ドクターストーンでは司帝国との戦いも終わり、次なる目標に向けての
- 科学・工作パート
となりました。
第3章ではます、司の命を救うために
- 冷蔵庫・冷凍庫
を作ります。
今回の記事では冷蔵庫・冷凍庫の仕組み・原理、役割などをまとめました。
管理人は特別科学に詳しいわけではないのでその点はご了承ください。
重大な追記
原作者：稲垣理一郎先生の巻末コメントに
- スターリング冷凍庫
をいう原理が使われていることが判明しました。
よって、記事を大幅に加筆、修正しました。
目次
参照サイト
記事を書く際に以下のサイトを参照しました。
作中の冷凍庫の役割
食料保存
温度がマイナスになれば、物体は氷り、菌もほとんど繁殖しないので
食料の保存が大幅に向上します。
おそらく次は船での長距離移動となるので移動中の食料の保存は必須です。
コールドスリープ
千空は司を救うために石化の原因を突き止め、再度石化させることにしますが、
何年かかるか分からず、司はもって数日です。
そのため、
- 司を冷気で急速冷凍（＝コールドスリープ）
させることにします。
スターリング冷凍庫の仕組み、原理
Ⅰ（圧縮） 圧縮ピストンが右に移動し，作動気体（主にヘリウム）を圧縮する．このときの発生した圧縮熱は，シリ ンダ周囲に配した冷却水で除去される． Ⅱ（予冷） 圧縮ピストンと膨張機ピストンが容積を保ったまま右に動き，圧縮ガスは蓄冷器を通ることで高圧のまま 冷却される． Ⅲ（膨張） 圧縮ガスは膨張ピストンを右に動かすことで膨張仕事を行い，その結果，作動気体の温度は下がり，シリ ンダ周囲から熱を奪う． Ⅳ（昇温） 圧縮ピストンと膨張ピストンが連動して左に動き，蓄冷器を通ることで蓄冷器を冷却しガス温度は上昇し， 1サイクルを終了する．
気体を圧縮させるピストンと膨張させるピストンを交互に動かし、空気を循環させている。
途中の蓄冷器を通すことで温度が下がり、その冷気を用いて物体を凍らせる。
記事の後半で紹介している蒸気圧縮冷凍よりも強力で低温に冷やすことができる。
追記 エンジンへの応用
温度の変化を利用し、逆にピストン運動をさせることも可能です。
千空はこれと石油（ガソリン）を使い
- モーターボート
を完成させます。
作中での仕組み、原理
作中ではより簡略化しており、推測を含みます。
また、千空らしく今まで使った原理や仕組みを流用、応用しています。
- 動力：滝の水力エネルギーをギアで動力にしている。
そして、回転運動を上下運動（ピストン運動にしている） - 空気の圧縮と膨張：自動車のエンジンに使用した「ピストン運動する部分」をそのまま利用。
- 蓄冷器：携帯電話の金属線を利用しているようです。
ただ、なぜ金を使うといいのか分かりませんでした。 - 水：桶に溜めたり、管で排出していました。
おそらく圧縮熱を捨てるために必要と思われます。
参照 その他の冷蔵庫・冷凍庫の仕組み
- 気体に圧力を掛けて液体にする
- 狭い隙間から広い管に送った液体を膨張させて再び気体にする
- 液体から気体に「気化する」と周囲の熱を奪う（「気化熱」）
- 「気化熱」を奪われて冷えた空気を冷凍庫に送り冷やす
- 冷蔵庫は冷凍庫に使った残りの冷気を用いる
この一連の動きに
- 電気エネルギー
を使用しています。
このような仕組みの冷凍庫は
- 圧縮式
と呼ばれています。
両者の違い
- 冷蔵庫：物体が凍結しない温度で冷やす
- 冷蔵庫：0度以下まで温度を下げて物体を凍結させる
主要部品の名称と役割
- 圧縮機（コンプレッサー）：気体の体積を縮め、圧縮させる（圧縮空気）
- 凝縮器：圧縮空気を凝縮させ、液体化させる（液体冷媒）
- 膨張弁：液体冷媒を小さな孔から噴射させ、低温・低圧の霧状にすることで、を気化（蒸発）しやすい状態にする
- 蒸発器：冷媒を再び気体にする
この時に周囲の熱を奪う
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