正航儀器關(guān)于冰箱制冷原理的探討

隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，百姓的生活水平不斷提高，冰箱已經(jīng)不再是一件奢侈品，絕大多數(shù)的百姓家里都擁有一臺冰箱來改善生活。冰箱能夠保鮮蔬菜、水果，并冷凍肉，還可以將吃剩的食品短期保存，避免浪費(fèi)。通過冰箱制冷，人們生活所需的食物都可以延長一定的保鮮期和保質(zhì)期。但是，冰箱的使用同樣不可避免地與環(huán)境、資源產(chǎn)生矛盾，這些矛盾影響了冰箱的進(jìn)一步開發(fā)應(yīng)用。因此，必須從冰箱的制冷原理入手，從根部解決問題，才能實(shí)現(xiàn)冰箱制冷與環(huán)境、資源相協(xié)調(diào)。

一、冰箱制冷原理

電冰箱的制冷系統(tǒng)是由全封閉壓縮機(jī)、冷凝器、毛細(xì)管、蒸發(fā)器等組成的一個(gè)封閉循環(huán)系統(tǒng)。冰箱在制冷過程中，低溫低壓的制冷劑如R134a（現(xiàn)在我國大部分廠家生產(chǎn)的無氟冰箱采用無氯的R134a或R600a）經(jīng)毛細(xì)管節(jié)流后其壓力降低，進(jìn)入蒸發(fā)器達(dá)到沸騰汽化，將冰箱內(nèi)的熱量吸收，降低冰箱內(nèi)的溫度，然后由全封閉壓縮機(jī)將制冷劑R134a氣體吸入氣缸，經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮，變成高溫高壓的氣態(tài)R134a，并排到冷凝器內(nèi)進(jìn)行冷卻，此時(shí)，將熱量排至周圍空氣中，氣體制冷劑放熱后，物態(tài)變化，凝結(jié)為液態(tài)，再經(jīng)毛細(xì)管進(jìn)入蒸發(fā)器進(jìn)行吸熱，如此反復(fù)，通過制冷劑的物態(tài)變化來將冰箱內(nèi)部熱量帶到周圍空氣中，從而降低冰箱內(nèi)的溫度，達(dá)到制冷的目的，為人們提供多個(gè)低于室溫的間室，便于保存食物。

冰箱整個(gè)制冷循環(huán)過程可以分為四個(gè)階段：1）絕熱壓縮，即低溫低壓的制冷劑變成高溫高壓氣體，這個(gè)過程經(jīng)壓縮機(jī)在短時(shí)間內(nèi)完成，制冷劑升溫的過程沒有熱量流到冰箱外部，因此稱為絕熱壓縮過程；2）等溫壓縮，高溫高壓制冷氣體在冷凝器內(nèi)冷卻，發(fā)生物態(tài)變化時(shí)溫度沒有變化，因此稱為等溫壓縮；3）絕熱膨脹，被液化的制冷劑在毛細(xì)管中，由于管道狹窄，節(jié)流降壓未能吸收外界的熱量，因此稱為絕熱膨脹；4）等溫膨脹，進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑迅速蒸發(fā)，不斷從冰箱內(nèi)吸收熱量，直到完成制冷劑的汽化，在此過程中，制冷劑溫度不變，被稱為等溫膨脹。

二、冰箱制冷過程中存在的問題

冰箱制冷過程是通過制冷劑的物態(tài)變化，吸收冰箱內(nèi)部的熱量，并將熱量交換到冰箱外部，以達(dá)到降低冰箱內(nèi)部溫度的目的。在這個(gè)過程中，需要通過電能提供動力，需要制冷劑以物態(tài)化來完成熱量交換。因此，冰箱制冷過程中不可避免地會出現(xiàn)制冷與資源、環(huán)境之間的矛盾。

1、冰箱制冷過程中制冷劑與環(huán)境、安全之間的問題眾所周知，冰箱正常運(yùn)行時(shí)，制冷劑是在密封的系統(tǒng)中運(yùn)行的，但到了淘汰期或者維修階段，制冷劑就會泄漏到空氣中，對環(huán)境產(chǎn)生影響。例如R134a，溫度效應(yīng)潛能是0.24-0.29，雖然相對于R12大大降低，但其比CO2要高，對氣變暖的影響不可忽略。而R600a雖然沒有溫室效應(yīng)，也不會對臭氧層造成破壞，但其遇明火易爆炸增加了維修人員的人身安全威脅，焊接時(shí)要注意制冷劑的排放時(shí)周圍環(huán)境的通風(fēng)。

