經(jīng)過(guò)一通埋頭計(jì)算，李治設(shè)計(jì)的第一臺(tái)氣體膨脹降溫式空調(diào)終于正式敲定。// //

    它有四個(gè)氣缸，呈x形均勻布置在曲軸四周，這樣每個(gè)角度都確保有活塞在壓縮空氣，使負(fù)荷分布平穩(wěn)。

    為了安全，氣缸的壓縮比為10：1，氣缸直徑十厘米，截面積78平方厘米，最小容積為80cc，最大容積800cc，活塞行程9厘米。活塞的厚度被設(shè)計(jì)為5厘米，這樣氣缸壁上就正好留有潤(rùn)滑油的出口?；钊虚g有一個(gè)油環(huán)，供潤(rùn)滑油可以覆蓋到整個(gè)活塞的圓周面，兩側(cè)預(yù)留了活塞環(huán)的槽來(lái)增強(qiáng)密封。

    本來(lái)，一個(gè)氣泵的密封不需要這么高級(jí)，但為了積累活塞技術(shù)，方便后來(lái)的蒸汽機(jī)，內(nèi)燃機(jī)和斯特林機(jī)的技術(shù)積累，李治還是把這個(gè)做了上去。

    活塞經(jīng)過(guò)活塞連桿固定在曲軸上。曲軸連著氣泵的動(dòng)力軸，這個(gè)軸目前使用馬匹拉動(dòng)。所以，根據(jù)用戶(hù)的財(cái)力，可以靈活配置幾匹馬力。如果使用人類(lèi)作為動(dòng)力源，動(dòng)力輸出就更靈活了。

    氣缸底部設(shè)有兩個(gè)單向通氣閥，一個(gè)進(jìn)氣，一個(gè)出氣。不需要額外的配氣機(jī)構(gòu)來(lái)控制它的開(kāi)合。

    現(xiàn)在簡(jiǎn)單計(jì)算一下它所需要的扭矩。因?yàn)閱蜗驓忾y在活塞內(nèi)部壓力大于出氣預(yù)期壓力就會(huì)開(kāi)啟，因此在活塞運(yùn)動(dòng)的末期，最大的壓力只是5bar，(0.5mpa)，活塞垂直方向上的力高達(dá)3120n。這個(gè)力和氣缸壁垂直方向的合力就是活塞連桿上的力。鑒于活塞連桿的最大角度與活塞側(cè)面的力有關(guān)，那么我們假設(shè)一個(gè)比較長(zhǎng)的連桿，減小這個(gè)力的合力角。

    比如如果活塞連桿長(zhǎng)度是9厘米，那么活塞運(yùn)動(dòng)到正中位置時(shí)，因?yàn)榍S垂直偏離也達(dá)到了4.5厘米，所以這個(gè)角度就是arcsin（0.5）=30度?；钊B桿上的力要相比3120牛要增大cos30的倒數(shù)倍。那就變成了3604牛頓。當(dāng)然這沒(méi)有考慮活塞的運(yùn)動(dòng)和加速度，也沒(méi)有考慮此時(shí)活塞的壓力到底是不是3120牛，這只是一個(gè)簡(jiǎn)化和近似的計(jì)算。

    這個(gè)時(shí)候活塞連桿在曲軸中心線(xiàn)的投影距離（比如在正中位置，為半徑4.5厘米的cos（0.5×（90－30）），等于3.89厘米，就是這個(gè)力的力臂。扭矩也就是3604n×3.89×0.01nm，為140牛米?？紤]到這個(gè)氣缸壁上的力還是大了點(diǎn)，我們把活塞連桿加長(zhǎng)到15厘米，這樣這個(gè)角度就會(huì)變小到17度。

    那么這個(gè)絕熱壓縮過(guò)程到什么時(shí)候會(huì)讓氣體到達(dá)5倍大氣壓呢？利用上一章提到的絕熱壓縮公式pv^1.4是常數(shù)的規(guī)則，可以計(jì)算出壓縮到253cc的時(shí)候，氣壓就到達(dá)了5bar（一個(gè)大氣壓為1bar，si單位是100000pascal）。此時(shí)活塞的位置是距離氣缸底部3.22厘米，也就是距離最低點(diǎn)大概2.21厘米。此時(shí)活塞連桿另一端就是在曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)位置的……

    這個(gè)計(jì)算有點(diǎn)麻煩。簡(jiǎn)化處理后估算得到角度大概從正中位置轉(zhuǎn)動(dòng)了30度。這樣力矩就是差不多正好是4.48，接近力矩最大的那個(gè)角度。

