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。

	冰箱工作原理

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。

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。

实验这些实验有助于您理解气体的特性以及它们在冷藏中的作用。 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。

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。）

丁烷打火机如果您到小店买一只透明外壳（让您能看见内部）的一次性丁烷打火机，您会看到高压容器中存储了液态丁烷。在正常大气压下（101.36千帕），丁烷的沸点为-0.56 摄氏度。如果将丁烷加压放在容器中，丁烷在室温下可保持液态。如果您将一杯丁烷放在厨房的台面上，丁烷会沸腾，其温度为-0.56摄氏度。 另外，丁烷的沸点也说明了丁烷打火机在寒冷的冬天不好用的原因。如果户外温度为-12.22摄氏度，丁烷远未达到沸点，因此无法蒸发。在冬天，在口袋中捂热打火机，就可以点着打火机。

现代冰箱使用再生循环，以重复利用同一制冷剂。想象一下烤箱中的生物和那杯水，您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：

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。