2、冰箱制冷過程中電能消耗問題

冰箱在給人們提供保鮮、冷藏功能時(shí)，是以消耗電能為代價(jià)的。即冰箱制冷過程中，需要提供電力作為動力，制冷系統(tǒng)才能完成一系列的制冷循環(huán)，為人們提供便利的生活條件。目前，普通冰箱的電能利用率僅為40%左右，采用新技術(shù)的冰箱，其電能利用率也只在60%左右?？梢?，冰箱制冷對電能的消耗很大。這與國家提倡的節(jié)能減排、低碳生活相矛盾。全國多數(shù)家庭中都至少擁有一臺冰箱，這樣一來，數(shù)以萬計(jì)甚至千萬計(jì)的冰箱對于電能的消耗是一個(gè)非常龐大而驚人的數(shù)字。雖然對于每個(gè)家庭來說，能夠支付電能的費(fèi)用，為了獲得低溫保存條件，以犧牲電量為代價(jià)完成冰箱制冷，但對于一個(gè)產(chǎn)業(yè)或是一個(gè)國家來說，如此龐大的電能損耗是一個(gè)大的經(jīng)濟(jì)包袱，也是一個(gè)巨大的能源浪費(fèi)問題。

3、冰箱制冷過程中噪音污染問題

近年來，噪音污染逐漸被人們所重視。性能良好的冰箱噪音值一般在39分貝以下，一些質(zhì)量不合格的冰箱，產(chǎn)生的噪音分貝高達(dá)50分貝，這種高噪音在家庭中對兒童的聽力影響是的，不但容易引起兒童聾啞，還會對兒童的智力發(fā)育產(chǎn)生影響，降低兒童的免疫功能。噪音過高，還會造成失眠，人容易疲倦，產(chǎn)生一系列惡性連鎖反應(yīng)；還會對孕婦和胎兒發(fā)育產(chǎn)生不良影響。冰箱在制冷過程中，壓縮機(jī)不可避免會產(chǎn)生噪音，噪音的大小根據(jù)不同品牌，不同制冷技術(shù)以及不同質(zhì)量有高低之分。但是，冰箱制冷噪音往往被人們所忽略，人們在選購冰箱的時(shí)候往往不考慮噪音的高低，或是在高噪音的賣場里聽不到冰箱噪音而忽略這一點(diǎn)。其實(shí)，冰箱制冷過程中的噪音是家庭噪音的來源之一，是家庭噪音污染的原因之一。

三、冰箱制冷新技術(shù)策略

1、冰箱制冷新技術(shù)策略

我國最初以R134a取代R12、R22等氟利昂制冷劑，但考慮到R134a的溫室效應(yīng)、易水溶性和強(qiáng)腐蝕性，經(jīng)過技術(shù)引進(jìn)與創(chuàng)新，R600a在目前的冰箱生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，但是R600a易爆炸，在焊接上對工作人員的人身安全造成危脅，因此，在冰箱制冷劑的選擇上，要從環(huán)境和安全兩方面考慮，尋找兩全其美的制冷劑。半導(dǎo)體制冷技術(shù)，這種制冷技術(shù)是建立在珀?duì)柼?yīng)的基礎(chǔ)上，通過電流方向控制熱量的交換，達(dá)到降低冰箱內(nèi)部溫度的目的。這種制冷技術(shù)完全取代了制冷劑，使得冰箱制冷不再依靠制冷劑的相變完成制冷。如果所有的冰箱生產(chǎn)廠商都采用這種制冷技術(shù)，將會大大減少環(huán)保的負(fù)擔(dān)，人們不用再擔(dān)心冰箱會破壞臭氧層而影響身體健康。和顧氏熱力循環(huán)技術(shù)，這種制冷技術(shù)可以不改變現(xiàn)有的冰箱構(gòu)造，只需要加長毛細(xì)管長度，注入該技術(shù)的工質(zhì)來取代氟利昂就完全能夠達(dá)到制冷的效果。雖然這種技術(shù)存在一定的局限，但其工質(zhì)應(yīng)用后能夠完全替代氟利昂，并大大降低電能的損耗，節(jié)能效果顯著。因此，這種制冷技術(shù)在冰箱制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用有非常大的應(yīng)用前景。

2、冰箱制冷過程中節(jié)能策略

冰箱制冷過程是以消耗電能為代價(jià)的，而目前冰箱的電能轉(zhuǎn)化率僅40%-60%，其節(jié)能空間還很大。冰箱節(jié)能措施制冷方面主要有采用高品質(zhì)率的壓縮機(jī)，合理匹配蒸發(fā)器、冷凝器，選擇合適的毛細(xì)管壓比等。此外，采用顧氏熱力循環(huán)技術(shù)也能提高電能的轉(zhuǎn)化，有效達(dá)到節(jié)能目的。http://www.linshuojixiekeji.cn