维基少年:事物如何运作/冰箱
可以说，冰箱并非由某一个人发明。许多人都在 1847 年到 1910 年之间创造了不同类型的冰箱，而家用冰箱也开始普及起来。
冰箱中需要能量的主要部件是压缩机（见下文）。它本质上是一个由电机驱动的泵。电机可以是电力驱动的（如家用冰箱），也可以是出于其他原因而存在的电机（例如，汽车中的发动机为空调系统中的压缩机提供能量）。
右侧的图示显示了基本的制冷循环。您可以看到，基本的制冷系统由四个主要部件组成。所有这些部件协同工作以改变管道中制冷剂的状态。让我们讨论一下这些不同部件的功能。
这是从您要冷却的目标中吸取热量的部件。对于空调系统来说，通常是房间的空气。当低温制冷剂通过蒸发器时，它会吸收房间空气的热量，并变成低压蒸汽或气体。这个过程会降低房间空气的温度，使房间变凉。然后，冷空气会利用风扇在房间内循环，从而为住户提供舒适的环境。
蒸发器的工作方式类似于将少量酒精涂抹在手上，让它蒸发。手上的热量会使液体变成气体，在这个过程中吸收能量，使你的手感觉更凉。空调和其他制冷设备也是这样做的，只是规模更大。然而，与酒精涂抹在手上不同的是，制冷循环将在我们的下一站“压缩机”开始将这种蒸发的气体重新变成液体。
压缩机是一种机器，它可以将物质压缩到更小的空间中，从而对其加压。想想你用来给自行车轮胎充气的气筒——它利用你的肌肉力量将空气压缩到更小的空间中。现在，如果你给轮胎充气一段时间，然后将手放在气管连接到气缸的地方，你会感到很热。这是因为气体被压缩到更小的空间中，释放了热量。
在压缩机中，一个强大的电机驱动一个活塞或高速风机（称为叶轮），它将蒸汽化的气体压缩到更高的压力。但为什么空调或制冷需要它呢？在从房间空气中吸收热量（从而冷却它）后，制冷剂会降低压力以保持其体积。这种低压制冷剂可能会导致系统循环出现问题，并降低冷凝器的效率。因此，在这一阶段，压缩机通过压缩制冷剂来提高压力，从而进一步提高其温度。
那么，我们如何摆脱所有这些热量呢？将热量重新释放回我们试图冷却的房间并不好！因此，我们将这种热气体释放到它应该去的地方——我们的下一个部件，称为“冷凝器”。
在这个阶段，从压缩机出来的热的高压气体流入一组堆叠的管道，称为“冷凝器”。它通常放置在其他地方，远离要冷却的位置（例如室外）。因此，通过对流、强制空气（风扇）甚至水进行良好的通风，可以使这组管道保持凉爽，从而释放到目前为止积累的所有热量。本质上，冷凝器的目的是将热蒸汽化的制冷剂重新变成较冷的液体，以便制冷循环可以重新开始。
您可以观察到类似冷凝器的东西，例如，观察一个放在沸腾锅上的冷金属勺子，一段时间后会在上面积聚小水滴。这是因为勺子的较冷表面会降低附近蒸汽的温度，并使水分子彼此靠近，从而使蒸汽重新变成液体。在这个过程中会释放热能，导致勺子变暖。
在冷却过程可以在蒸发器处重新开始之前，只剩下最后一步：热膨胀阀。
到目前为止，制冷剂一直是低压液体、低压蒸汽、高压蒸汽，最后是高压液体。现在我们需要一种方法从系统中去除压缩机产生的所有压力。这就是热膨胀阀的作用。它允许制冷剂膨胀并降低压力，这也导致温度急剧下降。现在制冷剂又变成低压、低温液体，可以重新通过蒸发器并冷却更多空气了！
热膨胀阀是制冷过程中的一个非常重要的步骤。可以把它看作是一个精心钻孔的针孔，它将高压区域与低压区域隔开。从冷凝器出来的（现在很冷的）高压液体，正试图非常努力地穿过这么小的空间进入蒸发器，在那里它可以再次沸腾并吸收热量。然而，如果没有这个孔，而是在那里放置一根普通的管道，就不会有压力差，也就不会发生冷却！因此，空调、冰箱和其他此类设备的制造商需要仔细选择合适的膨胀阀尺寸，以便建立正确的压力。差异太大（如，孔太小），压缩机可能会过热，蒸发器可能会结冰，还会出现其他讨厌的问题。差异太小（孔太大），冷却效果就不够！
在大型制冷系统中，可以通过在蒸发器连接到压缩机的位置附近放置一个特殊的“热感球”来解决热膨胀阀尺寸的难题。一根细长的管子连接热感球到安装在阀体上的一个大隔膜，该隔膜控制着孔的大小。热感球内装有各种液体的混合物，使其作用类似于您生病时可能使用过的传统酒精温度计。本质上，它的作用是告诉阀门蒸发器温度过低（这意味着孔太小），或者蒸发器温度过高（孔现在太大），并改变孔的大小，以便产生相反的效果。由于制冷系统中几乎所有部件的温度都在不断上升和下降，因此热膨胀阀的任务是“控制”整个系统，使其始终在适当的温度下冷却。
