bài viết refrigerationBritannica sinh viên

Nhấp vào sử dụng: 56

Việc làm mát của các chất hoặc các không gian kèm theo nhiệt độ thấp được gọi là lạnh. Lạnh được sử dụng thường xuyên nhất để giữ cho thức ăn hoặc thuốc làm hư, kể từ khi vi khuẩn phát triển chậm lại ở nhiệt độ thấp hơn. Một ví dụ phổ biến là các tủ lạnh gia đình, trong đó thực phẩm có thể được lưu trữ ngày ở nhiệt độ khoảng 40 ° F (4 ° C). Thực phẩm giữ đông lạnh ở nhiệt độ gần 0 ° F (-18 ° C) có thể được lưu trữ trong nhiều tháng mà không có sâu hoặc mất mát của hương vị. Lạnh cũng được sử dụng thương mại để lưu trữ thực phẩm trong kho, vận chuyển thực phẩm, vật liệu sinh học, và hóa chất nhất định. Nhiều loại rau trong tủ lạnh trong quá trình vận chuyển để họ sẽ kéo dài lâu hơn trên các kệ hàng. (Xem chế biến thực phẩm).

Lạnh cũng được sử dụng để không khí nóng, mát mẻ và thoải mái tăng ở những nơi như nhà cửa và văn phòng (xem điều hòa nhiệt độ). Một số ứng dụng, chẳng hạn như sản xuất oxy lỏng hoặc nitơ lỏng, đòi hỏi nhiệt độ dưới -240 ° F (-151 ° C). Đây là lĩnh vực chất làm lạnh, trong đó đề với vật chất ở nhiệt độ rất thấp. Thiết bị đặc biệt là cần thiết để sản xuất và duy trì nhiệt độ này (xem chất làm lạnh). Khí đốt tự nhiên có thể được làm lạnh tới khoảng -265 ° F (-165 ° C), nhiệt độ mà khí trở thành chất lỏng vận chuyển trong các tàu được thiết kế đặc biệt. Nó được lưu trữ trong các bể làm lạnh và cách nhiệt.

Nói đúng ra, làm lạnh không phải là một quá trình tự nhiên. Trong tự nhiên, tất cả các quy trình liên quan đến việc chuyển giao nhiệt được tiến hành theo hướng chuyển nhiệt từ càng nóng để cơ thể lạnh hơn theo quy định của pháp luật thứ hai của nhiệt động lực học (năng lượng, "Luật pháp của nhiệt động học"). Như vậy, nhiệt độ của chính nó di chuyển từ nóng lạnh, và một đối tượng lạnh cuối cùng sẽ đạt đến nhiệt độ của môi trường xung quanh của nó. Do đó, một nguồn năng lượng bên ngoài là cần thiết để làm mát một đối tượng và duy trì nó ở nhiệt độ dưới đây của môi trường xung quanh của nó. Nói chung, các nguồn năng lượng cơ khí hoặc điện được sử dụng. Khi một đối tượng được làm lạnh, truyền nhiệt từ môi trường có thể được làm chậm lại nhưng không dừng lại hoàn toàn cách ly các đối tượng. Điều này được thực hiện bằng cách xung quanh đối tượng với các vật liệu có một sức đề kháng cao để truyền nhiệt, chẳng hạn như các sợi thủy tinh và sợi len đá được sử dụng trong các bức tường tủ lạnh và cách nhiệt nhà (xem cách điện).

Các loại làm lạnh

Nếu nhiệt độ giảm được yêu cầu chỉ trong một thời gian ngắn, các phương pháp khác nhau đơn giản làm mát có thể được sử dụng. Một trong những phương tiện đơn giản nhất của tủ lạnh, một khối nước đá tinh khiết trong một hộp kín, có thể giữ nhiệt độ trong container tại 32 ° F (0 ° C), nhưng không thấp, cho đến khi tất cả các băng đã tan chảy. Băng có thể được sử dụng cho các đối tượng mát mẻ bởi vì một số lượng đáng kể năng lượng, được gọi là nhiệt nóng chảy, là cần thiết để làm tan chảy băng (nhiệt, "Properties khác của nhiệt"). Năng lượng này được lấy từ môi trường xung quanh và từ các đối tượng tiếp xúc với nước đá.

Bay hơi và thăng hoa.

