制冷系统由压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器组成，制冷系统可分为直接蒸发式（氨系统）和间接冷却式（盐水或乙醇—水系统）两种。。

制冷系统 - 简介

制冷系统由制冷剂和四大机件，即压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器组成。

制冷系统 - 分类

制冷系统

制冷系统

制冷系统可分为直接蒸发式（氨系统）和间接冷却式（盐水或乙醇—水系统）两种。

直接蒸发制冷系统是氨经压缩机冷凝后，通过膨胀直接送至蒸发器或冷风机，使周围介质降温冷却。

其优点是：降温效果快、可获得较低的温度、操作方便、耗电量小。

缺点是：无缝钢管用量大，耗氨量较大。

间接制冷系统是采用直接蒸发式先将盐水池（或冷水池）的盐水冷却，然后用盐水离心泵将冷冻盐水（或冷水）送至降温设备降温。

其优点是：氨耗量较少、无缝钢管耗量少、系统安装较容易、危险性较小、可预先冷却较大量的盐水或冷水，供冷冻系统使用。

其缺点是：系统复杂、耗电量较大、盐水对管道的腐蚀性大、维修费用高。

制冷系统 - 制冷剂选用条件

①不燃、不爆、无毒、无刺激。

②蒸发潜热大，以便有较高的制冷效率。

③临界温度高于室温

④在室温下冷凝所需压力不要太大，以便密闭蒸发器容易制造

⑤冷凝温度不宜太低，以便液化容易。

⑥蒸发压力稍高于大气压，这样容易避免空气渗入系统内

⑦传热系数大，便于热交换。

⑧粘度小，以减少流动阻力。

⑨单位质量的体积小，以节省系统的空间。

⑩没有腐蚀性，有一定溶解水的能力，以免降温时结出冰渣，堵塞管路。

国际上规定可作制冷剂的物质都以R为缩写字头后缀以数码表示，如氨用R717表示,水用R718表示,氟里昂12用R12表示。目前能满足上述条件的制冷剂首推氟里昂系列，例如目前电冰箱用制冷剂主要为氟里昂12（代号R12）,学名二氟二氯甲烷，化名分子式CHF2CL2。目前空调器用制冷剂主要为氟里昂22（代号R22）,学名二氟一氯甲烷，化名分子式CHF2CL。[1]

制冷系统 - 制冷循环

在蒸汽压缩式制冷系统中，制冷剂从某一状态开始，经过各种状态变化，又回到初始状态，在这个周而复始的热力过程中，每一次都消耗一定机械能（电能）而从低温物体中吸出热量，并将此热量转移到高温物体。这个一面改变制冷剂状态，一面完成制冷剂作用的全过程被称为制冷循环。

⑴蒸发过程：节流降压后的制冷剂液体（混有饱和蒸汽）进入蒸发器，从周围介质吸热蒸发成气体，实现制冷。在蒸发过程中，制冷剂的温度和压力保持不变。从蒸发器出来的制冷剂已成为干饱和蒸汽或稍有过热度的过热蒸汽了。物质由液态变成气态时要吸热，这就是制冷系统中使用蒸发器吸热制冷的原因。

⑵压缩过程：压缩机是制冷系统的心脏，在压缩机完成对蒸汽的吸入和压缩过程，把从蒸发器出来的低温低压制冷剂蒸汽压缩成高温高压的过热蒸汽。压缩蒸汽时，压缩机要消耗一定的外能即压缩功。

⑶冷凝过程：从压缩机排出来的高温高压蒸汽进入冷凝器后同冷却剂进行热交换，使过热蒸汽逐渐变成饱和蒸汽，进而变成饱和液体或过冷液体。冷凝过程中制冷剂的压力保持不变。物质由气态变为液态时要放出热量，这就是制冷系统要使用冷凝器散热的道理。冷凝器的散热常采用风冷或水冷的形式。

