谈谈冰箱的工作原理及如何实现节能

【摘 要】随着人们的生活水平不断提高，人们对于食品的质量有了更高的要求。现在对于大多家庭来说都是通过冰箱进行食品保鲜，本文通过对冰箱的工作原理以及节能方法进行谈论，在让读者了解其工作原理的同时根据相关措施有效实现冰箱的节能。

【关键词】电冰箱;工作原理;节能

由于冰箱的使用越来越广泛，但是很多人并不真正的了解冰箱的工作原理。这样在使用中会出现很多的操作误区以。只有进一步懂得冰箱的工作原理以及掌握相应的节能方法才能有效降低能源的浪费以及延长冰箱的使用年限。本文将通过冰箱的原理以及实现节能措施进行讨论，也希望通过本文的说明对广大使用者提供一定的帮助。

一、冰箱的工作原理

所谓的冰箱是通过人工的方式给一个密闭的室内造成一个低温的环境。但是对家庭的冰箱来说，则大多是通过电能的方式让压缩机做工，给一个或者是多个间室制造低温的环境，同时间室内通过绝热材料降低间室与外界的热传递。

对于冰箱来说，较为常见的是电机压缩式电冰箱，此外还有一些半导体式冰箱。其中电机压缩式冰箱通常由箱体、电气控制系统、箱内附件、制冷系统四大部分组成。电冰箱在工作时其原理流程为：当对电冰箱通电之后，相应的继电器开始工作，这样才会启动后续的压缩机的单项电动机。电动机工作之后，对制冷系统进行做功，最终实现制冷的效果。此外，根据温度器的控制，温度根据设计的需求满足各个地方的需求，这样可以有效保障不同系统之间的稳定运行。

（一）冰箱内部中最最要的部分为压缩机。通常的冰箱都是采用活塞的运动进行制冷，其中活塞的运动主要包括四个过程：压缩、排气、膨胀、吸气。在这一次循环过程中可以完成一次气体的吸收和排放。

1.压缩过程

当气缸内充满气体之后，活塞开始从下至上开始运行。这时气缸内的空气体积开始缩小，瞬间释放较大的温度，这时吸气阀因为承受较大的压力所以会一直保持关闭状态。而此时的放气阀由于未达到设定压力，所以会一直处于关闭状态，这样活塞就会持续保持做功状态，当气缸内的压力大于排气阀压力时，这时排气阀门才会自动打开。

2.排气过程

随着活塞的不断做功，气缸内的压力逐渐增加。当汽缸内的压力大于弹簧压力和弹片重力之和时，这时排气阀门就会自动打开，气体会自动进入排气腔内。由于气缸内的气体是高温、高压的整体，所以排气阀会始终保持打开状态。当活塞运动到上止点时，排气过程才会结束。为了避免活塞运动到上止点时与排气阀进行碰撞需要在两者之间设定一定的距离。其中，两者之间的直线距离称之为“直线余隙”，而两者之间的空间大小又称之为“余隙容积”，对于活塞和排气阀之间的空间是不可缺少的部分。

在排气结束之后，由于活塞跟排气阀之间有一定的间隙，多以会有一定的空气存留在这空间内。但是排气腔中的压力此时跟气缸内的压力相同，所以排气阀会根据自身的重力以及弹簧的弹力而下落进而将排气阀门关闭。

3.膨胀过程

活塞完成排气过程之后开始进行膨胀环节，这时残留在余隙之间的空气就开始膨胀。由于活塞从上止行点开始向下运行，此时气缸内的蒸汽压力开始逐渐缩小，当气缸内的压力缩小到低于进气阀门压力时，这时进气阀门开始打开。这一过程称之为膨胀过程，但是在此过程中吸气、排气阀门始终保持在关闭状态。

4.吸气过程

当活塞继续向下移动时气缸内的压力开始逐渐降低，气缸内的压力低于吸气腔压力时吸气阀开始打开。此时吸气阀门一直保持打开状态，直到活塞运动到下止行点时吸气过程才能全部结束。压缩机在工作时都是按照以上几个流程循环工作，这样才可以满足气体的压缩、输送需求。

（二）压缩机中所用到的物理原理。

卡诺根据热力学原理为中心，不断研究热机的转换效率。他的设计以两条等温线和两条绝热线为主要参考点，其中卡诺循环主要包括以下四个阶段：第一阶段为等温膨胀阶段。系统从高温热源T1吸收了Q1的热量。第二阶段为绝热膨胀过程。这一过程中温度从T1降到了T2.第三阶段为T2的等温压缩过程。系统中Q2把热量传递给低温热源T2。第四阶段为绝热压缩过程。系统中的温度由之前的T2升到T1。其中科诺定理中的要表达的内容为：无论使用哪种工作物质，可逆卡诺热机的效率？浊公式均为：

