制冷行业发展综述

从低于环境温度的空间或物体中吸取热量，并将其转移给环境介质的过程称为制冷。·制冷技术是为适应人们对低于环境温度条件的需要而产生和发展起来的。制冷和低温这两个概念是以制取低温的温度来区分的，但并没有严格的范围。通常，从环境温度到1加K的范围属于制冷，而从12OK以下到绝对零度(0K)的范围属于低温，也有将120K以下的制冷统称为低温制冷的。制冷与低温不仅体现在所获得的温度高低不同，还体现在所采用的工质以及获得低温的方法不同，但是亦有重叠交叉之处。实现制冷所必需的机器和设备，称为制冷机。例如机械压缩式制冷机包括压缩机、蒸发器、冷凝器和节流机构;吸收式制冷机包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器和节流机构等。在翻冷机中，除压缩机、泵和风机等机器外，其余是换热器及各种辅助设备，统称为制冷设备。而将制冷机同消耗冷量的设备结合一起的装置称为制冷装置，如冰箱、冷库、空调机等。 除半导体制冷以外，制冷机都依靠内部循环流动的工作介质来实现制冷过程。它不断地与外界产生能量交换，即不断地从被冷却对象中吸取热量，向环境介质排放热量。制冷机使用的工作介质称为制冷荆。制冷剂在制冷系统中所经厉的一系列热力过程总称为制冷循环。为了实现制冷循环，必须消耗能量，该能量可以是电能、热能、机械能、太阳能及其他形式的能量。 与制冷的定义相似，一从环境介质中吸取热量，并将其转移给高于环境温度的加热对象的过程，称为热泵供热。热泵循环和制冷循环的形式相同，而循环的目的，所使用的制冷剂和循坏工作区间的温度不同，当然亦有采用相同制冷剂的。对于从环境介质中吸取热量而向高温处排出热量的制冷系统，可交替或同时实现制冷与供热两种功能的机器称为制冷与供热热泵。从能量利用的观点来看，这是一种有效利用能量的方法，既利用了冷量，又利用了热量。 由于制冷循环和热泵循环的原理和计算方法是相似的，因此本书中只着重分析制冷循环。书中的“制冷原理”部分主要从热力学的观点来分析和研究制冷循环的理论和应用，并扼要介绍制冷剂、制冷换热器工作原理、一结构和传热计算;“制冷装置”部分主要介绍制冷装置的设计计算及实用制冷装置。 制冷在国民经济各部门及人民生活中应用很广。 在人民生活中，家用冰箱、空调器的应用日益增多，有些发达国家的家用冰箱普及率已达到99%l以上。在我国城镇，冰箱和空调器已广泛地进人家庭，近年来增长速度很快，发展前景很乐观。 制冷技术在商业上的应用主要是对易腐食品(如鱼、肉、蛋、蔬菜、水果等)进行冷加工、冷藏及冷藏运输，以减少生产和分配中的食品损耗，保证各个季节市场的合理销售。现代化的食品工业，对于易腐食品，从生产到销售已形成一条完整的冷链。所采用的制冷装置有冻结设备、冷库、冷藏列车、冷藏船、冷藏汽车及冷藏集装箱等。另外，还有供食品零售的商用冷藏柜、冷柜以及消费者的家用冰箱等。而冷藏列车等运输式冷藏装置实际上就是可以高速移动的冷库，它是随着制冷技术和交通运输的发展而发展的，以满足食品冷链的需要。此外，与食品冷藏技术有关的是冷藏食品的包装化，即必须对肉类等采用分割加工工艺，然后进行冷却、冻结和包装冷藏，这样既能保证质量，提高冷库容量，并实现节能。 降温和空气调节在工矿企业、住宅和公共场所的应用也愈来愈广。空气调节分为舒适空调和工艺空调。舒适空调是用来满足人们舒适需要的空气调节，而工艺空调是为满足生产中工艺过程或设备的需要而进行的空气调节。空气调节对国民经济各部门的发展和对人民物质文化生活水平的提高有着重要的作用。这不仅意味着受控的空气环境对各种工业生产过程的稳定运行和保证产品的质量有重要作用，而且对提高劳动生产率、保护人体健康、创造舒适的工作和生活环境有重要意义。工业生产中的精密机械和仪器制造业及精密计量室要求高精度的恒温恒湿;电子工业要求高洁净度的空调;纺织业则要求保证湿度的空调。