中国早在古代就已有了“冰箱”。在古籍《周礼》中就提到过一种用来储存食物的“冰鉴” 。
只要把冰放在里面,然后把食物再放在冰的中间,就可以对食物起到防腐保鲜的作用了。可以说已经具备了一些冰箱的功能,只是当时它主要的作用还是一种祭祀的器具,《周礼·天官·凌人》:“祭祀共(供)冰鉴。”就可以很好的证明这一点。
在现代冰箱的发展史上,按照冰箱的制冷原理分类,可分为如下九类:
一、压缩式电冰箱
该种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,目前上91~95%的电冰箱属于这一类。
二、吸收式电冰箱
该种冰箱可以利用热源(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。
三、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。
四、 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。
五、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。
六、太阳能电冰箱
它是利用太阳能作为制冷能源的电冰箱。
七、绝热去磁制冷电冰箱
通过去磁和磁化达到吸热和散热的目的。
八、辐射制冷电冰箱
这种材料有助于推动辐射制冷过程,材料的表面会以恰当的平衡来吸收、散发和反射热。
九、固体制冷电冰箱
中科院已在研究一种塑性晶体材料——新戊二醇,这种材料可以作为冰箱的新型固态制冷剂。塑性晶体可做制冷剂的优势是,当塑性晶体在外力的影响下,它内部的分子排列会发生变化,这时它不仅会改变形状,还会产生较大的能量变化,从而改变温度。传统冰箱采用的是压缩机来控制压力,使液态制冷剂改变形态和温度,来调节冰箱内温度的机制,塑性晶体就是取代了传统的液态制冷剂,起到调节温度的作用。
下面探讨的是类压缩机式电冰箱,要进一步了解电冰箱的制冷原理,就要先学习7个名词:制冷剂、压缩机、冷凝器、毛细管、干燥过滤器、储液器、蒸发器。
1、首先说说制冷剂:当我们用酒精擦皮肤时会有冷的感觉,这是因为洒精由液体汽化为蒸气时吸收了皮肤表面热量温度降低而感到“冷”。人们利用一些对人体、食物无害,汽化过程中吸收热量大,对机械装置又不会发生化学反应和腐蚀的物质,称它为制冷剂(又称制冷工质),用它在汽化(蒸发)过程中降低周围温度。
2、还要了解一个核心部件,制冷系统的“CPU”——压缩机:它将来自蒸发器的低温蒸汽压缩成高温高压的气体。压缩机是冰箱制冷系统的心脏,它的主要作用是将蒸发器内已吸热的制冷剂蒸气吸入气缸后,由活塞对蒸气压缩,使蒸气压力提高、温度上升后经冷凝器向空气散热而液化。 压缩机吸入来自蒸发器已吸收了热量而变成气态的制冷剂,经过压缩变成高温高压气体,输送到冷凝器;
3、再来了解冷凝器:散热部件,通过与外界环境的热交换,将来自压缩机的高温高压气体冷却成高温高压液体。制冷剂在冷凝器里,经过热量的传递向空气中散热,被液化(冷凝)成液态制冷剂;液态制冷剂在进入毛细管之前,先要经过干燥过滤器,以吸收制冷剂中的水份和过滤有形脏物;
4、关于节流元件——毛细管:阻力部件,通过阻力节流,将高温高压液体变成低温低压液体。制冷剂经毛细管节流,控制流量,使其完全、充分液化;
5、关于干燥过滤器:系统辅件,吸收吸附制冷剂及系统管道内的水分、杂质等,保持系统的干燥清洁。
6、关于储液器:系统辅件,是压缩机的重要部件,起到贮藏、气液分离、过滤、消音和制冷剂缓冲的作用。将进入压缩机的制冷剂气体中可能存在的制冷剂液体分离,只使干蒸汽进入压缩机气缸内压缩,防止“液击”的发生。
7、后讲蒸发器:吸热部件,将来自毛细管的低温低压的液体通过与外界环境的热交换蒸发成低温低压气体。制冷剂经过毛细管节流进入蒸发器,在一定压力下沸腾,吸收蒸发器周围空间的热量,由湿蒸气变成饱和蒸气;然后再被吸入压缩机进行压缩,制冷剂在系统中如此反复循环,将冷藏物之热量通过制冷剂传递给周围的空气,从而使电冰箱能达到冷藏冷冻目的。(下图示为盘管蒸发器)
下面以制冷剂的视角阐述:
制冷剂从压缩机出发,压缩机启动(消耗电量,并发热),为制冷剂的运动提供动力。
气态制冷剂穿过冷凝器遇到毛细管,但毛细管的管道比较细,使得大量制冷剂拥挤在冷凝器内。一方面制冷剂向毛细管方面推(压缩机),另一方面制冷剂被堵着不让过(毛细管),滞留在冷凝器中的制冷剂越来越多,压力也就越来越大了。
压力增大后,气态制冷剂开始液化,液化的过程中伴随着吸热,于是滞留在冷凝器前半段(靠近压缩机方向)的制冷剂就是高温高压的液态。
这些制冷剂在冷凝器中慢慢降温,直至降低到室温,开始慢慢排队通过毛细管。蒸发器的管道较粗,通过了毛细管的制冷剂压力突然降低,于是液态制冷剂开始沸腾并气化(伴随吸热)。直至制冷剂完全通过蒸发器后,也完全成了常温常压的气态。气态制冷剂重新通过压缩机,继续新一轮的循环。
学习了以上制冷知识后,下面揭秘中科都菱超低温制冷技术的奥秘,我们拿中科都菱旗下METHER品牌-86℃超低温冰箱,产品型号为MDF-86V408举例。
该产品型号采用时下推崇的碳氢制冷剂,节能环保;
采用的热敏电阻PTC感温探头数量至少4个:根据阻值的大小(即温度的高低)在7英寸液晶触摸屏(即温控器)上显示——箱内温度、环境温度、冷凝器温度、换热器温度等数值。
该产品型号采用中科都菱研发团队自主研发的双机复叠制冷技术。
双机复叠制冷技术的原理是:两套制冷系统通过热量接力的方式实现超低温的柜内温度,高温级系统负责实现-40℃的初级制冷,通过中间换热器的作用,与低温级系统进行热量交换,而低温级负责实现-86℃的二级制冷。
超低温冰箱接通电源时,当面板显示温度比设定的温度高时,高温级压缩机首先启动,初级制冷系统开始工作,使得低温级制冷系统的冷凝器温度下降,即第二级的制冷剂温度下降。
经几分钟的延时后,第二级制冷系统也开始工作,它的蒸发器在冰箱内壁,使得冰箱内部温度下降很多,再通过板式换热器的原理,它的冷凝器放出的热量全部由初级制冷系统的蒸发器吸收,初级冷凝器放出的热量则散发到空气中。
当超低温冰箱内部温度达到设定温度后,热敏电阻感温探头把信息传出,控制继电器失电断开,两级制冷系统全部停止工作。
当冰箱内温度再次升高,超出设定的温度时,冰箱再次重复上述运作过程,从而使冰箱内温度始终保持在设定温度左右。
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