1、 毕业设计（论文）说明书共 83 页 第 1 页装订线1、文献综述17 世纪中期， “冰箱”这个词才进入了美国语言，在那之前，冰只是刚刚开始影响美国普通市民的饮食。随着城市的发展冰的买卖也逐渐发展起来。它渐渐地被旅馆、酒馆、医院以及被译些有眼光的城市商人用于肉、鱼和黄油的保鲜。内战（1861-1865）之后，冰被用于冷藏货车，同时也进入了民用。到 1880 年以前，已经有半数在纽约、费城和巴尔的摩销售的冰，三分之一在波士顿和芝加哥销售的冰箱开始进入家庭使用，因为一种新的家庭设备冰箱即现代冰箱的前身，被发明了。 制造一台有效率的冰箱不像我们想象的那么简单。19 世纪早期，发明家们关于对冷藏科学至
2、关重要的热物理知识的了解是很浅陋的。人们认为最好的冰箱应该防止冰的融化，而这样一个在当时非常普遍的观点显然是错误的，因为正是冰的融化起到了制冷作用。早期人们为保存冰而作出了大量的努力，包括用毯子把冰包起来，使得冰不能发挥它的作用。直到近 19 世纪末，发明家们才成功地找到有效率的冰箱所需要的隔热和循环精确的平衡。其实冰箱是我国家电行业的传统产品。我国社会的冰箱保有量已超过1.1 亿台，每年更新的冰箱约400万台。2004年，我国冰箱产量为3000多万台，电冰箱及电冰箱压缩机出口近2000万台。在2005年，冰箱出口量继续呈现上升趋势，截止13月，我国电冰箱的电冰箱压缩机出口量已达500 多万台
3、。与我国世界冰箱制造大国不大相适应的是我国冰箱的设计理念与制造技术等与发达国家相比有一定差距，这制约着我国冰箱行业的发展。欧盟2002年提出ROHS和WEEE两个指令涉及到我国众多家电行业。欧洲议会在2003年提出的使用能源产品的生态设计要求的指令草案（Eco-design requirements for Energy-Using Products，简称EUP），要求生产厂家需在产品设计及生产等多方面加以改进。1.1 制冷技术的发展冰箱的发展是建立在制冷技术发展的基础上的，随着制冷技术的不断进步，才有了冰箱现在的发展。现代制冷技术是 18 世纪后期发展起来的。在此之前人们就已懂得冷的利用。我
4、国古代就有人用天然冰冷藏食品和防暑降温。马可波罗在他的著作（马可波罗游记）中，对中国制冷和造冰窑的方法有详细的记述。1755 年，爱丁堡的化学教师库仑利用乙醚蒸发使水结冰。他的学生布拉克从本质上解释了融化和汽化现象。提出了潜热的概念，并发明了冰量热器，标志着现代制冷技术的开始。1834 年，发明家波尔金斯制造出了第一台以乙醚为工质的蒸发压缩式制冷机，并正式申请了英国第 6662 号专利。这是后来所有蒸汽压缩式制冷机的雏形，但使用的工质是乙醚，容易燃烧。到 1875 年卡利和林德用氨制冷剂，从此蒸汽压缩式制冷毕业设计（论文）说明书共 83 页 第 2 页装订线机开始占有统治地位。在此前期，空气绝
5、热膨胀会显著降低空气温度的现象开始用于制冷。1844 年，医生高里用封闭循环的空气制冷机为患者建立了一座空调站，空气制冷机使他一举成名。威廉西门斯在空气制冷机中引入了回热器，并提高了制冷机得性能。1859 年，卡利发明了氨水吸收式制冷系统，并申请了专利。1910 年左右，马利斯莱兰克发明了蒸汽喷射式制冷系统。到 20 世纪，制冷技术有了更大的发展：全封闭制冷压缩机的研制成功（美国通用电器公司） ，米里杰发现氟利昂制冷剂并用于蒸汽压缩式制冷循环以及混合制冷剂的应用，伯宁顿发明回热式除湿器循环以及热泵的出现，均推动了制冷技术的发展。1.2 冰箱替代制冷剂的现状自蒙特利尔议定书实施以后,世界各国都加
6、快了CFCs制冷剂的替代研究,而且已经取得了明显的进展和大量的成果。发达国家在1996年就停止了CFCs 制冷剂的生产,我国也签署了在2001年以后所生产的电冰箱中停止使用CFC12 的有关条约。目前,在电冰箱、冷柜行业中,CFCs物质已基本停止使用,HCFCs物质、HFCs物质和天然工质已经被作为替代工质在实际中广泛应用。目前,国际上对于冰箱制冷剂CFC12 的替代主要采用3种技术方案:一种是以美国、日本为代表的,采用美国杜邦公司提出的HFC134a 替代CFC12；一种是以德国等欧洲国家为代表的,采用HC600a (异丁烷) 替代CFC12；另一种是采用西安交通大学提出的HFC152a/
