现代冰箱工作原理解析.docx

1、 分析实验冰箱的工作原理 箱是深刻改变了人类生活的现代奇迹之一。 现代发明创新层出不穷为我们的生活增光添彩，生活更便捷 。 在人们发明冰箱之前， 保存 肉类的唯一方法是腌制，而在夏季喝到冰镇饮料更是一种奢望。另外，我们还要了解休闲车中常见的冷包装、电子冷却器和丙烷冰箱。 冷藏和冰冻是如今最常用的两种 食品保鲜 方式。 一、 生活中 冰箱的作 用 生活中， 冰箱的基本作用是使食物保持低温。 会因为 低温有助于延长食品的保鲜时间。冷藏的基本原理 就 是减少细菌（ 因为 所有食品都含细菌）的活动，使细菌需要用更长的时间才能使食品变质。 例如 ，把牛奶放在厨房的台面上，在室温下过两到三个小时后，牛奶会

2、因细菌作用而变质。 当然 ，如果降低牛奶的温度，可以保鲜一到两个星期。 冰箱内的低温可减少细菌的活动，达到此保鲜效果。将牛奶冰冻可完全停止细菌活动，牛奶可保存几个月。 二、 冰箱的部件 其实 冰箱的基本原理很简单：冰箱利用液体蒸发吸收热量。可能 你 注意到皮肤沾上水会感觉凉爽。水在蒸发时，会吸收热量，使您感到清凉。擦拭酒精会感觉更凉爽，因为酒精的蒸发温度较低。冰箱中使用的液体（ 制冷剂 ）会在极低的温度蒸发，使冰箱内部保持冰冻温度。如果把冰箱的制冷剂放在皮肤上（这绝对不是个好主意），它在蒸发时会使皮肤冻伤。 所有冰箱（ 或空调系统 ）都由五个基本部件组成： 压缩机 热交换管，冰箱外部呈弯曲或盘

3、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 很多工业冰箱使用纯氨作为制冷剂。纯氨会在 -32 摄氏度时蒸发。 下面介绍 冰箱的基本工作原理 ： 1. 压缩机压缩制冷剂气体。这将升高制冷剂的压力和温度（橙色），而冰箱外部的热交换线圈帮助制冷剂散发加压产生的热量。 2. 当制冷剂冷却时，制冷剂液化成液体形式（紫色），并流经安全阀。 3. 当制冷剂流经安全阀时，液态制冷剂从高压区流向低压区，因此它会膨胀并蒸发（浅蓝色）。在蒸发过程中，它会吸收热量，发挥制冷效果。 4. 冰箱内的线圈帮助制冷剂吸收热量，使冰箱内部保持低温。然后，重复该循环。 这基本上

4、解释了冰箱的工作 原理，但似乎不能让人满意。现在，让我们用几个真实示例阐述冰箱的工作原理。 三、 理解冷藏 想 要理解冰箱内部的工作原理，需要进一步了解制冷剂。 以下 两个实验 帮我们 理解冰箱的工作原理。 实验 1 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

5、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 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。 那 下面的思路来思考第二个实验，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

6、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： A. 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

7、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。 B. 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。 C. 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）。 D. 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

8、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。 5) 压缩机抽吸冷氨气，不断重复该循环。 此外，如果在炎热的夏天打

9、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。 四、 汽油冰箱和丙烷

10、冰箱 如果 在 休闲车或在没有电源的地方使用冰箱， 就 很可能使用汽油或丙烷供电的冰箱。这些冰箱非常有意思，因为它们没有活动部件，并且使 用汽油或丙烷 作为主要的能量来源。另外，它们利用燃烧丙烷产生的热量，使冰箱内部保持低温。汽油冰箱使用氨作为冷冻剂，并利用水、氨和氢气产生氨的持续循环。该冰箱由五个主要部件组成： 发生器：产生氨气 离析器：将氨气与水分离开来 冷凝器：热氨气在这里冷却并液化，生成液态氨 蒸发器：液态氨在这里蒸发，使冰箱内部保持低温 吸收器：吸收水中的氨气 循环的工作原理如下： 1. 向发生器供热。热量来自燃烧的物体，如汽油、丙烷或煤油。 2. 发生器中是氨的水溶液。热量使溶液的

11、温度升高到氨的沸点。 3. 沸腾的溶液流向离析器。在离析器中，水和氨气分离开来。 4. 氨气向上流向冷凝器。冷凝器由金属线圈和翅翼组成，允许氨气散热并冷凝为液体。 5. 液态氨流向蒸发器，在蒸发器中与氢气混合并蒸发，使冰箱内保持低温。 6. 氨气和氢气的混和气体流向吸收器。在吸收器中，离析器中收集的水和氨气、氢气混合。 7. 氨气溶解于水，并释放氢气，氢气流回蒸发器。氨的水溶液流向发生器，重复该循环。 五、 电冷却器 不使用冰块的新型冷 却器，只需插到汽车的香烟打火机中即可。这些冷却器利用一种叫做 珀耳帖效应 （即热电效应）的过程，以电子形式制冷。可以用一 节电池 、两根铜丝和一根铋丝（或铁丝

12、）制造珀耳帖效应。只需将铜丝连接到电池两极，然后在两根铜丝之间连接铋丝（或铁丝）。铋（ /铁）和铜必须相互接触，正是该接点产生珀耳帖效应。 电 流从铜丝流向铋丝的接点会发热；而电流从铋丝流向铜丝的接点会变冷。热接点位置的温度最多可比环境温度低 4.5 摄氏度左右。 要产生珀耳帖效应，热接点应位于冰箱外部，冷接点位于冰箱内部。通常情况下，您应制造包含很多接点的模块，以扩 大该效应。有关珀耳帖效应的详细信息，请参见本文结尾的链接。 六、 冷包装 提到冷藏和冷冻，不知道 你 是否用过 “ 速冻包装 ” 中一种类似装满液体的塑料袋的冷包装。如果您击打、摇晃它，它会变得非常冷。这是怎么回事 呢 ？冷包装内的液体是水。水中另有一个装有硝酸铵肥料的塑料袋或管道。当您击打冷包装时，管道会破裂，使水和肥料混合。该混合物产 生吸热 即吸收热量。溶液的温度会下降至 1.67 摄氏度左右，并保持 10 至15 分钟。 电源 http:/