Một phương pháp đơn giản làm lạnh bay hơi làm mát. Nếu một chất lỏng bay hơi nhanh chóng, động năng, năng lượng của chuyển động của các phân tử tăng (năng lượng). Phần lớn năng lượng này được rút ra từ môi trường xung quanh ngay lập tức, do đó làm lạnh. Một ví dụ của loại hình này làm mát là đổ mồ hôi: da được làm lạnh khi mồ hôi bốc hơi từ bề mặt. Trong khí hậu nóng, khô, không khí bên trong có thể được làm lạnh bằng cách bơm nước vào một luồng không khí thổi qua một tòa nhà. Khi nước bốc hơi, làm mát dòng khí. Nguyên tắc này được sử dụng trong cái gọi là "đầm lầy làm mát" ở Tây Nam Hoa Kỳ trước khi sử dụng điều hòa không khí hiện đại trở nên phổ biến.

Một số vật liệu rắn chuyển đổi trực tiếp vào khí mà không cần đầu tiên trở thành chất lỏng. Hiện tượng này, được gọi là thăng hoa, có thể được sử dụng cho tủ lạnh vì nhiệt được hấp thụ từ môi trường xung quanh trong quá trình thăng hoa. Một ví dụ phổ biến là sự bay hơi của rắn carbon dioxide, nước đá khô, được sử dụng làm môi chất lạnh. (Xem, vật chất, "Lý thuyết nguyên tử và Hoa của vật chất.") Mặc dù băng và bốc hơi thăng hoa hoặc một số tiền nhất định của vật liệu làm mát có thể giữ nhiệt độ thấp trong một thời gian, phương pháp làm lạnh khác, thường là cơ khí, được sử dụng trong thời gian dài làm mát.

Cơ hơi nén

    Trong tủ lạnh nén hơi, nhiệt từ không gian trong tủ lạnh làm cho môi chất lạnh lỏng ...

làm lạnh sử dụng cùng một kỹ thuật cơ bản của làm mát bay hơi như mô tả ở trên. Dịch là bay hơi được gọi là chất làm lạnh, và nó được tái tuần hoàn qua một chu kỳ khép kín như vậy được gọi là. Trong các hệ thống làm lạnh cơ khí thường được sử dụng, có bốn thành phần cơ bản: máy nén, bình ngưng, van mở rộng, và một thiết bị bay hơi. Trong tủ lạnh nhà phần thiết bị bay hơi là các ngăn chứa thực phẩm và các cuộn dây xung quanh, có chứa các chất làm lạnh. Được nén hơi để lại phần thiết bị bay hơi. Các khí nén sau đó cô đặc thành một chất lỏng bình ngưng, truyền nhiệt cho môi trường xung quanh bên ngoài thông qua các cuộn dây ở phía sau hoặc dưới cùng của tủ lạnh. Chất lỏng này sau đó được truyền thông qua một van mở rộng và đưa trở lại vào thiết bị bay hơi lạnh buồng, nơi mà nó hấp thụ nhiệt như là bốc hơi.

Đối với một chiếc tủ lạnh chạy liên tục, một trạng thái ổn định lạnh đạt được khi nhiệt bị rò rỉ vào đơn vị chỉ tương đương với nhiệt được hấp thụ bởi môi chất lạnh. Trong thực tế, tuy nhiên, hầu hết các tủ lạnh chỉ làm việc liên tục. Nếu nhiệt độ trong khoang thực phẩm hơi vượt quá nhiệt độ mong muốn, nhiệt kích hoạt các động cơ máy nén và ngăn được làm lạnh dưới nhiệt độ yêu cầu. Máy nén sau đó tắt, được khởi động lại khi ngăn ấm lên.

Việc lựa chọn chất làm lạnh phụ thuộc vào ứng dụng. Nhiều tủ lạnh trước đây sử dụng ammonia. Hàm lượng amoniac, tuy nhiên, độc hại, và rò rỉ là một mối nguy hiểm thường xuyên. Bắt đầu từ những năm 1920 một loạt các chất làm lạnh tổng hợp cơ bản nonpoisonous được phát triển kết hợp cacbon, flo, clo, và đôi khi hydro. Lần đầu tiên được dichlorodifluoromethane (CCl2F2), thường được gọi là Freon-12, mà vẫn còn được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống làm lạnh và điều hòa không khí. Nhiệt độ thấp hơn có thể đạt được với Freon-22 (CHClF2).

Hơi hấp thụ.

    Ở đây, nhiệt được chuyển từ không gian trong tủ lạnh để một thiết bị bay hơi, bốc hơi các chất làm lạnh ...