7、HCFC22 混合工质制冷剂替代CFC12。其他的替代制冷剂还有美国杜邦的MP39 (即R401A) 、清华大学的THR01 等。上述3 种主要方案各有优缺点。HC600a 为烃类天然工质,环境优势比较明显(见表1-1)。尽管HC600a 具有较高的比体积,但其临界温度(135 ) 也较高,可以在较高的冷凝温度下运行而没有严重的效率损失, 这使得其所需的冷凝器尺寸可以在家用限制以内,故被家用冰箱广泛采用。表11 几种CFC12 替代制冷剂与CFC12 的环境及安全性能比较工质 ODP GWP 毒性可燃性CFC12 01820 10600 无 不燃HFC134a 01000 1300 无 不燃H
8、C600a 0-1000 20 无 可燃HFC152a/ HCFC22 约01005 约357 无 微燃HFC152a/ HFC125 01000 约612 无 微燃另外,HC600a 的价格比较便宜,具有较高的制冷效率、与水不发生化学反应、与铜质管材和矿物润滑油完全兼容等优点。然而,采用HC600a 替代方案的缺点也很明显,由于其容积制冷量小,冰箱系统及主要配件需要重新设计,生产线需要改造,并且由于其毕业设计（论文）说明书共 83 页 第 3 页装订线具有可燃性,可能产生易燃、易爆等安全问题,故生产及维修需要高标准的防火要求等。目前,采用HC600a 为制冷剂的家用产品的安全运行记录是非常好
9、的,在我国臭氧耗损物质国家替代方案和中国制冷工业CFCs 替代逐步淘汰战略研究中也都把HC600a 作为CFC12 的主要替代品之一。美国等国家由于其政策法规的特点,导致各大厂商非常注重安全问题,故仍然坚持使用性能不是特别好但却更加安全可靠的HFC134a 作为替代制冷剂。FC134a 的ODP 值为0 , 其蒸气压曲线和CFC12的比较接近,而且HFC134a的换热性能比CFC12 的好。然而, HFC134a 在物性方面却有许多弱点,如潜热小、不溶于矿物油以及分子体积小等,这使得替代过程复杂,而且耗资巨大,需开发专用压缩机、冷冻油、换热器等,还要相应调节制冷系统和改造生产线. 另外,尽管H
10、FC134a 具有与CFC12 相似的热力学性质,但是实际的运行效果却并不十分令人满意,尤其是应用在较低温度时的制冷能力较低。此外, HFC134a 的GWP 值相对过高以及比CFC12 更耗能,使其应用前景受到影响,已被列入京都议定书温室气体清单。国际社会已公认,HFC134a 也只是一种过渡性替代制冷剂。1.3 制冷剂的发展趋势总得来说制冷剂的发展趋势应该是满足生态环境可持续发展的前提下尽可能的获得最大的制冷性能。根据可持续发展中经济发展与保护资源、保护生态环境的协调一致的核心要求，制冷剂的发展方向有两个：一个是环保，使用绿色环保的制冷剂已经是大势所趋，绿色环保制冷剂可以是合成的，也可以是
11、天然的，虽然合成的环保制冷剂也对臭氧不会造成破坏，但从地球生态的可持续发展来看天然制冷剂是最理想的选择，因为天然制冷剂本来就是地球生态系统中存在的，无论是使用还是排放到环境中，取之于自然回之于自然，对环境的影响比合成制冷剂都小的多，相信随着技术的不断进步，天然制冷剂必将大有发展。第二个是节能，随着人们生活水平的提高制冷空调等设备越来越普及，同时其消耗的大量的能源也越来越引起人们的注意，今夏我国18个省市出现电力紧缺问题，中国电监会的一项调查显示，供需矛盾加剧造成今夏电力吃紧，其中空调制冷负荷快速增长是不可忽视因素。今夏我国华东、华中、华南地区持续高温，空调制冷负荷猛增。华东电网、南方电网、华中
12、电网空调制冷负荷比重已超过30，个别省电网甚至接近40。而电能的产生又要消耗大量的化石燃料，如煤、石油等，不但造成大量的不可再生能源的消耗，而且燃烧产物如 等还可引起温室效应等环境问2CO题。因此除了改进制冷技术外还可从制冷剂上下手，通过研制新型节能制冷剂降低制冷空调设备的能耗也是一个发展方向。从制冷剂的替代过程以及其替代研究与环境的关系中我们可以看到，在整个制冷剂的替代研究中环境的可持续发展的思想起了很重要的作用，应该说是环境的可持续发展的要求推动了制冷剂替代研究的发展，并且为其发展指明了方向，同时制冷剂的替代又进一步促进了环境的可持续的发展。毕业设计（论文）说明书共 83 页 第 4 页装
