文／簡麗賢

「如果我有一座新冰箱」，曾是高中生考大學的學測寫作測驗題目。冰箱可以很空，也可以很滿，冰箱可能盛載著家庭的愛與記憶。學期末整理辦公室的冰箱時，同事問我：「科普一下，有沒有比較好懂的說法，了解冰箱如何運作？」大哉問，這涉及專業的熱學概念，物體之間的溫度差異，由高溫物體向低溫物體傳遞熱（heat）。既然「曲高不和寡，深入能淺出」，本文盡量淺顯易懂說明電冰箱的運作原理。

三態變化 藉由熱學



先認識熱學概念。固態的冰受熱後，溶化成液態的水；若再繼續加熱，則水經汽化轉變為水蒸氣，這些形態的改變稱為「狀態變化」。

自然界的物質，在不同條件下，可以固態、液態、氣態3種狀態存在。液體加熱，分子運動的速率更快，分子距離增加會減弱分子力。當分子運動速率增快到可完全掙脫分子力的束縛時，液體就轉變成氣體，稱為氣化。

在水的汽化期間，輸入的熱用於掙脫液體內分子間的束縛力，分子運動的速率並未增加，因此氣態的水蒸氣與液態的水共存時，溫度不變。反過來說，氣體變成液體的現象稱為液化；液化期間，氣態與液態共存，溫度保持不變。液體汽化時，由於失去能量較大的分子，因此溫度會降低，造成冷卻的效果，例如打針前，塗上酒精的手臂感覺涼快，是因為酒精容易揮發，汽化時從手臂上吸熱而使溫度降低。

具有以上的概念後，比較容易理解電冰箱的運作原理。

液體氣化 吸熱原理



電冰箱是利用液體氣化吸熱的原理，使食物得以保持冷藏。一般稱冰箱背後的銅管內裝有在常溫下容易被壓縮液化的氣體為致冷劑，俗稱為「冷媒」（refrigerant）。當壓縮機啟動後，氣態冷媒被迫進入冰箱背後的高壓管凝結器中，因為在高壓管內的環境，壓力上升，沸點也跟著上升，容易凝結成液態，凝結過程會放熱，熱量會被排放至大氣中。

液態冷媒繼續被驅動上升，經過一段窄管的膨脹閥，噴入冰箱的低壓管汽化器中，因為壓力下降，冷媒的沸點跟著下降而容易汽化，液態冷媒因汽化而需要吸熱，迅速汽化，急速冷卻，因此從冰箱內的食物飲料等周遭環境中大量吸收熱，降低低壓管汽化器附近的溫度。汽化後的氣態冷媒被壓縮機再壓入高壓管凝結器中，重新凝結成液態。氣態冷媒凝結成液態時所放出的熱，經由高壓迴管及緊貼在其上的散熱片，釋放到冰箱外的環境中。一再重複以上的循環過程，冰箱內的熱逐漸被排放至冰箱外的大氣中，直到冰箱內的溫度降低到預先設定的溫度為止。

進一步闡述，利用低溫的冷媒冷卻冰箱裡的食物，再用壓縮機壓縮吸收熱後的冷媒，提高溫度，以利於其後的散熱過程。在運作過程中，壓縮機利用電能轉換為力學把冷媒升溫並增加其壓力，藉此能讓冰箱內的熱轉移到冰箱外。冷媒經散熱片把熱釋放到周遭空氣中後，經過降溫、降壓又可以用來冷卻冰箱裡的食物，如此冷卻循環過程會消耗電能轉變為熱能，故通電並經長時間運轉後，平均室溫會提高。

安裝冷媒 離火源遠



簡言之，冰箱就是利用液體汽化吸熱，吸收冷藏冷凍室內的熱，以及氣體凝結放熱，將熱量排放至空氣中，使冷藏冷凍室內的溫度降低，達到冷藏或冷凍的效果。

冰箱需要散熱以維持冷媒正常運作，因此須特別注意冰箱不可靠近火爐，不可直接受日光照射；要放在通風的地方﹔冰箱與牆壁要保留適當的距離，以達到通風散熱的效果﹔若無特別需要，盡量不要常常打開冰箱的門，避免增加壓縮機的負擔，也可避免浪費能源與縮短冰箱的壽命。搬家時，新安裝的冰箱在冷媒未安定前，不要立刻插電運轉，否則易損壞壓縮機。