制冷蒸气压缩循环
冰箱在做一件“本不该发生”的事:把热量从低温空间搬到温暖房间里。它靠一条密封的制冷剂回路和四个部件——蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀——让制冷剂在液体与气体之间反复转变,把热量带出去。跟着这条回路,看清四个状态点。
冰箱在做一件“本不该发生”的事:把热量从低温空间搬到温暖房间里。它靠一条密封的制冷剂回路和四个部件——蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀——让制冷剂在液体与气体之间反复转变,把热量带出去。跟着这条回路,看清四个状态点。
蒸气压缩循环是几乎所有冰箱、冷柜和空调都在用的循环。制冷剂被密封在一条闭合的管路里,由压缩机推动不停循环,在液体与气体之间转变,把热量从低温空间带出,排放到房间里。
热量只会自发地从热流向冷,所以把热量往相反方向搬绝不可能自行发生。压缩机把制冷剂压到更高的压力,让它变得比房间更热;只有这时,热量才会从制冷剂流向房间。没有这个推动,热量根本无法离开低温空间。
在低温空间里,蒸发器盛着低压的液态制冷剂,因此它在很低的温度就沸腾。沸腾时它从周围的食物和空气中吸收热量,变成低温低压的蒸气。
压缩机把蒸气吸进来并加以压缩。气体被压缩后温度升高、压力增大,于是离开压缩机时已是高温高压气体——比它即将接触的房间更热。
高温气体流经室外的冷凝器盘管,流动的空气把热量带走。失去热量后,制冷剂重新凝结成温热的液体。
温热的液体被挤过膨胀阀这道狭窄的节流口。挤过的瞬间压力骤降,于是它骤冷并部分沸腾,变成低温低压的混合物。
这股低温混合物重新进入蒸发器,回路再次开始。压缩机做功,制冷剂不断循环,持续把热量从低温空间内部搬到外面的房间。
不会。冰箱无法创造冷——根本没有“加入冷”这回事。它只是把热量从内部搬到房间里,所以冰箱背面总是温热的。冷只是热量被搬走之后留下的结果。
这正是冷凝器在起作用。制冷剂在内部吸收的热量,会在冷凝器处释放出来并扩散到房间里。整体上,冰箱其实让房间略微变暖。
压缩机提高制冷剂的压力,同时也提高它的温度。这一步至关重要:只有制冷剂比房间更热,热量才会从它流向房间。
膨胀阀是降压的那一步。它把液态制冷剂挤过一道狭窄的开口,压力骤然下降,于是制冷剂骤冷,变成低温混合物,准备再次吸热。
可以——吸收式冰箱用热量而非压缩机来驱动循环,所以它没有噪声。但日常冰箱和空调都采用蒸气压缩循环,因为压缩机既高效又紧凑。