13、订线1.4 冰箱的发展方向、国内政策的导向，决定了冰箱的节能化。近几年我国冰箱生产将全面推行强制性节能标准，从 2003 年 7 月份开始，中国市场上的电冰箱都必须贴上“能效标识“的标签。这一政府行为将促使我国冰箱业继续高走节能路线。节能是冰箱业永恒的主题，目前全球已有 37 个国家和地区使用节能标识。早在1994 年，欧盟就规定了电冰箱、冷冻箱和冷藏冷冻箱、干衣机上必须加贴能耗标签，并将节能设置为技术壁垒，抬高门槛。可见，中国实行节能政策是大势所趋。目前，国内一些著名冰箱生产企业已经依靠技术实力展开了节能市场攻略。政策方向其实反映的是用户的客观需求。2003 年，国内冰箱企业将开始重新“洗牌
14、“，围绕节能冰箱这一核心主题，进一步与国际标准接轨，那些高能耗、无法实现节能技术升级的产品将不可避免地要被淘汰出局。富裕的消费群体，决定了冰箱的多温区方向。正在向全面小康社会迈进的中国消费者对产品的要求从来没有像现在这么“苛刻“过。人们在解决温饱之后，对生活的要求理所当然要转向舒适化和高品质化。他们所要求的冰箱已经不仅仅是简单的能够冷藏、冷冻食品的容器了，而且对食品的营养提出了更高的要求。同样是应该放进冷藏室，但牛奶、蔬菜和啤酒所需要的最佳营养温度是不一样的；同样是应该放进冷冻室，但冰冻一周和冰冻一个月的食物，其需要的冰冻温度也是不一样的。对于冰箱的营养化，中国冰箱业要走的路还很长。生活频率的
15、加快，决定了冰箱的智能化、大容积方向。中国“白领”、 “金领”层的日益壮大和生活频率的日益加快，又决定了冰箱的大容积、智能化方向。视“时间就是金钱”第一要义的他们，再也不愿意在调节冰箱档位这样的小问题上浪费时间了，他们需要更智能、更简单的冰箱产品，最好是几个按钮就能将所有问题全部解决。这将使冰箱大容积、智能化的趋势持续下去。“新生代”的崛起，决定了冰箱的个性化、时尚化方向。在中国，意识超前、引领潮流的消费群体正在不断壮大，而且他们正在日益成为时尚消费的主力军，他们的消费取向对于冰箱生产厂家来说至关重要。对于他们来说，冰箱早已不是一个简单的容器，除了要求功能先进、操作简单外，他们更注重冰箱的外观
16、。他们相信第一感觉，他们崇尚个性、时尚、与众不同。他们的要求将导致冰箱产品的进一步“改头换面”以上四大需求决定了冰箱主流的发展方向。其实对于今天的中国消费者，特别是城镇消费者来说，价格早已不是决定购买冰箱的唯一因素，从低价竞争回归到满足用户需求的竞争上来，将是中国家电市场进一步健康发展的唯一途径。、国外随着新技术、新材料、新工艺的不断开发，家用冰箱的性能、质量、款式和品种正在迅速发展。当前，国外家用冰箱发展的新趋势是厨房化、大型（大容积）或毕业设计（论文）说明书共 83 页 第 5 页装订线小型化、多门温室化，多功能化、节能化、智能化，以及开发各种能源和功能多样的冰箱等。 （1）经济效果的节能
17、化当前，节能型冰箱的开发已成为家用冰箱发展的一个重要方向。例如：采用旋转式压缩机代替原来的往复式压缩机，耗电量可减少 1020；采用新型隔热材料，可增加冰箱的容积和提高制冷效率；采用多重式结构门封条，提高密封性能，减少冷量外逸；采用电子控制技术，根据环境温度高低，自动调节压缩机运行时间，达到“节能”运行，可节电 1015。日本在冰箱节能方面采用多项新技术，经济效果明显。如：容积为 270 升300 升冰箱的耗电量已下降到 2325KWh月，约为 10 年前耗电量的 4050。（2）多件合一的厨房化随着住房结构的变化，近年来国外开发了一种可与厨房中其它用具配套使用的组合式冰箱。例如：台柜式冰箱，
18、冰箱顶部可作台板使用，也可与组合式厨具配套；又如炊具组合式冰箱，上部左侧为单孔煤气灶或电磁灶，右侧是一个洗涤池，下部为冰箱，三件组合为一体，适用于人口少、厨房面积小的家庭，具有一物多用的特点。（3）方便需要的小型化容积为 50 升70 升的单门冷藏箱或冰柜，将逐步走进办公室、宾馆客房和交通工具里。最近，美国开发的库拉特龙系列小型冰箱，其最大规格净重也只有约 5公斤。满足了老年人、单身汉以及短程旅途的方便需要。（4）储量升级的大型化日本在 80 年代后期冰箱容积就以 300 升400 升为主，近年来正向 400升500 升方向发展。美国家用冰箱的容积在 400 升以上的比率已占 90，最大的达
