关于冰箱的工作原理及如何实现冰箱节能

关于冰箱的工作原理及如何实现冰箱节能赵子伦051110011120101149摘要:本文通过对“电冰箱”工作原理的阐述，对其中所应用的主要物理学原理的进行了分析。并找出一些使冰箱节能的措施。关键词:“电冰箱”，热力学第二定律，冰箱节能一、引言冰箱是一种使食物或其他物品保持冷态、内有压缩机、制冰机用以结冰的柜或箱；带有制冷装置的储藏箱。家用电冰箱的容积通常为20～500升。1910年世界上第一台压缩式制冷的家用冰箱在美国问世。1925年瑞典丽都公司开发了家用吸收式冰箱。1927年美国通用电气公司研制出全封闭式冰箱。1930年采用不同加热方式的空气冷却连续扩散吸收式冰箱投放市场。1931年研制成功新型制冷剂氟利昂12。50年代后半期开始生产家用热电冰箱。中国从50年代开始生产电冰箱。二、电冰箱的工作原理首先来看看冰箱的分类1）压缩式电冰箱：该种电冰箱由电动机提供机械能，通过压缩机对制冷系统作功。制冷系统利用低沸点的制冷剂，蒸发汽化时吸收热量的原理制成的。其优点是寿命长，使用方便，目前世界上91～95%的电冰箱属于这一类。目前常用的电冰箱利用了一种叫做氟利昂的物质作为热的“搬运工”，把冰箱里的“热”“搬运”到冰箱的外面。2）吸收式电冰箱：该种电冰箱可以利用热源（如煤气、煤油、电等）作为动力。利用氨－水－氢混合溶液在连续吸收－扩散过程中达到制冷的目的。其缺点是效率低，降温慢，现已逐渐被淘汰。3）半导体电冰箱：它是利用对PN型半导体，通以直流电，在结点上产生珀尔帖效应的原理来实现制冷的电冰箱。4）化学冰箱：它是利用某些化学物质溶解于水时强烈吸热而获得制冷效果的冰箱。5）电磁振动式冰箱：它是用电磁振动机作本动力来驱动压缩机的冰箱。其原理、结构与压缩式电冰箱基本相同。6）太阳能电冰箱：它是利用太阳能作为制冷能源的电冰箱。7）绝热去磁制冷电冰箱。8）辐射制冷电冰箱。9）固体制冷电冰箱。我们日常生活中所用的冰箱，大多数是压缩机式的，它的具体原理是。电冰箱接通电源后，电动压缩机将氟利昂气体（氟利昂是一种既容易汽化又容易液化的物质。因氟利昂气体漏入空气后对大气层有破坏作用，现厂家用环戊烷等替代氟利昂）通过压缩体积的方法变为液体，而液化要放热，因此冷凝器的温度一般较高，且为黑色，便于散热。冷凝器中的液态氟利昂通过一段很细的毛细管缓慢地进入冰箱内冷冻室的管子，在这里迅速汽化吸热，使冰箱内的温度降低。生成的蒸气又被电动压缩机抽走，压入冷凝器，再次液化并把从冰箱内带来的热通过冰箱壁上的管子放出。氟利昂如此周而复始不断地循环，以达到制冷目的。其工作原理如图所示。三、电冰箱中的主要物理学原理电冰箱主要由以下三个构成部分：箱体、制冷系统与控制系统。而其中最关键的是制冷系统。现在就来看看制冷系统是如何工作的。它是利用物态变化过程中的吸热现象，使之气液循环，不断地吸热和放热，以达到制冷的目的。其具体过程是：通电后压缩机工作，将蒸发器内已吸热的低压、低温气态制冷剂吸入，经压缩后，形成温度为55℃～58℃，压强为112帕的高压、高温蒸气，进入冷凝器。由于毛细管的节流，使压力急剧降低。因蒸发器内压力低于冷凝器压力，液态制冷剂就立即沸腾蒸发，吸收箱内的热量变成低压、低温的蒸气。再次被压缩机吸入。如此不断循环，将冰箱内部热量不断的转移到箱外。通过以上分析，我们知道只要压缩机一工作，其机体内就有高压存在，并且在断电后，要有段时间才能消失，这就是冰箱为什么不能在关机后立即开机的原因所在。下面详细分析一下其内在机理。电冰箱在运行过程中，其制冷系统压缩机的吸气侧移为低压侧，其压力略高于大气压力。压缩机的排压侧移为高压侧，压强高达117007帕左右，两侧的压强差很大(压力差也是很大)，停机后两侧系统仍然保持这个压力差，如果立即起动，压缩机活塞压力加大，电机的压动力矩不能克服这样的压力差，使电机不能起动，处于堵转状态，这就使得旋转磁场相对于转子的转速加快，磁通量的变化率加大了，从而导致电机绕组的电流剧增，温度升高，如果时间长，很有可能烧毁电机。制冷则是用的热机原理，就是热力学第二定律。具体的就是制冷剂在压缩机被压缩，压缩的过程制冷剂会发热，较热的制冷剂通过散热片降温，然后制冷剂会被减压进入室内机的散热片，而减压的过程会使制冷剂降温，这样就可以把室内的空气降温了，温度升高了的气态的制冷剂再次进入压缩机从而进入下一个循环。四、关于冰箱的节能1、远离热源，保持空隙冰箱周围的温度每提高5℃，其内部就要增加25%的耗电量。因此，应尽可能放置在远离热源处，以通风背阴的地方为好。热食不要直接放进冰箱，达到室温时再放入。2、开门忌频繁如果开门过于频繁，一方面会使电冰箱的耗电量明显增加，同时也会降低电冰箱的使用寿命。由于电冰箱的箱门较大，如果开门次数较多，箱内的冷气外逸，箱外的暖湿空气乘机而入，就会使箱内温度上升。同时，进入箱内的潮湿空气容易使蒸发器表面结霜加快，结霜层增厚。由于霜的导热系数比蒸发器材料的导热系数要小得多，不利于热传导，造成箱内温度下降缓慢，压缩机工作时间增长，磨损加快，耗电量增加。若蒸发器表面结霜层厚度大于10毫米时，则传热效率将下降30%以上，造成制冷效率大幅降低。另外，当打开箱门的同时，箱内照明灯就开启，既消耗电能又散发热量，显然也是不利于节能的。3、停电保鲜，错峰用电4、冰箱的摆放一般应该注意以下两个问题：在摆放冰箱时，一般应在两侧预留5—10厘米、上方10厘米、后侧10厘米的空间，可以帮助冰箱散热。不要与音响、电视、微波炉等电器放在一起，这些电器产生的热量会增加冰箱的耗电量。主要参考文献：1、黄加乐朱军山洪在地张向萍胡哲《家电科技》2004第9期2、2、谢洁飞李新华李香桂杨波《低温工程》2009第3期3、《节能与环保》2006第1期