楊廷寶(1901～1982)

[拼音]：zhilengji

[英文]：refrigerating machine

將具有較低溫度的被冷卻物體的熱量轉移給環境介質從而獲得冷量的機器。從較低溫度物體轉移的熱量習慣上稱為冷量。製冷機在製冷裝置中起生產冷量的作用。廣義地講，製冷是指用人工方法使某一物體或某一空間達到並保持所需要的低溫。製冷能達到的低溫溫度範圍很寬，從略低於環境溫度到接近絕對零度。通常120K以上的溫度屬製冷技術範圍，120K以下的溫度屬深低溫技術（見深低溫裝置）範圍。

簡史

製冷機出現於19世紀後期，從20世紀初才逐步用於人民生活、工業生產和科學研究等方面。1748年，英國的W.卡倫發現，當揮發性液體在真空條件下蒸發時可以產生冷效應。隨後他將充有乙醚的封閉容器沉入水中，用真空泵抽氣，水便被凍結。1805年，美國的O.埃文斯在所著《熱力學》一書中論述了揮發性液體在封閉系統中經壓縮和膨脹以生產冷量的可能性。1834年，美國的J.珀金斯試製成功人力轉動的用乙醚為工質的可以連續工作的製冷機。1844年，美國的J.戈裡試製了用空氣為工質的製冷機，用在醫院中製冰和冷卻空氣。1852年，英國的W.湯姆森證明用逆卡諾迴圈可以將低溫物體的熱量轉移給高溫物體，並提出了可以供熱的熱泵。1872～1874年，D.貝爾和C.von林德分別在美國和德國發明瞭氨壓縮機，並製成了氨蒸氣壓縮式製冷機，這是現代壓縮式製冷機的發端。19世紀50年代，法國的卡雷兄弟先後研製成功了以硫酸和水為工質的吸收式製冷機和氨水吸收式製冷機。1910年出現了蒸汽噴射式製冷機。20世紀初以來，製冷機的發展主要是改進和完善，增多種類，不斷革新和擴大應用，製冷劑的品種也不斷增加。1930年出現了氟利昂製冷劑，促進了壓縮式製冷機的迅速發展，並使之小型化、自動化，廣泛應用於社會生活的各個方面。1945年，美國研製成功溴化鋰吸收式製冷機，它可有效地利用低溫位熱能，為吸收式製冷機的應用開拓了新的領域。

製冷方法

在製冷技術領域內常用的製冷方法有 5種。

（1）高壓氣體膨脹製冷：使常溫下的高壓氣體在膨脹機中絕熱膨脹，達到較低的溫度，氣體復熱時即可在低溫下製冷。

（2）液體蒸發製冷：使常溫下冷凝的液體節流到較低壓力，其溫度隨之降低，液體在低壓下蒸發即可製冷。

（3）氣體渦流製冷：使常溫下的高壓氣體流經渦流管即可分離為冷、熱兩股氣流，冷氣流復熱時即可製冷。

（4）半導體制冷:利用半導體的熱-電效應制冷（見半導體制冷器）。

（5）化學方法制冷：利用有吸熱效應的化學反應過程製冷。

現代的製冷機是以高壓氣體膨脹製冷和液體蒸發製冷為基礎發展起來的，其中應用最廣的是液體蒸發製冷。各種製冷機都依靠某種工作介質的狀態變化來完成其工作迴圈，這種工作介質稱為製冷劑。

分類

按工作原理的不同，製冷機可分為壓縮式製冷機、吸收式製冷機和蒸汽噴射式製冷機3類。(見彩圖)

壓縮式製冷機是依靠壓縮機的作用提高製冷劑的壓力以實現製冷迴圈。這類製冷機要消耗機械能。根據所用製冷劑種類的不同，壓縮式製冷機分為氣體壓縮式製冷機和蒸氣壓縮式製冷機兩類。氣體壓縮式製冷機以高壓氣體膨脹製冷為基礎，在工作過程中製冷劑始終處於氣體狀態。蒸氣壓縮式製冷機以液壓蒸發製冷為基礎，在工作過程中製冷劑要發生同期性的氣-液相變。