19、700 升。据市场调查资料，我国家用冰箱现正趋向于 200 升250 升发展。最近，我国扬子集团与日本东芝公司合作，联合开发 245 立升、355 立升、450 立升 3 种大容积冰箱。冰箱大型化适应了家用大储量的用途。（5）精细生活的多门多温化前几年，日本出现了“三门”冰箱，即将双门冰箱原果菜盒部分制成一个独立的、用于贮藏蔬菜的蔬菜室。因多吃蔬菜和水果有益于健康和美容，带有 50 升60升蔬菜室的三门冰箱深受用户欢迎。据统计，近两年日本销售的三门冰箱已占冰箱产量的一半。最近，国外还出现了一种带有“冰温室”的四门冰箱，冰温室的温度的 01间，使食品处于将冻而未冻状态，即处于最佳“保鲜”状态。有
20、的冰箱还带有“解冻室”，用于冷冻食品解冻和解冻后保存，提高冻结食品保鲜质量。可以看出，近年来冰箱正向多门多温化发展。（6）种种用途的多功能化通过新技术的应用，提高和扩展了冰箱的使用性能和功能。例如：应用“快速冷冻”技术，提高食品的冷冻质量；箱内使用多用途组合式搁架，可充分利用箱内、毕业设计（论文）说明书共 83 页 第 6 页装订线门胆的空间，食品取存方便，且有多种用途。最近，美国库拉特龙公司生产一种新型多功能冰箱，不仅可以制冷，还可以作为食品的保温器和加热器，可用来炒菜、烘面包或热牛奶等。此外，无箱冷冻、温度切换、可调温保鲜、自动除臭等技术已在冰箱中应用。（7）自动控制的智能化近年来电子技术
21、在家电领域中得到广泛应用。电冰箱的电脑控制技术即为其中一例。例如：日本东芝公司的一种新型冰箱，在箱门、横梁、台面板前侧面上装有电子显示装置，能显示和调节冷冻、冷藏箱温度，不开门就能控制，操作方便。该新型冰箱装置了具有 6 个功能的 IC 控制板，实现多种制冷情况下的自动控制。另外，还装有报警指示器，如果箱门没有关严（或开门时间超过 30 秒），箱门上的传感器就会发出信号，直至把门关上。（8）生态健康的环保化目前，世界各国正在大力推行“双绿色”冰箱，即在冰箱制造和使用中不使用氟氯烃类物质。由于氟利昂会破坏大气臭氧层，威胁整个地球的生态平衡和人类的健康。日本、美国等国已全面推行无 CFC 冰箱。我
22、国的青岛海尔集团、华意集团已率先推出无 CFC 的“双绿色”冰箱。无 CFC 冰箱将是未来冰箱发展的必然趋势。此外，使用各种能源的冰箱也相继问世，如太阳能冰箱、风力冰箱、煤气冰箱等；另外还有如冷藏和加热两用冰箱、手提式软体冰箱、停电不解冻冰箱、供应热水冰箱、会“ 说话” 冰箱等，供冰箱家族日趋丰富多彩。毕业设计（论文）说明书共 83 页 第 7 页装订线2、冰箱知识概述2.1 电冰箱分类及应用现状2.1.1 冰箱应用现状电冰箱是最小的压缩式制冷系统。据统计，我国目前电冰箱、冷柜的拥有量近1.3 亿台，而且近年来电冰箱的产量、销售量均在 1 千万台以上，城市电冰箱平均拥有率达到 90.95%。我
23、国正逐渐在为全球家电及家电零部件的生产基地，全球电冰箱的制造能力进一步向我国转移。2006 年，我国电冰箱的产量占全球市场 30%的份额。近 10 年来，我国电冰箱的产量由 1991 年的 470 万台增加到 2002 年的 1599 万台，平均每年增长11.8%，增长十分迅速。在日本，1975 年就有 99%的家庭拥有电冰箱，在过去 20 年，平均每个家庭的电冰箱拥有量是 1.2 台。美国 1990 年的电冰箱普及率达 114%。我国电冰箱的普及率在东部沿海地区为 89.6%，中部地区为 80.7%，西部地区为 83.8%。截止到 2006 年，我国电冰箱制造企业以海尔为代表，携手新飞、美菱
24、、美的、容声、小天鹅、海信、TCL、荣事达树立起中国自主品牌。外资品牌中，只有西门子、博世、伊莱克斯、松下、夏普、LG、三星等在大容积电冰箱市场占有优势。因此，就形成了国产品牌占据中、小容积产品市场优势与外资品牌在中、大容积领域占优势相抗衡的局面。在中、外两大电冰箱阵营中，各处发展的重点有所不同。国产品牌在 210L 容积以下占有 90%的市场份额，其余的 10%则由西门子、伊莱克斯、松下和 LG 所占有。2.1.2 电冰箱的分类、用途分类（1）冷藏箱：冷藏箱主要用于冷藏食品，至少应有一个冷藏室，其温度保持在010之间；亦能在箱内上部由蒸发器围成较小的冷冻室，用于冻藏少量食品或制作少量冰块，其
