压缩机
热交换管,冰箱外部呈弯曲或盘曲状的管道
安全阀
热交换管,冰箱内部呈弯曲或盘曲状的管道
制冷剂,冰箱内蒸发以制造低温的液体
实验 1说明! 您需要准备下列材料: 一壶水 ,一支至少能测量125摄氏度的温度计 ,炉子 在炉子上放一壶水,壶中插上温度计, 然后点燃炉子。您将看到(如果您地处海平面)水温逐渐上升至100摄氏度。此时,水开始沸腾,但水温保持在100摄氏度。此温度是水在海平面的沸点。如果您居住在山区,山上的大气压要低于海平面的大气压,水的沸点会较低,可能介于88至93摄氏度之间。这也是很多食品的包装盒上印有“高海拔烹饪说明”的原 因。在高海拔地区,食品的烹饪时间要延长。
实验 2说明! 您需要准备下列材料: 烤箱适用的玻璃碗,一支至少能测量235摄氏度的温度计,一个烤箱 在盛水容器中插好温度计,将容器放到烤箱里,打开烤箱,将温度设为200摄氏度。 随着烤箱中的温度上升,水温再次攀升到100摄氏度,然后开始沸腾。虽然整个环境温度为200摄氏度,但水温仍保持在100摄氏度。如果您把水烧干(假设温度计能测量该温度),则在水烧干后,温度计测得的温度将骤升至200摄氏度。
思考第二个实验,就会得到一个非常有意思的结论:想象一下,某种生物能在200摄氏度的烤箱中舒适地生存。该生物认为200摄 氏度是最舒适的温度(就像人类感觉21摄氏度最舒适)。如果该生物生活在200摄氏度的烤箱中,烤箱中的一杯水在100摄氏度沸腾烧干,那么它对水的感觉如何呢?它会认为沸水非常冷。毕竟沸水比该生物认为舒适的200摄氏度低100摄氏度。这两者的温差很大! 目前现代冰箱都使用再生循环,重复利用同一制冷剂。结合上面的实验,烤箱中的生物和那杯水,就能理解制冷剂的工作原理。烤箱中的生物按以下四个步骤可以创造再生循环: 烤箱中的气温为200摄氏度。杯中的水逐渐蒸发,水温保持在100摄氏度,但产生很多温度为200摄氏度的蒸汽。我们想象一下,该生物用一个大袋子收集这些蒸汽。 当所有水蒸发完后,它把蒸汽加压到钢制容器中。在加压过程中,蒸汽温度升高到427摄氏度,仍为蒸汽。现在,钢质容器对于生物而言非常“热”,因为容器中是427摄氏度的蒸汽。 钢质容器向烤箱中的空气散发多余的热量,最终降回200摄氏度。在此过程中,容器中的高压蒸汽液化为高压水(就像打火机中的丁烷一样,参见侧栏)。 此时,生物将钢质高压容器中的水倒入壶中,水立即开始沸腾,温度降至100摄氏度。
那么现在,通过重复这四个步骤,该生物可以重复利用这些水不断地制冷。下面我们将说明这四个步骤如何体现在冰箱上。厨房的冰箱利用类似上文所述的循环。不过,在冰箱中,该循环是连续不断的。我们假定下例所用的制冷剂为纯氨,沸点为-32.78摄氏度。冰箱保持低温的原理如下: 1) 压缩机压缩氨气。对气体(橙色)加压时,压缩气体会发热。 2) 冰箱背面的线圈使热氨气散发热量。氨气在高压条件下液化为液态氨(深蓝色)。 3) 高压液态氨流经安全阀。 您可以把安全阀想象成一个小孔。孔的一侧是高压液态氨。孔的另一侧是低压区(因为压缩机从该侧吸入气体)。 4) 液态氨会立即沸腾并蒸发(浅蓝色),温度降至-32.78摄氏度。这使冰箱内部保持低温。 压缩机抽吸冷氨气,不断重复该循环。
如果在炎热的夏天打开汽车空调,然后停车,可能听到过引擎盖下发出嘶嘶的噪音。这个噪音是高压冷冻液流经安全阀发出的声音。纯氨气体的毒性很大,如果冰箱发生泄漏,会威胁人的生命安全,因此所有家用冰箱都不使用纯氨。您可能听说过CFC(氯氟化碳)制冷剂,它最初由杜邦在20世纪30年代研制成功,并作为氨的无毒替代品使用。CFC-12(二氯二氟甲烷)的沸点几乎与氨相同。不过,CFC-12对人体无毒,可以安全地用在厨房中。很多大型的工业冰箱仍然使用氨。20世纪70年代,人们发现CFC会破坏臭氧层。因此,到20世纪90年代,所有新冰箱和空调都改用对臭氧层危害较小的制冷剂。