制冷技术的前世今生（课件）

制冷技术的前世今生 提起夏天，你会想到什么？空调、雪糕、冰西瓜？夏天坐在空调房里喝冷饮的时候，难免会好奇，在没有发明空调前，古代人夏天是怎么消暑的？ 古代人制冷技术 早在先秦时期，王室贵族已经可以利用冰块来降温消暑、给食物保鲜。据《周礼》记载，周朝时，已经有了专门管理冰块的机构和负责人。冬天，有专人负责采集冰块，并储藏在冰窖中；夏天，皇帝会将冰块赏赐给臣子，作为一项福利。冰块被盛放在一个木制或青铜制的箱子里，这个器皿被称为“冰鉴”，充当空调和冰箱的作用。 到了唐朝末年，工匠在生产火药时，意外发现硝石溶于水会使周围的水降温结冰。于是，他们开始利用硝石制冰。硝石溶于水后，可以采用降温结晶法或蒸发结晶法将硝石提取出来再重复利用。有了这种方法，生产储存冰块的成本便大大降低了。宋朝时，繁华的集市上，市民已经可以吃到各式各样的冰饮。诗人杨万里有诗云：“卖冰一声隔水来，行人未吃心眼开。” 除了利用冰块降温，人们还发明了各式各样的制冷装置和建筑，如七轮扇、自雨亭、含凉殿等。唐代含凉殿的设计就非常巧妙，殿中安装有许多水车，流水带动风扇转动，冰凉的水汽和冷风被送入宫殿内；而转动的风扇将冷水带到屋顶，然后沿檐流下，形成人造水帘，起到避暑降温的作用。 古希腊人和古罗马人把大量的雪埋在储藏室下面的坑中，然后用木板和稻草来隔热，古埃及人在土制的罐子里装满开水，并把这些罐子放在他们上面，这样使罐子抵挡夜里的冷空气。在古印度，蒸发制冷技术也得到了应用。当一种流体快速蒸发时，它迅速膨胀，升起的蒸汽分子的动能迅速增加，而增加的能量来自周围的环境中，周围环境的温度因此而降低。 中世纪的化学制冷 在中世纪时期，冷却食物是通过在水中加入某种化学物质像硝酸钠或硝酸钾，而使温度降低，1550年记载冷却酒就是通过这种方法。这就是制冷工艺的起源。 在法国冷饮是在1660年开始流行的。人们用装有溶解的硝石的长颈瓶在水里旋转来使水冷却。这个方法可以产生非常低的温度并且可以制冰。在17世纪末，带冰的酒和结冻的果汁在法国社会已非常流行。 近代制冷技术 1755年爱丁堡的化学教师库仑利用乙醚蒸发使水结冰并发明了冰量热器。标志着现代制冷技术的开始。 1834年英国人波尔金斯制成第一台用乙醚为制冷剂的制冷机。这台机器是现代制冷机的雏形。 1875年卡利和林德用氨做制冷剂，蒸汽压缩式制冷机开始占有统治地位。1884年，高里用密封循环的空气制冷机为患者建立了一座空调站。1859年，卡列发明了氨水吸收式制冷系统。1910年，莱兰克发明了蒸汽喷射式制冷系统。 有意思的是，如今人们夏天几乎离不开的空调，在诞生之初却并非为了给人类生活降温。 1902年，美国一家印刷厂因为空气温度和湿度不恒定，导致印刷作业受到影响。为了解决这一问题，工程师威利斯·开利发明了首台现代电力空调设备。这个设备被行业内认定为空调业诞生的标志，而他也因此被誉为“空调之父”。 现代制冷技术 空调出现后，凭借着可以调节生产过程中温度和湿度的优势，进入了化工、制药、食品等多个行业。后来，一些公共场所，诸如百货商场、办公大楼、电影院等也安装了空调。空调离人们的日常生活越来越近。 空调制冷技术被美国工程院评为20世纪最伟大的20项工程技术成就之一。它的重要性，如今更加不言而喻。 随着空调业的发展，空调的品牌越来越多，能耗越来越低，性能越来越好。在保证舒适的同时，节能环保也成为空调业关注的重点。 制冷技术的应用：从社会生活到科学研究 随着制冷技术的发展，人类的日常生活、工业生产，甚至是高新技术的研发，都已经离不开制冷技术。 120K，是按照制冷所得到的温度范围，划分制冷技术的一个关键节点。“K”即开尔文，是国际单位制中的温度单位。开尔文以绝对零度为起点，即120K=-153.15℃。 120K以上的制冷技术，为普通制冷。 普通制冷技术可以说是我们日常生活中最常用的制冷技术。商场、电影院、展览馆等公共场合，汽车、火车、飞机等公共交通工具，这些地方所使用的空调，都属于普通制冷技术的应用范畴。其次，我们在生产、储存、运输食物、药物的过程中，为防止物品变质，需要用冰箱、冷柜等对其进行冷冻或者冷藏，这也离不开普通制冷技术。普通制冷技术为我们的生活提供了许多的便利。 120K以下的制冷技术，为低温制冷。日常生活中，我们几乎用不到低温制冷技术。但是低温制冷技术却可以推动许多高新技术的发展，在科学研究、航空航天、材料、能源、医学等诸多领域有着广泛的应用。 能源领域，科学家利用低温制冷技术进行气体液化。如将氢气液化为液氢。液氢的能量密度很高，且运输过程中比氢气更加安全，是氢能源优质的储存和运输方式之一。液氢与液氧组成的低温液体推进剂，被广泛应用于航天发射。我国用于发射问天实验舱的长征五号运载火箭，就是使用了液氢液氧推进剂。相比于传统的推进剂，采用液氢液氧作为推进剂的发动机，比冲性能更高，更加绿色环保，也适宜重复使用。 低温制冷技术在芯片制造领域也发挥着极为重要的作用。今年3月，国内某研究团队自主研发的“量子计算用国产极低温稀释制冷机”，顺利通过鉴定委员会鉴定。该项目创造了已公开报道的连续运行最低温度和制冷量两项国内纪录。“量子计算用国产极低温稀释制冷机”是一种能够提供接近绝对零度低温环境的高端科研仪器。它可以满足量子计算的温度和冷量需求，是发展量子计算、研究量子技术的关键核心设备之一。 制冷技术的未来：绿色环保且节能 太阳能制冷。按照不同的能量转换方式，太阳能实现制冷主要通过两种方式：一是实现光到电的转换，利用电力制冷；二是实现光到热的转换，利用热能制冷。相比于常规的制冷技术，太阳能制冷技术的工质里不含氟利昂等物质，对于保护臭氧层有重要意义。此外，太阳能制冷设备几乎不需要消耗电力等常规能源，可以节约成本。目前，这项技术在我国还处于试验阶段。相信随着研究的深入，这项技术在不久的将来便可走进千家万户。 磁制冷。磁制冷是利用磁热效应制冷。其采用磁性物质为制冷工质，不仅利于保护环境，而且具有较高的效率和可靠性。磁制冷的应用极其广泛，在多个领域都可适用。业内人士认为，磁制冷或将在太空探索与开发中发挥重要作用。 地热制冷。地热制冷主要以地热蒸汽或地热水提供的热能，驱动吸收式制冷设备制冷。地热能为可再生能源，热流密度大、容易收集、参数稳定且使用方便。这些优点使得地热制冷技术节能环保，性能可靠，被广泛应用于许多领域。 如今，制冷技术已成为人类生产生活不可或缺的关键技术。如何让这项技术在更好地服务全人类的同时，既节约能源，又保护环境，是研究者未来一项长期的课题。 谢谢观看 $$nullnullnullnullnull