制冷剂通过毛细管后如何变成低于室温的温度?
稍微理顺一下主问题的描述:压缩机增压后,机械能转化为内能,制冷剂(混有制冷剂的冷冻油)变成高温高压;冷凝器散热后,将内部能量转移到空气中(这就是冰箱压缩机发热的原因)。此时被压缩的制冷剂处于高压状态,温度会略高于室温。然后制冷剂会经过毛细节流阀,变成低压低温的液体。制冷剂中的高挥发性制冷剂经过膨胀阀后会迅速蒸发,在此过程中内能转化为分子的动能,制冷剂的温度会迅速下降,其温度可达-10℃甚至更低。低温制冷剂进入冰箱的蒸发器,在蒸发器中与冰箱内部进行热交换(这一步可以实现冰箱的制冷功能)。详情如下图所示。
在冰箱中,“压缩-换热-膨胀-换热”的换热过程是在一个装置中完成的,可能不太好理解。空调也是利用这一原理的典型温度处理器。它的蒸发器和冷凝器是分开的,可以更好的解释上图。
空调室外机相当于冷凝器,属于高温区。炎炎夏日,我们走在街上,有些店家会把空调放在人行道外。经过空调时,你会发现它吹的是热风。这时候空调外面发生的事情就是通过风扇把压缩后的高温制冷剂的温度传递给空气。被空调吹过的同学,难免会反感。
室内的感觉完全不一样,温度适宜的凉风吹在脸上,特别舒服。把空调挂起来就相当于一个蒸发器,完成了把膨胀降温的低温制冷剂的温度转移到室内的工作。
压缩制冷原理在生活中应用广泛。比如空调、冰箱,甚至“肥宅快乐水”——可乐也用了这个原理。调皮的男同学肯定玩过这样的游戏。我试着把矿泉水瓶倒空,直到再也拧不动为止。我用大拇指猛地一按瓶盖,砰的一声,瓶盖就能飞出老远。
细心的同学可能会发现,玩的时候启动瓶盖后,瓶口上会出现“白烟”。其实就是水雾。因为瓶内压缩空气突然释放,在释放过程中吸热,导致瓶口水蒸气液化。这是一个简单的小游戏,可以把内能转化为分子的动能。杨洋那些日子没少玩。
说到压缩机制冷,杨洋想再补充一句:1834年,第一台压缩机制冷设备问世后,人们慢慢告别了需要蓄冰制冷的生活方式。但经过冰箱、空调等压缩设备的不断发展,具有氟利昂等性质的挥发性卤代烃作为性能优异的制冷剂相继问世。因为在科技还不知道卤代烃对环境危害的时候,滥用造成了现在的臭氧空洞、温室效应等全球性环境问题。
“科技改变生活!”不断创新是我们科技人的追求,但也需要告诫自己“改善生态环境才会有美好的未来!”