Một số hệ thống làm lạnh thường sử dụng ammonia làm môi chất lạnh được gọi là hệ thống hơi-hấp thụ. Amoniac thường chảy qua một tụ, van mở rộng, và thiết bị bay hơi cũng giống như trong một chu trình nén hơi. Tuy nhiên, hệ thống hấp thụ hơi nước, máy nén thường được thay thế bởi một hội đồng hấp thụ, máy phát điện, máy bơm, trong đó amoniac được hấp thụ vào nước như nhiệt được lấy ra. Các giải pháp amoniac-nước ở dạng lỏng được bơm và nóng lái xe hơi amoniac và sau đó được gửi trở lại vào hệ thống làm lạnh.

Hệ thống hơi-hấp thụ có thể được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp lớn, đặc biệt là khi hơi nước áp suất thấp có sẵn như là một nguồn nhiệt. Ít điện năng hơn là cần thiết để bơm hỗn hợp nước-amoniac lỏng hơn để nén một hơi. Tuy nhiên, hơi-hấp thụ lạnh đòi hỏi phải có hệ thống loại bỏ nhiệt lớn, và có một nguy cơ rò rỉ amoniac. Hệ thống hấp thụ khác có sử dụng lithium bromide là chất hấp thụ và nước làm môi chất lạnh được sử dụng trong đơn vị điều hòa không khí trung tâm lớn.

Không khí chu trình.

Một số hệ thống làm lạnh, được gọi là chu kỳ hệ thống không khí, sử dụng không khí làm môi chất lạnh. Trong các hệ thống này vừa mát mẻ không khí lạnh từ phần đầu tiên nén và sau đó làm lạnh bằng một hệ thống làm mát bên ngoài hoặc môi trường xung quanh. Nén làm mát bằng không khí này sau đó mở rộng thông qua một tuabin, ở đâu, vì nó mở rộng, nhiệt độ và áp suất hạ xuống.

Bởi vì số lượng lớn không khí phải được lưu thông thông qua hệ thống làm lạnh không khí chu kỳ, họ có nhiều tốn kém hơn so với các phương pháp khác làm lạnh. -Chu kỳ hệ thống không khí được sử dụng rộng rãi hơn trước sự phát triển của các chất làm lạnh hiện đại không độc hại. Hôm nay không khí-chu kỳ hệ thống chỉ được sử dụng trong một vài ứng dụng chuyên ngành, chẳng hạn như trong một số hệ thống điều hòa không khí máy bay.

Nhiệt điện.

    Tủ lạnh nhiệt điện, nhiệt từ các đối tượng trong không gian làm lạnh hấp thụ bởi kim loại ...

Năm 1834 nhà vật lý người Pháp Jean Peltier phát hiện ra rằng khi một dòng điện chảy qua một mạch trong đó có hai kim loại khác nhau được tham gia, một trong các mối nối được mát mẻ hơn, và được ấm hơn. Hiệu ứng này, gọi là hiệu ứng Peltier, có thể được tăng cường bằng cách thay thế một số vật liệu bán dẫn cho các kim loại (Semiconductor). Một tủ lạnh nhiệt điện có thể được thực hiện bằng cách đặt các nút giao nhiều trong loạt cách nhau bởi một đĩa để nhiệt được hấp thụ ở một bên và tiêu tan trên. Hiệu quả của tủ lạnh nhiệt điện là thấp bởi vì các mối nối phải được thực hiện ngắn để làm giảm điện trở. Điều này rút ngắn kết quả truyền nhiệt lớn hơn thông qua lắp ráp và do đó làm giảm hiệu suất làm mát tổng thể của tủ lạnh. Do đó, các đơn vị nhiệt điện có cho đến nay được giới hạn trong một vài lĩnh vực chuyên môn của ứng dụng.

Ứng dụng

Trong các quốc gia công nghiệp và khu vực giàu có ở các nước đang phát triển, chiếc tủ lạnh được sử dụng chủ yếu để lưu trữ thực phẩm. Hầu hết các tủ lạnh gia đình và tủ đá sử dụng hơi nén. Thông thường, môi chất lạnh đi qua tấm làm lạnh trong phần tủ đông lạnh chứa các cuộn dây. Các chất làm lạnh bốc hơi một phần và sau đó tiếp tục ngăn làm lạnh chính. Người hâm mộ nhỏ lưu thông không khí lạnh, nếu không sẽ giải quyết ở dưới cùng của đơn vị.

