冰箱的工作方式

经过:马歇尔大脑萨拉·埃利奥特(Sara Elliott)

您能想象冰箱出现之前的生活吗?
您能想象冰箱出现之前的生活吗?
©istockphoto.com/roberto anguita escribano

下次您在炎热的一天沉迷于冰冷的饮料时,您会有冰箱(并在船上冰箱)感谢提供清爽的冷藏饮料。不久前,您必须非常富裕或连接良好才能得分冰冷的饮料冰块漂浮在里面。今天,我们将冷藏视为理所当然,但是从前,命运被送给了世界各地的大块冰块,以销售给富人。

在冷藏之前,保存食物是一项艰巨的工作。您可以盐食品,在冬天,您可以将食物埋在雪上漂移,希望小动物找不到。不过,要保持基本要素,您必须努力工作 - 或滚动金钱。制冷是一项改变我们日常生活方式的发明。如今,我们可以更轻松地保存食物,因此在饮食传播疾病方面,我们有更少的担心。食物供应也更稳定。加仑的牛奶可以在冰箱里持续几周,而不是台面上的几个小时。那是巨大的。这意味着,如果您想定期提供牛奶,则不需要将母牛放在后院。

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制冷的基本面也在另一个重要的家用电器中起作用:空调。据估计,在美国使用的所有电能中,约有5%是为了保持我们的房屋凉爽。这真是太神奇了,尤其是当您考虑到最简单的原理很简单的事实时。这里是一个句子:当液体蒸发时,它会在此过程中吸收热量。如果您想摆脱热量,则需要哄骗液体转换为气态状态[来源:aceee]。

制冷目的

拥有冰箱的基本原因是使食物保持冷。寒冷的温度可以帮助食物保持更长的时间。制冷背后的基本思想是减慢细菌的活性(所有食物都包含),以使细菌破坏食物需要更长的时间。

例如,如果在室温下将牛奶放在厨房柜台上,细菌将在两到三个小时内损坏牛奶。但是,通过降低牛奶的温度,它将保持新鲜一两个星期 - 冰箱内的冷温会降低细菌的活性。通过冷冻牛奶,您可以完全停止细菌,牛奶可以持续数月(直到冰箱燃烧等效果开始以非细菌的方式破坏牛奶)。

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冷藏和冷冻是当今使用的两种最常见的食物保存形式。有关保存食物的其他方法的更多信息,请参阅食物保存如何运作

冰箱的一部分

如果您倒入一点摩擦酒精在您的皮肤上,会感到寒冷 - 真的很冷。它没有冷藏,所以这是怎么发生的?好吧,酒精在室温下以水在烤箱中的低温下蒸发方式蒸发。随着它蒸发,它会吸收皮肤表面的热量,使皮肤更冷却。一种称为制冷剂功能在冰箱中的特殊冷却剂,酒精在皮肤上的工作方式,除了在冰箱中,冷却液被困在一系列线圈中。当它通过它们制造电路时,它从液体变为气体来回变化。

为了实现这一霜冻的壮举,冰箱使用了五个主要组件:

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  • 压缩机
  • 热量管道(单元外的蛇形或盘绕的管道)
  • 膨胀阀
  • 热量管道(单元内的蛇形或盘绕的管道)
  • 制冷剂(蒸发在冰箱内部以产生寒冷温度的液体)

了解制冷

要了解冰箱内部发生的事情,让我们进一步了解冰箱的工作方式。你会需要:

  • 一个装满烤箱安全的玻璃碗
  • 一种温度计最多可以测量到至少450华氏度(232.2摄氏度)

将温度计加入水碗中,并将两者都放在烤箱中。将烤箱设置为400华氏度(204.4摄氏度)。

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随着烤箱的加热,水的温度将升高,直到达到212华氏度(100摄氏度),并开始沸腾。即使水温完全被烤箱内400度的华氏度环境包围,水温将保持在212华氏度(100摄氏度)。如果让所有水都沸腾,温度计上的温度将射出至华氏400度(232.2摄氏度)。

让我们看一下这项实验:想象一个外来生物的存在,能够在华氏400度的烤箱中幸福地生活。让我们叫他马克斯。如果马克斯(Max)在400度的华氏烤箱中闲逛,一碗水在212华氏度(100摄氏度)上沸腾的水旁边,他对那种水有什么感觉?他会认为沸水真的很冷。毕竟,沸水比他认为很舒适的华氏400度冷188度。这是一个很大的温度差异!

