維基少年:事物如何運作/冰箱
可以說，冰箱並非由某一個人發明。許多人都在 1847 年到 1910 年之間創造了不同型別的冰箱，而家用冰箱也開始普及起來。
冰箱中需要能量的主要部件是壓縮機（見下文）。它本質上是一個由電機驅動的泵。電機可以是電力驅動的（如家用冰箱），也可以是出於其他原因而存在的電機（例如，汽車中的發動機為空調系統中的壓縮機提供能量）。
右側的圖示顯示了基本的製冷迴圈。您可以看到，基本的製冷系統由四個主要部件組成。所有這些部件協同工作以改變管道中製冷劑的狀態。讓我們討論一下這些不同部件的功能。
這是從您要冷卻的目標中吸取熱量的部件。對於空調系統來說，通常是房間的空氣。當低溫製冷劑透過蒸發器時，它會吸收房間空氣的熱量，並變成低壓蒸汽或氣體。這個過程會降低房間空氣的溫度，使房間變涼。然後，冷空氣會利用風扇在房間內迴圈，從而為住戶提供舒適的環境。
蒸發器的工作方式類似於將少量酒精塗抹在手上，讓它蒸發。手上的熱量會使液體變成氣體，在這個過程中吸收能量，使你的手感覺更涼。空調和其他製冷裝置也是這樣做的，只是規模更大。然而，與酒精塗抹在手上不同的是，製冷迴圈將在我們的下一站“壓縮機”開始將這種蒸發的氣體重新變成液體。
壓縮機是一種機器，它可以將物質壓縮到更小的空間中，從而對其加壓。想想你用來給腳踏車輪胎充氣的氣筒——它利用你的肌肉力量將空氣壓縮到更小的空間中。現在，如果你給輪胎充氣一段時間，然後將手放在氣管連線到氣缸的地方，你會感到很熱。這是因為氣體被壓縮到更小的空間中，釋放了熱量。
在壓縮機中，一個強大的電機驅動一個活塞或高速風機（稱為葉輪），它將蒸汽化的氣體壓縮到更高的壓力。但為什麼空調或製冷需要它呢？在從房間空氣中吸收熱量（從而冷卻它）後，製冷劑會降低壓力以保持其體積。這種低壓制冷劑可能會導致系統迴圈出現問題，並降低冷凝器的效率。因此，在這一階段，壓縮機透過壓縮製冷劑來提高壓力，從而進一步提高其溫度。
那麼，我們如何擺脫所有這些熱量呢？將熱量重新釋放回我們試圖冷卻的房間並不好！因此，我們將這種熱氣體釋放到它應該去的地方——我們的下一個部件，稱為“冷凝器”。
在這個階段，從壓縮機出來的熱的高壓氣體流入一組堆疊的管道，稱為“冷凝器”。它通常放置在其他地方，遠離要冷卻的位置（例如室外）。因此，透過對流、強制空氣（風扇）甚至水進行良好的通風，可以使這組管道保持涼爽，從而釋放到目前為止積累的所有熱量。本質上，冷凝器的目的是將熱蒸汽化的製冷劑重新變成較冷的液體，以便製冷迴圈可以重新開始。
您可以觀察到類似冷凝器的東西，例如，觀察一個放在沸騰鍋上的冷金屬勺子，一段時間後會在上面積聚小水滴。這是因為勺子的較冷表面會降低附近蒸汽的溫度，並使水分子彼此靠近，從而使蒸汽重新變成液體。在這個過程中會釋放熱能，導致勺子變暖。
在冷卻過程可以在蒸發器處重新開始之前，只剩下最後一步：熱膨脹閥。
到目前為止，製冷劑一直是低壓液體、低壓蒸汽、高壓蒸汽，最後是高壓液體。現在我們需要一種方法從系統中去除壓縮機產生的所有壓力。這就是熱膨脹閥的作用。它允許製冷劑膨脹並降低壓力，這也導致溫度急劇下降。現在製冷劑又變成低壓、低溫液體，可以重新透過蒸發器並冷卻更多空氣了！
熱膨脹閥是製冷過程中的一個非常重要的步驟。可以把它看作是一個精心鑽孔的針孔，它將高壓區域與低壓區域隔開。從冷凝器出來的（現在很冷的）高壓液體，正試圖非常努力地穿過這麼小的空間進入蒸發器，在那裡它可以再次沸騰並吸收熱量。然而，如果沒有這個孔，而是在那裡放置一根普通的管道，就不會有壓力差，也就不會發生冷卻！因此，空調、冰箱和其他此類裝置的製造商需要仔細選擇合適的膨脹閥尺寸，以便建立正確的壓力。差異太大（如，孔太小），壓縮機可能會過熱，蒸發器可能會結冰，還會出現其他討厭的問題。差異太小（孔太大），冷卻效果就不夠！
在大型製冷系統中，可以透過在蒸發器連線到壓縮機的位置附近放置一個特殊的“熱感球”來解決熱膨脹閥尺寸的難題。一根細長的管子連線熱感球到安裝在閥體上的一個大隔膜，該隔膜控制著孔的大小。熱感球內裝有各種液體的混合物，使其作用類似於您生病時可能使用過的傳統酒精溫度計。本質上，它的作用是告訴閥門蒸發器溫度過低（這意味著孔太小），或者蒸發器溫度過高（孔現在太大），並改變孔的大小，以便產生相反的效果。由於製冷系統中幾乎所有部件的溫度都在不斷上升和下降，因此熱膨脹閥的任務是“控制”整個系統，使其始終在適當的溫度下冷卻。
