冰箱的制冷原理是怎么的？
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发布时间：2022-02-27 04:20
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时间：2022-02-27 05:49
您好！
冰箱制冷原理是制冷剂以气态的形式由压缩机吸入，压缩成高温高压的蒸气经排气管进入冷凝器，制冷剂将热量散发到外界空气中，冷凝为高压的液体，经过过滤器进入毛细管，并被截流降压进入蒸发器中汽化。制冷剂液体吸收外界热量汽化为干饱和蒸汽，实现冰箱内降温，制冷剂变为低压过热蒸气而被压缩机吸回，如此往复。
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时间：2022-02-27 07:07
热、冷与温度的关系
就分子学来解释，热就是一种分子运动的能量。因所有物质均由无数的分子所组成，而这些分子均快速、不停地做不规律的运动，这种运动的平均动能也就是温度。分子运动增快，热量即增加，温度亦上升；相反地，分子运动缓慢，热量减少，温度亦降低。这就好像光减弱了必会暗淡一样，所以如果想要降低一物体的温度，只需把它所含的热量移去一些就可以了。
热是创造及发展生命的必要条件，但是它亦加速地破坏与毁灭生命；冷是热的相对名词──不热即冷，当热被抽除後即是冷，故冷一般表示「低温度」的意思。冷阻碍生命的创造与发展，但亦延缓细胞之生长及增殖，故亦延缓生命被破坏与毁灭，帮助生命的维持，所以食物需要用「冷」来贮存。
温度是用来精确地表示物体实际上「冷」与「热」的程度，并不是一种热能。所谓温度愈高，亦即物质内分子运动愈快，分子本身具有的动能亦愈大，则其所具有之热也愈多；温度愈低，物质内分子运动愈减，分子本身具有能量亦愈小，热亦愈少。故温度高低仅表示物质中每个分子具有的能量大小及知觉上热与冷的程度，并非表示物质热量的多少，因物质的热量为分子能量之总和。如两块不同重量的铁块，一块重1公斤温度60℃，另一块重20公斤温度30℃，後者温度虽低於前者，然而热量却大於前者。
热量
十八世纪中叶，蘇格兰教授布莱克（J. Black）及助手瓦特（J. Watt）所作的实验发现，热不但可以「数量」来表示，亦可以测定其「强度」。
温度计即是当时的产物，用来指示热的强度。而对指示热的数量，科学家先建立一个热量的基本单位作为量度的依据，即一致同意让1磅的水温度上升1°F所需的热作为热量单位，称为一英热单位，简写BTU。（公制热量单位为千卡，系1公斤的水温度提升1℃所需的热。其换算关系为1BTU＝252卡，1千卡＝3.9BTU。）
我们知道，水一定从高处流向低处，气流也会自高压流向低压，这是一种自然的趋向，而热量也会从高温流向低温（见图一），所以如果想要某一物体的热量流向另一物体，则两物体间必需有温度差。如乙温度低於甲，当两者接触或混合，热量必从甲流到乙，甲失去热而温度降低，乙却获得热而温度升高，直到两者温度相等为止。甲对乙来讲，乙为一种「冷却体」；乙对甲来讲，甲为一种「加热体」。
一个冰箱并不是把食品直接变冷，实际上是把食品的热移出箱外，这就是为何我们谈到冷冻，需要先讨论热的原因。热是一种能量，能量是可以被转移，或变换成另一种能量，但决不会无缘无故消失或产生的。
热量一定从温度较高（较热）的物体流向较低（较冷）的物体，这是冰箱所运用的基本原理。
物质三态
物质存在的形态有三种：固体、液体与气体。
物质三态常因吸取热量或放出热量而改变，故我们利用物质三态变化之吸热放热反应，达到我们「制冷」、「造热」的目的。在冷冻应用上，我们是利用液体与气体之间的物理变化来达成「制冷」效果，亦即靠一种称为「冷媒」的化学药品，在冷冻系统内凝结、蒸发时所生的吸热或放热作用所造成，这亦是冰箱所运用的基本原理之一。
