学习内容

 一、物质的状态

物质有三种状态：固态、液态、气态，这三种状态在温度发生变化时，会通过吸热与放热实现相互转化。如图1-1所示。

图1-1

电冰箱能够制冷就是利用了物质的气态与液态之间的转化的过程。在这个过程中，物质会吸热也会放热。被选为制冷的物质就是制冷剂，也叫制冷工质。制冷剂在制冷系统中，实现气态与液态的转化，当从气态转化为液态时，制冷剂要对外放热，这个过程叫冷凝。当从液态转化为气态时，制冷剂要吸收外界的热量，这个过程叫蒸发。

二、电冰箱的工作原理

电冰箱是保持恒定低温的一种制冷设备。制冷系统是由管路以及工作部件组成的一个密闭的循环系统。在整个制冷系统内部，通过制冷剂状态的变化把电冰箱内部的热量带到电冰箱外部。当电冰箱内部的食物热量被带走，温度就会下降，从而实现食物的冷藏或冷冻。

（一）实现制冷的四个过程

下面首先了解要实现制冷的四个过程，如图1-2所示。

图1-2

整个制冷循环有四大元件：压缩机、蒸发器、节流装置、冷凝器。

制冷循环的四个工作过程如下：

1、压缩过程

压缩机把蒸发器中送来的低温低压制冷剂气体吸入，经过压缩机压缩成高温高压过热制冷剂蒸汽，并排出到冷凝器。

2、冷凝过程

高温高压制冷剂蒸汽在冷凝器中散热冷凝成低温液体制冷剂。

3、节流过程

低温液体制冷剂经过节流装置节流降压后喷入蒸发器。

4、蒸发过程

低温液体制冷剂喷入蒸发器在其内部蒸发吸热，把蒸发器周围的热量带走，达到制冷的目的。

（二）电冰箱制冷系统的工作原理

1、电冰箱制冷系统的元件

电冰箱制冷系统主要是由压缩机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管和蒸发器五大元件组成。如图1-3所示。

图1-3

压缩机整体安装在冰箱的后侧下部，冷凝器多安装在冰箱的两侧，外置冷疑器多安装在背部，也有少数冰箱的附加冷凝器装于底部，但都与箱底有一定间隔。干燥过滤器安装在冰箱后部，便于与毛细管连接。毛细管的前段常缠绕成圈，后段与蒸发器回气管合焊，外部包以绝缘材料。蒸发器设置在冰箱内腔，如双门电冰箱上部分是副蒸发器，下部分是主蒸发器，老式电冰箱是上部分是主蒸发器，下部分是副蒸发器。形成一个小型的冷冻室和冷藏室。蒸发器的回气管自冰箱背后返回压缩机。

2、电冰箱制冷循环过程

整个制冷循环过程可分为4个过程。

(1)压缩过程

压缩机吸入在蒸发器内吸热蒸发后的低温低压制冷蒸汽，这时气体的理想状态是充分汽化，无液滴，稍微过热，经压缩机活塞的急剧压缩，对气体所做的机械功转换为热，使之变成高温高压过热蒸汽，此压缩过程很短，被升温气体的热量几乎没有传到外部，故此过程称为绝热压缩过程。

(2)冷凝过程

压缩机将高温高压气态制冷剂送至冷凝器中冷却到其完全液化，这段时间放出冷凝潜热，在此过程中，因制冷剂温度不变，仅发生汽、液状态变化，故称为等温压缩。在冷凝器末端，制冷剂全部液化后，温度有所下降，即为过冷。

在这一过程中，制冷剂通过蒸发器吸收的热量和压缩机活塞做功转换的热量已全部放出，这时已完成了将低温物体的热量送到高温的外界空气中的任务。

(3)节流过程

液态制冷剂通过毛细管，在毛细管壁的作用下使液体压力降到蒸发压力，制冷剂在此过程中温度虽剧降，但因时间极为短暂，未能吸收外界的热量，故称绝热膨胀。

(4)蒸发过程

进入蒸发器的制冷剂迅速蒸发，不断从冷柜（冰箱）内吸收热量（蒸发潜热），直到液体完全汽化为止，在此过程中，制冷剂的温度恒定，故称为等温膨胀。这样再开始下一次气态、液态、气态的循环，从而使箱内温度逐渐降低，达到人工制冷的目的。　　　

3、电冰箱制冷系统各元件的作用

   （1）压缩机

压缩机是制冷系统的心脏，是制冷剂在制冷系统中循环的动力。它的功用是将蒸发器内已经蒸发的低压、低温的气态制冷剂吸回压缩机，然后压缩成为高压高温的气态制冷剂，并排至冷凝器中冷却。简单地说，压缩机的功用是在制冷系统中建立压力差，以使制冷剂在循环系统中作循环流动。

电冰箱多采用全封闭制冷压缩机，它是将压缩机和电动机装在一个全封闭的壳体内。外壳表面有三根铜管，它们分别接低压吸气管、高压排气管、抽真空和充注制冷剂用的工艺管。有些120W以上的压缩机，在外壳上部还增设二根冷却压缩机的铜管。另外，外壳还附有接线盒，盒里有电动机的接线柱、启动器和保护器，如图1-4所示。

