爱因斯坦的火冻水机

爱因斯坦和西拉德的冰箱无毒，不会泄漏破坏臭氧层的气体，但对于家庭来说太复杂了。

爱因斯坦花了很长时间研究不泄漏有毒气体的冰箱。图片：YouTube。

1926年的一个早晨，科学家阿尔伯特·爱因斯坦在报纸上读到一则令人震惊的新闻：德国柏林的一个家庭，包括儿童，因冰箱密封破损，有毒气体弥漫整个房间而窒息身亡。他立即联系了他的朋友、年轻的科学家兼发明家利奥·西拉德，想办法改进冰箱。

当时，使用低沸点液体来降低温度的冰箱在欧洲和北美的家庭中很常见。这些冰箱冰箱内有几根管道，管道里装有低沸点液体。这些液体吸收食物通过冰箱壁散发出的热量，加热到沸点，变成气体，并带着热量从其他管道逸出。

然后，气体进入压缩室，在活塞的作用下冷凝。压缩机电机发出冰箱特有的噪音，推动热气体通过冰箱后部的几根管道，释放热量。热气体逐渐散热，凝结成液体，流经减压装置冷却，开始新的吸热循环。

当时常用的三种制冷剂是氨、氯甲烷和二氧化硫，这三种气体都具有毒性。正因如此，爱因斯坦决心找到更好的解决方案来制造冰箱。

爱因斯坦知道家用冰箱的弱点在于压缩机，因为密封圈经常在压力下爆裂。于是，他和西拉德发明了一种不需要压缩机的冰箱，叫做真空冰箱。

在简单的真空制冷机中，两种液体——吸收剂和制冷剂——在一个腔室中混合在一起。在低温下，两种流体会混合，但如果温度升高（通常是用小型甲烷火焰加热腔室），制冷剂就会沸腾并蒸发成气体，与吸收剂分离。

制冷剂流经管道并释放热量，恢复液态。然后，制冷剂流入冰箱内部的通道，再次吸收食物的热量，沸腾并变成气体。

与此同时，原腔室中的甲烷火焰被熄灭，以冷却吸收器。它被冷水进一步冷却，然后变得非常冷，以至于当制冷剂返回腔室时，吸收器会将其冷凝成液体并重新吸收。当两种可以用火分离的液体混合时，循环再次开始。“火冻水机”这个名字恰如其分地体现了爱因斯坦和西拉德的发明。

爱因斯坦-西拉德制冷机的冷却机制。图片：EDN。

爱因斯坦-西拉德冰箱实际上使用了三种液体和气体，这使得整个过程稍微复杂一些。然而，他们的发明比传统冰箱有几个优势。由于它不使用马达，运行安静，很少发生故障，而且不耗电，也不需要可能破裂并泄漏有毒气体的密封件。

爱因斯坦和西拉德在六个国家获得了冰箱各种部件的专利。他们出售了部分专利，赚了750美元（约合今天的1万美元）。他们还开发了两种新的冰箱设计，一种使用熔融钠，另一种利用厨房水龙头的水压。

新款冰箱的命运

然而，爱因斯坦和西拉德的三种制冷机最终均未能在家庭中广泛应用。钠熔炼式制冷机对于普通厨房来说并不实用。水压式制冷机也因德国公寓水压低而失败。吸力式制冷机的燃料消耗量远高于压缩机制冷机。

与此同时，传统冰箱的有毒气体问题在1930年得到了解决，当时科学家发现了一种名为氟利昂（氯氟烃）的新型无毒制冷剂。十年之内，家家户户都换用了这种新型冰箱，爱因斯坦和西拉德的发明成为了历史。

但氟利昂有一个很大的缺点。当它泄漏到平流层时，紫外线会分裂氯原子，产生破坏臭氧分子的自由基。每个氯自由基可以破坏10万个臭氧分子，导致臭氧层空洞至今仍然存在，几十年内都无法修复。如果人类早些投入爱因斯坦-西拉德火焰冷却技术，或许就能避免许多与臭氧层相关的长期困扰。

然而，爱因斯坦和西拉德发明冰箱并非完全浪费。它给了爱因斯坦喘息的机会和一笔可观的收入。西拉德也赚到了足够的钱继续投入研究。后来，他发现了第一次核链式反应背后的原理。

据VNE报道