⑷节流过程：从冷凝器出来的高压制冷剂液体通过减压元件（膨胀阀或毛细管）被节流降压，变为低压液体，然后再进入蒸发器重复上述的蒸发过程。

上述四个过程依次不断循环，从而达到制冷的目的。

制冷片也叫热电半导体制冷组件，帕尔贴等。因为制冷片分为两面，一面吸热，一面散热，只是起到导热作用，本身不会产生冷，所以又叫致冷片，或者说应该是叫致冷片。

概述

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一、预备知识：

1．Peltier effect（珀尔帖效应）：

珀尔帖效应的论述很简单——当电流通过热电偶时，其中一个结点散发热而另一个结点吸收热，这个现象由法国物理学家Jean Peltier在1834年发现。

2．P型半导体

半导体材料的一种形式，其导带中的电子密度超过了价带中的空穴密度。P型材料通过增加受主(acceptor)杂质来形成，例如在硅上掺杂硼。

3．N型半导体

半导体材料的一种形式，在导带中的电子密度大于在价带中的空穴密度的半导体，N型材料通过对硅的晶体结构中加入施主杂质(掺杂)——比如砷或磷——来得到。

2珀尔帖效应应用

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半导体致冷器是由半导体所组成的一种冷却装置，於1960左右才出现，然而其理论基础Peltier effect可追溯到19世纪。如图是由X及Y两种不同的金属导线所组成的封闭线路。

通上电源之後，冷端的热量被移到热端，导致冷端温度降低，热端温度升高，这就是的Peltier effect 。这现象最早是在1821年，由一位德国科学家Thomas Seeback首先发现，不过他当时做了错误的推论，并没有领悟到背後真正的科学原理。到了1834年，一位法国表匠，同时也是兼职研究这现象的物理学家 Jean Peltier，才发现背後真正的原因，这个现象直到近代随著半导体的发展才有了实际的应用，也就是[致冷器]的发明(注意，这种叫致冷器，还不叫半导体致冷器)。

三、半导体致冷法的原理以及结构：

半导体热电偶由N型半导体和P型半导体组成。N型材料有多余的电子，有负温差电势。P型材料电子不足，有正温差电势；当电子从P型穿过结点至N型时，结点的温度降低，其能量必然增加，而且增加的能量相当于结点所消耗的能量。相反，当电子从N型流至P型材料时，结点的温度就会升高。

直接接触的热电偶电路在实际应用中不可用，所以用下图的连接方法来代替，实验证明，在温差电路中引入第三种材料（铜连接片和导线）不会改变电路的特性。

这样，半导体元件可以用各种不同的连接方法来满足使用者的要求。把一个P型半导体元件和一个N型半导体元件联结成一对热电偶，接上直流电源后，在接头处就会产生温差和热量的转移。

在上面的接头处，电流方向是从N至P，温度下降并且吸热，这就是冷端；而在下面的一个接头处，电流方向是从P至N，温度上升并且放热，因此是热端。

因此是半导体致冷片由许多N型和P型半导体之颗粒互相排列而成，而N/P之间以一般的导体相连接而成一完整线路，通常是铜、铝或其他金属导体，最後由两片陶瓷片像夹心饼乾一样夹起来，陶瓷片必须绝缘且导热良好，外观如下图所示。

3制冷片的技术应用

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半导体制冷片作为特种冷源，在技术应用上具有以下的优点和特点：

1、 不需要任何制冷剂，可连续工作，没有污染源没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件是一种固体片件，工作时没有震动、噪音、寿命长，安装容易。

2、 半导体制冷片具有两种功能，既能制冷，又能加热，制冷效率一般不高，但制热效率很高，永远大于1。因此使用一个片件就可以代替分立的加热系统和制冷系统。

3、 半导体制冷片是电流换能型片件，通过输入电流的控制，可实现高精度的温度控制，再加上温度检测和控制手段，很容易实现遥控、程控、计算机控制，便于组成自动控制系统。

4、 半导体制冷片热惯性非常小，制冷制热时间很快，在热端散热良好冷端空载的情况下，通电不到一分钟，制冷片就能达到温差。

5、 半导体制冷片的反向使用就是温差发电，半导体制冷片一般适用于中低温区发电。

6、 半导体制冷片的单个制冷元件对的功率很小，但组合成电堆，用同类型的电堆串、并联的方法组合成制冷系统的话，功率就可以做的很大，因此制冷功率可以做到几毫瓦到上万瓦的范围。

