冰箱工作原理

冰箱工作原理

在美国，几乎每家每户的厨房中都配有冰箱。每隔15分钟

左右，您就会听到电机启动，它神奇地使所有物品保持低

温。如果没有冰箱，我们只能丢弃剩菜，而无法将它们留

到下顿吃。

冰箱是深刻改变了人类生活的现代奇迹之一。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。

本文将说明冰箱如何实现这一奇迹。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。

冰箱的作用

冰箱的基本作用是使食

物保持低温。低温有助于延长食品的保鲜时间。冷藏的基本原理是减少细菌（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。

比如，如果您把牛奶放在厨房的台面上，在室温下过两到三个小时后，牛奶会因细菌作用而变质。不过，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（直到冻灼等作用以非细菌方式使牛奶变质）。

冷藏和冰冻是如今最常用的两种食品保鲜方式。有关其他食品保鲜方法的更多信息，请参见食品保鲜的奥秘。

冰箱的部件

冰箱的基本原理很简单：冰箱利用液体蒸发吸收热量。您可

能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（即制冷剂）会在极低的温度蒸

发，使冰箱内部保持冰冻温度。如果您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。

冰箱工作原理

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。

冰箱的基本工作原理如下：

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。 理解冷藏

要理解冰箱内部的工作原理，您需要进一步了解制冷剂。下面的两个实验有助于您理解冰箱的工作原理。

如果您按下面的思路来思考第二个实验，就会得到非常有意思的结论：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！

（这与人类对液态氮的感觉很相似。我们认为21摄氏度很舒适。液态氮的沸点是-195.56摄氏度。因此，如果您在厨房桌子上放一壶液态氮，它的温度会是-195.56摄氏度。液态氮会蒸发完，而您会感觉非常冷。）

1. 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。

2. 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。

3. 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）。

4. 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。

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。

制冷循环

您家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。

5. 压缩机抽吸冷氨气，不断重复该循环。 此外，如果您曾在炎热的夏天打开汽车空调，然后

停车，您可能听到过引擎盖下发出嘶嘶的噪音。该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，