当人类处理液氮时,这正是这种情况。我们在70华氏度(21.1摄氏度)时感到舒适,但液氮在-320华氏度(-195.5摄氏度)时沸腾。如果您坐在厨房桌子上有一锅液氮,它的温度将在-320华氏度(-195.5摄氏度)的-320华氏度沸腾 - 当然,对您来说,它会感到非常寒冷(太冷了,它会燃烧,它会燃烧它你!)。

现代冰箱使用再生周期来一遍又一遍地重复使用相同的制冷剂。您可以通过记住Max和他的一碗水来了解这是如何工作的。他可以通过采取以下步骤轻松创建一个再生周期:

  1. 烤箱示例中的一碗水沸腾了,保持在华氏212度(100摄氏度),但产生了大量400华氏度的蒸汽。假设Max将这种蒸汽集中在一个大袋中。
  2. 一旦所有水沸腾,Max便将蒸汽压入钢容器中,随着压力的增加,温度上升至800华氏度(426.6摄氏度)。现在,麦克斯认为钢容器感觉真的很“热”,因为它含有800度华氏度(426.6摄氏度)蒸汽而不是400度华氏度蒸汽。
  3. 钢容器将其多余的热量释放到烤箱中的空气中,并最终降至烤箱的温度400华氏度。在此过程中,容器中的高压蒸汽凝结成加压水。
  4. 在这一点上,Max将水从钢加压容器中释放到锅中,并立即开始沸腾,其温度下降至212华氏度。

通过重复这四个步骤,Max可以一遍又一遍地重复使用相同的水以提供制冷。

制冷周期

厨房中的冰箱使用的循环类似于上一节中所述的周期。但是在您的冰箱中,周期是连续的。在下面的示例中,我们将假设所使用的制冷剂是纯氨,在-27摄氏度下沸腾。

  1. 压缩机压缩氨气。压缩气体加压时加热(橙色)。
  2. 线圈在冰箱的背面让热氨气散发热量。氨气在高压下将氨水凝结成氨(深蓝色)。
  3. 高压氨液体流过膨胀阀。您可以将膨胀阀视为一个小孔。孔的一侧是高压氨液体。孔的另一侧是一个低压区域(因为压缩机正在从那一侧吸收气体)。
  4. 液体氨立即沸腾并蒸发(浅蓝色),其温度降至-27F。这使冰箱的内部冷。
  5. 冷氨气被吸吮压缩机,循环重复。

顺便说一下,如果您曾经转过身在炎热的夏日,您有冷气机跑步,您可能听说过引擎盖下的嘶嘶声。该噪声是流过膨胀阀的高压液体制冷剂的声音。

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纯氨气是高度的有毒的对于人们,如果冰箱要泄漏,会构成威胁,因此所有家庭冰箱都不会使用纯氨。您可能听说过制冷剂CFCS(氯氟化合物),最初是由Du Pont在1930年代开发的,是氨的无毒替代品。CFC-12(二氯氟甲烷)具有与氨相同的沸点。但是,CFC-12对人类无毒,因此可以安全地在厨房中使用。许多大型工业冰箱仍然使用氨。

在1970年代,人们发现当时使用的CFC对臭氧层有害,因此到1990年代,所有新的冰箱和空调都使用对臭氧层有害的制冷剂。

煤气和丙烷冰箱

如果您拥有RV,您可能有燃气或丙烷驱动的冰箱。这些冰箱很有趣,因为它们没有运动部件,并且使用气体或丙烷作为主要能源。另外,他们使用热量在冰箱内部产生寒冷。

燃气冰箱的使用作为冷却液以及水,氨和氢气,为氨创造一个连续的循环。冰箱有五个主要部分:

