电冰箱制冷原理

电冰箱制冷原理

电冰箱既美观又实用(它能为我们提供一个低温的小空间(一般冷冻室温度在-6?,-30?(根据星级的不同)，冷藏室温度在-1,12?，箱内外温差约在10?,60?(南北方有差别)(

根据热学知识，放入电冰箱内的食品降温就要放出热量+(要冷藏保+，放出由q=cmΔt决定的热量(注:这里的c是物质在冰点以上的比热)(要冷冻在冰点以下，还要放出q=λm，q=cmΔt的热量(这里的c 是物质在冰点以下的比热)(除此之外，还有50,的热量从箱体传入箱内，使箱内温度升高(这些热量是被电冰箱吸收了吗,还是它有致冷剂的作用呢,这些都不是，它是把热量从低温的箱内传给了高温的箱外空间(这不是违背了热量由高温物体向低温物体传递的自然规律了吗,根据热力学第二定律:热量不能自动地由低温的物体传向高温物体，但是，热量可以有条件地由低温的物体传向高温的物体，这个条件就是要消耗外功(电冰箱是靠它的制冷系统来实现的(电冰箱的制冷方

式有三种:机械压缩式、吸收扩散式和热电式(压缩式最常见，它是压缩机消耗电能而做了功，实现了热量由低温物体向高温物体的转移(下面我们分析一下压缩式电冰箱工作过程，来看一看热量在各处是怎样转移的(

附图为压缩式电冰箱制冷系统原理图(它主要由压缩机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管、蒸发器等组成(各部件以管道联接而成一个封闭系统(除用来吸热的蒸发器安装在箱体内部的上方外(此处温度最

低为冷冻室)，其它部件均安装在箱体外部，便于散热和维修(系统内充注一定量(120g左右)的制冷剂作为传热的媒质——工质(家用压缩式电冰箱的制冷剂现多为氟里昂r12(压缩面压缩制冷剂r12在管道里循环，在流经各器件时进行不同的相态变化而达到热量从低温移向高温的制冷作用，下面按图示分段说明:

a—b段为制冷剂的压缩过程(压缩机将来自蒸发器的低温低压的氟制冷剂蒸气吸入，并压缩成高温高压蒸气，其压力由p0升至pk(大约10个大气压)，这时压缩机温度接近高温制冷剂蒸气的温度(大约

60?左右)(它将以热辐射、传导，并使空气对流的形式向外传递热量(因为热辐射在其温室高于绝对零度(-273?)时任何物体都可进行，且温度越高，辐射越强，它是电冰箱外露部分温度最高处(

b—c段为制冷剂的等压冷却过程(这一过程是在冷凝器的前半部分进行的，制冷剂在这一变化过程中将显热(物体在吸收或放出热量后，只有温度发生变化;而物体状态不变，把这吸收或放出的热量称

为显热)放出(冷凝器里制冷剂蒸气温度在50,60?，温度比周围环境空气要高，所以在冷凝器和周围环境空气间能自发地进行热交换，热量被周围环境空气吸收，制冷剂的热量被带走而被冷却

成饱和蒸气(装在封闭容器中的液体因吸收外界热量而部分蒸发，达到稳定状态时，液面上的蒸气称为饱和蒸气)(

c—d段为制冷剂的等温等压冷却过程(这一过程是在冷凝器的后半部分进行，制冷剂放出冷凝潜热(物体在吸收或放出热量后，并无

温度的l降，只有物体的状态改变，则所吸收或放出的热量称为潜热(一般潜热较比热大，电冰箱的制冷系统就是利用氟制冷剂在蒸发器

中蒸发吸收周围大量的热，在冷凝器中冷凝，放出制冷剂的热，作为潜热，使蒸发器所在的周围空间获得低温)而被冷却成为常温高压液体(这里的常温是指冷凝器外周围空气的温度，由公式q=cmΔt，因c、m为定值，所以q?Δt，即温差越大，放热越多(但冷凝器中制冷剂的温度只能为50,60?，如果能使周围环境温度降低就可使Δt增大，所以电冰箱应尽量安放在温度低处使用，一般规定电冰箱应避免阳光直接照射和远离热源(

d—e段为制冷剂的过冷过程(在液态制冷剂通过毛细管时，因与温度较低的回气管进行热交换(毛细管一般缠绕在回气管上)而得到进一步冷却，使其成为“过冷”液体(液体的压力一定，温度低于该压力相对应的饱和温度时称为过冷液体)(过冷能使制冷剂中残余蒸气充分液化(

e—f段为过冷制冷剂的减压膨胀过程(过冷的液体制冷剂从毛细管喷射进入蒸发器时，减压膨胀，制冷剂压力从pk降至p0(约为0.5个标准大气压)(物理学告诉我们，影响汽化的条件是压强(即本文所说

的压力，工业常用此表达压强)和温度(温度越高，越利于汽化;压力越低，蒸发越快(现在压力由很高(约10个大气压)一下降到很低，使得制冷剂的沸点也随之降低，所以此时制冷剂立即由液态变气态，吸收大量的热(r12沸点为在1个大气压下-29.8?)，这些热量来自蒸发器周围的空间和存放的物品中，至使蒸发器周围温度很低(接近-29.8?)( f—g段为制冷剂的等温等压吸热过程(剩余的液态制冷剂在蒸发器的后半段吸收冷却物质的热量而蒸发，成为饱和蒸气，制冷剂吸收的热量就是维持它蒸发用的潜热，正是在蒸发器的这一过程实现了对电冰箱的箱内空间和存放物品的制冷作用(

g—a段为气态制冷剂的等压过热过程(饱和的制冷剂蒸气从蒸发器出来后，经位于箱体外表面的回气管受到热作用，使其温度高于饱和温度而成为过热蒸气(这时的低温远远高于制冷剂的沸点，使制冷剂残存的液体充分汽化，可避免冲缸故障(

经过上述过程，制冷剂在系统中完成了一个制冷循环，如此不断重复，就可以对箱内空间实现制冷的目的(

通过上述分析可看到:每一过程都伴随着热量的交换，这里主要为一吸一放，“一吸”在箱内进行，这时的热源是箱内的食品或物品，它们将热量直接辐射给蒸发器，或者是经空气传导、对流给蒸发器，而蒸发器又经传导、对流的形式传给制冷剂，这一过程是自发进行的，吸热后的制冷剂在压缩机的压缩下循环至箱外(“一放”在箱外进行，冷凝器温度高于周围环境空气的温度，

热源，经过传导将热量传给冷凝器上的散热元件，又经辐射、对流将热量传给周

围的空气，完成放热过程(一般为了加大散热效果，特意加大了冷凝器的外表面和涂黑(制冷剂经过箱内吸热箱外放热的过程，完成了热量转移(实质上在整个循环中热量传递的各种方式往往是同时存在，是一个很复杂的过程(

认识电冰箱和热学的联系，对我们合理使用电冰箱和学习物理都是有益的(