正航儀器關于冰箱制冷原理的探討

隨著國民經濟的飛速發展，百姓的生活水平不斷提高，冰箱已經不再是一件奢侈品，絕大多數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。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期。但是，冰箱的使用同樣不可避免地與環境、資源產生矛盾，這些矛盾影響了冰箱的進一步開發應用。因此，必須從冰箱的制冷原理入手，從根部解決問題，才能實現冰箱制冷與環境、資源相協調。

一、冰箱制冷原理

電冰箱的制冷系統是由全封閉壓縮機、冷凝器、毛細管、蒸發器等組成的一個封閉循環系統。冰箱在制冷過程中，低溫低壓的制冷劑如R134a（現在我國大部分廠家生產的無氟冰箱采用無氯的R134a或R600a）經毛細管節流后其壓力降低，進入蒸發器達到沸騰汽化，將冰箱內的熱量吸收，降低冰箱內的溫度，然后由全封閉壓縮機將制冷劑R134a氣體吸入氣缸，經過壓縮機壓縮，變成高溫高壓的氣態R134a，并排到冷凝器內進行冷卻，此時，將熱量排至周圍空氣中，氣體制冷劑放熱后，物態變化，凝結為液態，再經毛細管進入蒸發器進行吸熱，如此反復，通過制冷劑的物態變化來將冰箱內部熱量帶到周圍空氣中，從而降低冰箱內的溫度，達到制冷的目的，為人們提供多個低于室溫的間室，便于保存食物。

冰箱整個制冷循環過程可以分為四個階段：1）絕熱壓縮，即低溫低壓的制冷劑變成高溫高壓氣體，這個過程經壓縮機在短時間內完成，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冷卻，發生物態變化時溫度沒有變化，因此稱為等溫壓縮；3）絕熱膨脹，被液化的制冷劑在毛細管中，由于管道狹窄，節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，進入蒸發器的制冷劑迅速蒸發，不斷從冰箱內吸收熱量，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變化，吸收冰箱內部的熱量，并將熱量交換到冰箱外部，以達到降低冰箱內部溫度的目的。在這個過程中，需要通過電能提供動力，需要制冷劑以物態化來完成熱量交換。因此，冰箱制冷過程中不可避免地會出現制冷與資源、環境之間的矛盾。

1、冰箱制冷過程中制冷劑與環境、安全之間的問題眾所周知，冰箱正常運行時，制冷劑是在密封的系統中運行的，但到了淘汰期或者維修階段，制冷劑就會泄漏到空氣中，對環境產生影響。例如R134a，溫度效應潛能是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，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，焊接時要注意制冷劑的排放時周圍環境的通風。

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，是以消耗電能為代價的。即冰箱制冷過程中，需要提供電力作為動力，制冷系統才能完成一系列的制冷循環，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，采用新技術的冰箱，其電能利用率也只在60%左右。可見，冰箱制冷對電能的消耗很大。這與國家提倡的節能減排、低碳生活相矛盾。全國多數家庭中都至少擁有一臺冰箱，這樣一來，數以萬計甚至千萬計的冰箱對于電能的消耗是一個非常龐大而驚人的數字。雖然對于每個家庭來說，能夠支付電能的費用，為了獲得低溫保存條件，以犧牲電量為代價完成冰箱制冷，但對于一個產業或是一個國家來說，如此龐大的電能損耗是一個大的經濟包袱，也是一個巨大的能源浪費問題。

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，一些質量不合格的冰箱，產生的噪音分貝高達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育產生影響，降低兒童的免疫功能。噪音過高，還會造成失眠，人容易疲倦，產生一系列惡性連鎖反應；還會對孕婦和胎兒發育產生不良影響。冰箱在制冷過程中，壓縮機不可避免會產生噪音，噪音的大小根據不同品牌，不同制冷技術以及不同質量有高低之分。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。其實，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、冰箱制冷新技術策略

1、冰箱制冷新技術策略

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、易水溶性和強腐蝕性，經過技術引進與創新，R600a在目前的冰箱生產中廣泛應用，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，要從環境和安全兩方面考慮，尋找兩全其美的制冷劑。半導體制冷技術，這種制冷技術是建立在珀爾帖效應的基礎上，通過電流方向控制熱量的交換，達到降低冰箱內部溫度的目的。這種制冷技術完全取代了制冷劑，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廠商都采用這種制冷技術，將會大大減少環保的負擔，人們不用再擔心冰箱會破壞臭氧層而影響身體健康。和顧氏熱力循環技術，這種制冷技術可以不改變現有的冰箱構造，只需要加長毛細管長度，注入該技術的工質來取代氟利昂就完全能夠達到制冷的效果。雖然這種技術存在一定的局限，但其工質應用后能夠完全替代氟利昂，并大大降低電能的損耗，節能效果顯著。因此，這種制冷技術在冰箱制冷系統中的應用有非常大的應用前景。

2、冰箱制冷過程中節能策略

冰箱制冷過程是以消耗電能為代價的，而目前冰箱的電能轉化率僅40%-60%，其節能空間還很大。冰箱節能措施制冷方面主要有采用高品質率的壓縮機，合理匹配蒸發器、冷凝器，選擇合適的毛細管壓比等。此外，采用顧氏熱力循環技術也能提高電能的轉化，有效達到節能目的。http://www.upheartbreakhill.com