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愛因斯坦的發射器

生活 更新时间:2025-01-17 21:57:21

愛因斯坦是個偉大的科學家,他那習慣于考慮宇宙大謎團的腦袋,有時也會來點巧妙的發明。例如,他曾發明了一款冷卻機,巧妙地利用了物質的化學性質,非常節能,不用一點電,隻需要一點熱量就行了。

愛因斯坦的發射器(愛因斯坦的冷卻機)1

情況是這樣的。那是在1926年,愛因斯坦和他的學生看到報紙上的一篇報道,柏林的一戶人家被冰箱裡的毒氣殺死了。冰箱裡怎麼會有毒氣了呢?原來那時候氟利昂還未被發明出來,冰箱制冷劑采用的是丙烷等有毒的碳氫化合物。丙烷作為制冷劑制冷效果不好,為了達到需要的制冷量,往往需要更多的丙烷來制冷。制冷劑加多了,壓縮機的負荷就大,一旦這些活動部件密封不嚴,就容易導緻制冷劑洩漏。

看到這個報道,愛因斯坦很震驚,他想,冰箱制冷系統需要壓縮機這種活動的部件來工作,時間長了,肯定會因磨損而出現漏洞,這種系統潛伏着較大的危險。為了消除冰箱裡這種潛在的危險,愛因斯坦就和他的學生聯手搞起發明來,學生動手,他來指導,于是不久,一款非常簡單、節能的制冷系統就面世了。在這款制冷系統中,愛因斯坦采用了氨和水作為制冷劑,并且去掉了壓縮機。

巧妙而節能的設計

氨和水怎麼能用來制冷呢?為了能看懂愛因斯坦的設計,我們把它與有壓縮機的冰箱進行對比。

有壓縮機的冰箱一般是這麼工作的:液體制冷劑通過管道上的小口閥門進入制冷室減壓蒸發,變成氣體,科學上叫“節流膨脹”,這會吸收制冷室的熱量,從而起到制冷作用。然後制冷劑氣體再進入壓縮機加壓,加壓後,制冷劑溫度升高,再流經設在冰箱外面的散熱管散熱,制冷劑氣體溫度降低,變成液體。然後再開始下一個循環。這樣,冰箱内的熱量就通過這套系統被帶到了冰箱外面,從而冰箱内溫度降低。這個過程,制冷劑經過了氣化吸熱和液化放熱的過程。

而愛因斯坦的冷卻機是這樣工作的:高濃度氨水吸收周圍的熱量,揮發變成氨氣,使制冷室溫度降低。揮發出的氨氣通過管道流出,被水吸收,經過加熱、回收等工序,就又形成高濃度氨水,流回高濃度氨水罐。若把這套系統直接放在室内,把散熱器放在室外,就是空調了。若把這套系統縮小到一個密封小室裡,就是冰箱了。

這個過程不用電能來完成,一個工廠尾氣的餘熱或汽車尾氣的餘熱等廢熱就可以開動它。而要想把這種冷卻機裝到家裡,隻需要在屋頂上放個太陽能熱水器,就可以用其中的熱水來開動這個冷卻機了。不過在1930年代,人們還沒有有效利用太陽能的設備,但即使用電,它也比傳統冰箱節能得多,因為傳統冰箱的壓縮放熱浪費了大量電能。

愛因斯坦的發射器(愛因斯坦的冷卻機)2

無法享受的發明

愛因斯坦的冷卻機發明出來後,就被一個生産廠家看上了,但是人們很快發現,這種空調或冰箱如果要達到足夠的制冷效果,需要很大的體積,很占地方。因此,愛因斯坦的冷卻機被制造出來後,它隻是在一些工廠中使用,很少走入平民百姓家。

其實這種冷卻機的原理并不是愛因斯坦創造的,19世紀就有人想到用水和硫酸來作為制冷劑,制造了簡單的冷卻機了,這種冷卻機是利用了硫酸吸收水的性質。愛因斯坦隻是發明了一套利用氨和水的制冷系統。

愛因斯坦以後的人又對這種冷卻機進行了改進,并且找出了很多新的制冷劑,例如用矽膠和水作為制冷劑。就是說,水蒸發吸熱制冷,水蒸氣被矽膠吸附,因此可以保證水罐上方不會被水蒸氣充滿,可以不斷蒸發。矽膠中的水也是通過加熱的方式釋放出來,流動到室外散熱,冷凝成液體水,進入水罐。

由于矽膠和水都是無毒的,并且非常常見,因此現在的吸收式空調都是用矽膠和水作為制冷劑的。這種冷卻機的整個制冷系統也很大個,因此也都是用于工廠,充分利用工廠釋放的廢熱。

走入尋常百姓家

不過如今科學家發明出一種比矽膠更加多孔的吸附劑,具有納米級的空洞,因此具有比矽膠更大的吸水面積,被科學家叫做“納米海綿”,同樣重量的納米海綿和矽膠相比,納米海綿可以吸收的水量比矽膠多3倍。

而且納米海綿與水分子結合得并不是很緊密,這樣它吸水和釋放水的速度就快得多,比矽膠快50到100倍。這樣,相當于矽膠1/4大的納米海綿就可以達到同樣的制冷能力。這樣,空調的體積就可以大大縮小了,裝到室内與普通空調看上去差不多大,再在屋頂裝個太陽能加熱器,就可以開動這個空調不斷給室内降溫了,以後再也不用眼睜睜看着空調讓電表飛速旋轉了。另外,這種空調的價格和安裝費用也大大降低了。也許不久,這種超級節能的吸收式空調就會走入千家萬戶。

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