7、 半导体制冷片的温差范围，从正温90℃到负温度130℃都可以实现。

4应用领域

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通过以上分析，半导体温差电片件应用范围有：制冷、加热、发电，制冷和加热应用比较普遍，有以下几个方面：

1、 军事方面：导弹、雷达、潜艇等方面的红外线探测、导行系统。

2、 医疗方面;冷力、冷合、白内障摘除片、血液分析仪等。

3、 实验室装置方面：冷阱、冷箱、冷槽、电子低温测试装置、各种恒温、高低温实验仪片。

4、 专用装置方面：石油产品低温测试仪、生化产品低温测试仪、细菌培养箱、恒温显影槽、电脑等。

5、 日常生活方面：空调、冷热两用箱、饮水机、电子冰箱等。此外，还有其它方面的应用，这里就不一一提了。

制冷量是指空调进行制冷运行时，单位时间内从密闭空间、房间或区域内去除的热量总和。制冷量大的空调适用于面积比较大的房间，且制冷速度较快。

举例说明

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制冷量是指空调进行制冷运行时，单位时间内从密闭空间、房间或区域内去除的热量总和。制冷量大的空调适用于面积比较大的房间，且制冷速度较快。以15平方米的居室面积为例，使用额定制冷量在2500w左右的空调比较合适。

民用空调的制冷量单位是“匹”，1匹=2324W；机房用的空调的制冷量一般都比较大，单位是“kW”。

选择制冷量的原则是：空调器的制冷量应略大于房间的冷负荷，房间的热负荷应考虑到房间的朝向，墙壁和屋顶的隔热情况，以及室内热源包括人员的多少。

举例：一个16平方米的卧室或客厅，需配多大冷量的空调器？

普通房间冷负荷的推荐值为115－145W/m2，取中间值130 W/m2为计算依据，则冷负荷=130×16=2080W。 由于空调器的实际制冷量比名义值低8%，因此所选空调器的名义制冷量必须大于2080÷0.92=2260W。选用空调器的名义制冷量应该为2300 W左右。

对于空调效果要求较高的房间，冷负荷应取160－180 W/m2。 这里再提一下瓦（W）过去用制冷量单位千卡/小时（kcal/h）之 间的关系： 1W=0.86kcal/h； 1kcal/h=1.16W。

日本空调维修器常用压缩机的功率（马力）数值来表示制冷量，这是过去的习惯，并不确切，因为各厂和各个时期产品的性能系数是不同的，但大致上马力数与制冷量有如下关系：

0．5匹机组 制冷量1600－2000W

0．75匹机组 制冷量1800－2400W

1匹机组 制冷量2200－2800W

1．5匹机组 制冷量3200－4000W

2匹机组 制冷量4000－5000W

2单位换算

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1. 1 kcal/h (大卡/小时) = 1.163W，1 W = 0.8598 kcal/h；

2. 1 Btu/h (英热单位/小时) = 0.2931W，1 W = 3.412 Btu/h；

3. 1 USRT (美国冷吨) = 3.517 kW，1 kW = 0.28434 USRT；

4.1日本冷吨=3320千卡/小时（kcal/h）=3.861千瓦（KW）

1英国冷吨=3373千卡/小时（kcal/h）=3.923千瓦（KW）

5. 1 kcal/h = 3.968 Btu/h，1 Btu/h = 0.252 kcal/h；

6. 1 USRT = 3024 kcal/h，10000 kcal/h = 3.3069 USRT；

7. 1匹 = 0.735kw x cop00000

说明：

1. “匹”用于动力单位时，用Hp(英制匹)或Ps(公制匹)表示，也称“马力”，1 Hp (英制匹) = 0.7457 kW，1 Ps (公制匹) = 0.735 kW；

2. 中小型空调制冷机组的制冷量常用“匹”表示，大型空调制冷机组的制冷量常用“冷吨（美国冷吨）”表示。

应用：

制冷性能系数（COP）

测定的制冷量Q和消耗总功率N的比值，公式：COP=Q/N。