吸收式製冷機和蒸汽噴射式製冷機均以液體蒸發製冷為基礎，但不是依靠壓縮機而是分別依靠吸收器-發生器組（也稱熱化學壓縮器）和蒸汽噴射器（也稱噴射式壓縮器）的作用完成製冷迴圈。吸收式製冷機由水蒸汽或熱水供熱，蒸汽噴射式製冷機以水蒸汽為工作介質，所以它們只消耗熱能而不消耗機械能。吸收式製冷機根據所用工質的不同分為氨水吸收式製冷機和溴化鋰吸收式製冷機等。

效能

製冷機的主要效能指標有工作溫度、製冷量、功率或耗熱量、製冷係數或熱力系數。

對於蒸氣壓縮式製冷機，工作溫度包括蒸發溫度和冷凝溫度。蒸發溫度是指製冷劑在蒸發器中蒸發時的溫度，即製冷機要求達到的低溫。冷凝溫度是指製冷劑蒸氣在冷凝器中冷凝時的溫度。蒸發溫度和冷凝溫度分別根據被冷卻物體的溫度和冷卻介質（冷卻水或空氣）的溫度確定。蒸發溫度和冷凝溫度的概念不適用於氣體壓縮式製冷機和半導體制冷器，它們的特性用被冷物體的溫度和冷卻介質的溫度來表徵。

製冷量用來表示製冷機製冷能力的大小，是指製冷機在單位時間內從被冷卻物體移去的熱量，其計量單位一般用千焦／秒。

製冷係數和熱力系數是用來衡量制冷機經濟性的指標。壓縮式製冷機消耗機械能，其經濟性用製冷係數衡量。製冷係數為消耗單位功所能得到的冷量。若製冷機的製冷量為Q0（千焦／秒），消耗的功率為N(千瓦)，則製冷係數表示為ε＝Q0／N。吸收式和蒸汽噴射式製冷機消耗熱能，其經濟性用熱力系數衡量。熱力系數為消耗單位熱量所能得到的冷量，若製冷機的製冷量為Q0（千焦／秒），耗熱量為Qt（千焦／秒），則熱力系數為

=Q0/Qt

製冷機的製冷量、功率或耗熱量以及製冷係數或熱力系數隨工作溫度而變。通常將製冷量、功率或耗熱量用圖表示為蒸發溫度和冷凝溫度的函式，稱為製冷機的特性曲線。冷凝溫度越高、蒸發溫度越低，則製冷機的製冷量越小，製冷係數或熱力系數越低。因此，只有在相同的工作溫度下才能比較兩臺製冷機製冷量和經濟性。為了便於對比製冷機的效能，通常規定了共同的工作溫度作為比較的基礎，這稱為製冷機的工況。對於單級蒸氣壓縮式製冷機，常用的有標準工況和空調工況，其工作溫度規定為

空調工況標準工況

蒸發溫度（℃）-15 5

冷凝溫度（℃）30 40一臺單級蒸氣壓縮式製冷機在空調工況時的製冷量比在標準工況時的製冷量大1倍左右。

現代發展

現代製冷機以蒸氣壓縮式製冷機應用最廣。20世紀80年代已能生產各種型別和規格的製冷機，所用的壓縮機有往復式、迴轉式和透平式等，製冷量從100瓦左右到35兆瓦，蒸發溫度從0℃到-140℃。這類製冷機主要發展趨勢是：機組小型化、輔助裝置緊湊化和運轉自動化。氨水吸收式製冷機和蒸汽噴射式製冷機因消耗壓力較高的水蒸汽，裝置又比較龐大，金屬消耗量大，應用日漸減少。而溴化鋰吸收式製冷機因使用低壓水蒸汽或熱水，能有效地利用低溫位熱能，則應用日漸增多。

參考書目

張祉祐、石秉三主編：《製冷及低溫技術》上冊，機械工業出版社，北京，1981。

W. B. Gosney， PrinciplesofRefrigeration，Cambridge Univ.Pr.，New York，1982.