    如此，算下來(lái)力矩是144.7牛米。……咦腫么還增大了。

    不管啦，因?yàn)橹谱骷夹g(shù)的限制，為了降低氣缸套的磨損，只能這樣犧牲一下了。

    此時(shí)另外兩個(gè)氣缸的位置也只計(jì)算那個(gè)在壓縮的，它轉(zhuǎn)動(dòng)的角度相差90度，因此它還在－60度（0度為正中位置，－90和90度分別為剛才計(jì)算的氣缸的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)），只是剛剛開(kāi)始?jí)嚎s的位置。此時(shí)氣缸壓力還不超過(guò)2bar，計(jì)算過(guò)程是類(lèi)似的，因此就不重復(fù)計(jì)算了。因此假定它的正常工作扭矩是150nm，那么一匹馬（750w）拉起來(lái)，能達(dá)到什么樣的轉(zhuǎn)速呢？

    根據(jù)功率等于扭矩乘以角速度的公式可以計(jì)算出答案是每分鐘47.7轉(zhuǎn)。也就是每秒0.79轉(zhuǎn)。每一轉(zhuǎn)機(jī)器吸入4×800cc，300k的氣體，絕熱壓縮為4×253cc的5bar的氣體。相應(yīng)的，這些氣體的溫度升高到475k（臥槽這么熱的風(fēng)吹進(jìn)去還能當(dāng)空調(diào)嘛？都能當(dāng)烤箱了啊喂）

    李治同學(xué)腦海里出現(xiàn)一個(gè)場(chǎng)面：李世民舉著馬鞭一邊抽打李治的屁股，一邊痛罵：竟敢給我吹200度的空調(diào)，你要把你老子變成烤rǔ豬嘛！

    那只有再經(jīng)過(guò)一個(gè)熱交換器了，把氣體的溫度降到300k。如果是林登制冷機(jī)，這個(gè)冷卻氣體是由焦耳湯普森降溫閥門(mén)的尾氣，也就是冷氣降溫的。如果不用這個(gè)冷卻，也可以用水冷卻，加熱的水還可以用來(lái)做熱水。這就是傳說(shuō)中的余熱利用。

    很好，經(jīng)過(guò)熱交換器，這些5bar，300k的壓縮氣體被保存在一個(gè)大儲(chǔ)氣罐中，經(jīng)過(guò)一個(gè)噴嘴閥門(mén)開(kāi)始呼呼的噴氣，這是另一個(gè)絕熱膨脹過(guò)程。

    那么再次搬出氣體絕熱過(guò)程公式，這些氣體膨脹到1bar（1個(gè)大氣壓）以后，體積增大到了3.15倍。溫度從300k降到189k，約合零下83度。

    李治同學(xué)的腦海里又出現(xiàn)一副可怕的情景：李世民穿著數(shù)層毛皮，眉毛上滿(mǎn)是冰凌，凍得鼻涕橫流，然后哀求道：兒子，把空調(diào)關(guān)了吧，這尼瑪也太冷了??！

    設(shè)計(jì)出了問(wèn)題嗎？沒(méi)錯(cuò)，因?yàn)?bar的氣壓數(shù)值是假定給定的。如果調(diào)節(jié)儲(chǔ)氣罐的出氣閥門(mén)的出氣速度，那么可以把壓縮后的氣壓維持到一個(gè)比較小的程度。這樣就不會(huì)出現(xiàn)壓縮后溫度過(guò)高，或者膨脹后溫度過(guò)低的窘?jīng)r了。

    無(wú)論如何，經(jīng)過(guò)連續(xù)幾天的奮戰(zhàn)，鐵匠鋪終于完成了四個(gè)氣缸缸體，氣缸蓋，活塞和曲軸連桿的鑄造，最后和曲軸一起組裝起來(lái)。這就組成了李治空調(diào)的機(jī)體。然后把進(jìn)氣管和出氣管都接到熱交換器上，然后熱交換器的高壓出氣管接到儲(chǔ)氣罐。儲(chǔ)氣罐上裝有氣壓計(jì)，以這個(gè)為依據(jù)來(lái)調(diào)節(jié)氣溫。比如我們可以在5個(gè)大氣壓的讀數(shù)位置再標(biāo)記上（－83度）的數(shù)值。

    儲(chǔ)氣罐的出氣口是一個(gè)普通的調(diào)節(jié)閥，閥門(mén)的開(kāi)口接著一個(gè)喇叭狀的膨脹圓錐，用以使氣體均勻膨脹，減小噪音和渦流。這個(gè)膨脹圓錐的末端，連著薄銅片打造的貝殼狀的導(dǎo)流槽。經(jīng)過(guò)膨脹后的低溫空氣按照導(dǎo)流槽安裝方式的不同，從完全開(kāi)放式（所有降溫氣體都會(huì)導(dǎo)向房間內(nèi)）到完全閉合式（所有降溫氣體都會(huì)收回到進(jìn)氣道進(jìn)行熱交換）。進(jìn)氣口設(shè)有濾網(wǎng)，把低溫空氣導(dǎo)入熱交換器，從活塞壓縮機(jī)的出氣口獲得熱量后再進(jìn)入氣缸壓縮。如此就形成一個(gè)熱循環(huán)。制冷膨脹圓錐是制冷機(jī)制冷量最大的地方。只要調(diào)高儲(chǔ)氣罐的氣壓，制冷溫度就會(huì)降到零度以下，可以在夏天實(shí)現(xiàn)制取冰塊和各種冰鎮(zhèn)飲料。降低儲(chǔ)氣罐的氣壓，又可以提高整個(gè)系統(tǒng)的制冷效率，完成對(duì)室溫降溫10度左右的目標(biāo)。

