冷凍サイクルとは何ですか？

冷凍サイクルは、相変化ヒートポンプとして知られる、逆方向に動作する熱機関です。 低温で沸騰する冷媒を使用すると、比較的冷たさが発生し、冷蔵庫の温度が細菌の繁殖や食物の破壊を防ぐレベルまで低下します。 冷凍サイクルは、水が蒸発して手が冷たくなったという本質的に同じ原理で機能します。 冷媒として知られているものを含む他の液体は、蒸発するとさらに低い温度を生成します。

冷凍サイクルは、4つの段階を経るガスの閉ループです。 最初の段階はコンプレッサーで、冷媒を圧縮して温度を上げます。 ガスはその後、冷蔵庫の外に熱を放出する放熱コイルに送られます。 熱が放散されると、冷媒は冷却され、液体に再凝縮します。 次に、この液体は、膨張弁と呼ばれる高圧/低圧のしきい値を通過します。これにより、液体は膨張し、相がガスに変化します。 冷たいガスは再び冷蔵庫に循環し、内部から熱を吸収してから、再び圧縮機に送られます。 冷凍サイクルの目的は、冷蔵庫の内部から熱を奪い、外部に伝達することです。

冷凍サイクルをよりよく理解するには、相変化の概念に精通している必要があります。 蒸発する液体は、相変化が気体になるまで一定温度に留まります。 たとえば、沸騰した水は常に沸点の温度である212°F（100°C）のままです。 たとえば、冷蔵庫が40°F（4°C）ではなく300°F（148°C）未満に保つことで食品を新鮮に保つことができる場合、水の沸点は冷却剤として使用される可能性があります300°Fの冷蔵しきい値と比較して冷たくなります。

冷凍サイクルで使用される従来の冷媒はアンモニアですが、人間には有毒です。 アンモニアは30年代にクロロフルオロカーボン（CFC）に置き換えられましたが、この化合物は70年代にオゾン層を損傷し、段階的に廃止されました。 ハイドロフルオロカーボン（HFC）などの新しい化合物は、効果的に冷蔵され、毒性がなく、オゾン層を損傷しません。 冷凍の発明は、おそらく20世紀の最も重要な発明の1つであり、食品を損なうことなく長距離輸送または長期間保管することができます。