图1-4   全封闭式制冷压缩机

电冰箱用的压缩机有往复式和旋转式两种。我国目前广泛使用的是滑管活塞往复式压缩机。随着材料和装配加工工艺的改进，旋转式压缩机也将得到普及。

(2)冷凝器

电冰箱的冷凝器是制冷系统的关键部件之一。它的作用是使压缩机送来的高压、高温制冷剂气体，经过散热冷却，变成高压、常温的制冷剂液体。所以是一种热交换装置。如图1-5

图1-5  外挂式冷凝器

电冰箱的冷凝器，按散热的方式不同，分为自然对流冷却式和强制对流冷却式两种。自然对流冷却是利用周围的空气自然流过冷凝器的外表，使冷凝器的热量能够散发到空间去。强制对流冷却是利用小型风扇强制空气流过冷凝器的外表，使冷凝器的热量散发到空间去。300L以上的电冰箱一般采用强制对流式冷凝器，300L以下的电冰箱一般采用自然对流式冷凝器。自然对流式冷凝器的常见结构，按其传热面的形状不同.有百叶窗式、钢丝式和平板式三种。强制对流式冷凝器的结构有翅片管式和卷板式两种。

(3)毛细管

按照制冷循环规律，流入蒸发器中的制冷剂应呈低压液态。为此需要一种节流装置，把高压液态制冷剂变为低压液态制冷剂。家用电冰箱普遍采用毛细管作为节流装置。

毛细管其实是一根细长的紫铜管，内径为0.5—1mm，外径约为2.5mm，长约为1.5—4.5m。毛细管接在于燥过滤器与蒸发器之间，如图1-6所示。

图1-6   制冷毛细管

当制冷剂液体流过毛细管时要克服管壁阻力，产生一定的压力降，且管径越小，压力降越大。液体在直径一定的管内流动时，单位时间流量的大小由管子的长度决定。电冰箱的毛细管就是根据这个原理，选择适当的直径和长度，就可使冷凝器和蒸发器之间产生需要的压力差，并使制冷系统获得所需的制冷剂流量。由于毛细管又细又长，管内阻力大，所以能起节流作用，使制冷剂流量减小，压力降低，为制冷剂进人蒸发器迅速沸腾蒸发创造良好条件。

毛细管降压的方法具有结构简单、制造成本低、加工方便、造价低廉、可动部分不易产生故障等优点，且在压缩机受温度控制器的限制而停止运转的期间，毛细管仍然允许冷凝器中的高压液态制冷剂流过而进人蒸发器，直至系统内的压力平衡为止，以利于压缩机在下次动作时能轻易启动。若压缩机停止后，在压力尚未达到平衡时，立即启动压缩机，则压缩机因负荷过重而无法启动，且由于流入电动机绕组的电流过大，使得过载保护器动作，切断电路。

此外，采用毛细管减压的制冷系统，必须根据规定的环境温度来确定充注的制冷剂量，要严格准确。充灌少了，蒸发器内将产生过热蒸气，低压管内回气的温度过高，压缩机和电动机的温度升高，系统制冷量降低;充注多了，不仅会降低制冷量，而且也会使系统高压端压力升高，容易造成管道爆裂使制冷剂泄漏的不良现象。

(4)干燥过滤器

电冰箱为了能够长时间安全的制冷，制冷剂的含水量必须要严格控制。比如R12制冷剂的含水量不能超过0.0025%，最理念的状态就是制冷剂中没有水分。若系统中含有水分，当温度下降到0℃以下时，被聚集在毛细管的出口端，累积而结成冰珠，造成毛细管堵塞，即所谓的“冰堵”，使制冷剂在系统中中断循环，失去制冷能力。制冷系统中的杂质、污物、灰尘等，进入毛细管也会造成堵塞，中断或部分中断制冷剂循环，即发生所谓的“脏堵”。因此，在制冷系统中，冷凝器的出口端和毛细管的进口端之间必须安装一个干燥过滤器。干燥过滤器的作用就是除去制冷系统内的水分和杂质，以保证毛细管不被冰堵(冻堵)和脏堵，减少对设备和管道的腐蚀。过滤器是以直径14—16mm、长100—150mm的紫铜管为外壳，两端装有铜丝制成的过滤网，两网之间装入分子筛或硅胶。分子筛或硅胶是干燥剂，它们以物理吸附的形式吸水后不生成有害物质，可以加热再生，如图1-7所示。

图1-7  干燥过滤器

(5)蒸发器

蒸发器是制冷系统的主要热交换装置。它的作用是使毛细管送来的低压液态制冷剂在低压的条件下迅速沸腾蒸发，大量地吸收冰箱内的热量，使箱内温度下降，达到冷冻、冷藏食物的目的。为了实现这一目的，要求蒸发器的管径较大，所用材料的导热性能良好，如图1-8所示。

图1-8  蒸发器

蒸发器内大部分是气液混合区，制冷剂进人蒸发器时，其蒸气含量只有10%左右，其余都是液体。随着制冷剂在蒸发器内流动与吸热.液体逐渐汽化为蒸气。当制冷剂流至接近蒸发器的出口时，一般已成为干蒸气，即完全变为气体。在这一过程中，其蒸发温度始终不变，且与蒸发压力相对应，由于蒸发温度总是比冷冻室温度低(有传热温差)，因此当蒸发器内制冷剂全部汽化为干蒸气后，在蒸发器的末端还会继续吸热而成为过热蒸气。

蒸发器在降低箱内空气温度的同时，还要把空气中的水气凝结而分离出来，从而起到减湿的作用。蒸发器表面温度越低，减湿效果越显著，这就是蒸发器上结霜的原因。

电冰箱的蒸发器按空气循环对流方式的不同，分自然对流式和强制对流式两种;按传热面的结构形状及其加工方法不同，可分为管板式、铝复合板式、单脊翅片管式和翅片盘管式等。