    同志們，朋友們，李治穿越到唐代以來(lái)，終于在實(shí)質(zhì)上發(fā)威，自主設(shè)計(jì)建造出一個(gè)利國(guó)利民的產(chǎn)品：冷柜兼空調(diào)機(jī)。

    請(qǐng)注意，這個(gè)不是抄襲，不是仿制格力美的，是徹底原創(chuàng)，具有完全的核心技術(shù)和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并且在生產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)了百分之百零部件自己制造，沒(méi)有依靠國(guó)外進(jìn)口技術(shù)和進(jìn)口設(shè)備。它的優(yōu)點(diǎn)有：可調(diào)溫度范圍大（－83度啊親）。無(wú)污染，無(wú)泄漏危險(xiǎn)。使用清潔能源，排放遠(yuǎn)超歐v標(biāo)準(zhǔn)。（馬吃糧食和草料，馬糞是綠sè環(huán)保燃料），完美達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。功率配備靈活，從零點(diǎn)幾馬力到數(shù)十馬力都可以配備，適用范圍特別大。在普通空調(diào)功能上，效率特別高。制冷耗能比可以達(dá)到10以上（只需把在儲(chǔ)氣罐的氣壓調(diào)到比較低的位置即可，作為對(duì)比，現(xiàn)代空調(diào)的數(shù)據(jù)為3）.

    為了解釋制造這個(gè)玩意兒在唐代的技術(shù)水準(zhǔn)下是完全可行的，接下來(lái)解釋它的部件的材料，和加工制造方法。

    氣缸：鑄鐵，鑄青銅都可以。可以用鑄青銅作為缸體，熟鐵打造的圓柱體作為缸套。缸套在初步打磨以后，采用表面滲碳硬化處理。缸套中部開(kāi)有兩個(gè)潤(rùn)滑油孔。關(guān)于缸套的光滑度，用越王勾踐劍表面的打磨水平可以描述……不是瞎說(shuō)，根據(jù)當(dāng)時(shí)出土的青銅齒輪的實(shí)物，有理由認(rèn)為它是經(jīng)過(guò)車(chē)床機(jī)械加工的。它的打磨程度和機(jī)械花紋的穩(wěn)定程度不是人手可以達(dá)到的。

    活塞和氣缸一樣，使用熟鐵和青銅都可以，鑄造之后通過(guò)活塞柄固定后進(jìn)行圓周打磨出均勻光滑活塞邊緣。加工jīng度就沒(méi)法保證，但考慮到活塞承受的壓力有限，也是很好達(dá)到的，只要在活塞上留足加工余量，多的磨掉就ok了！

    活塞銷(xiāo)釘，活塞連桿和曲軸就更簡(jiǎn)單了。甚至在柴油機(jī)上，曲軸都有用整體鑄造的。只要在軸上加好潤(rùn)滑就ok。

    氣缸套上的單向氣閥：鑄造時(shí)預(yù)留出圓孔，然后用銅加工出單向閥的喇叭形的鉚釘形狀，在反面用彈簧頂住，這樣氣體逆流時(shí)會(huì)因?yàn)閴毫Σ钭屵@個(gè)閥門(mén)自動(dòng)閉合。

    熱交換器：銅片打造而成。接縫用魚(yú)膠（就是制弓用的膠水）密封。對(duì)于五個(gè)大氣壓這樣低的氣壓值，薄銅就有足夠的強(qiáng)度。

    儲(chǔ)氣罐加安全閥和壓力計(jì)：整體鑄造后，接縫處銅汁澆鑄密封或者魚(yú)膠密封。

    壓力計(jì)就是一個(gè)很小的活塞，利用靜流體內(nèi)壓力相等的原理，在活塞上加重物，直至活塞緩慢下落。調(diào)節(jié)這個(gè)重物的重量就可以讀出氣體壓力。比如這個(gè)小活塞的截面為一厘米的平方，自重為1oo克。當(dāng)罐內(nèi)氣壓為1.1個(gè)大氣壓，也就是110000pascal，意味著截面上受到11牛的力，差不多等于1.12公斤，正好可以把這個(gè)活塞頂起來(lái)。如果在上面加4公斤的重物，那么等到5個(gè)大氣壓的時(shí)候，這個(gè)活塞才會(huì)被頂起來(lái)。這個(gè)壓力計(jì)可以兼作安全閥。

    膨脹閥門(mén)也很簡(jiǎn)單，鑄造就ok。

    就這樣，完工！