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数据中心相变制冷的原理及特点

  2)固体升华制冷

  目前,使用最多的固体升华制冷剂是CO2N2,Ne,Ar。固体CO2,俗称干冰,可以由高压液体CO2,用降压法得到。干冰的三相点参数为:温度为-56.6℃,压力为0.52MPa,干冰在三相点和三相点以下吸热时直接升华为CO2,蒸气,吸收潜热后用来制冷。常压下干冰的升华温度为-78.5℃,升华潜热为573.6kJ/kg升华后的低温CO2,仍具有显热制冷能力,若使之升温到O℃,则总的制冷量为646.4kJ/kg。所以,干冰的制冷能力比冰和冰盐郡要大,其单位质量制冷能力是冰的1.9倍,单位容积制冷能力是冰的2 95倍。干冰化学性质稳定,对人体无害,是一种良好的制冷剂。

  早在19世纪,干冰冷却就用于食品工业、冷藏运输、医疗、人工降雨、机械零件冷处理和冷配合等方面。近代科学研究中,为冷却红外探测器γ射线探测器、机载红外设备等,采用固体制冷剂向高真空空间升华的制冷系统。它具有升华潜热高、贮存密度大、固体制冷剂具有较低温度,可提高红外探测器的灵敏度的优点。

  3)液体汽化制冷

  利用液体汽化过程的吸热效应来制冷的方法称为液体汽化制冷。与固体相变制冷不同的是,液体汽化制冷采用流体(液态和气态物质)作为制冷剂,通过一定的设备构成制冷循环可实现连续制冷,它的应用更加广泛。液体汽化制冷是目前最主要的制冷方法之一。

  当液体处在容器内时,液体汽化形成蒸汽,若此容器内除了液体及液体本身的蒸汽外不存在任何其他气体,那么液体和蒸汽在某个压力下将达到平衡,也就是达到饱和状态。如果将一部分饱和蒸汽从容器中抽走,液体中就必然要再汽化一部分蒸汽来维持平衡。液体汽化时需要吸收热量,此热量称为汽化潜热。只要液体的蒸发温度低于被冷却对象的温度,汽化潜热便可以通过热交换从被冷却对象中获得,从而使被冷却对象变冷,或者使它维持在其一低温,达到制冷的目的。

  为了使液体汽化的过程连续进行,制冷技术中通过一定的方法把蒸汽抽走,并使它凝结成液体后再送回到容器中形成循环。如果将容器中抽出的蒸汽直接凝结成液体,所需冷却介质的温度比液体的蒸发温度还要低,而在实际过程中希望蒸汽的冷凝过程在常温下实现,因此需要将蒸汽的压力提高到常温下的饱和压力。液体汽化制冷循环的4个基本过程是:I制冷剂液体在低温下蒸发,成为低压蒸汽;II将低压蒸汽提高压力,使之成为高压蒸汽;III将高压蒸汽冷凝,使之成为高压液体;Ⅳ将高压液体降低压力,使之重新变为低压液体返回到过程I,从而完成循环。

  上述制冷循环中,过程Ⅳ实现了制冷剂自身的降温,是下一步制冷的前提,该过程通常是通过节流装置实现的;过程正是制冷剂从低温热源吸收热量的过程,实现制冷;过程Ⅱ是循环的能量补偿过程;过程Ⅲ是向高温热源排放热量的过程。实际制冷装置中,所使用的补偿能量可以有多种形式,实现能量补偿的方式也多种多样:如果过程I以消耗电能或机械能为能量补偿,通过压缩机对低压气体做功,使之压力提高,这种制冷方式称之为蒸汽压缩式制冷;如果通过液体吸收剂或固体吸附剂对制冷剂蒸汽进行吸收或吸附,冉利用驱动热源加热吸收或吸附工质对,来产生较高压力和温度的制冷剂蒸汽,这样的制冷方式则分别称为吸收式制冷和吸附式制冷;同样使用热能作为驱动能源,但利用喷射器实现从蒸发器中抽取蒸汽并压缩到高压的,称为蒸汽喷射式制冷。下面将分别介绍这几种制冷方式。

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