[科普中國(guó)]-相變制冷

物質(zhì)相變制冷是利用液體在低溫下的蒸發(fā)過(guò)程及固體在低溫下的熔化或升華過(guò)程向被冷卻物體吸收熱量---即制冷量。

概述變制冷分為液體氣化制冷與固體熔化與升華制冷，由于液體自身具有流動(dòng)性，液體氣化制冷是廣泛應(yīng)用的。液體汽化成蒸氣的過(guò)程吸收熱量，從而達(dá)到制冷的目的，為了使其連續(xù)不斷地工作，成為一個(gè)循環(huán)，便必須使制冷劑在低壓下蒸發(fā)汽化、蒸氣升壓、高壓氣體液化和高壓液體降壓1。

分類相變制冷主要可以分為：冷相變冷卻、冰鹽相變冷卻、干冰相變冷卻這幾類。

冷相變冷卻

冰相變冷卻是最早使用的降溫方法，仍在廣泛應(yīng)用于日常生活、農(nóng)業(yè)、科學(xué)研究等各種領(lǐng)域。冰融化和冰升華均可用于冷卻。實(shí)際主要是利用冰融化的潛熱。

常壓下冰在0攝氏度融化,冰的汽化潛熱為335kj/kg。能夠滿足0攝氏度以上的制冷要求。

冰冷卻時(shí)，常借助空氣或水作中間介質(zhì)以吸收貝冷卻對(duì)象的潛熱。此時(shí)，換熱過(guò)程發(fā)生在水或空氣與冰表面之間。被冷卻物體所能達(dá)到的溫度一般比冰的溶解溫度高5-10攝氏度。厚度10厘米左右的冰塊，其比表面積在25-30平方米/立方米之間。為了增大比表面積，可以將冰粉碎成碎冰。水到冰的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為116W/（平方米*K）?？諝獾奖砻娴谋砻?zhèn)鳠嵯禂?shù)與二者之間的溫度差以及空氣的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)。

冰鹽相變冷卻

冰鹽是指冰和鹽類的混合物。用冰鹽制作制冷劑可以獲得更低的溫度。

冰鹽冷卻是利用冰鹽融化過(guò)程的吸熱。冰鹽融化過(guò)程的吸熱包括冰融化吸熱和鹽溶解吸熱這兩種作用。起初，冰吸熱在0攝氏度下融化，融化水在冰表面形成一層水膜；接著，鹽溶解于水，變成鹽水膜，由于溶解要吸收溶解熱，造成鹽水膜的溫度降低；繼而，在較低的溫度下冰進(jìn)一步溶化，并通過(guò)其表層的鹽水膜與被冷卻對(duì)象發(fā)生熱交換。這樣的過(guò)程一直進(jìn)行到冰的全部融化，與鹽形成均勻的鹽水溶液。 冰鹽冷卻能到達(dá)的低溫程度與鹽的種類和混合物中鹽與水的比例有關(guān)。

工業(yè)上應(yīng)用最廣的冰鹽是冰塊與工業(yè)食鹽NaCl的混合物。

干冰相變冷卻

固態(tài)CO2俗稱干冰。

CO2的三相點(diǎn)參數(shù)為：溫度-56攝氏度，壓力0.52MPa。干冰在三相點(diǎn)以上吸熱時(shí)融化為液態(tài)二氧化碳；在三相點(diǎn)和三相點(diǎn)一下吸熱時(shí)，則直接升華為二氧化碳蒸氣。

干冰是良好的制冷劑，它化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對(duì)人體無(wú)害。早在19世紀(jì)，干冰冷卻就用于食品工業(yè)、冷藏運(yùn)輸、醫(yī)療、人工降雨、機(jī)械零件冷處理和冷配合等方面2。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王寧 - 副教授 - 西南大學(xué)