显热与潜热
热能的种类有两种：显热（sensible heat）及潜热（latent heat）。
在物质三态里，如果因热量的增减而促成物质温度的升降，却不改变物质形态的热，称为显热或有感热。亦即一物体因吸收或放出热量而引起温度改变的热，如0℃的水变成100℃，可用温度计测出及感觉出的热即是。
在物质三态里，如果热量的增减仅改变物质的形态，并不产生温度的升降反应，这种对物质所增加或吸取的热，称为潜热或隐热。如0℃的冰变成0℃的水、100℃的水变成100℃的水蒸汽，其温度未变，然物态完全改变，此所需的热均称为潜热。
熔化各种物体都有同一的现象，即当为固体时吸收热增加本身的温度，一直到达该物体的熔化点为止。每一种物体的熔点都是不同的，到达熔点时物体即开始吸收非常多的热量，但温度却停止不动。只是形态开始改变，由固体熔化成液体，相同地，液体蒸发成气体，过程亦然。
潜热的应用
每种物质都有两种潜热，第一种是固态熔化成液态所吸收的热，这种热定名为「熔化潜热」，如冰熔化成水要吸热（见图二a）；第二种是液态蒸发成气态所吸收的热，这种热定名为「蒸发潜热」，如水沸腾蒸发成水蒸汽（见图二b）。反之，液态凝结为固态放出的热称「凝固潜热」；气态凝为液态放出的热称「凝结潜热」。例如水的熔化潜热为80卡／克，蒸发潜热为539卡／克。
在冷冻工程运用上，潜热的利用是最重要的，一般来讲「潜热」远大於「显热」。蒸发潜热的吸热量更大於熔化潜热，冷冻机械就是利用冷媒的蒸发潜热与凝结潜热，来达到我们所需之低温度。现代的电冰箱中，也是利用这种现象来达成吸热冷却的目的。
热力与温度的关系
物质改变其形态的温度，视其压力而定。压力愈高，改变形态时之温度亦愈高；反之，压力愈低，改变形态时之温度亦愈低，故改变形态时之温度与压力成正比变化。例如水在一大气压下，蒸发温度（沸腾温度）为100℃，如把压力提高，则水必须在100℃以上的温度才沸腾，反之，压力降低在一大气压下，则蒸发温度必在100℃以下。
假如我们将一种物质放在低压下，若压力使其在低温下蒸发吸热为气体，然後再将此蒸发之气体压缩增高其压力，使其在较高温度下凝结放热为液体，再放在低压低温下蒸发，如此循环使用，即将低温之热带至高温度，亦即将较低温的室内中的热带至较高温的室外，而达到室内「冷」的目的。故此种循环使用之物质其蒸发潜热愈大，制冷的效果愈显著，制冷愈快，故我们在冷冻工程中，均运用较大蒸发热的物质为循环使用之冷媒。
荷兰科学家范马兰（Van Marum）和范楚威（Van Troostwyk）发现，当气体被压缩成液体时，原由液体所吸收的蒸发潜热也会释出。
他们发现，每一种物体能在其沸腾时同样的温度下凝结，这是一个非常明显的温度，一点也没有宽容量，就好像一条分界线。在界线一侧为液态，一过这条温度分界线就成为气态。不论从热到冷，或从冷到热，分界线把这两种形态截然地予以分开。
最重要是「压力」能够移动这条温度分界线。如水在100℃沸腾成蒸汽，蒸汽亦在此温度凝结成水，100℃以上是气态，100℃以下是液态，100℃即为两态分界线。但若将压力施於蒸汽上，它就不在100℃凝结，而在100℃以上的某一温度凝结。改变施加压力的大小，就可以改变蒸汽凝结的温度。
氨气冷媒是在-33℃沸腾蒸发，而其蒸汽温度仅稍高於此温度，故此低温的蒸汽仍然吸收室内空气中的热量。我们希望氨蒸汽能够放出热量让室内空气吸收，则须使蒸汽温度升到室内空气温度以上，也就是把蒸汽的凝结温度提升到高过空气温度。
