制冷技術(shù)及其發(fā)展

　　一、生產(chǎn)生活用制冷

　　在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中的制冷多用壓縮式制冷。制冷系統(tǒng)由4個(gè)基本部分即壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流部件、蒸發(fā)器組成。壓縮機(jī)的作用是把壓力較低的蒸汽壓縮成壓力較高的蒸汽，使蒸汽的體積減小，壓力升高。 壓縮機(jī)吸入從蒸發(fā)器出來(lái)的較低壓力的工質(zhì)蒸汽，使之壓力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成壓力較高的液體，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后，成為壓力較低的液體后，送入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中吸熱蒸發(fā)而成為壓力較低的蒸汽，再送入壓縮機(jī)的入口，從而完成制冷循環(huán)。

　　常用的制冷劑有水，氨，CO2，R12，R22，R134,R404,R407C，R410和R600等。

　　除壓縮式制冷外還有半導(dǎo)體制冷。工作原理是基于帕爾貼效應(yīng)，即當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體A和B組成電路且通有直流電時(shí)，在接頭處除焦耳熱以外還會(huì)釋放出某種其它的熱量，而另一個(gè)接頭處則吸收熱量，且帕爾帖效應(yīng)所引起的這種現(xiàn)象是可逆的，改變電流方向時(shí)，放熱和吸熱的

　　接頭也隨之改變，吸收和放出的熱量與電流強(qiáng)度I[A]成正比，且與兩種導(dǎo)體的性質(zhì)及熱端的溫度有關(guān)?！　“雽?dǎo)體制冷功率大，試用范圍廣，廣泛應(yīng)用于車(chē)載冰箱，航空航天，電信基站等領(lǐng)域，但其能效比較低，冷端熱端散熱要求高，壽命短，易燒壞芯片，隔熱要求高等缺點(diǎn)限制了其應(yīng)用。

　　二、實(shí)驗(yàn)室獲取低溫的方法

　　實(shí)驗(yàn)室中獲得低溫常用的方法有液化氣體冷卻法和磁冷卻法。

　　液化氣體冷卻法可以獲得低至1K的低溫。

　　目前常用節(jié)流過(guò)程或者節(jié)流過(guò)程與絕熱膨脹相結(jié)合的方法來(lái)液化氣體。令氣體在制冷區(qū)節(jié)流膨脹可使氣體降溫。用節(jié)流過(guò)程制冷有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，一是裝置沒(méi)有移動(dòng)的部分，低溫下移動(dòng)部分的潤(rùn)滑是技術(shù)上十分困難的問(wèn)題;二是在一定的壓強(qiáng)降落下，溫度愈低所獲得的溫度降落愈大。焦湯效應(yīng)的典型大小是 10-1K~1K·pn-1。為了使氣體的溫度降至臨界溫度以下而液化，可以令節(jié)流過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，并通過(guò)逆流熱交換器使經(jīng)節(jié)流膨脹降溫后的氣體對(duì)后來(lái)進(jìn)入的氣體進(jìn)行預(yù)冷，從而把各次節(jié)流膨脹所獲得的冷卻效應(yīng)積累起來(lái)。但是用節(jié)流過(guò)程降溫，氣體的初溫必須低于反轉(zhuǎn)溫度，是一個(gè)缺點(diǎn)。而氣體經(jīng)絕熱膨脹后溫度總是降低的，因此用絕熱膨脹過(guò)程降溫不必經(jīng)過(guò)預(yù)冷，缺點(diǎn)是膨脹機(jī)有移動(dòng)的部分，而且溫度愈低降溫效應(yīng)愈小。卡皮查將絕熱膨脹過(guò)程和節(jié)流過(guò)程結(jié)合使用。先用絕熱膨脹過(guò)程使氦降溫到反轉(zhuǎn)溫度以下，再用節(jié)流過(guò)程將氦液化。1pn下氦的沸點(diǎn)是4.2K。用抽氣機(jī)將氦的蒸汽抽走，使液氦迅速蒸發(fā)或低壓沸騰可進(jìn)一步降溫。不過(guò)氦的飽和蒸汽壓隨溫度降低而迅速減小，降溫效應(yīng)隨之下降。用這種方法一般可以獲得低至1K的低溫。

　　產(chǎn)生1K以下低溫的一個(gè)有效方法是磁冷卻法。這是德拜在1926年提出來(lái)的。在絕熱過(guò)程中順磁性固體的溫度隨磁場(chǎng)減小而下降。將順磁體放在裝有低壓氦氣的容器內(nèi)，通過(guò)低壓氦氣與液氦的接觸而保持在1K左右的低溫，加上磁場(chǎng)(量級(jí)為10^6A/m)使順磁體磁化，磁化過(guò)程時(shí)放出的熱量由液氦吸收，從而保證磁化過(guò)程是等溫的。順磁體磁化后，抽出低壓氦氣而使順磁體絕熱，然后準(zhǔn)靜態(tài)地使磁場(chǎng)減小到很小的值(一般為零)。 20世紀(jì)80年代發(fā)展了一種新的制冷方法——激光制冷，應(yīng)用這種方法在20世紀(jì)90年代中期獲得了低至170nK的低溫。