[科普中國]-相變制冷

物質相變制冷是利用液體在低溫下的蒸發(fā)過程及固體在低溫下的熔化或升華過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性，液體氣化制冷是廣泛應用的。液體汽化成蒸氣的過程吸收熱量，從而達到制冷的目的，為了使其連續(xù)不斷地工作，成為一個循環(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，仍在廣泛應用于日常生活、農業(yè)、科學研究等各種領域。冰融化和冰升華均可用于冷卻。實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，常借助空氣或水作中間介質以吸收貝冷卻對象的潛熱。此時，換熱過程發(fā)生在水或空氣與冰表面之間。被冷卻物體所能達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)鳠嵯禂禐?16W/（平方米*K）?？諝獾奖砻娴谋砻?zhèn)鳠嵯禂蹬c二者之間的溫度差以及空氣的運動情況有關。

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程的吸熱。冰鹽融化過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一步溶化，并通過其表層的鹽水膜與被冷卻對象發(fā)生熱交換。這樣的過程一直進行到冰的全部融化，與鹽形成均勻的鹽水溶液。 冰鹽冷卻能到達的低溫程度與鹽的種類和混合物中鹽與水的比例有關。

工業(yè)上應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的三相點參數為：溫度-56攝氏度，壓力0.52MPa。干冰在三相點以上吸熱時融化為液態(tài)二氧化碳；在三相點和三相點一下吸熱時，則直接升華為二氧化碳蒸氣。

干冰是良好的制冷劑，它化學性質穩(wěn)定，對人體無害。早在19世紀，干冰冷卻就用于食品工業(yè)、冷藏運輸、醫(yī)療、人工降雨、機械零件冷處理和冷配合等方面2。

本詞條內容貢獻者為:

王寧 - 副教授 - 西南大學