书城科普人类发明之谜
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第34章 家庭“冷藏库”——电冰箱

电冰箱作为家用电器在现代家庭中普及率相当高。电冰箱已有80多年的历史。第一台电冰箱是1923年,瑞典两位工程师浦拉腾和孟德斯制成的。

我们知道,物体存在三态——固态、液态和气态。在三态转换过程中都涉及到热量的吸收和放出问题。以水为例,水吸收热量就可能成为气(通过蒸发和沸腾),气放出热量就可能成为水(冷凝)。我们利用液态和气态之间的变换,通过吸热和放热来达到热量的传递和交换。另外,人们将一定量的气体密闭在某一容器内加以压缩,气体温度就会升高;反过来,让压缩的空气迅速膨胀,气体温度就会降低。在一次压缩和一次膨胀的过程中,就会有放热和吸热的过程发生。电冰箱制冷作用,就是借此来完成的。只是在实际使用中,热传递的媒质不是用水而是用了冷凝剂——氟利昂。不用水而使用氟利昂,是由于氟利昂的转换温度非常低,在-29.8℃就能由液态变换成气态。换句话说,只要它周围的环境吸收热量,就会由液态向气态转换。在转换的过程中,就能使周围环境(空间)温度降下来,达到冷凝作用。如果把冷凝器安装在电冰箱里,其结果就会使冰箱内的温度降下来,一直可降低到-29℃左右。

当然,利用氟利昂在冰箱内制造低温,实际上还需要配一台性能好的压缩机,以提高其制冷效果。压缩机的作用,是将经吸热而蒸发成气态的氟利昂,通过压缩,使之成为不但是高温而且是高压的气体,高压气体就能较顺利地通过一组长长的留在冰箱外的散热管并向周围空间散热。散热的高压氟利昂成为液态。再强行穿过几根只有头发丝细的毛细管,让液态氟利昂体积骤然膨胀,液态氟利昂又会汽化。在这汽化的过程中,又迅速大量吸收热量。如此循环反复,就会使冰箱内温度不断下降。

如果我们在冰箱内安装一个感温器件,就能实现冰箱内温度的自动控制。因为当冰箱内温度达到设定的温度时,感温器件就会推动相应的机构,让压缩机停止工作;反之,就可接通电路,让压缩机重新启动。这样就能通过感温器件控制压缩机的开启和关停,达到自动控制温度的目的。

电冰箱虽有单门和多门之别,但通常都是上部(或上室)作冷冻室,温度低;下部(或下室)做冷藏室,温度较高。这是利用了空气的比重与空气受热情况有关的特点。在温度高时,空气体积膨胀,它的比重减小,于是就上升;反之,温度低时,空气体积减小,比重增大,于是就下降。冰箱上部(冷冻室)温度比下部低,这部分低温气体就下降,并与下部温度较高的空气进行热量交换,最终冰箱底部的空气温度能下降到所需的程度。

根据国际标准规定:冷藏室的温度——般在0℃~24℃之间(氟利昂制冷剂冰箱的极限低温在-29℃)。并把冷冻室温度能达到-24℃以下的定为四星级;-18℃以下的为三星级。这两类冰箱可保存食品3个月以上;冷冻室温度在-12℃和-6℃以下的定为二星级和一星级,食品的有效保存期只有一周。

这里特别要提到冰箱制冷剂——氟利昂的问题。冰箱用制冷剂之所以把氟利昂作为首选对象,主要是由于氟利昂在低温(-29.8℃)下就能汽化。汽化的过程中,使冰箱内空气温度下降,但谁也未曾料到,广泛应用于冰箱、空调、绝缘材料等领域的氟利昂,竟与氯氟烃类化合物一样,会严重地污染大气,造成对大气臭氧层的毁灭性破坏。人们从近期全球灾害性天气增多,尤其是全球气温升高的变化中,才意识到大气臭氧层遭破坏的严重性。

大气上方的臭氧层很薄,若集中到地表面上只有3毫米,然而它却可以吸收太阳光中大部分的紫外线,从而保护人类的自身安全。但迄今为止,全球臭氧由于氟利昂等影响已减少3%,在地球的南极上空,已出现了臭氧层“空洞”,紫外光可以毫无阻挡地施虐于人类。如近期不能在全球停止使用氟利昂等大气污染物,那么其后果将十分严重。北美、欧洲皮肤癌高发率的情况,有可能向全世界扩散蔓延。1990年6月,75个国家的官员以及30个组织的代表曾召开集会,会上一致通过了关于到2000年要彻底停止生产氟利昂等氯氟烃类化合物。提出要经过几年的逐步限制,到2000年时最后禁止使用以氟利昂为制冷剂的冰箱的生产。1991年初,美国杜邦公司宣布,它已研制成功并将推出第一批氟利昂的代替品。这种被称为杜邦SUVA的新一代制冷剂对臭氧层的损耗极小甚至完全无害。这给该公司带来巨大的经济效益,也为人类安全作出贡献。以上,我们就电冰箱的发明及工作原理简单介绍了一下,希望对要买电冰箱的朋友有所帮助。