關於冷凍機的文章
冰箱本質上是一個反向運轉的熱機。熱機從低溫區域吸收熱量,並將其釋放到高溫區域。為了實現這個過程,熱機必須做功。然而,熱量自然地只能從高溫區域流向低溫區域,它不能自發性地從低溫區域流向高溫區域。這與之前討論過的克勞修斯定理相符。對於冰箱中發生的這個過程,先前的克勞修斯定理可以表達如下:
冷凍機(循環工作)不可能在不做功的情況下將熱量從低溫處轉移到高溫處(熱力學第二定律-克勞修斯表述)。
斜體字部分是對熱力學第二定律的特殊表述。此表述僅適用於冷凍機。能量形式的改變和轉移的過程稱為能量的轉移。能量
冷卻機的外觀如下圖所示。
機器做功(W)將熱量從低溫處(Q L)吸收並釋放到高溫處(Q H)。根據能量守恆定律,可以得出結論:Q L + W = Q H。
如果說熱機領域使用「效率」一詞,那麼製冷機領域則使用「性能係數 (KK)」一詞。冷凍機的性能係數 (KK) 是指從低溫區域傳遞的熱量 (QL) 與傳遞該熱量所做的功 (W) 之比。其數學表達式如下:

如果要將冰箱的性能係數表示為百分比,只需將此公式乘以 100% 即可。冰箱的理想性能係數(冰箱的卡諾性能係數):

我們常用的冷凍設備有好幾種,包括冰箱、空調和熱泵。
冰箱
冷凝器負責將蒸氣轉化為液體,壓縮機負責壓縮空氣。冷卻盤管通常位於冰箱內部,而冷凝盤管則位於冰箱外部(冰箱背面)。
盤管內部是一種處於相平衡狀態(以液態和氣態存在)的流體,這種流體稱為冷媒。過去常用的冷媒是氟利昂。由於氟利昂的釋放會破壞臭氧層,因此現在已不再使用。
壓縮機馬達(由電力驅動)吸入冷媒(氣態),並對其進行絕熱壓縮。由於絕熱壓縮,冷媒蒸氣的溫度升高。隨著溫度升高,蒸氣的壓力也隨之升高。壓縮機(高溫)和冷凝器(低溫)之間的溫差使得高溫高壓的冷媒蒸氣流經位於冰箱後方的冷凝器盤管。
蒸氣的溫度高於周圍空氣的溫度,因此當它流經冷凝器盤管時,會向周圍空氣釋放熱量。由於被冷凝器冷凝,蒸氣冷卻並變成液體。當它流經膨脹閥時,變成液體的冷媒會發生絕熱膨脹。絕熱膨脹導致液體溫度降低。低溫液體流入冰箱內部的盤管。由於盤管內的液體溫度低於冰箱內的空氣溫度,液體會吸收熱量,直到冷媒汽化(液體在冰箱內吸收熱量)。汽化的冷媒被壓縮機吸入並進行絕熱壓縮。如此循環往復……(這個過程不斷重複)。由於冰箱內的熱量傳遞給盤管內的液體,冰箱溫度就會降低。
空調
儘管空調和冰箱的設計不同,但它們的基本工作原理相似。這裡,冰箱指的是房間。通常,冷卻盤管位於房間內部,而冷凝盤管則位於房間外部。冷凝盤管後面是風扇。風扇的作用是調節空氣循環,吹動冷凝盤管,加速冷凝盤管與周圍空氣之間的熱傳遞。相反,冷卻盤管後面是鼓風機,也稱為送風機。它的功能與風扇類似。風扇將冷凝盤管吹向室外,將熱量傳遞給周圍空氣,而送風機則將冷卻盤管吹向室內,將冷空氣輸送到整個房間。
熱泵
熱泵通常用於寒冷的冬季。熱泵的工作原理與冰箱類似。不同之處在於,冰箱是用來製冷的,而熱泵是用來製熱的。冰箱透過吸收室內的熱量(QL )並將其釋放到室外(QH )來做功,而熱泵則從室外吸收熱量(QL )並將其釋放到室內(QH )。增加的熱量使房間變暖。夏季來臨時,熱泵可以反轉,作為空調(AC)運作。