Hơi nước từ ngăn lưu trữ chính có xu hướng đóng băng trên các tấm thiết bị làm lạnh lạnh, gây ra một sự tích tụ của nước đá làm giảm khả năng làm mát của tủ lạnh. Vì vậy, tủ lạnh yêu cầu phá băng định kỳ để giữ họ làm việc đúng cách. Điều này có thể được thực hiện bằng tay bằng cách đóng cửa tủ lạnh hoặc làm nóng cuộn dây làm mát hoặc cho phép họ duy trì ở nhiệt độ phòng cho đến khi băng tan. Rã đông tự động, hoặc cái gọi là sương giá, tủ lạnh nhiệt các cuộn dây tự động thời gian hẹn giờ, thường là bằng cách tụ khí nóng để các cuộn dây hoặc bằng cách nhanh chóng thêm nhiệt từ điện trở điện. (Xem thêm Thiết bị gia dụng.)

Lạnh cũng được sử dụng để bảo quản thực phẩm trong các kho lạnh lưu trữ cho đến khi thực phẩm có thể được vận chuyển đến các siêu thị và các cửa hàng khác. Nhiệt độ thường được duy trì ở mức hơi cao hơn 32 ° F (0 ° C) để ngăn chặn các loại thực phẩm từ thực sự đóng băng. Trong hầu hết các kho lạnh lưu trữ, một hệ thống làm lạnh bên ngoài làm mát một hỗn hợp của nước và muối hoặc nước và chất chống đông. (Một hỗn hợp có điểm đóng băng thấp hơn so với nước tinh khiết) hỗn hợp sau đó được lưu thông thông qua các đường ống chạy qua kho.

Đầu xe tải lạnh, tàu, và tàu hoả đã được sử dụng để vận chuyển thức ăn và các vật liệu khác đã được làm mát bằng các khối băng lớn. Ngày nay có rất riêng biệt tủ lạnh thường chạy bằng động cơ diesel nhỏ mỗi ngăn lưu trữ.

Lịch sử

Trước khi hệ thống làm lạnh cơ học đã được giới thiệu, dân tộc cổ xưa làm lạnh thực phẩm của họ với nước đá được vận chuyển từ các ngọn núi. Gia đình giàu có sử dụng băng hầm, hố đào xuống đất và cách ly với gỗ và rơm để lưu trữ băng. Theo cách này, tuyết và băng đóng gói có thể được bảo quản trong nhiều tháng. Ice là phương tiện chủ yếu của tủ lạnh cho đến đầu thế kỷ 20, và nó vẫn được sử dụng ở một số nước. Những người không có băng sản phẩm thực phẩm ướp muối hoặc hun khói để bảo quản chúng.

Cơ khí hệ thống làm lạnh thực tế đầu tiên được phát minh vào năm 1844 bởi bác sĩ người Mỹ John Gorrie để làm mát sickrooms tại một bệnh viện Florida. Hệ thống sử dụng một phương pháp không khí chu trình làm mát. Doanh nhân người Mỹ Alexander kết đôi C. là đã bắt đầu làm lạnh thương mại năm 1856. Không lâu sau đó, một giới thiệu Úc, James Harrison, hơi nén làm lạnh để sản xuất bia và các ngành công nghiệp đóng gói thịt. Một hệ thống phức tạp hơn đôi chút bằng cách sử dụng ammonia được phát triển bởi Ferdinand Carré tại Pháp vào năm 1859.

Carré của tủ lạnh được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp. Tuy nhiên, chi phí, kích thước, và độ phức tạp của các hệ thống làm lạnh của thời gian, cùng với độc tính của nguội ammonia, ngăn chặn việc sử dụng chung của tủ lạnh cơ khí trong nhà. Hầu hết các hộ sử dụng hộp băng đã được cung cấp hầu như hàng ngày với các khối đá từ một nhà máy làm lạnh địa phương. Chỉ trong những năm 1930, sau khi sự phát triển của freons không độc hại và các động cơ điện nhỏ, tủ lạnh cơ khí được sử dụng rộng rãi trong nhà. Trong một thời gian, nhiều gia đình sử dụng tủ lạnh khí, sử dụng hơi hấp thụ, làm mát và được hỗ trợ bởi nhiệt khí thay vì một động cơ. Những tủ lạnh vẫn còn được sử dụng trong các phương tiện giải trí. Ngày nay, tuy nhiên, hơi nén tủ lạnh là tủ lạnh gia đình được sử dụng phổ biến nhất tại Hoa Kỳ và Canada.