量的可能性。1834年，美国的J.珀金斯试制成功人力转动的用乙醚为工质的可以连续工作的制冷机。1844年，美国的J.戈里试制了用空气为工质的制冷机，用在医院中制冰和冷却空气。1852年，英国的W.汤姆森证明用逆卡诺循环可以将低温物体的热量转移给高温物体，并提出了可以供热的热泵。1872～1874年，D.贝尔和C.von林德分别在美国和德国发明了氨压缩机，并制成了氨蒸气压缩式制冷机，这是现代压缩式制冷机的发端。19世纪50年代，法国的卡雷兄弟先后研制成功了以硫酸和水为工质的吸收式制冷机和氨水吸收式制冷机。1910年出现了蒸汽喷射式制冷机。20世纪初以来，制冷机的发展主要是改进和完善，增多种类，不断革新和扩大应用，制冷剂的品种也不断增加。1930年出现了氟利昂制冷剂，促进了压缩式制冷机的迅速发展，并使之小型化、自动化，广泛应用于社会生活的各个方面。1945年，美国研制成功溴化锂吸收式制冷机，它可有效地利用低温位热能，为吸收式制冷机的应用开拓了新的领域。

在制冷技术领域内常用的制冷方法有 5种。

（1）高压气体膨胀制冷：使常温下的高压气体在膨胀机中绝热膨胀，达到较低的温度，气体复热时即可在低温下制冷。

（2）液体蒸发制冷：使常温下冷凝的液体节流到较低压力，其温度随之降低，液体在低压下蒸发即可制冷。

（3）气体涡流制冷：使常温下的高压气体流经涡流管即可分离为冷、热两股气流，冷气流复热时即可制冷。

（4）半导体制冷:利用半导体的热-电效应制冷（见半导体制冷器）。

（5）化学方法制冷：利用有吸热效应的化学反应过程制冷。

现代的制冷机是以高压气体膨胀制冷和液体蒸发制冷为基础发展起来的，其中应用最广的是液体蒸发制冷。各种制冷机都依靠某种工作介质的状态变化来完成其工作循环，这种工作介质称为制冷剂。

按工作原理的不同，制冷机可分为压缩式制冷机、吸收式制冷机和蒸汽喷射式制冷机3类。(见彩图)

压缩式制冷机是依靠压缩机的作用提高制冷剂的压力以实现制冷循环。这类制冷机要消耗机械能。根据所用制冷剂种类的不同，压缩式制冷机分为气体压缩式制冷机和蒸气压缩式制冷机两类。气体压缩式制冷机以高压气体膨胀制冷为基础，在工作过程中制冷剂始终处于气体状态。蒸气压缩式制冷机以液压蒸发制冷为基础，在工作过程中制冷剂要发生同期性的气-液相变。

吸收式制冷机和蒸汽喷射式制冷机均以液体蒸发制冷为基础，但不是依靠压缩机而是分别依靠吸收器-发生器组（也称热化学压缩器）和蒸汽喷射器（也称喷射式压缩器）的作用完成制冷循环。吸收式制冷机由水蒸汽或热水供热，蒸汽喷射式制冷机以水蒸汽为工作介质，所以它们只消耗热能而不消耗机械能。吸收式制冷机根据所用工质的不同分为氨水吸收式制冷机和溴化锂吸收式制冷机等。

制冷机的主要性能指标有工作温度、制冷量、功率或耗热量、制冷系数或热力系数。

对于蒸气压缩式制冷机，工作温度包括蒸发温度和冷凝温度。蒸发温度是指制冷剂在蒸发器中蒸发时的温度，即制冷机要求达到的低温。冷凝温度是指制冷剂蒸气在冷凝器中冷凝时的温度。蒸发温度和冷凝温度分别根据被冷却物体的温度和冷却介质（冷却水或空气）的温度确定。蒸发温度和冷凝温度的概念不适用于气体压缩式制冷机和半导体制冷器，它们的特性用被冷物体的温度和冷却介质的温度来表征。

制冷量用来表示制冷机制冷能力的大小，是指制冷机在单位时间内从被冷却物体移去的热量，其计量单位一般用千焦／秒。

制冷系数和热力系数是用来衡量制冷机经济性的指标。压缩式制冷机消耗机械能，其经济性用制冷系数衡量。制冷系数为消耗单位功所能得到的冷量。若制冷机的制冷量为Q0（千焦／秒），消耗的功率为N(千瓦)，则制冷系数表示为ε＝Q0／N。吸收式和蒸汽喷射式制冷机消耗热能，其经济性用热力系数衡量。热力系数为消耗单位热量所能得到的冷量，若制冷机的制冷量为Q0（千焦／秒），耗热量为Qt（千焦／秒），则热力系数为

制冷机的制冷量、功率或耗热量以及制冷系数或热力系数随工作温度而变。通常将制冷量、功率或耗热量用图表示为蒸发温度和冷凝温度的函数，称为制冷机的特性曲线。冷凝温度越高、蒸发温度越低，则制冷机的制冷量越小，制冷系数或热力系数越低。因此，只有在相同的工作温度下才能比较两台制冷机制冷量和经济性。为了便于对比制冷机的性能，通常规定了共同的工作温度作为比较的基础，这称为制冷机的工况。对于单级蒸气压缩式制冷机，常用的有标准工况和空调工况，其工作温度规定为

空调工况 标准工况

蒸发温度（℃） -15 5

冷凝温度（℃） 30 40一台单级蒸气压缩式制冷机在空调工况时的制冷量比在标准工况时的制冷量大1倍左右。

现代制冷机以蒸气压缩式制冷机应用最广。20世纪80年代已能生产各种类型和规格的制冷机，所用的压缩机有往复式、回转式和透平式等，制冷量从100瓦左右到35兆瓦，蒸发温度从0℃到-140℃。这类制冷机主要发展趋势是：机组小型化、辅助设备紧凑化和运转自动化。氨水吸收式制冷机和蒸汽喷射式制冷机因消耗压力较高的水蒸汽，设备又比较庞大，金属消耗量大，应用日渐减少。而溴化锂吸收式制冷机因使用低压水蒸汽或热水，能有效地利用低温位热能，则应用日渐增多。

参考书目

张祉祐、石秉三主编：《制冷及低温技术》上册，机械工业出版社，北京，1981。W. B. Gosney， Principles of Refrigeration，Cambridge Univ.Pr.，New York，1982.