同时，在民用及公共建筑中，随着改革开放，旅游业的蓬勃发展，装有空调机的宾馆、酒店、商店、图书馆、会堂、医院、展览馆、游乐场所日益增多。此外，在运输工具如汽车、火车、飞机和轮船中，也不同程度地安装有空气调节设备。空气调节技术包括制冷、供暖、通风和除尘，其中制冷降温是空气调节的一项关键技术。 在工业生产过程中，制冷应用也很广。如机械制造中，对钢的低温处理，使金相组织内部的奥氏体转变为马氏体，改善钢的性能。在钢铁和铸造工业中，采用冷冻除湿送风技术，利用制冷机先将空气除湿，然后再送入高炉或冲天炉，保证冶炼及铸件质量。化学工业中，气体的液化，棍合气分离，盐类结晶，润滑油脱脂，某些化学反应过程的冷却、吸收反应热和控制反应速度等过程中，都需要应用制冷技术。此外，石油裂解、合成橡胶、合成树脂、化肥、天然气液化、贮运也需要制冷。

在核工业中，制冷技术用来控制原子能反应堆的反应速度，吸收核反应过程放出的热蛋。在航天和国防工业中，航空仪表、火箭、导弹中的控制仪器，以及航空发动机，都需要在模拟高温低温条件下进行性能实验。在高寒地区使用的汽车、拖拉机、坦克、常规武器、铁路车辆、建筑机械等，也都需要在模拟寒冷气候条件下的低温实验室里进行实验。为此就需要建造各种类型的低温试验室，其所要求的蒸发温度一般比较低，大约在-40°、-20°范围。此外，有些科学实验要求建立人工气候室以模拟高温、高湿、低温、低湿及高空环境。 这类宇宙空间特殊环境的创造和控制，对军事和宇航事业的发展具有重要作用。在建筑工业中，用冻土法挖掘土方。在挖掘矿井、隧道，或在泥沼、砂水处掘进时，可采用冻土法使工作面不坍塌，保证施工安全。混凝土加冰搅拌也已经普遍采用。三峡工程大坝混凝土预冷系统就是采用综合措施，在胶带机上琳冷水冷却骨料，然后用冷风机风冷，再加片冰拌和混凝土。这是为防止坝体混凝土出现危害性的温度裂缝所必须采取的措施，这些大坝工程需要大冷量的制冷机和片冰机。 在农业方面，对农作物种子进行低温处理，人工配种时牲畜良种精液的低温保存，模拟阳光的日光型植物生长箱育秧等均需要制冷技术。在医药卫生部门的冷冻手术，如心脏、外科、肿瘤、·白内障、扁桃腺的切除手术，皮肤和眼球的移植手术及低湿麻醉等，均需要制冷技术。医药工业中，还利用真空冷冻干燥技术保存如疫苗、菌种、毒种、血液制品等热敏性物质，以及制作各种动植物标本，低温干燥保存用于动物异种移植或同种移植的皮层、角膜、骨骼、主动脉、心瓣膜等组织。 此外，在微电子技术、光纤通信、能源、新型原材料、宇宙开发、生物工程技术这些尖端科学领域中，制冷技术也有重要的应用。下面简单地介绍制冷技术的发展历史。人类最早是将冬季自然界的天然冰雪，保存到夏季使用。这在我国、埃及和希腊等文化发展较早的国家的历史上都有记载。如《诗经》中就有“凿冰冲冲、纳于凌阴”的诗句，反映了当时人们贮藏天然冰的情况。《周礼》中有“凌人夏颁冰掌事”的记载。可见我国的采冰、贮冰技术早已采用。魏国曹植所写的《大暑斌》中亦有这样的诗句:“积素冰于幽馆，气飞积而为藉”。说明当时已懂得用冰作空调之用了。 西方最早来中国考察的意大利人马可·波罗，在他的《马可·波罗游记》一书中，对中国的制冰和建冰窖的方法有详细记述。古代的埃及和希腊很早就有利用冰的记载。埃及人将清水存于浅盘中，天冷通风时，由于蒸发吸热，使盘内剩余水结冰。这是较早的人工造冰。 以上列举的只是古代人对天然冰的收藏、利用和简单的人工制冰，还谈不上制冷技术。机械制冷技术是随着工业革命而开始的。1755年爱丁堡的化学教授库仑利用乙醚蒸发使水结冰。他的学生布拉克从本质上解释了融化和汽化现象，导出了潜热的概念，并发明了冰量热器，标志了现代制冷技术的开始。 1834年在伦敦工作的美国发明家彼尔金斯正式呈递了乙醚在封闭循·环中膨胀制冷的英国专利申请。这是蒸气压缩式制冷机的雏型。空气制冷机的发明比蒸气压缩式制冷机稍晚。