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冷凍循環 控制溫度濕度的冷氣機

冷凍循環 控制溫度濕度的冷氣機

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冷氣機可令室內溫度和濕度保持在舒適的水平,-櫃可以幫助保存食物防止變壞。它們都屬於「冷凍機」一類的製冷機器,根據熱力學的冷凍循環達到冷卻效果。

熱力學第二定律

根據熱力學(Thermodynamics) ,可以利用熱力學循環(Thermodynamic Cycle)製造出「熱機/引擎」(Heat Engine)和「冷凍機」(Refrigerator) 。

熱機是將熱量轉化為機械能的機器,在高溫熱源(Hot Reservoir)吸取熱量,轉化為對外輸出機械能的同時將部份熱量排出低溫熱源(Cold Reservoir) 。而冷凍機則是將機械能轉化為熱量的機器,將機械能輸入冷凍機便可將熱量由低溫熱源傳送到高溫熱源,達到冷卻效果。

要製造出效能高的熱機就要令排出的熱量減到最少;而要提高冷凍機效能則要令輸入的機械能降到最低。可是,根據熱力學第二定律(Second Law of Thermodynamics) ,熱機必須排出一定熱量到低溫熱源;同樣,機械能必須輸入冷凍機。換言之,並不能製造出「在僅有一個熱源下能夠不斷運動並輸出機械能」的熱機和不需外界輸入能量便能運作」的冷凍機。

冷氣機的運作原理和結構

一般而言,所有的冷凍系統包括冷氣機(Air-Conditioner)和雪櫃(Refrigerator)都是根據冷凍機的原理,加上冷凍循環(Refrigeration cycle)製造而成的。以冷氣機為例,室內就是低溫熱源,而室外就是高溫熱源。冷氣機由四個部份組成包括蒸發器(Evaporator) 、壓縮機(Compressor) 、冷凝器(Condenser)和熱力膨脹閥(Throttling Valve) 。它們以管道連接,而管內則放有製冷劑(Refrigerant) ,俗稱「雪種」。當開動冷氣機後,電動摩打推動壓縮機使得室內和室外的管道分別維持著低溫低壓和高溫高壓,同時利用泵帶動製冷劑在
管內流動。

當製冷劑進入室內的蒸發器,低溫低壓使製冷劑蒸發成氣體,並吸取熱量。

之後製冷劑會流到壓縮機,製冷劑被壓縮後成為高溫高壓,進入冷凝器時凝結成為液體,過程中釋放出先前在室內所吸收的熱量。及後通過熱力膨脹閥又降低壓力與溫度,在進入蒸發器時再次蒸發成氣體。

雪櫃背面的冷凝器和壓縮機

因為冷氣機會帶走室內水份,因此冷氣機滴水屬常見現象。為免冷氣機滴水影響路人,冷氣機底部都需裝有底盤和去水喉。

動畫解構雪櫃運作原理

雪櫃的製冷原理和冷氣機相同,低溫熱源和高溫熱源分別是雪櫃的內部和外部,根據冷凍循環,利用製冷劑在雪櫃內吸取熱量再於雪櫃外排出,再經管道回到雪櫃內。可是由於熱量會在櫃外排出,也即是排到了屋內,所以在保持雪櫃內部處於低溫狀態的同時,會令屋內溫度上升。以下網頁便利用動畫介紹了雪櫃的基本結構和運作原理。

冷氣機和雪櫃除了帶走低溫熱源的熱量外,也會令濕度降低。因為製冷劑在吸取熱量的同時會帶走空氣內的水份,當製冷劑在冷凝器凝結液體時,吸收了的水份也會凝結為水滴。因此在濕度高的地方,如香港,冷氣機既可以帶來涼快的感覺也可以去除多餘的水份,達到製冷和抽濕的功能。

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