Виды процессов охлаждения

Процесс охлаждения можно классифицировать как отвод сухой или скрытой теплоты в зависимости от воздействия поглощенной теплоты на хладагент. Когда поглощенная теплота вызывает повышение температуры хладагента, это процесс охлаждения с отводом сухой теплоты, а при изменении физического состояния хладагента (плавление или кипение), это процесс охлаждения с отводом скрытой теплоты. Если охлаждение должно быть непрерывным, температуру хладагента необходимо постоянно поддерживать ниже желательной температуры. Данная разница температур - это движущая сила процесса теплопередачи. Для примера, 2,2 кг воды при О °С поместили в открытый контейнер в изолированной камере при начальной температуре 21,1 °С. Какое-то время теплота будет переходить из камеры при 21,1 °С воде при 0 °С.

В результате обмена кинетической энергии температура в камере понизится, а температура воды поднимется. На каждые 1055 Дж теплоты, которую вода поглощает из воздуха в камере, температура воды увеличится на 0,56 °С, а теплота воздуха понизится на 253 Дж. Далее интенсивность теплопередачи снизится, температура воды и камеры уравняется, и процесс теплопередачи закончится. Данные характеристики показывают, что такой вид процесса охлаждения не может работать непрерывно, так как температура хладагента не поддерживается ниже, чем желаемая температура. В данном проекте теплота не покидает камеру. Она только передается от продукта воде. Если сосуд удалить из камеры и заменить воду, энергия пересечет границы системы.

Возможно получить непрерывное охлаждение с отводом сухой теплоты при условии, что хладагент непрерывно охлаждается и распространяется по камере. Жидкие хладагенты реже используются в процессах кратковременного охлаждения, так как их значения удельной теплоемкости намного меньше, чем значения скрытой теплоты. Жидкие хладагенты почти исключительно используются в непрерывных процессах, где большое количество тепловой энергии поглощается в процессе испарения. Пары сжимаются и посылаются обратно в камеру, и цикл продолжается.

Если сосуд с водой заменить льдом, процесс охлаждения с отводом сухой теплоты преобразуется в процесс с отводом скрытой теплоты.При поглощении теплоты температура льда не меняется. Вместо этого лед изменяет состояние с твердого на жидкое, а его температура остается постоянной — 0 °С. Теплота, поглощенная льдом, уходит с водой, которая стекает по сливной трубе. Но так как охлаждение заканчивается после того, как лед растает, этот процесс не непрерывный. Охлаждение с отводом скрытой теплоты можно получить, используя тело или жидкость, которая охлаждает хладагент. Твердые хладагенты, которые применяются наиболее часто — это лед и твердый углекислый газ (сухой лед). Лед переходит в жидкое состояние при 0°F, а твердый углекислый газ переходит непосредственно в состояние пара при температуре -78,3 °С при стандартном атмосферном давлении.