Физични процеси, използвани за охлаждане
Охлаждане чрез разширяване на газове.
Когато сгъстеният газ се разширява и извършва външна работа поради вътрешна енергия, температурата на газа намалява. Най-голямото охлаждане на въздуха в хладилните камери може да се постигне с адиабатно разширение, което протича без топлообмен с околната среда при постоянна ентропия. В този процес работата на разширението се извършва само поради вътрешната енергия на газа. Ако въздухът, компресиран до 9 МРа при температура на околната среда, се разшири адиабатично до 0,1 МРа, температурата му ще падне до -190°C.
Охлаждане чрез дроселиране.
Дроселирането е намаляване на налягането на течност или газ без промяна на енталпията. На практика се извършва, когато течност или газ преминава през стеснен участък (клапан, кран и др.) от кухина с високо налягане към кухина с по-ниско налягане. Този процес също е вид процес на разширяване с намаляване на вътрешната енергия на тялото. В процеса на дроселиране обаче не се създава полезна работа. Вътрешната енергия се изразходва за преодоляване на триенето по време на преминаването на течност или газ през стеснения участък на клапана, крана.Трябва да се отбележи, че този принцип не се използва в съвременните хладилни агрегати.
Дроселирането на течности и при определени условия на реални газове е придружено от намаляване на температурата (ефектът на Джаул-Томсън). При дроселиране на реални газове температурата намалява по-малко значително, отколкото при адиабатно разширение в даден диапазон на налягане. При дроселиране на течности крайната температура може да бъде същата като при адиабатно разширение, което се използва по-специално при производството на течен лед в машини за лед. По време на дроселирането настъпва значително понижаване на температурата на течносттарезултат от частично изпаряване. По време на дроселиране се наблюдава повече изпарение, отколкото по време на адиабатно разширение на течността. Това се дължи на факта, че работата на силите на триене по време на дроселиране се превръща в топлина и се предава на дроселираната течност, тъй като процесът протича бързо и практически няма топлообмен с околната среда.
Термоелектрическо охлаждане.
Той се основава на ефекта на Пелтие, чиято същност се състои в това, че под въздействието на електрически ток, преминаващ през верига от два различни проводника или полупроводника, на кръстовищата се появяват различни температури. Това явление е показано схематично на фиг. 1а. Ако температурата на студения възел е под околната, тогава той може да се използва като охладител. Опитът показва, че двойки, съставени от полупроводници, дават значителна разлика в температурата на кръстовищата. Съединенията на бисмут, антимон и селен се използват като материали за полупроводникови двойки с добавяне на малко количество добавки.
Ориз. 1. Схематична диаграма и елементи на термоелектрическо охлаждане:
а - принципна диаграма; 6 - полупроводников термоелемент (1, 2 - полупроводници, 3 - свързващи медни плочи); c - термобатарея.
На фиг. 1, 6 показва термоелемент, състоящ се от два полупроводника 1 и 2, свързани последователно един с друг с помощта на медна плоча 3. Термоелементите са свързани последователно в батерия (фиг. 1.0) също с медни плочи, осигуряващи връзки. Ако постоянен електрически ток преминава през термоелемента (батерията), тогава в кръстовищата (на медни плочи) възникват различни температури. На едно от кръстовището температурата пада до Tx и студеният контакт поглъща топлина Q0 от охладената среда. На друг горещ спа центъртоплината Qr ще бъде освободена и прехвърлена в околната среда.
Предимството на термоелектрическото охлаждане е липсата на движещи се части, работна течност, безшумност, надеждност и издръжливост на хладилното оборудване. Използването на този метод на охлаждане обаче е ограничено от високата цена и високата консумация на енергия.