？浊可逆 =（Q1-Q2）/Q 1=（T1-T2） /T1=1-T2 /T1

而对于相同低温、高温热源来说，在进行一切不可逆卡诺热机效率转换时总是低于可逆卡诺机的效率。

？浊不可逆=（Q1-Q2）/Q1

二、冰箱的节能方法

（一）在技术上

第一、减少冰箱的漏热。其中主要方法包括：①可以适当增加保温层的厚度，其中可把通常的65mm厚度增加到75mm厚度。对于个别的冰箱可以把厚度增加到120mm以上，但是并不是活保温层的厚度越大保温效果就越好，而是当保温层的厚度达到一定值以后，冰箱则不会进一步节能电能。此外，保温层盲目的增多也会增加成本以及减少冰箱内部的有效容积。根据相关实验可以得到，当保温层的厚度设置在7.5-9.5cm之间时，可以大约节约13%的电能。②可以借用新型的发泡剂，这样可以有效提高发泡的工艺，此外可以使用真空绝热板。

第二、优化结构。其中主要方法包括：①优化门封结构。其中可以降低门缝高度、使用双重门封、增加门封气囊数量等。②优化蒸发器结构，增加换热器面积。

其中以新飞BCD-172CH为例，在使用蒸发器夹层之后，有效降低了电能的使用，根据相关计算，可以得知大约降低了9%的电能使用。

第三、 采用高效压缩机。通过使用新型的压缩机可以有效降低电能的使用，例如：目前经常使用的R600a高效压缩机，其中压缩机的COP值可以达到1.7以上。此外R600a中使用的制冷剂也比之前的更为先进，这样可以大大降低对环境的污染。由于新型的压缩机具备的优势较高，所以在很多大企业中已经逐渐应用。在对新飞BCD-172CH的冰箱原型上跟换R600a的高效压缩机之后，直接降低了22%的电能使用，由此可以看出高效压缩机对于降低电能的使用最为直接。

（二）在使用上

第一、远离热源，保持空隙。根据相关试验得知：当冰箱外界的温度增加5度时，冰箱将要增加25%的耗电量。所以，冰箱在摆放时应该远离易发热的设备以及摆放在通风较好的位置;温度较高的食物最好不要直接放在冰箱内，应该先放置在室内当温度与室内温度相同后在放置到冰箱内;冷冻的食品最好不要直接放置在冰箱内，而应该用塑料袋包裹之后再放置到冰箱内，这样既可以快速冷冻还防治表层结霜。冰箱内的食物最好不要放置太满，给冰箱内闲置一定的空间以便于空气的流动。冷冻的食品在食用前最好有计划的放置到冷藏室解冻。

第二、开门忌频繁。如果频繁开关冰箱门，很容易造成电能的浪费，此外也会降低冰箱的使用寿命。冰箱的本大多都比较大，如果开关门的频率太高很容易让外界的水蒸气进入到冰箱内。由于冰箱内部的温度较低，进入冰箱的水蒸气会在蒸发器表面凝结。这样长时间水汽进入直接增加了蒸发器表面的结霜厚度，再加上水的导热系数较低，直接降低了热量的传递效果。当冰箱内部的温度没有满足设定温度时，压缩机就会不断的工作。这样不但增加了耗电量还会降低压缩机的使用年限。根据相关的实验测试可以得知：当冰箱内部的蒸发器表层的结霜厚度大于1cm时，将会直接降低大约30%的热传递效率。除此以外，冰箱门再打开之后，冰箱内部的灯就会开启，这样不但增加了电能的消耗还产生一定的热能。

三、总结

随着人们生活水平的提高，各家各户基本上都在使用冰箱。但是对于很多家庭来说并不明白冰箱的工作原理以及怎样节能。本文通过对冰箱的工作原理以及节能方法进行说明，希望让更多的读者了解相应的节能措施。同时也希望每个家庭、企业都提高冰箱节能意识，这样可以给国家节约一定的能源。

参考文献：

[1]孙立群著.《电冰箱维修从入门到精通》.人民邮电出版社，2011年7月版.

[2]刘志刚，陈祖刚《大学物理》（上），北京：清华大学出版社.

[3]黄加乐，朱军山，洪在地，张向萍，胡哲.《家电科技》2004第9期.