25、温度一般保持在职-12-6。冷藏箱一般为单门家用冰箱，容积多在 170L 以下。（2）冷藏冷冻箱：冷藏冷冻箱一般由冷藏室和冷冻室组成，具有冰温保鲜功能的还增设果蔬室或冰温保鲜室等；其中冷藏室的温度在 0以上，适用于贮存不需要冻结的食品；冷冻室的温度应达到-18-12，适用于冷冻食品或储藏冷冻食品。毕业设计（论文）说明书共 83 页 第 8 页装订线冷藏冷冻箱的结构一般为双门和多门家用冰箱，把箱体分割成互不干扰的多个隔间，可以将食品分类储藏，既卫生又方便，是目前市场占有率较大的主流产品。该类家用冰箱容积多在 100300L 且冷冻室容积较大，冷藏室由搁架或抽屉分隔成若干空间。（3）冷冻箱：冷冻箱
26、是指只有冷冻室的家用冰箱，温度在 0以下，按温度可分为“一星级室” 、 “二星级室” 、 “三星级室” 、 “四星级室” ，其储藏温度分别为-6、-12、-18以下，主要用来储藏、冻结食品。其结构形式大部分为上开门结构，少数为立式侧开门式。、电冰箱按其结构和冷藏容积分为三类:(1)单门冰箱（又称冷藏箱） ，一般有效容积在 45170L 之间。单门冰箱结构简单、价格便宜、耗电量较小；但冷冻室容积一般都很小，而且冷冻室温度只能达到-6-12，储存冻结食品的时间较短。(2)双门电冰箱（大部分都是冷藏冷冻箱） ，一般有效容积在 100300L 之间，双门冰箱的特点是既可冷藏，又能冷冻，其冷冻室的温度可
27、达-18，储存冻结食品的时间较长。其结构一般是上部是冷冻室，下部是冷藏室。有的双门冰箱在冷藏室上部增设一个“冰温室” ，其温度保持在职-30, 既保持了一定的低温，又能得到一定的湿度，可对食品进行冰温保鲜。(3)三门及多门冰箱，其容积一般在 200400L 以上，多属豪华型冰箱。其结构一般有冷冻室、冷藏室、果菜室和多功能转换室，有的还设有水温室。三门及多门冰箱容积大、功能全，但结构复杂、价格昂贵、耗电量也大。、按冷冻室温度分类按冷冻室所达到的温度，家用冰箱可分为 1 星级、2 星级、3 星级、4 星级共 4个等级，不同星级的冷冻室温度，食品贮存时间如表 2-1 所示。表 2-1 不同星级温度计
28、食品有效贮存期星级 星标 冷冻室温度（不高于） 冷冻食品贮存期1 星级 * -6 1 星期2 星级 * * -12 1 个月高 2 星级（日本标准） * * -15 1.8 个月3 星级 * * * -18 3 个月4 星级 * * * * -18 （具有速冻能力）C 4 6 个月、按制冷方式分类家用冰箱制冷方式不同可分为蒸气压缩式冰箱，吸收式冰箱和半导体式冰箱等。（1）蒸气压缩式冰箱。其制冷原理是采用蒸气压缩式制冷循环，即在消耗电能的条件下，利用制冷剂（如氟利昂）在系统中蒸发时大量吸收冰箱内的热量，实现制冷的目的。（2）吸收式冰箱。毕业设计（论文）说明书共 83 页 第 9 页装订线如图 2
29、-1 所示，吸收式冰箱的构造与压缩式冰箱类似，也分为箱体、制冷系统和控制系统三部分。其制冷系统是以液体吸收气体和加入扩散剂氢气所组成的“气冷连续吸收扩散式制冷系统” 。该系统没有运动部件，因而无噪声，使用寿命长；可以采用各种热源作为动力，例如天然气、油、燃气、太阳能等。因此，此种冰箱都装有气、电两用的加热装置，该装置由燃烧器、自动点火装置、温度控制器组成。燃烧器中还带有安全装置，当燃烧器的火焰熄灭时，感受火焰温度的热电偶可自动断开燃气通路，以确保安全。在制冷系统中充有三种物质，即制冷剂氨、吸收剂水、扩散剂氢。图 2-1 吸收-扩散式冰箱制冷系统1-蒸发器 2-冷凝器 3-精馏器 4-发生器 5
30、-吸收器 6-热源家用吸收式冰箱的主要问题是效率较低、能耗较高，故目前仅用于作战部队的卫生所、野外作业的科研工作等特殊场合，多为容积较小的单门冷藏箱。（3）半导体冰箱。半导体冰箱又称温差电制冷冰箱，是利用半导体制冷器件制成的一种制冷装置。它是根据半导体温差效应制成的一种装置。其优点是体积小、重量轻、无噪声、无磨损、操作简单、可靠性高，列制冷剂泄漏和污染问题。但是由于半导体电冰箱制冷效率低、成本昂贵、能耗高、容积又很小，故目前仅用于某些特定的场合，如汽车、实验等。、按箱内冷却方式分类家用冰箱按冷却方式可分为直冷式、间冷式和间直冷并用式三类。（1）直冷式冰箱。直冷式冰箱又称为冷气自然对流式冰箱，它
