电冰箱设计

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1、文献综述

17世纪中期，“冰箱”这个词才进入了美国语言，在那之前，冰只是刚刚开始影响美国普通市民的饮食。随着城市的发展冰的买卖也逐渐发展起来。它渐渐地被旅馆、酒馆、医院以及被译些有眼光的城市商人用于肉、鱼和黄油的保鲜。内战（1861-1865）之后，冰被用于冷藏货车，同时也进入了民用。到1880年以前，已经有半数在纽约、费城和巴尔的摩销售的冰，三分之一在波士顿和芝加哥销售的冰箱开始进入家庭使用，因为一种新的家庭设备——冰箱——即现代冰箱的前身，被发明了。

制造一台有效率的冰箱不像我们想象的那么简单。19世纪早期，发明家们关于对冷藏科学至关重要的热物理知识的了解是很浅陋的。人们认为最好的冰箱应该防止冰的融化，而这样一个在当时非常普遍的观点显然是错误的，因为正是冰的融化起到了制冷作用。早期人们为保存冰而作出了大量的努力，包括用毯子把冰包起来，使得冰不能发挥它的作用。直到近19世纪末，发明家们才成功地找到有效率的冰箱所需要的隔热和循环精确的平衡。

其实冰箱是我国家电行业的传统产品。我国社会的冰箱保有量已超过1.1 亿台，每年更新的冰箱约400万台。2004年，我国冰箱产量为3000多万台，电冰箱及电冰箱压缩机出口近2000万台。在2005年，冰箱出口量继续呈现上升趋势，截止1～3月，我国电冰箱的电冰箱压缩机出口量已达500 多万台。与我国世界冰箱制造大国不大相适应的是我国冰箱的设计理念与制造技术等与发达国家相比有一定差距，这制约着我国冰箱行业的发展。欧盟2002年提出ROHS和WEEE两个指令涉及到我国众多家电行业。欧洲议会在2003年提出的《使用能源产品的生态设计要求》的指令草案（Eco-design requirements for Energy-Using Products，简称EUP），要求生产厂家需在产品设计及生产等多方面加以改进。

1.1制冷技术的发展

冰箱的发展是建立在制冷技术发展的基础上的，随着制冷技术的不断进步，才有了冰箱现在的发展。

现代制冷技术是18世纪后期发展起来的。在此之前人们就已懂得冷的利用。我国古代就有人用天然冰冷藏食品和防暑降温。马可波罗在他的著作（马可波罗游记）中，对中国制冷和造冰窑的方法有详细的记述。

1755年，爱丁堡的化学教师库仑利用乙醚蒸发使水结冰。他的学生布拉克从本质上解释了融化和汽化现象。提出了潜热的概念，并发明了冰量热器，标志着现代制冷技术的开始。

1834年，发明家波尔金斯制造出了第一台以乙醚为工质的蒸发压缩式制冷机，并正式申请了英国第6662号专利。这是后来所有蒸汽压缩式制冷机的雏形，但使用的工质是乙醚，容易燃烧。到1875年卡利和林德用氨制冷剂，从此蒸汽压缩式制冷机开始占有统治地位。

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在此前期，空气绝热膨胀会显著降低空气温度的现象开始用于制冷。1844年，医生高里用封闭循环的空气制冷机为患者建立了一座空调站，空气制冷机使他一举成名。威廉西门斯在空气制冷机中引入了回热器，并提高了制冷机得性能。

1859年，卡利发明了氨水吸收式制冷系统，并申请了专利。

1910年左右，马利斯莱兰克发明了蒸汽喷射式制冷系统。

到20世纪，制冷技术有了更大的发展：全封闭制冷压缩机的研制成功（美国通用电器公司），米里杰发现氟利昂制冷剂并用于蒸汽压缩式制冷循环以及混合制冷剂的应用，伯宁顿发明回热式除湿器循环以及热泵的出现，均推动了制冷技术的发展。

1.2冰箱替代制冷剂的现状

自《蒙特利尔议定书》实施以后,世界各国都加快了CFCs制冷剂的替代研究,而且已经取得了明显的进展和大量的成果。发达国家在1996年就停止了CFCs 制冷剂的生产,我国也签署了在2001年以后所生产的电冰箱中停止使用CFC12 的有关条约。目前,在电冰箱、冷柜行业中,CFCs物质已基本停止使用,HCFCs物质、HFCs物质和天然工质已经被作为替代工质在实际中广泛应用。目前,国际上对于冰箱制冷剂CFC12 的替代主要采用3种技术方案:一种是以美国、日本为代表的,采用美国杜邦公司提出的