这只有用压力来解决，压力能压缩蒸气，因之温度也愈益提高。由於温度仅不过是对热强度的一种测定，故热之集中即表现出温度的升高，用不把额外的热加入，但它的温度也能升高。即可把热传至室外，而予以液化。
述说了如此多的相关知识，无非是让人更容易了解冰箱的制冷过程，因为前面所讲到的各种现象，都是在冷冻应用上不可或缺的主要要件。
冰箱系统
图三是一个最简单的冷冻循环过程，图中已说明冷媒如何吸热放热而达到制冷效果。如果我们仔细观察家中的电冰箱，便知与图中所示的系统并无两样。
图四就是一个现代化的电冰箱，假定冰箱中所有的东西都已拿走，空的电冰箱就像这个样子，只不过图中把管路的连接也画出来了，这里边包含了下列几个组成元件：
一、蒸发器
蒸发器（见图四a）是用两片有多条沟的金属板焊合，沟就成液体冷媒的通道管，冷媒在这些管子中蒸发而吸收箱内热量成为气体，然後被导出冰箱外。
二、压缩机
冷媒蒸气排出冰箱，就要把它所含的热移走，回复原来的液态状况，以便再加利用。
液体冷媒在零下甚低温度就能沸腾，而冷媒蒸气的温度仅稍高於液体，仍在零下甚低，所以不能以平常室温（即15～37℃）来使它冷却。因热只能由高温向低温流动，绝不可能由低温流向高温。
因此需用压缩机来压缩蒸气，使体积变小，温度得以升高，超过室内空气温度，那麼热量才能排出。另外一个作用即使蒸发器造成低压，凝结器造成高压，冷媒在压力不等的情形下才能流动。
三、凝结器
凝结器（见图四b）是当高压高温气态冷媒由压缩机传送至此处，即可有效放出热，而使冷媒冷凝回复成液体。
四、乾燥过滤器
它的功用在於滤除冷媒中的水分与杂质。
冷冻系统中通常都会残留极少量的水分，在长期使用时，因冷冻系统内润滑油分解亦会产生水分，故必须有此设置，以免水分在毛细管中冻结而妨碍冷媒的流通，或在蒸发器中凝结而使冷冻系统的效能减低。而且水与冷媒作用成酸，将腐蚀金属，而发生冷冻循环故障。
此构造即在入口处装上一杯形帘网，用以过滤冷媒杂质，并封入乾燥剂（一般成分有矽土、硫酸钙、氧化钙等）以吸收系统中的水分。
除了上述部分外，另有一部分实际上并没有表现出任何实质上的工作量，然而它却控制冷媒在全系统中的流动。
压缩机要在凝结器内建立压力，必须在排出端有某种程度抵抗才行，同时蒸发器也得维持一低的压力，以利液体冷媒沸腾蒸发。蒸发器在压缩机吸气侧要有低压，凝结器在排气侧要高压。而凝结器出口与蒸发器入口之间连有一条管子，这条管子不能畅通无阻，否则高低压马上平衡，压缩机就不能建立起高低的压力差，但也不能全然堵塞，否则冷媒就不能循环。所以这条管子必然有阻力，以允许高低压有分界，也允许所需要循环冷媒量能够通过，毛细管就有这种作用。
五、毛细管
毛细管（见图四c）口径很小，能产生所要的阻力，使压缩机建立冷凝所需的压力，另方面使液体冷媒缓慢通过，产生压降，使冷媒容易在蒸发器蒸发。
六、温度控制
当冰箱温度已降到够低时，则需要停止压缩机，恒温器（thermostat）就是一个温度开关，能感测周围温度，而接通或跳开电路的接点，从而开停压缩机运转时间的长短以维持冰箱内所要的温度范围，家用冰箱都是用此控制。
恒温器的构造如图五所示，气箱、毛细管、感温筒所衔接而成的密闭管路中充有冷媒。感温筒置於蒸发器上（见图八）。当蒸发器的温度上升时，感温筒摄取热量，使气体冷媒膨胀，因此气箱膨胀而推动「动作杆」，使银接点接触（闭合）。相反地，蒸发器的温度下降到某程度时，气体冷媒收缩，气箱收缩，使银接点弹开。将银接点串联在压缩机马达的电源线中，则能使压缩机自动适时运转与停止，使冷冻温度恒定。图六即是恒温器在冰箱电路中之位置。
七、冷媒
冷媒负责在形态变化时吸热放热，因之必须要选用良好性能的冷媒，才能工作得令人满意。对冷媒的要求，必须能在低温下或接近水的冰点温度沸腾，才能用以冷却及保存食物。还必须无毒无爆炸性，也应能与冷冻油混合，才能使压缩机获得润滑。
