正航儀器關(guān)于冰箱制冷原理的探討
隨著國(guó)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(tái)冰箱來(lái)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(guò)冰箱制冷,人們生活所需的食物都可以延長(zhǎng)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(kāi)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(wèn)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(guò)程中,低溫低壓的制冷劑如R134a(現(xiàn)在我國(guó)大部分廠(chǎng)家生產(chǎn)的無(wú)氟冰箱采用無(wú)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(guò)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?chē)諝庵校瑲怏w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(guò)制冷劑的物態(tài)變化來(lái)將冰箱內(nèi)部熱量帶到周?chē)諝庵校瑥亩档捅鋬?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(guò)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(guò)程經(jīng)壓縮機(jī)在短時(shí)間內(nèi)完成,制冷劑升溫的過(guò)程沒(méi)有熱量流到冰箱外部,因此稱(chēng)為絕熱壓縮過(guò)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(méi)有變化,因此稱(chēng)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(chēng)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(guò)程中,制冷劑溫度不變,被稱(chēng)為等溫膨脹。
二、冰箱制冷過(guò)程中存在的問(wèn)題
冰箱制冷過(guò)程是通過(guò)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(guò)程中,需要通過(guò)電能提供動(dòng)力,需要制冷劑以物態(tài)化來(lái)完成熱量交換。因此,冰箱制冷過(guò)程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)制冷與資源、環(huán)境之間的矛盾。
1、冰箱制冷過(guò)程中制冷劑與環(huán)境、安全之間的問(wèn)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(huì)泄漏到空氣中,對(duì)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(duì)于R12大大降低,但其比CO2要高,對(duì)氣變暖的影響不可忽略。而R600a雖然沒(méi)有溫室效應(yīng),也不會(huì)對(duì)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?chē)h(huán)境的通風(fēng)。
2、冰箱制冷過(guò)程中電能消耗問(wèn)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(guò)程中,需要提供電力作為動(dòng)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。可見(jiàn),冰箱制冷對(duì)電能的消耗很大。這與國(guó)家提倡的節(jié)能減排、低碳生活相矛盾。全國(guó)多數(shù)家庭中都至少擁有一臺(tái)冰箱,這樣一來(lái),數(shù)以萬(wàn)計(jì)甚至千萬(wàn)計(jì)的冰箱對(duì)于電能的消耗是一個(gè)非常龐大而驚人的數(shù)字。雖然對(duì)于每個(gè)家庭來(lái)說(shuō),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(duì)于一個(gè)產(chǎn)業(yè)或是一個(gè)國(guó)家來(lái)說(shuō),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(wèn)題。
3、冰箱制冷過(guò)程中噪音污染問(wèn)題
近年來(lái),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(duì)兒童的聽(tīng)力影響是的,不但容易引起兒童聾啞,還會(huì)對(duì)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(guò)高,還會(huì)造成失眠,人容易疲倦,產(chǎn)生一系列惡性連鎖反應(yīng);還會(huì)對(duì)孕婦和胎兒發(fā)育產(chǎn)生不良影響。冰箱在制冷過(guò)程中,壓縮機(jī)不可避免會(huì)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?cè)谶x購(gòu)冰箱的時(shí)候往往不考慮噪音的高低,或是在高噪音的賣(mài)場(chǎng)里聽(tīng)不到冰箱噪音而忽略這一點(diǎn)。其實(shí),冰箱制冷過(guò)程中的噪音是家庭噪音的來(lái)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(guó)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(guò)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(duì)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(guò)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(chǎng)商都采用這種制冷技術(shù),將會(huì)大大減少環(huán)保的負(fù)擔(dān),人們不用再擔(dān)心冰箱會(huì)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(zhǎng)毛細(xì)管長(zhǎng)度,注入該技術(shù)的工質(zhì)來(lái)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(guò)程中節(jié)能策略
冰箱制冷過(guò)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://m.zgshfp.com