HFC134a 替代CFC12；一种是以德国等欧洲国家为代表的,采用HC600a (异丁烷) 替代CFC12；另一种是采用西安交通大学提出的HFC152a/ HCFC22 混合工质制冷剂替代CFC12。其他的替代制冷剂还有美国杜邦的MP39 (即R401A) 、清华大学的THR01 等。上述3 种主要方案各有优缺点。

HC600a 为烃类天然工质,环境优势比较明显(见表1-1)。尽管HC600a 具有较高的比体积,但其临界温度(135 ℃) 也较高,可以在较高的冷凝温度下运行而没有严重的效率损失,这使得其所需的冷凝器尺寸可以在家用限制以内,故被家用冰箱广泛采用。

表1－1 几种CFC12 替代制冷剂与CFC12 的环境及安全性能比较

另外,HC600a 的价格比较便宜,具有较高的制冷效率、与水不发生化学反应、与铜质管材和矿物润滑油完全兼容等优点。然而,采用HC600a 替代方案的缺点也很明显,由于其容积制冷量小,冰箱系统及主要配件需要重新设计,生产线需要改造,并且由于其具有可燃性,可能产生易燃、易爆等安全问题,故生产及维修需要高标准的防火要求等。目前,采用HC600a 为制冷剂的家用产品的安全运行记录是非常好的,在我国《臭氧耗损物质国家替代方案》和《中国制冷工业CFCs 替代逐步淘汰战略研究》中也都

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊把HC600a 作为CFC12 的主要替代品之一。美国等国家由于其政策法规的特点,导致各大厂商非常注重安全问题,故仍然坚持使用性能不是特别好但却更加安全可靠的

HFC134a 作为替代制冷剂。FC134a 的ODP 值为0 , 其蒸气压曲线和CFC12的比较接近,而且HFC134a的换热性能比CFC12 的好。然而, HFC134a 在物性方面却有许多弱点,如潜热小、不溶于矿物油以及分子体积小等,这使得替代过程复杂,而且耗资巨大,需开发专用压缩机、冷冻油、换热器等,还要相应调节制冷系统和改造生产线. 另外,尽管HFC134a 具有与CFC12 相似的热力学性质,但是实际的运行效果却并不十分令人满意,尤其是应用在较低温度时的制冷能力较低。此外, HFC134a 的GWP 值相对过高以及比CFC12 更耗能,使其应用前景受到影响,已被列入《京都议定书》温室气体清单。国际社会已公认,HFC134a 也只是一种过渡性替代制冷剂。

1.3制冷剂的发展趋势

总得来说制冷剂的发展趋势应该是满足生态环境可持续发展的前提下尽可能的

获得最大的制冷性能。根据可持续发展中经济发展与保护资源、保护生态环境的协调一致的核心要求，制冷剂的发展方向有两个：

一个是环保，使用绿色环保的制冷剂已经是大势所趋，绿色环保制冷剂可以是合成的，也可以是天然的，虽然合成的环保制冷剂也对臭氧不会造成破坏，但从地球生态的可持续发展来看天然制冷剂是最理想的选择，因为天然制冷剂本来就是地球生态系统中存在的，无论是使用还是排放到环境中，取之于自然回之于自然，对环境的影响比合成制冷剂都小的多，相信随着技术的不断进步，天然制冷剂必将大有发展。

第二个是节能，随着人们生活水平的提高制冷空调等设备越来越普及，同时其消耗的大量的能源也越来越引起人们的注意，今夏我国18个省市出现电力紧缺问题，中国电监会的一项调查显示，供需矛盾加剧造成今夏电力吃紧，其中空调制冷负荷快速增长是不可忽视因素。今夏我国华东、华中、华南地区持续高温，空调制冷负荷猛增。华东电网、南方电网、华中电网空调制冷负荷比重已超过30％，个别省电网甚至接近40％。而电能的产生又要消耗大量的化石燃料，如煤、石油等，不但造成大量的不可再生能源的消耗，而且燃烧产物如

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CO等还可引起温室效应等环境问题。因此除了改进制冷技术外还可从制冷剂上下手，通过研制新型节能制冷剂降低制冷空调设备的能耗也是一个发展方向。

从制冷剂的替代过程以及其替代研究与环境的关系中我们可以看到，在整个制冷剂的替代研究中环境的可持续发展的思想起了很重要的作用，应该说是环境的可持续发展的要求推动了制冷剂替代研究的发展，并且为其发展指明了方向，同时制冷剂的替代又进一步促进了环境的可持续的发展。

1.4冰箱的发展方向

１、国内