神奇的二氧化碳跨临界直接制冰———速滑馆冰面的奥秘

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来自广东海洋大学-唐苑雅发布于:2022-02-05 22:52:03

      走进国家速滑馆“冰丝带”,映入眼帘的是一整块1.2万平方米的冰面,这是目前世界上采用二氧化碳跨临界直冷制冰技术打造的最大的多功能全冰面。

     “二氧化碳跨临界直接制冰”?——听上去就感觉很高大上!那么,它到底是啥意思呢?                                  

      首先,我们要理解什么是临界点(Critical point)。以我们生活中常见的水为例,水在加热的时候会变成水蒸汽。根据热力学知识,这一过程经历了液态水--液态水气态水蒸气的混合物--气态水蒸气的变化,但是当水在温度373℃,压力22.064MPa加热的时候,液态水和气态水蒸气的物理性质没有明显的变化,只有一个相存在,水变得可压缩、可膨胀,并且更喜欢与非极性气体和有机分子混合,这个点就是水的临界点。以二氧化碳为例,它的临界温度为31.1摄氏度,而临界压力达到了7.38兆帕。在临界点以上的区称为超临界,以下的是亚临界,而从亚临界到超临界就是跨临界

      常温常压下的二氧化碳是气态,施加一定压力后,可以液化成液体甚至凝华为固体(也就是我们说的干冰),压力降低后,液态或固态的二氧化碳又能快速汽化(或升华)为气体,并大量吸热,从而达到降低环境温度的目的。二氧化碳跨临界直冷制冰,就是将气态二氧化碳通过加温加压形成超临界二氧化碳流体,再对超临界二氧化碳进行降温降压达到-20°c至-15°c,再相变蒸发吸热完成制冷和制冰的过程。

      以往使用的氟利昂等制冷剂,对于环境的破坏较为严重,而二氧化碳跨临界直冷制冰技术具有环保节能、来源广泛、安全无毒等优点,而且,用二氧化碳直冷系统制出的冰面质量更好,能精准控制冰温和软硬度。满足不同项目对冰面的要求,被誉为是“最快的冰”。

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