現在你瞭解了製冷迴圈背後的基本原理。這些原理幾乎可以應用於任何製冷系統：你父母的汽車，你家和學校的空調，你的冰箱/冰櫃，甚至像汽水和冰淇淋機這樣的奇特物品！沒有製冷，我們會非常不舒服，也無法防止物品過熱。
舊冰箱和空調中的製冷劑對環境有害。如今最常用的製冷劑無毒，但由於其密度，如果在密閉房間內釋放，會置換氧氣，導致窒息。
它降低了空間的溫度。
製冷系統的尺寸從最小的“宿舍冰箱”（專為大學和辦公室使用）到工業建築周圍的巨大冷卻塔，應有盡有。即使這樣，它們的流程也非常相似；大多數情況下，只有部件的尺寸不同。
例如，小型活塞式冰櫃壓縮機的大小大約相當於普通冰箱中的一個小型足球，使用正常的 120 伏家用電流，並且在一個馬力約為十分之一的電機驅動下執行。用於冷卻大型建築物的最大離心壓縮機，其體積可能像一輛公共汽車一樣大，使用三相 480 伏電流，並使用多個電機，每個電機功率超過一千馬力！
冷凝器也是尺寸差異很大的另一個部件。宿舍冰箱的冷凝器寬度和高度約為 12-16 英寸，包含的銅管長度可能只有幾英尺。這是因為從如此小的空間中去除的熱量非常小。另一方面，工業冷凝器系統通常是許多堆疊的充滿製冷劑的管子，封裝在非常大的鼓內，鼓內流淌著大量的水（或水和某種防凍液的混合物）。這種“冷卻水”被泵送到外面的單獨冷卻塔（其中最大的一些可能看起來像核反應堆冷卻塔），在那裡它流過槽，同時來自大型風機的氣流將熱量散發到大氣中。然後，水透過泵重新迴圈回冷凝鼓。
還有另一種實現製冷（冷卻）的技術。這被稱為蒸汽吸收過程。
在這項技術中，兩種流體用作製冷劑。其中一種以氣體形式存在，另一種以液體形式存在。所用液體的主要特性是能夠吸收氣體。
在需要冷卻的房間內，氣體（蒸汽）被液體吸收，從而產生低壓和低溫。一旦液體被蒸汽飽和，它就會被轉移到放置在房間外面的盤管中。這裡溫度較高，在較高溫度下，液體釋放蒸汽。
冰箱讓我們可以更長時間地儲存食物；如果我們沒有冰箱，夏天如何防止冰淇淋融化？空調讓我們可以在夏天降溫房屋和建築物，減少中暑的可能性。
空調系統出人意料地易於理解。製冷迴圈可以很好地說明改變物質會有多麼有用。製冷使我們能夠更舒適、更經濟地生活。只需掌握幾個基本概念，你就能很快了解 AC&R、空調和製冷的所有知識。
請記住，空調系統不會冷卻透過它們的氣流，而是 **去除** 氣流中的熱量。只要兩個物體彼此靠近，它們就會傾向於使各自的溫度均衡。溫度差越大，傳熱速度越快。傳熱總是從熱物體到冷物體發生。傳熱透過三種方式之一發生：輻射、對流和傳導。
輻射是指熱量穿過表面，而該表面沒有接觸熱量源。例如，如果壁爐裡著火，火會輻射熱量，如果你在附近，即使沒有接觸到火，你也能感覺到熱量。 -
對流是熱量的自然迴圈。你可能已經知道，溫暖的空氣會上升，而冷空氣會下降。這個過程被稱為對流。我們每天使用的許多物體都利用了這一原理，例如烤箱。你把食物放在烤箱的中央，底部有加熱元件。元件加熱空氣，空氣上升，直到冷卻到足以開始下沉，然後再被元件加熱，從而在烤箱內部形成空氣迴圈。
傳導可能是你最熟悉的熱傳遞形式。傳導發生在兩種材料相互接觸時。例如，你把你的手放在一個熱板上。透過與熱板直接接觸，你就可以將熱量傳遞到你的冷手。
你現在已經瞭解了熱傳遞的基本原理，這是學習空調系統如何工作最重要的概念。
在我們繼續之前，我們將回顧物質的狀態以及它們之間的關係。物質以四種狀態存在：固體、液體、氣體和等離子體。當熱傳遞發生時，物質可以改變狀態。透過加熱液體，你可以使其變成氣體。例如：水以三種狀態存在，固體（冰）、液體和氣體（蒸發的水）。當你加熱一塊冰，它會融化並變成液體。當你加熱液體時，它會變成蒸汽，你可以觀察到蒸汽。
當物質被壓縮時，它的溫度會升高。相反，當物質中的壓力釋放時，物質的溫度會降低。這可以透過噴霧罐觀察到。在將物質從容器中排出後，這會降低容器內物質的壓力，容器的溫度會降低。
製冷劑是一種無色化合物，由於其獨特的時態特性，被用於空調和製冷系統。最常用的型別是 R-134a。過去，R-12 和 R-22 很常見，但當發現它們釋放到大氣中對環境有不利影響時，它們的用途被停止了。製冷劑在基本的製冷劑迴圈中多次從氣體變為液體，再從液體變為氣體。製冷劑本身非常冷。事實上，它的沸點只有 -26.08°C 或 -14.94°F！（在大氣壓下，通常為 101.4 kPa。）這種特性使其非常適合用於製冷。它在液態下保持低溫的能力使其能夠從周圍的空氣中吸收大量的熱量。你不應該處理製冷劑，如果你沒有經過培訓，處理製冷劑非常危險。當製冷劑與火焰接觸時，它會分解成氣體，如果吸入這些氣體，可能會造成傷害。