18年美国人戈里介绍了他发明的空气制冷机，这是世界上第一台制冷和空调用的空气制冷机。1年法国卡列设计制造了第一台氨吸收式制冷机。在各种型式的制冷机中，压缩式制冷机发展较快。从187年美国人波义耳发明了氨压缩机，德国人林德建造第一台氨制冷机后，氨压缩式制冷机在工业上获得了较普遍的使用。随着制冷机型式的不断发展，制冷剂的种类也逐渐增多，从早期的空气、二氧化碳、乙醚到抓甲烷、二氧化硫、氨等。1929年随着氟利昂制冷剂的出现，使得压缩式制冷机发展更快，并且在应用方而超过了氨制冷机。随后，于2世纪印年代开始使用了共沸混合制冷剂，加世纪60年代又开始应用非共沸混合制冷剂。直至20世纪80年代关于淘汰消耗臭氧层物质问题正式被公认以前，以各种卤代烃为主的制冷剂的发展几乎已达到相当完善的地步。 此问题的出现及其替代技术的发展，使制冷剂又进人一个以HrC为主体和向天然制冷剂发展的新的历史阶段。20世纪制冷技术的发展还在于制冷范围的扩大，机器的种类和型式的增多，设各规模亦不断扩大。计算机技术的发展，亦推动了制冷技术的蓬勃发展，尤其是动态仿真优化、辅助设计、辅助侧试、自动控制、集成制造和生产工艺管理等方面计算机技术的应用。此外，家用电冰箱和空调器等家用电器的绿色化、智能化、网络化、信息化等等，这一切都预示着制冷技术更加美好的未来。 我国制冷机制造业是在加世纪年代末期才发展起来的。从20世纪50年代的仿制开始到20世纪印年代自行设计制造，并制订了有关产品系列和标准。以后又陆续发展了多种型式制冷机。目前制冷空调行业已具有品种比较齐全的大、中、小型制冷空调产品系列，产品质量、性能、技术水平较过去有很大的提高。并已形成有一定基础的科研、教学、设计和生产体系，正在缩小与国外先进水平的差距。 随着我国加人世界贸易组织，国际国内市场的竞争日趋平等和激烈，从整体而言，这将会对我国经济发展起推动作用。对于电冰箱、家用空调器、嗅化锉吸收式冷(热)水机组等在国内外市场已形成一定的竞争力。许多有自己特色的制冷空调产品的综合技术指标达到世界先进水平，并逐步进人国际市场，受到国外用户的青睐。另外行业内与国际知名企业或跨国公司进行合资、合作的企业近百家，产品包括部分制冷压缩机、‘冷水机组、冷冻冷藏设备等。其产品的先进性和价格均具市场竞争能力，一般不会受很大冲击。但是与跨国知名公司及其产品相比，我们在许多方面仍存在较大差距。例如，国内具有相当知名品牌和企业与国际跨国知名公司相比，无论是资本实力、生产规模、营销网络及方式，产品研究开发能力，还是品牌知名度与信誉度都有相当大的差距。制冷压缩机的研究开发和生产能力，制冷空调系统控制、智能化、网络化运行等亦存在较大差距，不具备竞争能力。我国虽已发展成为制冷空调产品的生产大国，但还不是制冷空调产品的强国。面对我国即将加入世贸组织的到来，国家大规模的现代化建设，特别是基础设施建设和农业的产品结构调整及推进城市化进程等改革措施都将会给我国制冷空调行业发展迎来新的机遇。目前国家投人巨资对机场、地铁、铁路、高速公路的建设将会带动大型空调机组、列车空调、冷藏运输车辆等产品的生产和促进我国冷藏链建设;加大农业投人，加速农业产业结构调整，将使谷物冷却机，粮食种子库的建设，蔬菜、水果、养殖加工业的发展和花卉业的兴起等，都将会导致冷冻，冷藏，气调储存设备产品的需求旺盛。国家这些政策的实施，.亦为从事制冷空调业的设计、监理、咨询等服务业带来项目支持等。随着我国加人世贸组织，门户将进一步开放，国外企业和资本的进人肯定会加速，竞争和挑战将会加剧，我国制冷空调行业仍面临着降低关税、开放服务贸易、管理方式和企业发展战略转变的影响，因此我们应充分利用世贸组织协定允许的过渡期，进行结构调整形成规模经济l’，注重科技形成自己的开发能力，提高制冷空调产品的整体水平，以增强国际竞争力。可以预言，21世纪我国制冷空调行业将会更飞速地发展。