瓦斯冰箱

生活科學趣談

有沒有用過「瓦斯冰箱」?非洲也有你不知道的科技 – 獨立評論發布於2019年3月1日

氨的正常沸點是−33.34 °C,可應用在製冷用途,比如早期的製冰機就是用阿摩尼亞當冷媒

上方這款製冰機的運作機制與現今的電冰箱大同小異,必須將冷媒先通過壓縮機來形成高壓高熱氣體

只不過壓縮機必須通電才能運作,那麼瓦斯冰箱難道不需要壓縮機嗎?

瓦斯冰箱運用的是 吸附式製冷 原理,除了可使用電熱器來加熱,尚可藉由燃燒瓦斯、‎‎太陽能、‎‎廢熱等熱源來‎驅動整個循環過程,‎這種冰箱常配備在‎‎露營車上‎‎。使用氨當冷媒的優點是汽化熱 327 卡/克遠高於常見冷媒 R-134a 的 51 卡/克,但缺點是有毒。說個題外話,小時候三水街市場有個製冰工廠,有一次氨氣外洩時我正好在現場附近,阿摩尼亞的臭味使所有的攤販都跑得遠遠的,並且涕泗縱橫。那時觀察到飄在遮雨罩上方的氨氣是淺藍色的,當國中理化老師教到氨氣是無色有刺激性氣味時,我還跟老師有一點小小的爭執,直到大學才知道這是光的散射所造成^^。

言歸正傳,瓦斯冰箱是利用氨極易溶於水的特性來形成高濃度的氨水(水中溶解度 1:700),當以瓦斯加熱鍋爐中的管線時,氨會被蒸餾汽化而離開水溶液,然後在冰箱上方藉由氣冷散熱而被冷卻液化

管線在進入冰箱之前有一個比較特殊的地方,那就是在上圖的左上角有一根細管接進來,氫氣由此混入管線中然後才進入冰箱內的蒸發器。由於蒸發器的管徑截面積比進入前還粗,因此這些多出來的空間就會被氣態氨和氫的混合物所佔據。因為氫的存在會降低氨氣的分壓,而液體的蒸發速率取決於液體上方蒸汽的分壓值(這也就是下雨天衣服不容易乾的機制),因此藉由混進的氫氣就能讓氨以較低的分壓來提高蒸發速率。液化的氨在此環境中持續蒸發,相變所需的熱量則由冰箱內部提供,從而達到製冷效果。至於從冰箱內所汲取的熱量則是排出到冰箱外的環境溫度空氣中,氫氣則從上圖左邊的歧管藉由密度差自動上升而與氨氣分離,因此氫氣可以自動重複循環使用。

接下來,氨氣經由管道流入吸收器(上圖下方那個圓柱桶),在吸收器中與水接觸。由於氣態氨溶解在水中會造成水溶液上方空間的壓力下降,這種效應有利於增進氨氣在管道的流速,並且得以讓蒸餾器中未蒸發的水流回吸收器。最後則是利用吸附劑讓氨氣重新變回初始狀態,而這個吸附劑就是水,所以整個循環過程無需使用壓縮機。