冰箱的基本工作原理如下:
- 壓縮機(jī)壓縮制冷劑氣體。這將升高制冷劑的壓力和溫度(橙色),而冰箱外部的熱交換線圈幫助制冷劑散發(fā)加壓產(chǎn)生的熱量。
- 當(dāng)制冷劑冷卻時,制冷劑液化成液體形式(紫色),并流經(jīng)安全閥。
- 當(dāng)制冷劑流經(jīng)安全閥時,液態(tài)制冷劑從高壓區(qū)流向低壓區(qū),因此它會膨脹并蒸發(fā)(淺藍(lán)色)。在蒸發(fā)過程中,它會吸收熱量,發(fā)揮制冷效果。
- 冰箱內(nèi)的線圈幫助制冷劑吸收熱量,使冰箱內(nèi)部保持低溫。然后,重復(fù)該循環(huán)。
冰箱保持低溫的原理如下:
- 壓縮機(jī)壓縮氨氣。對氣體(橙色)加壓時,壓縮氣體會發(fā)熱。
- 冰箱背面的線圈使熱氨氣散發(fā)熱量。氨氣在高壓條件下液化為液態(tài)氨(深藍(lán)色)。
- 高壓液態(tài)氨流經(jīng)安全閥。
您可以把安全閥想象成一個小孔??椎囊粋?cè)是高壓液態(tài)氨。孔的另一側(cè)是低壓區(qū)(因為壓縮機(jī)從該側(cè)吸入氣體)。
- 液態(tài)氨會立即沸騰并蒸發(fā)(淺藍(lán)色),溫度降至-32.78攝氏度。這使冰箱內(nèi)部保持低溫。
- 壓縮機(jī)抽吸冷氨氣,不斷重復(fù)該循環(huán)。
此外,如果您曾在炎熱的夏天打開汽車空調(diào),然后停車,您可能聽到過引擎蓋下發(fā)出嘶嘶的噪音。該噪音是高壓冷凍液流經(jīng)安全閥發(fā)出的聲音。
純氨氣體的毒性很大,如果冰箱發(fā)生泄漏,會威脅人的生命安全,因此所有家用冰箱都不使用純氨。您可能聽說過CFC(氯氟化碳)制冷劑,它最初由杜邦在20世紀(jì)30年代研制成功,并作為氨的無毒替代品使用。CFC-12(二氯二氟甲烷)的沸點(diǎn)幾乎與氨相同。不過,CFC-12對人體無毒,可以安全地用在廚房中。很多大型的工業(yè)冰箱仍然使用氨。
20世紀(jì)70年代,人們發(fā)現(xiàn)CFC會破壞臭氧層。因此,到20世紀(jì)90年代,所有新冰箱和空調(diào)都改用對臭氧層危害較小的制冷劑。
汽油冰箱和丙烷冰箱
如果您擁有休閑車或在沒有電源的地方使用冰箱,您很可能使用汽油或丙烷供電的冰箱。這些冰箱非常有意思,因為它們沒有活動部件,并且使用汽油或丙烷作為主要的能量來源。另外,它們利用燃燒丙烷產(chǎn)生的熱量,使冰箱內(nèi)部保持低溫。
汽油冰箱使用氨作為冷凍劑,并利用水、氨和氫氣產(chǎn)生氨的持續(xù)循環(huán)。該冰箱由五個主要部件組成:
- 發(fā)生器:產(chǎn)生氨氣
- 離析器:將氨氣與水分離開來
- 冷凝器:熱氨氣在這里冷卻并液化,生成液態(tài)氨
- 蒸發(fā)器:液態(tài)氨在這里蒸發(fā),使冰箱內(nèi)部保持低溫
- 吸收器:吸收水中的氨氣
循環(huán)的工作原理如下:
- 向發(fā)生器供熱。熱量來自燃燒的物體,如汽油、丙烷或煤油。
- 發(fā)生器中是氨的水溶液。熱量使溶液的溫度升高到氨的沸點(diǎn)。
- 沸騰的溶液流向離析器。在離析器中,水和氨氣分離開來。
- 氨氣向上流向冷凝器。冷凝器由金屬線圈和翅翼組成,允許氨氣散熱并冷凝為液體。
- 液態(tài)氨流向蒸發(fā)器,在蒸發(fā)器中與氫氣混合并蒸發(fā),使冰箱內(nèi)保持低溫。
- 氨氣和氫氣的混和氣體流向吸收器。在吸收器中,離析器中收集的水和氨氣、氫氣混合。
- 氨氣溶解于水,并釋放氫氣,氫氣流回蒸發(fā)器。氨的水溶液流向發(fā)生器,重復(fù)該循環(huán)。
此頁非常詳細(xì)地描述了該過程。
電冷卻器
您可能見到過不使用冰塊的新型冷卻器,只需插到汽車的香煙打火機(jī)中即可。這些冷卻器利用一種叫做珀耳帖效應(yīng)(即熱電效應(yīng))的過程,以電子形式制冷。
您可以用一節(jié)電池、兩根銅絲和一根鉍絲(或鐵絲)制造珀耳帖效應(yīng)。只需將銅絲連接到電池兩極,然后在兩根銅絲之間連接鉍絲(或鐵絲)。鉍(/鐵)和銅必須相互接觸,正是該接點(diǎn)產(chǎn)生珀耳帖效應(yīng)。
電流從銅絲流向鉍絲的接點(diǎn)會發(fā)熱;而電流從鉍絲流向銅絲的接點(diǎn)會變冷。熱接點(diǎn)位置的溫度最多可比環(huán)境溫度低4.5攝氏度左右。
要產(chǎn)生珀耳帖效應(yīng),熱接點(diǎn)應(yīng)位于冰箱外部,冷接點(diǎn)位于冰箱內(nèi)部。通常情況下,您應(yīng)制造包含很多接點(diǎn)的模塊,以擴(kuò)大該效應(yīng)。有關(guān)珀耳帖效應(yīng)的詳細(xì)信息,請參見本文結(jié)尾的鏈接。
|