审核专家：朱广思

生物学硕士科普作家

大家都知道爱因斯坦是一名伟大的物理学家，他突破性地提出了“光子”的概念，解释光电效应并获得年的诺贝尔物理学奖。

此外，爱因斯坦还解释了布朗运动的本质、提出了新的固体比热容理论、创立了狭义相对论与广义相对论……

年，爱因斯坦提出光量子假说、完整的狭义相对性原理，因此这一年被称为“爱因斯坦奇迹年”。

因为爱因斯坦等人的孜孜不倦，20世纪的物理学得到飞速发展。然而，鲜有人知道，这样伟大的物理学家还发明过一种不用插电的冰箱！

1一次事故，三项发明

故事发生在年的柏林，爱因斯坦在报纸上看到因冰箱冷凝管破裂，制冷剂二氧化硫、氯甲烷等气体泄漏，致使一家人中毒身亡的事件。爱因斯坦开始思考是否可以制作一种无毒冰箱，于是他去找列奥·西拉德（L.Szilard）商讨寻找可行的方法。

列奥·西拉德这个名字你可能不熟悉，但说起他参与发明的两样东西你一定不陌生——原子弹与核反应堆。

西拉德是美籍匈牙利核物理学家，他构想并讨论了维持核裂变中链式反应的原理，提出了临界质量的概念，曾参与曼哈顿计划（美国陆军部研制原子弹计划），与恩利克·费米等人在芝加哥大学建立了人类第一台核反应堆“芝加哥一号堆”（ChicagoPile-1）。

年，西拉德获得“阿尔伯特·爱因斯坦奖”（AlbertEinsteinAward），年获得“原子能和平利用奖”（AtomsforPeaceAward），年被选为美国国家科学院院士。

让我们回到故事中，当时爱因斯坦和西拉德会面后，仔细讨论了当时冰箱的工作原理：这类冰箱都是通过制冷剂蒸汽在冷凝器中液化放热后，导入与冰室交换热量的蒸发器中，蒸发吸收热量重新变为蒸汽，如此循环工作实现制冷。

制冷剂的沸点与压强有关，压强越高，沸点越高；压强越低，沸点越低。只有控制好冷凝器与蒸发器中的压强，才能让制冷剂在指定的温度下液化或蒸发，达到循环放热、吸热的目的。

爱因斯坦和西拉德

来源

ATOMICHERITAGEFOUNDATION

因此，这种冰箱中最重要的结构就是用于减压的膨胀阀（节流器）和用于加压的压缩机，而那一家的丧命便于压缩机有关。

压缩机在给制冷剂加压时，需要往复不停地做机械运动。爱因斯坦和西拉德认为，这会导致密封部件的损耗和老化，最终使有毒的制冷剂——二氧化硫、氯甲烷等气体泄漏，毒害了报纸中提到的一家人。

上世纪的冰箱

来源

海报时尚网

于是，爱因斯坦和西拉德打算设计一款吸收式冰箱，不需要运动部件的冰箱，没有了部件之间机械运动带来的损耗，制冷剂自然可以牢牢地被密封在内部。

不同于普通的冰箱，这款冰箱不需要通电，仅通过液体和气体间气压的改变来降低温度，从而达到制冷的目的。

爱因斯坦与西拉德设计的吸收式冰箱原理图

来源

wikipedia

他们在生成蒸汽的步骤处进行改变：通过加热低沸点氨水的方式来替换机械运转，提供高温高压的压缩机来产生制冷剂蒸汽。

此外，爱因斯坦和西拉德不再使用具有毒性的氯甲烷和二氧化硫，而尝试用氨水、丁烷和水，将氨气通入装有丁烷的长颈瓶，吸收氨气的丁烷沸点会降低到室温以下发生沸腾，丁烷沸腾的过程会吸收大量热量，达到制冷的效果。

随后，沸腾产生的混合气体会通入水中，来实现氨与丁烷的分离，并让它们进入下一个制冷循环。

爱因斯坦与西拉德设计的冰箱冷却系统专利图

来源

遇燕.爱因斯坦的冷却机[J].大科技·科学之谜,,(5):34-35.

不过，这个设计成本过高，考虑到商业化生产的成本和收益，并没有投入大规模、工业化的生产。

爱因斯坦也认为这个吸收式冰箱结构过于复杂，还需要寻找结构更简单的制冷机。

于是他们又提出了一套新的方案：扩散式冰箱。

扩散式冰箱原理图

来源

AlefeldG.Einsteinasinventor[J].PhysicsToday,,33(5):9-13

扩散式冰箱的原理和装置都更加简单，它以甲醇作为制冷剂，利用自来水自身的水压让高速水流喷射到甲醇附近，在甲醇液面上方形成一个低压区，促进甲醇蒸发，实现制冷。

当然他们并没有在此止步，爱因斯坦和西拉德随后提出了第三种冰箱的可能：电磁式冰箱（AEG式制）。

他们将液态金属密封在不锈钢气缸中，并在缸外加装能产生磁场的线圈。

工作时，缸外线圈电流变化激发的磁场，缸中的液体金属在磁场的作用下做往复的直线运动，给制冷剂加压，达到与压缩机相同的加压6效果，但却不需要任何机械传动装置，不必担心泄漏。

爱因斯坦与西拉德设计的电磁式压缩机原理图（左）及实物图（右）

来源

AlefeldG.Einsteinasinventor[J].PhysicsToday,,33(5):9-13

不过，液态金属在运动时会发出较大的噪声，因此这种冰箱也未走入市场。

不过，这种电磁式压缩机冰箱并没有就此被人遗忘，多年后根据这一设计，人们发明了电磁感应原理的磁泵。这种电磁泵随后广泛地应用在了核电站中。

2渐渐被遗忘

虽然爱因斯坦及西拉德研制了三款环境友好、创意新颖的冰箱，但却都没有成功走入市场。

这是因为当时一种新型的无毒制冷剂面世了，没错，它就是大家熟悉的氟利昂。由于不用担心有毒物质泄漏，人们依然可以采用传统的压缩机结构，爱因斯坦和西拉德发明的新型冰箱自然就没了市场。

随着时间流逝，人们渐渐认识到氟利昂破坏臭氧层的弊端，开发了一代代新型的制冷制，并将氟利昂禁用。同时，压缩机的结构也被优化，冰箱逐渐成为我们今天见到的样子。

3昔日冰箱重现风采

不过，爱因斯坦和西拉德研制的冰箱真的就此消失了吗？并没有！

随着全球气候变迁及能源紧张问题愈加严重，爱因斯坦和西拉德研制的冰箱重新获得研究者们的

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