电冰箱的制冷原理及其发展

绿色电冰箱的制冷原理及其发展走向

院系：机械与动力工程学院

专业：过程装备与控制工程

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绿色电冰箱的制冷原理及其发展走向

摘要：随着现实生活的需要，各种新技术渐渐浮出水面，以满足人类更好的生存物质需要和精神需要。盛夏之际，最具诱惑的当属从冰箱中取出一罐冰冻的饮料一饮而尽，瞬间进入清凉世界，所以电冰箱作为我国电器用品核心，其工作原理及其发展，不管在日常生活，甚至是企业发展，我国高科技新技术方面都是举足轻重。此次论文的目的，是在了解现有的电冰箱基础上，对其需要进行创新，提出新的改进方向，使电冰箱符合当代需要，更加智能化，更加具有实用性。所以我们就电冰箱查阅了大量的资料，全面的了解了电冰箱的制冷原理及其发展，更结合现在的一些问题，提出可以改进的方面。比较明确的得到了电冰箱的发展趋势的改进方向。

关键词：制冷原理绿色实用发展趋势

前言：依据我们提出的问题，我们了解了电冰箱的发展史，其制冷原理和基本工作的原理，讨论了当下电冰箱的使用性能，以及在实际生活中存在的一些问题和有待改进的工作点。比如使用寿命短，清洁不方便，电冰箱制作环节零散等问题，还有怎样改进技术让冰箱更绿色环保，从而得出了一些结论。

电冰箱的发明：让人难以相信的是，在中国古代早期就已经有了电冰箱的前身。虽然其实际功效与现代的电冰箱相比，相差甚远。但是其创造原因都是一样的——给食物保鲜。在原来如此落后的时代，能制造出如此精美，实用的东西，真心对我国古代的巧匠和发明家们感到由衷的敬佩之情。《周礼·天官·凌人》：“祭祀供冰鉴。”可见周代当时已有原始的冰箱，只是冰并不是一年里时时都有，特别是在炎热的夏季，冰可谓弥足珍贵。传世有不少清代晚期的木胎冰箱，多用红木、花梨、柏木等较为细腻的木料制成，此件为红木制品，仿竹编式样，制作精致。在看古代剧的时候我们可能常常看到这样的一幕，遥远的边疆，各个藩国为了向中原示好，经常会给皇帝们，或者他的嫔妃们进贡珍宝，或在炎热的夏天，用非常精美的特制的盒子装上容易腐坏的新鲜水果，例如荔枝，相信大家都不会陌生吧，那可能就是我们最容易理解的，可谓见识过的实实在在的“冰鉴”了。形制为大口小底，外观如斗形，铅叶镶里，底部有泄水小孔，结构类似木桶。冰

箱箱体两侧设提环，顶上有盖板，上开双钱孔，既是抠手，又是冷气散发口。为使冰箱处于一定高度便于取放冰块和食物，配有箱座。人类用冰的历史十分久远。《吴越春秋》上也曾记载：“勾践之出游也，休息食宿于冰厨。”这里说的“冰厨”，就是夏季为帝王供备饮食的地方，因此又被称为“冷宫”。“冷宫”兼具现代冰箱、空调的功能。设计奇巧、铸造精工的鉴缶被誉为中国古代的“冰箱”。但是真的较完善的电冰箱制作还是外国的科学家们制作出来的。1834年，美国工程师雅各布帕金斯发明了世界上第一台压缩式制冷装置，这是现代压缩式制冷系统的雏形。1910 年世界上第一台压缩式制冷的家用冰箱在美国问世。1913年，美国芝加哥研制了世界上最早的家用电冰箱。这种名叫“杜美尔”牌的电冰箱外壳是木制的，里面安装了压缩制冷系统，但使用效果并不理想。1918年，美国KE-LVZNATOR 公司的科伯兰特工程师设计制造了世界上第一台机械制冷式的家用自动电冰箱。这种电冰箱粗陋笨重，外壳是木制的，绝缘材料用的是海藻和木屑的混合物，压缩机采用水冷，噪声很大。但是，它的诞生宣告了家用电冰箱的发展进入了新阶段。