现在你了解了制冷循环背后的基本原理。这些原理几乎可以应用于任何制冷系统：你父母的汽车，你家和学校的空调，你的冰箱/冰柜，甚至像汽水和冰淇淋机这样的奇特物品！没有制冷，我们会非常不舒服，也无法防止物品过热。
旧冰箱和空调中的制冷剂对环境有害。如今最常用的制冷剂无毒，但由于其密度，如果在密闭房间内释放，会置换氧气，导致窒息。
它降低了空间的温度。
制冷系统的尺寸从最小的“宿舍冰箱”（专为大学和办公室使用）到工业建筑周围的巨大冷却塔，应有尽有。即使这样，它们的流程也非常相似；大多数情况下，只有部件的尺寸不同。
例如，小型活塞式冰柜压缩机的大小大约相当于普通冰箱中的一个小型足球，使用正常的 120 伏家用电流，并且在一个马力约为十分之一的电机驱动下运行。用于冷却大型建筑物的最大离心压缩机，其体积可能像一辆公共汽车一样大，使用三相 480 伏电流，并使用多个电机，每个电机功率超过一千马力！
冷凝器也是尺寸差异很大的另一个部件。宿舍冰箱的冷凝器宽度和高度约为 12-16 英寸，包含的铜管长度可能只有几英尺。这是因为从如此小的空间中去除的热量非常小。另一方面，工业冷凝器系统通常是许多堆叠的充满制冷剂的管子，封装在非常大的鼓内，鼓内流淌着大量的水（或水和某种防冻液的混合物）。这种“冷却水”被泵送到外面的单独冷却塔（其中最大的一些可能看起来像核反应堆冷却塔），在那里它流过槽，同时来自大型风机的气流将热量散发到大气中。然后，水通过泵重新循环回冷凝鼓。
还有另一种实现制冷（冷却）的技术。这被称为蒸汽吸收过程。
在这项技术中，两种流体用作制冷剂。其中一种以气体形式存在，另一种以液体形式存在。所用液体的主要特性是能够吸收气体。
在需要冷却的房间内，气体（蒸汽）被液体吸收，从而产生低压和低温。一旦液体被蒸汽饱和，它就会被转移到放置在房间外面的盘管中。这里温度较高，在较高温度下，液体释放蒸汽。
冰箱让我们可以更长时间地保存食物；如果我们没有冰箱，夏天如何防止冰淇淋融化？空调让我们可以在夏天降温房屋和建筑物，减少中暑的可能性。
空调系统出人意料地易于理解。制冷循环可以很好地说明改变物质会有多么有用。制冷使我们能够更舒适、更经济地生活。只需掌握几个基本概念，你就能很快了解 AC&R、空调和制冷的所有知识。
请记住，空调系统不会冷却通过它们的气流，而是 **去除** 气流中的热量。只要两个物体彼此靠近，它们就会倾向于使各自的温度均衡。温度差越大，传热速度越快。传热总是从热物体到冷物体发生。传热通过三种方式之一发生：辐射、对流和传导。
辐射是指热量穿过表面，而该表面没有接触热量源。例如，如果壁炉里着火，火会辐射热量，如果你在附近，即使没有接触到火，你也能感觉到热量。 -
对流是热量的自然循环。你可能已经知道，温暖的空气会上升，而冷空气会下降。这个过程被称为对流。我们每天使用的许多物体都利用了这一原理，例如烤箱。你把食物放在烤箱的中央，底部有加热元件。元件加热空气，空气上升，直到冷却到足以开始下沉，然后再被元件加热，从而在烤箱内部形成空气循环。
传导可能是你最熟悉的热传递形式。传导发生在两种材料相互接触时。例如，你把你的手放在一个热板上。通过与热板直接接触，你就可以将热量传递到你的冷手。
你现在已经了解了热传递的基本原理，这是学习空调系统如何工作最重要的概念。
在我们继续之前，我们将回顾物质的状态以及它们之间的关系。物质以四种状态存在：固体、液体、气体和等离子体。当热传递发生时，物质可以改变状态。通过加热液体，你可以使其变成气体。例如：水以三种状态存在，固体（冰）、液体和气体（蒸发的水）。当你加热一块冰，它会融化并变成液体。当你加热液体时，它会变成蒸汽，你可以观察到蒸汽。
当物质被压缩时，它的温度会升高。相反，当物质中的压力释放时，物质的温度会降低。这可以通过喷雾罐观察到。在将物质从容器中排出后，这会降低容器内物质的压力，容器的温度会降低。
制冷剂是一种无色化合物，由于其独特的时态特性，被用于空调和制冷系统。最常用的类型是 R-134a。过去，R-12 和 R-22 很常见，但当发现它们释放到大气中对环境有不利影响时，它们的用途被停止了。制冷剂在基本的制冷剂循环中多次从气体变为液体，再从液体变为气体。制冷剂本身非常冷。事实上，它的沸点只有 -26.08°C 或 -14.94°F！（在大气压下，通常为 101.4 kPa。）这种特性使其非常适合用于制冷。它在液态下保持低温的能力使其能够从周围的空气中吸收大量的热量。你不应该处理制冷剂，如果你没有经过培训，处理制冷剂非常危险。当制冷剂与火焰接触时，它会分解成气体，如果吸入这些气体，可能会造成伤害。