冷凍冷藏技術(shù)及制冷設(shè)備的思考

唐健佳

（云南工業(yè)技師學(xué)院，云南 曲靖 655000）

0 引言

制冷設(shè)備是人們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常遇到的設(shè)備，如家用空調(diào)、冰箱等[1]。使用空調(diào)的制冷技術(shù)可使得家庭在炎熱的天氣里享受清涼舒適的環(huán)境。使用冰箱可對食品進(jìn)行冷凍和冷藏，這樣就利于食品的外觀、營養(yǎng)價值的保持，減少因蟲害損耗。目前，制冷設(shè)備廣泛應(yīng)用于食品冷凍冷藏、細(xì)胞儲存、冷存儲罐等[2]。制冷的基本原理是通過壓縮機作用將低壓蒸汽壓縮高壓蒸汽[3]，經(jīng)過冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器等，再將蒸汽送入壓縮機的入口，完成一次制冷循環(huán)。而由于不少人們對冷凍冷藏技術(shù)知識的欠缺，導(dǎo)致許多制冷設(shè)備的損壞，甚至產(chǎn)生安全事故，以及家庭不合理使用制冷設(shè)備，導(dǎo)致制冷設(shè)備壽命降低，產(chǎn)生安全隱患等，因此需對冷凍冷藏基本技術(shù)知識進(jìn)行普及。隨著智能物聯(lián)網(wǎng)時代的到了，許多設(shè)備將向著智能化方向發(fā)展[4-5]，制冷設(shè)備也不例外，通過智能物聯(lián)技術(shù)與冷凍冷藏技術(shù)的深度融合，將為制冷設(shè)備更好地服務(wù)人類社會提供具有積極意義的技術(shù)解決方案，而智能化離不開高性能的芯片技術(shù)及對智能技術(shù)的基礎(chǔ)研究，因此可從高性能芯片研發(fā)及對智能技術(shù)的基礎(chǔ)研究集成方面加快促進(jìn)制冷設(shè)備的發(fā)展。

1 冷凍冷藏技術(shù)與應(yīng)用

制冷是將物體的熱量排放到外部環(huán)境以產(chǎn)生低溫的過程，其中制冷設(shè)備扮演著關(guān)鍵中間聯(lián)接角色，制冷劑通過外界功（通常是電能）將高溫物體的熱量取出，并通過制冷設(shè)備本身將熱量排出，因此可使得高溫物體逐漸變冷，實現(xiàn)冷凍機冷藏。

制冷設(shè)備通常需要一定的工質(zhì)和介質(zhì)實現(xiàn)制冷，常用的制冷工質(zhì)為氟利昂，包括R12、R22等，制冷設(shè)備通過制冷介質(zhì)（空氣、水等）進(jìn)行熱量傳遞。制冷中的溫度表示物體的冷熱程度，在本質(zhì)上表現(xiàn)為分子運動的劇烈程度。人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｊ褂脭z氏溫度來表達(dá)一個物體的冷熱程度，除攝氏度外，用于表述物體冷熱程度的量還包括華氏溫度（。F）、熱力學(xué)溫度（K）。當(dāng)物體吸收或放出熱量時，如果物體僅表現(xiàn)為溫度的升高或降低，而沒有形態(tài)上的改變，則稱物體吸收或放出的熱為顯熱，否則稱之為潛熱。在制冷技術(shù)中，制冷劑氟利昂的汽化是一種沸騰過程，制冷設(shè)備中的壓縮機吸氣和排氣管中流過的氟利昂屬于過熱蒸汽。

目前，常用的制冷方法包括液體汽化制冷、氣體膨脹制冷、渦流管制冷、熱電制冷等。其中液體汽化制冷包括蒸汽壓縮式制冷、蒸汽吸收式制冷、蒸汽噴射式制冷、蒸汽吸附式制冷等。液體汽化制冷的基本原理如圖1所示。

圖1 液體汽化制冷

蒸汽壓縮式制冷的制冷劑以低溫狀態(tài)與物體產(chǎn)生熱交換，壓縮機排出的高壓制冷劑進(jìn)入冷凝器，被制冷介質(zhì)冷卻，以蒂塔低溫的氣液兩相混合物進(jìn)入蒸發(fā)器。蒸汽吸收式制冷設(shè)備一般包括兩個回路：制冷劑回路和溶液回路，其中吸收劑對制冷劑有很強的吸收能力，因此可用溶液回路代替壓縮機的作用，制冷劑溶液通過泵的方式傳輸?shù)桨l(fā)生器。蒸汽噴射式制冷使用鍋爐產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，在經(jīng)過噴嘴口出產(chǎn)生低壓，從而為水在低溫下汽化創(chuàng)造了條件，水汽化需從未汽化的水中吸收潛熱，使得未汽化的水溫度降低，這部分低溫水可用于制冷。熱電制冷是利用半導(dǎo)體材料的熱電效應(yīng)進(jìn)行制冷，利用PN結(jié)通電時的能量轉(zhuǎn)移吸收和放出熱量，是一種以溫差電現(xiàn)象為基礎(chǔ)的制冷方法。

2 智能技術(shù)與冷凍冷藏技術(shù)的融合探索

智能化是產(chǎn)品發(fā)展的方向，抓住智能時代的大熔爐契機，對智能技術(shù)與冷凍冷藏技術(shù)深度融合，對制冷設(shè)備的發(fā)展具有重要意義?？蓮母咝阅芴幚砥骷爸悄芗夹g(shù)模型庫兩方面進(jìn)行探索。

