制冷原理

制冷原理首先可分为：非循环式、循环式两大类。【1】

非循环式的典型例子是冰融化制冷，而常见的工业制冷方法均为循环式。【1】

循环式制冷指借助外力（例如电力），将热量从低温处取出，并释放到高温处。此过程类似于水泵耗电将水从低处抽到高出，因此采用循环式制冷方法的机器被称为热泵（Heat pump）。【1】

循环式制冷方法又可分为蒸汽循环制冷（Vapor cycle）、气体循环制冷（Gas cycle）和斯特林循环（Stirling cycle）。其中蒸汽循环制冷又可细分为蒸汽压缩循环制冷（Vapor-compression refrigeration）和蒸汽吸收循环制冷（Vapor-absorption refrigeration）。【1】

蒸汽压缩循环制冷是最常用的制冷方法，此过程依赖制冷剂（refrigerant）的相态（phase）循环变化，其理论原型被称为卡诺热机（Carnot heat engine）。蒸汽压缩循环的过程是：【3】

1、压缩机（compressor ）将常压制冷剂蒸汽等熵（constant entropy）过热（superheated）压缩为高压气体；

2、冷凝器（condenser）将过热压缩的制冷剂蒸汽冷凝为高压液体

3、高压液态制冷剂通过膨胀阀（expansion valve，也称为节流阀throttle valve）转变为气态（一般一半左右的制冷剂转化为气态，其余仍保持液态）

4、液态、气态混合的制冷剂通过蒸发器（evaporator），全部气化并吸热，冷却空气或载冷工质。此后新循环开始。

常见的压缩机类型有：活塞式（reciprocating）、回转式、螺杆式、离心式（Centrifugal）。【6】

冷凝器按其冷却介质不同，可分为：水冷式、空气冷却式、蒸发式。【7】

蒸发器按其被冷却介质的种类不同，可分为：冷却液体载冷剂的蒸发器、冷却空气的蒸发器【7】

蒸汽吸收循环制冷与蒸汽压缩循环制冷区别在于循环中的压缩步骤。在蒸汽吸收循环制冷中，吸收器（absorber）代替了压缩机。在吸收器中制冷剂溶解于特定的溶剂（absorbent）中，此溶液经过液体泵加压为高压液体，之后溶液通过发生器（generator）并借助外部热力，高压制冷剂气体从溶液中分离。蒸汽吸收循环制冷的能效比（coefficient of performance，COP）远低于蒸汽压缩循环制冷，因此蒸汽吸收循环制冷一般作为余热回收的设备。常见的制冷剂-溶剂组合有：氨（ammonia，NH3）-水、水-溴化锂（lithium bromide）【3】

气体循环制冷，指制冷剂为气体，且在制冷循环中无相态（phase）变化的制冷方法。气体循环制冷中，不需要冷凝器和蒸发器，取而代之的是高温气体-低温气体间的热交换。气体循环制冷的效率低于蒸汽循环制冷，应用较少，主要应用在装备涡轮引擎的飞机的制冷系统中，因为涡轮引擎可产生大量压缩气体。【3】

斯特林循环制冷无大规模应用，因此暂不介绍。

参考：

【1】Refrigeration http://en.wikipedia.org/wiki/Refrigeration

【2】制冷设备 http://baike.baidu.com/view/25099.htm

【3】Heat pump and refrigeration cycle http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_pump_and_refrigeration_cycle

【4】Vapor-compression refrigeration http://en.wikipedia.org/wiki/Vapor-compression_refrigeration

【5】Entropy http://en.wikipedia.org/wiki/Entropy

【6】制冷压缩机 http://218.13.33.145/jidian/jiaocheng-3/zhilengjishu/Unit%203/lesson%201.htm

【7】冷凝器与蒸发器 http://218.13.33.145/jidian/jiaocheng-3/zhilengjishu/Unit%204/lesson%201.htm

【8】蒸发式冷凝器 http://www.hudong.com/wiki/蒸发式冷凝器

【9】典型的氨制冷系统 http://218.13.33.145/jidian/jiaocheng-3/zhilengjishu/Unit%206/lesson%201.htm

【10】吸收式制冷 http://218.13.33.145/jidian/jiaocheng-3/zhilengjishu/Unit%209/lesson%201.htm