31、利用箱内蒸发器周围的冷空气比重大，向下流动被贮存的食品吸热，温度上升后回到蒸发器周围，使箱内空气形成自然对流。另外，箱内部分水分会在蒸发器周围冻结成霜，故直冷式冰箱又称为有霜式冰箱。毕业设计（论文）说明书共 83 页 第 10 页装订线直冷式冰箱结构如图 2-2 所示，这种直冷式冰箱的蒸发器一般直接安装在上部的冷冻室，在下部的冷藏室内另有一个小的蒸发器，或者将冷冻室的冷空气分一部分进入冷藏室，冷藏室进行食品冷藏。直冷式冰箱具有制造容易、结构简单、成本低、制冷速度快、比较省电的特点；但由于箱内依靠空气自然流动来冷却贮存食品，因此箱内温度的均匀性不如间冷式冰箱好；而且冷冻室又需要定期进行人工除霜，
32、对于食品的贮存质量有很大的影响，亦给日常使用带来了许多不便。另外，由于两个冷间的温度只有一个温度控制器通过控制压缩机的开、停来调节，因此箱内温度不能随着两个冷间贮存食品种类的变化而改变，以致影响了食品的贮存质量。另一方面，箱内温度受环境温度的影响较大，当冬季环境温度较低时，会出现压缩机不启动，两个冷间的温度会出现一间温度过低，而另一间温度过高的情况。为此需要增加低温热补偿装置，或采用双温控制技术（采用二位三通电磁阀加毛细管方法） 。前者的方法会引起电耗量的增加，而后者则使控制系统变得复杂导致成本增加。（2）间冷式冰箱。间冷式冰箱也称为气强制循环式冰箱，它依靠风扇吹风来强制箱内冷空气对流循环，从
33、而实现间接冷却。由于箱内食品不与蒸发器接触，故称为间冷式冰箱。间冷式冰箱的蒸发器一般位于冷冻室后部隔层中，竖立或横卧安装在冷冻室和冷藏室的夹层之间，如图 2-3 所示。用一个微型电风扇将冷风通过风道送入冷冻室和冷藏室，达到制冷效果。由于冷冻食品蒸发的水分被冷风带走，并在蒸发器表面冻结。图 2-2 直冷式双门双温电冰箱剖面图图 图 2-3 间冷式双门双温电冰箱制冷系统图毕业设计（论文）说明书共 83 页 第 11 页装订线1-冷冻室蒸发器 2-冷冻室 3-冷藏室蒸发器 1-冷冻室 2-翅片式蒸发器 3-风扇4-接水盒 5-冷藏室 6-冷凝器 7-压缩机 4-热温风门温度控制器 5-冷藏室 6-冷
34、凝器8-启动器和过载保护继电器 9-水蒸发盘 7-压缩机 8-启动过载保护继电器 9-水蒸发盘10-果菜盒 11-搁架 12-温度控制器和照明灯 10-果菜盒 11-搁架 12-制冰盒 13-温度控制器间冷式冰箱具有自动除霜装置，自动蒸发除霜，因此冷冻室内无霜，故又称“无霜”冰箱或风冷式冰箱。与直冷式冰箱相比，间冷式冰箱一般设置一个蒸发器和两个温度控制器；其中一个控制冷冻室温度与压缩机制开、停机，另一个通过改变风门的位置调控送入冷藏室的冷风量来控制冷藏室的温度。间冷式冰箱最大的特点是箱内温度均匀，冷却速度快；即使在除霜时冷冻室的温度变化不大于 5，冷藏室温度变化不大于 2，因此大大提高食品的贮
35、存质量。由于间冷式冰箱采用双温度控制系统，因此各个冷间温度可以独立控制，易于实现多门多温度控制，冰箱的容积亦可以做得较大。但是由于其自动除霜系统、强制送风系统和自动调瘟系统等功能的增加，与直冷式电冰箱相比，结构复杂，耗电量大，成本提高了 10%以上。（3）间冷、直冷并用式冰箱。间冷、直冷并用式冰箱也称为冷气强制循环及自然对流并用式冰箱，这种类型冰箱查将直冷式和间冷式的特点结合起来，冷冻室采用间冷式，冷藏室采用直冷式。2.2 电冰箱的结构组成由于市场上的家用冰箱大都是蒸气压缩式冰箱，因此这里只对蒸气压缩式冰箱的制冷系统简单的介绍。蒸气压缩式冰箱由制冷系统、电控系统和箱体及附件等三部分组成。2.2
36、.1 制冷系统的组成家用冰箱的制冷系统一般有压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器、干燥过滤器及制冷剂等组成。另外根据实际情况可在蒸发器出口设置集液器。毕业设计（论文）说明书共 83 页 第 12 页装订线图 2-4 直冷式冰箱制冷系统 图 2-5 间冷式双门双温电冰箱制冷系统1-蒸发器落 2-低压吸气管 3-毛细管 4-冷凝器 1-翅片管式蒸发器 2-冷凝器 3-干燥过滤器5-干燥过滤器 6-压缩机 4-抽空充注制冷剂管 5-压缩机 6-水蒸发加热器7-抽宾充注制冷剂管 7-低压吸气管 8-毛细管 9-门口除霜管图 2-4 为最常见的具有冷藏室与冷冻室的双门双温直冷式冰箱的制冷系统。制冷剂在制冷系统