制冷原理：制冷系统由制冷剂和四大机件构成，四大机件指压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器。压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用，是制冷循环的动力，它由电动机拖动而不停地旋转，它除了及时抽出蒸发器内蒸气，维持低温低压外，还通过压缩作用提高制冷剂蒸气的压力和温度，创造将制冷剂蒸气的热量向外界环境介质转移的条件。即将低温低压制冷剂蒸气压缩至高温高压状态，以便

能用常温的空气或水作冷却介质来冷凝制冷剂蒸气。冷凝器是一个热交换设备，作用是利用环境冷却介质(空气或水)，将来自压缩机的高温高压制冷蒸气的热量带走，使高温高压制冷剂蒸气冷却、冷凝成高压常温的制冷剂液体。高压常温的制冷剂液体直接送入低温垢蒸发器、根据饱和压力与饱和温度——对应原理，降低制冷剂液体的压力，从而降低制冷剂液体的温度。将高压常温的制冷剂液体通过降压装置——节流元件，得到低温低压制冷剂，再送入蒸发器内吸热蒸发。在日常生活中的冰箱、空调常用毛细管作为节流元件。蒸发器是输送冷量的设备。制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷。节流后的低温低压制冷剂液体在其内蒸发(沸腾)变为蒸气，吸收被冷却物质的热量，使物质温度下降，达到冷冻、冷藏食品的目的。蒸发器内制冷剂的蒸发温度越低，被冷却物的温度也越低。在冰箱中一般制冷剂的蒸发温度调整在-26℃~-20℃。液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热，冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。冷凝器是放出热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传递给冷却介质带走。节流阀对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体的数量，并将系统分为高压侧和低压侧。制冷原理离不开热力学三大定律，热力学第一定律是能量守恒定

律。热力学第二定律有几种表述方式：克劳修斯表述为热量可以自发地从温度高的物体传递到温度低的物体，但不可能自发地从温度低的物体传递到温度高的物体；开尔文-普朗克表述为不可能从单一热源吸取热量，并将这热量完全变为功，而不产生其他影响。热力学第三定律通常表述为绝对零度时，所有纯物质的完美晶体的熵值为零，或者绝对零度（T=0）不可达到。

制冷剂：冰箱上制冷剂过去使用的R12 性能好，制冷效果佳，但由于对臭氧层的破坏以及引起温室效应已经被限期取消使用。关于制冷剂的替代，已经进行了深入的研究。R134a 作为制冷剂优点是ODP 值为零、不可燃，毒性低，但它的溶水性强，要保证干燥和清洁性。采用R134a 后，相比R12 电冰箱的能耗一般要增加，必须使用相应的高效的R134a。R600a 的ODP为零，对臭氧层无破坏，GWP 值近于零，温室效应小，能效比比R12 稍好。但其属于易燃易爆物质，对其使用和操作必须遵守规范。而实际200 升左右冰箱中R600a 的充注量只有60 克左右，使用得当，完全可以采用。另一种HC类物质CN-01也被研制成功，实验表明，CN-01 由天然的烃类(丙、丁烷) 物质精心配制而成,不含任何卤元素,0DP值为0,GWP值为0,具有优越的环保特性。在同样的环境状态下和相等的时间里,CN - 01 使冰箱冷冻室的温度降得更快更低,比R12的低出3℃以上,而且节能达7％左右。可以说它是一种节能的环保制冷剂。当前，以美国、日本为主国家采用R134a, 而以德国为主的欧洲采用R600a。有资料表明，我国家用冰箱制冷剂R600a的使用已从以前很少量到如今占国内产量的45％。寻找新型环保而热力性能又好制冷剂的步伐并没有停止。

发泡剂：冰箱用以制备聚氨脂硬泡的发泡剂，起初主要是R11, 它