相變是指物質(zhì)集聚態(tài)的變化。機(jī)房空調(diào)物質(zhì)在發(fā)生相變時(shí)，由于分子重新排列和分子熱運(yùn)動(dòng)速度改變，必然伴隨著吸收或放出一定的熱量，這種熱量稱(chēng)為相變潛熱。相變制冷就是利用物質(zhì)由質(zhì)密態(tài)到質(zhì)稀態(tài)的相變(融化、蒸發(fā)、升華)時(shí)的吸熱效應(yīng)達(dá)到制冷目的。

1)固體融化制冷

制冷技術(shù)中常用純水冰、溶液冰或冰鹽的融化過(guò)程來(lái)制冷。由于這種方式都是以一定數(shù)量的固體物質(zhì)作制冷劑，作用于被冷卻對(duì)象，一旦固體全部相變制冷過(guò)程即告結(jié)束，所以不能利用它們的融化過(guò)程來(lái)組成制冷機(jī)的循環(huán)。

天然冰制冷是最早使用的降溫方法，但它的來(lái)源是有限的，現(xiàn)代制冷技術(shù)中大量應(yīng)用的純水冰都是制冷機(jī)制備的。在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101325Pa）下，純水冰的融化溫度為273.15K，融化潛熱為335kJ/kg。所以，利用純水冰融化能使被冷卻的物體保持O℃以上的溫度。

圖2.1為水的相平衡圖，3條相平衡線將圖分為3個(gè)區(qū)域，即:水、水蒸氣和冰。三相點(diǎn)O的溫度為273.16K，壓力為610.62Pa。OC線是水蒸氣和水的平衡線，即水汽化過(guò)程中的溫度和壓力關(guān)系曲線;OB線是冰和水的平衡線;OA線是冰和水蒸氣的平衡線，即冰的升華曲線?？梢钥闯?，在三相點(diǎn)和三相點(diǎn)以下時(shí)，冰可以直接升華為水蒸氣，冰升華時(shí)的溫度與相應(yīng)的壓力有關(guān)。盡管冰升華也可以制冷，但實(shí)際應(yīng)用中主要還是利用冰融化制冷。

冰鹽作為制冷劑可以實(shí)現(xiàn)0℃以下的制冷。冰鹽是指冰和鹽類(lèi)的混合物，工業(yè)上應(yīng)用最廣的是冰塊與工業(yè)食鹽(NaCl)的混合物。冰鹽冷卻過(guò)程包括冰融化吸熱和鹽溶解吸熱:首先是冰吸熱融化，在冰表面形成一層水膜，此時(shí)的溫度為OC;接著鹽溶解于水膜中，同時(shí)要吸收溶解熱，造成鹽水膜的溫度降低;繼而冰在較低的溫度下進(jìn)一步融化，并通過(guò)其表層的鹽水膜與被冷卻對(duì)象發(fā)生熱交換。這樣，當(dāng)冰全部融化后，形成均勻的鹽水溶液。冰鹽冷卻所能到達(dá)的溫度與鹽的種類(lèi)及混合物中鹽與冰的比例有關(guān)，見(jiàn)表2.1

當(dāng)冰鹽按一定的配比混合融化后可以形成共品溶液，常常被用來(lái)凍結(jié)成共晶冰(也稱(chēng)溶液冰)進(jìn)行冷量?jī)?chǔ)存，然后在需要用冷的時(shí)候吸收熱量而融化，使冷卻對(duì)象降溫。共晶冰在融化過(guò)程中溫度是不變的，該溫度稱(chēng)為共晶溫度。共晶溫度低于0℃的共晶冰通常用于無(wú)機(jī)械制冷的冷藏汽車(chē)中，共晶溫度高于0℃的共晶冰通常作為蓄能空調(diào)系統(tǒng)的儲(chǔ)能介質(zhì)。表2.2 列出了一些用于制冷目的的共晶溶液的物理性質(zhì)。

近年來(lái)，固體相變蓄冷技術(shù)在制冷空調(diào)中的研究和應(yīng)用日益廣泛，其目的在于緩解能量供求雙方在時(shí)間、強(qiáng)度和地點(diǎn)上的不匹配，合理利用能源和減少環(huán)境污染。例如，采用傳統(tǒng)的冰蓄冷，在冷量富足時(shí)通過(guò)制冰將冷量?jī)?chǔ)存到固態(tài)冰中，到冷量需求很大的時(shí)刻再以冰融化的方式將冷量釋放出來(lái)，從而解決制冷設(shè)備定常制冷量與用冷負(fù)荷起伏的不平衡矛盾。采用動(dòng)態(tài)制冰技術(shù)制取冰水混合物(Iceslurry)便于輸送，在食品冷截方面更是具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

在蓄冷空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用中，由于冷源溫度的需求不是很低，若采用冰蓄冷，則系統(tǒng)中還需要增加中間換熱裝置，而且制冰過(guò)程中制冷機(jī)的效率要比正常空調(diào)工況下的低。因此，目前很多研究者都致力于研究開(kāi)發(fā)融點(diǎn)在4-10℃的相變材料作為空調(diào)蓄能用。這類(lèi)材料通常叫做高溫相變材料，簡(jiǎn)稱(chēng)PCM。目前，這類(lèi)材料的研究集中在兩方面:一是共晶鹽或復(fù)合鹽水合物，代表性的成果是由美國(guó)TRANSPHASE公司與哈佛大學(xué)生化研究所在1981年開(kāi)發(fā)成功的T-47型(融點(diǎn)為8.3℃)和1988年調(diào)配成功的T-41(融點(diǎn)為5℃)型兩種產(chǎn)品;二是氟利昂氣體水合物，其融點(diǎn)可通過(guò)調(diào)節(jié)氣體壓力達(dá)到。

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