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  • 发电机- 创建氨气
  • 分隔器- 将氨气与水分开
  • 冷凝器- 冷却热氨气并冷凝以产生液态氨的地方
  • 蒸发器- 液体氨转化为气体以在冰箱内部产生寒冷温度
  • 吸收器- 吸收水中的氨气

它是这样的工作:

  1. 将热量应用于发电机中的氨和水溶液。(热量来自燃烧气,丙烷或煤油。)
  2. 当混合物到达氨的沸点时,它会流入分离剂中。
  3. 氨气向上流入冷凝器,散发热量并将其转换回液体。
  4. 液体氨水进入蒸发剂,在那里与氢气混合并蒸发,从而在冰箱的冷盒内产生寒冷的温度。
  5. 氨和氢气流到吸收剂上,在那里,分离剂中的水在第2步中收集的水与氨和氢气混合。
  6. 氨与水形成溶液,并释放出流回蒸发器的氢气。
  7. 氨水溶液流向发电机以重复周期。

电动和太阳能冷却器

如果您有一个方便的冷却器插入您的香烟打火机。它使用一个独特的过程称为毛发效应,即热电效应,以产生寒冷的温度。这很整洁,我们尚未讨论。

以发现它的法国19世纪物理学家的名字命名,您可以使用电池,两块铜线和一块或铁线。将铜线连接到电池的两根两极,然后将鞭毛或铁丝连接在两块铜线之间。(需要匹鞭毛/铁和铜必须接触 - 这是这种连接导致毛发效应的效果。)

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电流从铜流向需要的交界处将开始变热,而当前从需要匹匹克的交界处流向铜交界处将变冷。最高温度下降约为40度华氏度(22.2摄氏度),距热连接处的环境温度。

如您所料,在电冷却器中,热连接处放置在设备外部,并将冷连接处放置在内部。为了扩大效果,冷却器包含很多连接。

电动冷却器并不是唯一旨在放松午餐的独特发明。太阳能冰箱是另一种选择。如果您打算花时间露营(或想开始自己的热狗摊),则可能需要冷藏饮料,但没有电力来为标准冰箱供电。到现在为止,您不会惊讶的是,许多能源解决方案可以为制冷系统提供动力。在太阳能冰箱中,一个简单的太阳能电池板可以荣幸。用太阳的射线使某事冷吗?现在这很巧妙。

冷包

说到冷藏和冷,您是否曾经使用过那些看起来像充满液体的塑料袋的“瞬间冷包”。您击中它,摇动它,变得非常冷。这里发生了什么?

冷包中的液体是。在水中是另一个塑料袋或管子硝酸铵肥料。当您碰到冷包时,它会打破管子,使水与肥料混合。这种混合物创造了一个吸热反应 - 吸收热量。溶液的温度降至约35 F,持续10至15分钟。

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有关制冷和相关主题的更多信息,请查看下一页上的链接。

更多信息

相关文章

更多的链接

  • Casiday,Rachel和Regina Frey。“相变和制冷:热发动机的热化学。”华盛顿大学。1/2007。(6/13/11)。http://www.chemistry.wustl.edu/~courses/genchem/labtutorials/thermochem/fridge.html
  • 卡斯莱登,罗德尼。“改变世界的发明。”Chartwell Books,Inc。2007
  • free.net。“制冷的基本原理:普通制冷剂。”(6/14/11)。http://www.free-ed.net/sweethaven/mechtech/refrigeration/coursemain.asp?lesnum=4&modnum=1
  • 一半方便。“冰箱的工作原理。”1/31/09。http://www.youtube.com/watch?v=1Z9lqqvuciq
  • 维修诊所。“冰箱 - 事情如何运作。”(6/14/11)。http://www.repairclinic.com/refrigerator-how-things-work
  • 《时代》杂志,“伟大的发明 - 天才和小玩意:当时的创新”。时间簿:纽约。2003.(6/14/11)
  • 伍德福德,克里斯,卢克·柯林斯,克林特巫婆,本·摩根和詹姆斯·弗林特。“很酷的东西及其运作方式。KorlingKindersleyLimited。2005。
  • 伍德福德,克里斯。“冰箱。”解释一下。5/18/11。(6/14/11)。http://www.explainthatstuff.com/refrigerator.html

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