2.1 智能高性能處理器研發(fā)

智能高性能處理器是智能還產(chǎn)品的處理核心，是將智能化產(chǎn)品有機整合并動作的關(guān)鍵部件，因此高性能處理器的研發(fā)，以及將其應(yīng)用到制冷設(shè)備中，是生產(chǎn)制造制冷設(shè)備的重要過程。目前，國際上常見的處理器研發(fā)、生產(chǎn)或制造廠商包括Intel公司、Atmel公司、ARM公司、AMD公司、ST公司、華為公司等，其主要流行的處理器芯片包括Intel公司的酷睿芯片系列處理器、AMD公司的銳龍系列芯片處理器、華為公司的海思麒麟移動端芯片處理器等。同樣，處理器本身也要向著智能化方向發(fā)展，而目前在處理器本身上進(jìn)行智能化突破主要包括硬件突破和軟件突破。

硬件突破主要包括硬件電路的集成，硬件電路單板化并集成為SOC，智能化算法的硬件集成等，通過硬件突破的方式使得智能化單元被設(shè)計為基本電路，通過電路的電連接器、邏輯連接等組成智能化算法，使得智能單元的運算得到更大速度的釋放，因此較為適應(yīng)了智能化時代對數(shù)據(jù)快速運算的需求，更能夠滿足未來社會對運算速度的要求。軟件突破主要包括高效運算代碼的設(shè)計，智能化算法設(shè)計，高效的數(shù)據(jù)與存儲處理程序等，通過軟件突破的方式使得智能化運算不再依賴于具體的硬件設(shè)備，從而可將智能化應(yīng)用從具體硬件或設(shè)備中釋放出來，同時可在不同的設(shè)備間運行，克服了硬件兼容性問題，因此能夠更好地適應(yīng)人們對互聯(lián)互通、相互交融的需求。綜合分析可知，硬件突破和軟件突破是進(jìn)行智能化產(chǎn)品研發(fā)的主要突破路徑，且兩種突破方法均有其特點及適應(yīng)領(lǐng)域，在進(jìn)行設(shè)備研發(fā)時應(yīng)綜合考量兩種方法，設(shè)計更加符合時代和市場需求的制冷設(shè)備。

2.2 開源的智能模型庫

目前，智能系統(tǒng)研究主要包括了如圖像處理、模式識別、語音識別、智能交互、先進(jìn)控制等。其中圖像處理已廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，如醫(yī)學(xué)成像、視頻及圖像還原等；模式識別是一種基于概率統(tǒng)計等方法的識別、聚類方法，該類方法中包含了諸如貝葉斯概率統(tǒng)計、線性及非線性聚類等，在智能家居、智能汽車、智能移動終端中均有應(yīng)用。語音識別與智能交互是實現(xiàn)用戶與產(chǎn)品對話的一種方式，其中語音識別是目前研究的前沿，通過語音識別，對用戶語音的發(fā)聲頻率、響度、內(nèi)容等進(jìn)行自動判斷，從而使得設(shè)備能夠分辨出用戶類別及意圖，完成特定功能。先進(jìn)控制是實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的智能系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其中包括對設(shè)備的運動及動力控制、開關(guān)邏輯控制、制冷及熱控制等，先進(jìn)的控制方法能夠幫助設(shè)備通過圖像、語音等判斷的模式進(jìn)行穩(wěn)定可靠的動作，因此在智能設(shè)備中占據(jù)重要地位。

制冷設(shè)備與智能系統(tǒng)的融合亦可從智能系統(tǒng)的基礎(chǔ)研究開始，如可通過圖像處理，判斷人的相貌，從而判斷出是否為主人或家屬，從而決定是否設(shè)備是否開啟或關(guān)閉，通過模式識別判斷設(shè)備目前的運行情況，是否產(chǎn)生了故障及故障的類別是什么，通過交互終端告訴用戶。通過語音識別功能判斷用戶的語音指令是什么，并通過語音交互完成用戶需求的動作。同時，智能的制冷設(shè)備離不開先進(jìn)的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)能夠精確可靠地控制制冷或制熱是判斷制冷設(shè)備性能優(yōu)劣的重要標(biāo)準(zhǔn)。

目前，許多的智能算法、模型在工程領(lǐng)域得到了具體應(yīng)用，但這些智能模型并未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，仍處于離散狀態(tài)，因此有必要將目前較成熟的智能模型集成為一個可供開發(fā)者共享的智能模型庫，基于共享模型庫使得設(shè)計師可快速地設(shè)計和實現(xiàn)智能系統(tǒng)。對制冷設(shè)備的研發(fā)來說，可從集成智能模型到應(yīng)用智能方面加速智能制冷設(shè)備的研發(fā)。

3 結(jié)語

制冷設(shè)備伴隨著人們的日常生活、生產(chǎn)。本文介紹了冷凍冷藏技術(shù)及常用的制冷手段和方法，包括液體汽化制冷、氣體膨脹制冷、渦流管制冷、熱電制冷。并對制冷設(shè)備智能化進(jìn)行了可行性探索，提出可從高性能微處理器和智能模型庫兩個方面進(jìn)行。提出處理器本身智能化可從硬件突破和軟件突破，并提出共享智能模型庫設(shè)想，從而加速對智能制冷設(shè)備的研發(fā)。