浅谈冰箱的工作原理及如何实现冰箱节能

浅谈冰箱的工作原理及如何实现冰箱节能。环境工程学院化工B122卫盼201201034215摘要:这篇论文主要对电冰箱的组成以及制冷系统和制冷系统的工作原理做了介绍，对四个循环的主要内容作了简明的阐述并讨论卡诺循环中制冷系数的决定因素，详细介绍家用电冰箱的制冷系统的工作原理，以及压缩式电冰箱的制冷系统的工作原理在理论分析和数据比较的基础上提出了电冰箱节能的几点建议。关键词：电冰箱；工作原理；节能方式1冰箱的分类1.1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，蒸发时，吸收汽化热的原理制成的。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。1.2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。1.3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。1.4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。1.5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。1.5太阳能电冰箱：它是利用太阳能作为制冷能源的电冰箱。1.6绝热去磁制冷电冰箱。1.7辐射制冷电冰箱。1.8固体制冷电冰箱。2冰箱的工作原理2.1电冰箱制冷系统的简介压缩机：制冷循环的核心部分，他承担着压缩制冷气体的功能，从而使制冷气体实现在冰箱内的循环。冷凝器：冷凝器又称为散热器，是制冷系统的主要热交换设备。主要功能将压缩机排出的高温、高压制冷蒸汽，在其内散热，使冷凝蒸汽冷却成为液体。节流阀：保持一定的压力差，从而可以使循环的进行；同时它可以制冷剂的流量，使其更加的合理。蒸发器：冰箱制冷系统的产冷部件，也称作冷源。从节流阀进入的制冷剂在此处变成气体，吸收箱内的热量，从而达到制冷的目的。在制冷循环中，外界对工质做工为A，工质从低温热源吸收热量Q2，向高温热源放出热量Q1。设制冷系数为e，则e=Q2/A或e=Q2/(Q1-Q2)2.2制冷循环4阶段简介绝热压缩(3-4)：气态工质被压缩机急速的压缩，压强和温度随之升高，由于此过程进行的很短，几乎没有热量的散失，所以此过程被称为绝热压缩。等温压缩(4-1)：进入冷凝器后的气体，被在压缩机的作用下被完全压缩至液化，在此过程中，制冷剂的温度不发生改变，被称为等温压缩。绝热膨胀(1-2)：制冷剂在节流阀中受到节流作用，液体压力骤降，此过程中，虽然温度骤降，但进行时间极短，未与外界进行热量的交换，成为绝热膨胀。等温膨胀(2-3)：进入蒸发器的制冷剂迅速蒸发，不断从冰箱的内部吸收热量，直到完全的汽化，此过程中制冷机的温度恒定，所以成为等温膨胀。3冰箱的节能方式根据公式可知，卡诺制冷循环的制冷系数可表示成e=T2/(T1-T2);通过此公式可以知道制冷系数为工作在温度为T1和T2热源之间制冷系数的极限值，此极限值得大小取决于低温热力学温度和两热源的温度差。例如，若家用电冰箱的冷库温度为270K，冰箱外的大气温度为300K，则按照卡诺制冷循其制冷系数e=T2/(T1-T2)=9.而如果冷库的温度为275K,箱外为300K，则根据公式可以知到e=T2/(T1-T2)=11。由上面的例子可以知道,对于冰箱的节能，最好两热源的温差只要不太大，并且尽量应该使低温热源的温度相对高一些就可以达到节能省电的目的。在生活中具体的节能技巧：3.1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。冷冻室内的食品最好用塑料袋小包包装，可以很快冷冻，既不易发干，又免湿气变成霜。食品不宜装得太满，与冰箱壁之间应留有空隙，以利于流动冷气。冷冻的食品，在食用前最好有计划地把它转至冷藏室解冻。3.2冰箱里存放的食品与箱壁之间、食品与食品之间均应留出10mm左右的空隙冰箱的中层也不能放得太满，要利于冷空气的流通，既省电也有利于食品的保鲜。3.3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。3.4炎热的夏季停电后，冰箱重新启动需要耗费很长的时间。可以用小容量的塑料袋装些清水冻成冰块，一直放在冷冻室内，这样可使停电时冰箱内的温度升高不会过快。3.5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3.6经常清扫冷凝器、压缩机上的灰尘，保持制冷效果，减少电耗；3.7冰箱应经常除霜、清洁，如果蒸发器表面的结霜厚度达到10毫米时，传热效率则下降30%以上，即制冷效果大大下降，以致压缩机不停运转，增加电耗；3.8冰箱的箱温应根据贮存食物的需要来调节，不要盲目地调得过低，可适当调至较高的温度范围，这样可明显降低耗电量。4结论由上所述可知，电冰箱是以制冷系统为基本原理工作的，通过压缩机消耗电能作功来实现冰箱内外的温差恒定。。对于冰箱最主要的部分制冷系统来说，其工作流程主要由压缩机、冷凝器、节流阀和蒸发器四部分组成。并且，其工作的主要流程由绝热压缩、等温压缩、绝热膨胀、等温膨胀组成。此外，冰箱的制冷系数e=T2/(T1-T2)，从而可以在此原理的指导下对于如何节能进行调节，进而达到节约的目的。参考文献：[1].芶秉聪，胡海云．《大学物理》（上册），北京：国防工业出版[2].刘志刚，陈祖刚《大学物理》（上），北京：清华大学出版社[3].张雪峰，蒲利春，《大学应用物理》，北京：科学出版社[4]芶秉聪胡海云.大学物理上册第2版【M】北京国防工业出版社