氟氯烷（freon）冷媒是把四氯化碳（CCI4）的分子重新排列而获得，四氯化碳可作为灭火剂及清洁剂，是常见的化学液体。把四个氯原子（CI4）去掉两个，另补上两个氟原子（F2）即成分子式CCI2F2新的化学剂（二氟二氯甲烷），就是常用的氟氯烷12（R-12或F-12）。
再把分子中碳、氯、氟三种原子作不同的组合，又发明不少人造氟氯烷冷媒，它们各有不同的沸点，适应各种不同场合（见表一）。
目前，氟氯烷是一种最适用的冷媒，用途非常普遍，大小冷冻系统都能适用。
冰箱系统循环过程
述说过冰箱上的主要组成元件，现在我们把所有元件组合起来，看看冰箱制冷的工作过程。（见图七）
当低压低温液态冷媒流经蒸发器，由於其温度比箱内温度来得低，有这温差的存在，使得箱内食品的热量被冷媒所吸收，冷媒吸收热量後就蒸发成为气态（蒸发潜热），然後回至压缩机，被压缩成高压高温的气态冷媒送至冷凝器，此时冷媒的温度比箱外空气中的温度来得高。又由於这温差，冷媒将箱内所吸收的热量放出，由空气所吸收。冷媒放出热量後就冷凝成为液态（凝结潜热），再经毛细管，由於毛细管的阻力，使冷媒压力降低，结果使得冷媒为因应突然的压降，而迫使自己在毛细管过程中吸收了一些本身的热量而升高温度，然後就有一些冷媒蒸发成气态（对整个液态冷媒来讲，只有一小量蒸发，这现象称为闪发）出了毛细管进入蒸发器的液态冷媒就继续循环蒸发吸热，而达成制冷的目的。
冷藏式与冻结式的合并
家用冰箱合并了一个低温的冻结室和一个稍高於冰点的冷藏室，上室贮藏鱼肉，下室贮存生鲜果菜饮料等，二室共用一套压缩机和冷凝器。
其作用原理如图八，冷媒先送至冻结室，室内温度约在-25℃左右。冻结室内未蒸发沸腾的液态冷媒再送至冷却板的管子内，继续蒸发吸热，足使冷藏室内维持适宜於存放生鲜果菜的温度，约5℃左右。
总之，液态冷媒先到达冻结室盤管之後，再经冷藏室冷却板，最後被吸回压缩机
热心网友
时间：2022-02-27 08:42
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。
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。
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。
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。
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。
6）太阳能电冰箱：它是利用太阳能作为制冷能源的电冰箱。
7）绝热去磁制冷电冰箱。
8）辐射制冷电冰箱。
9）固*冷电冰箱。
希望我的回答能帮到您 呵呵
热心网友
时间：2022-02-27 10:33
1、绝热压缩：它是利用压缩机吸入蒸发过后的低温低压的制冷剂，经过活塞的急剧压缩，将气体的机械工转换为热量，让其变为高温高压的气体。
2、等温压缩：等到制冷剂变为高温高压的气体之后，压缩机将处于气态的制冷剂传送至冷凝器中使其液化，这时将释放出冷凝潜热，制冷剂的温度不会发生改变，只是有气体变为液体。
3、绝热膨胀：处于液态状态下的制冷剂在毛细血管中受到节流的作用，使液体的压力降到蒸发的压力，制冷剂在这一过程中温度急剧下降，但是时间短，不能吸收到外界的热量。
4、等温膨胀：进入了蒸发器中的制冷剂迅速的蒸发，不断的将冰箱内部的热量吸收，知道液化的制冷剂全部汽化，在这一过程总制冷剂的温度处于恒定状态，所以称之为等温膨胀。
热心网友
时间：2022-02-27 12:41