37、中的流向为；压缩机 副冷凝器 主冷凝器 防露管 干燥过滤器 毛细管 冷藏室蒸发器 冷冻室蒸发器 回气管 压缩机。图 2-5 为双门双温间冷式冰箱的制冷系统图，其制冷剂在制冷系统中的流向与直冷式冰箱大致相同。区别在于当内置冷凝器分别在箱体两侧时，高压侧制冷剂一般先流过一侧冷凝器，经过防露管，再流过另一侧冷凝器、干燥过滤器，进入毛细管。（1）压缩机。家用冰箱通常采用全封闭容积压缩机，结构形式有滑管式、连杆式和旋转式等。它具有结构紧凑、体积小、重量轻、振动小、噪声低及制冷剂不泄漏等优点。（2）冷凝器。冷凝器是使气态制冷剂放出热量而凝结为液态的热交换设备。家用冰箱的冷凝器通常为空气冷却式冷凝器，大部分
38、采用自然对流冷却方式，按其安装的位置可分为内置式和外置式。外置式冷凝器通常放在冰箱的背部，其结构形式为钢丝式、平板式或百叶窗式。内置式冷凝器的冷凝管直接在冰箱两侧外壳钢板的内侧，利用两侧钢板向外散热。内置式冷凝器的传热效果不及外置式冷凝器好，设计中要适当加大隔热层的厚度，传热系数一般为 68W/( )。内置式冷凝器外2mKA形比较美观，冷凝表面不易积灰。（3）门防冻防露管。门防冻防露管主要是用于防止冰箱的门四周因为冷量逸出毕业设计（论文）说明书共 83 页 第 13 页装订线而使门封处温度降低，出现结露甚至结冰现象，从而保证箱门的正常使用。家用冰箱的门加热防露装置，有别于大型制冷装置，通常不使
39、用专门的热量来加热门框，起到防冻防露的作用，同时又节省了电加热的费用。（4）蒸发器。蒸发器是使液体制冷剂吸热汽化成气体的热交换设备。家用冰箱的蒸发器属于空气冷却式，直冷式冰箱采用自然对流式蒸发器，有管板式、铝复合板式、钢丝盘管式、单脊翅片式和层架盘管式蒸发器，用风机进行强制对流换热。（5）干燥过滤器。家用冰箱的干燥过滤器一般安装在冷凝器出口毛细管入口之间的液体管路上，其作用是滤除制冷系统中的杂物和吸收制冷剂中的残留水分，以避免毛细管的冰堵和脏堵，保证制冷系统的正常运行。图 2-6 干燥过滤器家用冰箱使用的干燥过滤器的结构如图 2-6 所示。在过滤器两端分别装有 120目至 180 目的过滤网，
40、滤网之间填充干燥剂。干燥剂的种类有很多，如氧化铝、氧化钙、硅胶和分子筛等。目前家用冰箱大部分采用吸湿性强的分子筛（如球形分子筛或特制的分子筛柱）作为干燥剂。（6）毛细管。家用冰箱的制冷系统中，通常采用毛细管作为节流元件。其优点是结构简单、成本低、运行可靠；缺点是调节性能则较差，系统结构参数的变化对于性能的影响会比较显著，因此对于系统匹配的要求较高。（7）制冷剂。家用冰箱使用的制冷剂有 R134a、R600a 等。R134a 是一种新型制冷剂，其热力性质与 R12 非常相似，适用于家用冰箱、汽车空调、中温和高温商用制冷装置。作为 R12 的替代物，R134a 的制冷系统中压缩机的结构尺寸和换热器
41、的尺寸、耐压性能等均需调整，但主要是密封材料、润滑油、干燥剂的选择。R600a 是一种自然制冷剂，对环境无破坏作用。其标准沸点为-11.7，凝固点-160其性质与 R12 差异较大，主要表现在压比高、容积制冷量小、电器绝缘要求高。因此用于家用冰箱时，制冷系统要重新设计和制造。2.2.2 电路控制系统家用冰箱的电控系统主要控制冰箱内的温度，保证冰箱的正常工作。图 2-7 所示为家用冰箱的典型电路图，其工作原理如下。毕业设计（论文）说明书共 83 页 第 14 页装订线图 2-7 家用冰箱典型电路图1-灯开关 2-照明灯 3-温度控制器 4-温度补尝加热丝5-启动继电器 6-压缩机电动机 7-过载
