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1、标题：冰箱的工作原理及如何实现冰箱节能王晓亮03120902班 20090606摘要：本论文主要分为两个部分，一是介绍电冰箱的基本原理，其中主要介绍压缩机的构造以及工作过程，并主要介绍蒸汽压缩机中有关卡诺循环等的物理知识的运用。二是介绍在技术上和使用方法上如何实现节能的要求。冰箱的工作原理及如何实现冰箱节能一冰箱主要原理冰箱是以人工方法获得低温并提供储存空间的冷藏与冷冻器具。而家用电冰箱是指供家庭使用、并有适当容积和装置的绝热箱体，用消耗电能的手段来制冷，1. 蒸发器 2. 冷凝器 3. 干燥过滤器 4. 压缩机5. 蒸发器加热器 6. 防露管 7. 回气管 8. 风扇9. 除霜管并具有一个或
2、多个间室。冰箱以电机压缩式电冰箱最为常见，此外还有一种半导体式冰箱。电机压缩式电冰箱由电气控制系统、制冷系统、箱体和箱内附件4部分组成。电冰箱工作时,先接通电源，使起动继电器动作,以起动压缩机的单相电动机；电动机驱动压缩机对制冷系统作功，并通过温度控制器和其他控制装置，确保制冷系统按不同的使用要求自动地安全可靠地运行。电气控制系统主要由温度控制装置、化霜控制装置、防露装置、防冻加热装置、箱内风扇电动机和照明控制装置以及压缩机电动机的起动和保护装置等组成（如上图）。1.冰箱制冷的主要部件即为压缩机。下面主要以往复活塞式压缩机为例介绍压缩机的原理。往复活塞式压缩机的工作过程是经过压缩、排气、膨胀和
3、吸气4个过程，完成一次吸排气循环。往复活塞式压缩机的工作过程如下图所示。a.压缩过程当气缸内充满低压缩蒸气时，如图所示，活塞从下止点开始往上移动。气缸容积逐渐变小，气缸内的蒸气受到压缩，压力与温度均随之上升，吸气阀片因受到较高的蒸气压力而关闭，而排气阀片则因这时蒸气压力沿未超过排气腔压力仍继续保持其紧闭状态，这样，蒸气的压缩过程将继续持续到活塞上升至气缸内蒸气压力开始等于排气腔压力时为止。b. 排气过程活塞继续向上移动，被压缩的蒸气压力就要比排气腔压力高。当蒸气压力稍高于排气阀片的重力和弹簧力时，排气阀片被顶开。于是，气缸内的高温、高压蒸气开始被上选择活塞推出，并进入排气腔内，如图（b）所示。
4、直至活塞上行至上止点时，排气过程才告结束。而活塞在止点位置时，为了防止活塞与阀板、阀片的撞击，活塞顶面和阀板面之间要留有一定的间隙，其直线距离称之为直线余隙。活塞顶面与阀板底面之间所包含的空间（包括排气阀孔容积等）称为余隙容积。余隙容积是不可避免的。在排气过程终了时，余隙容积依然残留着一小部分蒸气无法排出，其压力与排气腔压力相等。这时，排气阀片靠本身的重力和弹簧力的作用又复下落，将阀口盖住，排气阀片关闭。c. 膨胀过程 活塞从上止点开始向下移动，气缸容积逐渐变大，残留在余隙容积中的蒸气就要膨胀，如图（c）所示。其压力和温度亦随之下降，直到蒸气压力降低至等于吸气腔压力时，膨胀过程才算结束。在此期
5、间，吸、排气阀均处于关闭状态。d. 吸气过程 活塞继续下移，气缸内的蒸气压力开始低于吸气腔压力，当其压力差足以顶开吸气阀片时，吸气过程便开始了，如图2.24（d）所示，直至活塞移动至下止点时，吸气过程才结束。压缩机就循环不断进行着上述的4个过程，达到持续不停地压缩、排气、膨胀、吸气的目的，完成气体的压缩和输送的工作。 2. 压缩机中所用到的物理原理。卡诺从热力学理论的高度着手研究热机效率，设计了两条等温线，两条绝热线构成的卡诺循环（如右图所示）：第一阶段，温度为的等温膨胀过程，系统从高温热源吸收热量；第二阶段，绝热膨胀过程，系统温度从 降到；第三阶段，温度为的等温压缩过程，系统把热量释放给低温
6、热源 ；第四阶段，绝热压缩过程，系统温度从升高到。卡诺定理的核心内容是：在相同高温热源与相同低温热源之间工作的一切可逆卡诺热机（在实现热的动力过程中，不存在任何不是由于体积变化而引起的温度变化的热机），不论用什么工作物质，效率均为而在相同高温热源 与相同低温热源 之间工作的一切不可逆卡诺热机的效率总小于可逆卡诺热机的效率卡诺从理论上论证了热机存在极限和可逆卡诺热机的效率最大，这为改进蒸汽机做出了重大的理论突破，同时为热力学的进一步发展奠定了坚实的基础。冰箱中所用到的制冷环 1、 压焓图：一点二线三区五状态2、 温熵图：一点二线三区五状态 下面介绍单级蒸气压缩式制冷的理想循环逆卡诺循环 一、理想
7、循环组成：两个恒温热源、两个等温过程、两个等熵过程。 二、理想循环热力学计算 1-2 等熵压缩 T0Tk 耗功wo2-3 等温压缩 吸热qk=Tk（s2-s3）3-4 等熵膨胀 TkT0 做功w4-1 等温膨胀 放热q0=T0（s1-s4）1. 单位质量制冷量q0：q0h1h4 2. 单位体积制冷量qv：qvq0/v1 3. 单位冷凝热负荷qk：qkh2h3 4. 单位功耗w0：w0h2h1 5. 制冷系数：消耗单位功量所能获得的制冷量 逆卡诺循环制冷系数： 说明：（1）c与制冷工质的性质无关，只和TL、TH有关； （2）TL或TH c 循环经济性越好；二冰箱的节能1.技术上第一 减少冰箱的漏
8、热。主要方法有：增加保温层厚度，由平均65mm左右增加到75mm，个别型号的冰箱保温层厚度甚至达到120mm以上，其实并不一定说保温层越厚节能效果就越好，其保温层厚度达到一定程度时其耗电量值就不会再降低了，而且其保温层越厚其成本会相应增加，有效使用的容积会相应减少，由经验得知绝热层厚度最佳区域为75mm95mm，其耗电量最多会降低13%左右；使用高性能新型发泡剂，提高发泡工艺，使用真空绝热板。第二 优化结构。主要方法有：优化门封结构。比如增加门封气囊数，降低门封高度，采用门整体发泡技术，采用双重门封等；优化蒸发器结构，增加换热器面积。例如新飞BCD172CH冰箱采用蒸发器夹层，其耗电量值降低了
9、9%。第三 采用高效压缩机。这是最直接有效的节能方法，目前R600a高效压缩机的Cop值达到1.7以上，由于R600a制冷剂优良的热物理性能决定了它是一种节能工质，R600a制冷剂较之R134a因其更彻底的环保性，更高的Cop值，已被很多企业采用。比如将R600a Cop=1.72的高效压缩机用到新飞BCD172CH冰箱原型机上，其耗电量值降低了22%。2使用上一、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
10、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。二、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。主要参考文献：1.2.大学物理学张三慧3. 家电科技4.大学物理国防工业出版社5.制冷技术