42、保护器B-蓝色 BK-黑色 Br-棕色 G-Y-黄绿色当冰箱电源接通时，压缩机电动机运行绕组（主绕组）和启动继电器线圈首先得电，在接通的瞬间电流较大，使启动继电器吸合，从而使电动机启动绕组（副绕组）通电，在定子中产生旋转磁场，电动机启动并很快（约 12s）达到额定转速。随着转速提高，启动电流下降，当电流下降到不足以吸合衔铁时，启动触点断开，启动绕组断电，电冰箱进入正常运转。压缩机热保护器的结构主要是一个双金属片开关，正常工作时处于常闭位置。当压缩机电机过载时，紧贴着压缩机壳体安装的热保护器发热元件发热，即双金属片受热弯曲，使其保护触点断开，切断电路，保护了电机不致损坏或烧毁。箱内照明灯开关平时
43、处于常开位置，灯开关则与箱门机械接触。当箱门打开时闭合，灯亮以照明箱内。温度控制器利用感温包检测各间室的温度，通过对制冷压缩机的开、停进行自动控制来保持各间室温度的设定值。采用强制对流冷却的间冷式冰箱，还增设了风门温度控制器；温度控制器直接控制冷冻室的温度，冷藏室、冰温保鲜室等次序间的温度是通过风门温度控制器自动调节风门开启角度的大小，以控制进入各冷间室的冷风量变化，从而实现其温度的自动控制。家用冰箱常用的化霜方法有：人工化霜、半自动化霜和全自动化霜三种方式。对于直冷式冰箱，一般采用人工化霜和半自动化霜的化霜方法，其特点是结构简单，毕业设计（论文）说明书共 83 页 第 15 页装订线动作可靠
44、，但是化霜时间较长，箱内温度波动较大。对于间冷式电冰箱，则采用全自动化霜控制系统。目前市场上大多数间冷式电冰箱，采用定时控制式自动电热化霜。在蒸发器上安装电热元件，以时间继电器作固定时间的周期化霜。一般出厂时已经调整好化霜间隔时间和化霜时间。2.2.3 箱体及附件家用冰箱的箱体主要由外壳、内胆、箱门、隔热层和附件组成。其中，外壳常采用 0.61mm 薄钢板，外表面磷化处理后喷漆或喷塑，或彩色钢板；内胆一般采用丙烯腈丁二烯-苯乙烯（ABS）或改性聚苯乙烯（PC）板，加热至 60干燥后采用凸模真空成型或凹模真空成型。隔热层通常充填硬质聚氨酯泡沫塑料。家用冰箱的箱门由门面板、门内胆、磁性门封和手柄及
45、铰链（门折页）组成。其中，门面板与箱体外壳一样；门内胆与箱体一样；磁性门封由塑料门封条（乙烯基塑料挤塑成型）和磁性胶条（在橡胶塑料的基料中渗入硬性磁粉挤塑成型）组成，为了节能有些低温水箱还另设橡胶气囊二次门封。家用冰箱的附件包括：搁架、箱内接水盒、果蔬盒、制冰盒、箱外接水盒（或蒸发盒）等组成。2.3 电冰箱能效标准及经济性能评估2.3.1 冰箱能效等级标准电冰箱是家用电器中的主要耗能设备，OECD 国家家用电冰箱的能耗是火车耗电量的 3 倍；在日本，电冰箱能耗占住宅耗电量的 17%；在泰国，这一比例是20%；1995 年我中国家用电冰箱的耗电量所占比例为 32%，上述情况都说明了电冰箱是耗能大
46、户。从节能、环保和促进技术进步等角度出发，2003 年国家颁布了GB12021.2-2003 电冰箱能效标准。电冰箱的耗电量限定会按下式计算：（2-max365adjMVNE1）式中： 耗电量限定值，kW h/24h;maxEAM参数，由表 2-2 查得， kW h /L;N参数，由表 2-2 查得，kW h；调整容积，L。adjV电冰箱产品的实测耗电量应不大于 值，否则，为不合格。对于具有可变温maxE间室的电冰箱，分别测试不同设定温度条件下的耗电量，各测试结果均应满足相应类别的耗电量限定值要求。表 2-2 M、N 取值毕业设计（论文）说明书共 83 页 第 16 页装订线序号 类别 M/
47、（ kW h /L）AN/（ kW h ）A1 无星级室的冷藏箱 0221 2332 带 1 星级室的冷藏箱 0611 1813 带 2 星级室的冷藏箱 0428 2334 带 3 星级室的冷藏箱 0624 2235 冷藏冷冻箱 0697 2726 冷冻食品储藏箱 0530 1907 食品冷冻箱 0567 205该标准不仅规定了电冰箱在标准状况下耗电量限定值，并且规定了冰箱的能效等级为 15 级，其中 1 级、2 级为节能产品，1 级最节能，5 级为能效合格产品。按照冰箱在标准状态下实际耗电量与限定值的比较，比值小于 0.55 的为能效 1 级，也就是说，在通常情况下能效 1 级电冰箱的耗电量相当于该型号电冰箱标准允许耗电量的 55%，即节能 45%以上；比值 0.560.65 为能效 2 级冰箱；比值 0.660.80为能效 2 级冰箱；比值 0.810.90 为能效 4 级冰箱；能
