冰箱原理

关于冰箱的工作原理及如何实现冰箱节能

赵子伦101149

摘要:本文通过对“电冰箱”工作原理的阐述，对其中所应用的主

要物理学原理的进行了分析。并找出一些使冰箱节能的措施。

关键词:“电冰箱”，热力学第二定律，冰箱节能

一、引言

冰箱是一种使食物或其他物品保持冷态、内有压缩机、制冰机用以结冰的柜

或箱；带有制冷装置的储藏箱。家用电冰箱的容积通常为20～500升。1910年

世界上第一台压缩式制冷的家用冰箱在美国问世。1925年瑞典丽都公司开发了

家用吸收式冰箱。1927年美国通用电气公司研制出全封闭式冰箱。1930年采用

不同加热方式的空气冷却连续扩散吸收式冰箱投放市场。1931年研制成功新型

制冷剂氟利昂12。50年代后半期开始生产家用热电冰箱。中国从50年代开始生

产电冰箱。

二、电冰箱的工作原理

首先来看看冰箱的分类

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，蒸发汽化时吸收热量的原理制成

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。

目前常用的电冰箱利用了一种叫做氟利昂的物质作为热的“搬运工”，把

冰箱里的“热”“搬运”到冰箱的外面。

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）固体制冷电冰箱。

我们日常生活中所用的冰箱，大多数是压缩机式的，它的具体原理是。电冰

箱接通电源后，电动压缩机将氟利昂气体（氟利昂是一种既容易汽化又容易液化

的物质。因氟利昂气体漏入空气后对大气层有破坏作用，现厂家用环戊烷等替代

氟利昂）通过压缩体积的方法变为液体，而液化要放热，因此冷凝器的温度一

般较高，且为黑色，便于散热。冷凝器中的液态氟利昂通过一段很细的毛细管缓

慢地进入冰箱内冷冻室的管子，在这里迅速汽化吸热，使冰箱内的温度降低。生

成的蒸气又被电动压缩机抽走，压入冷凝器，再次液化并把从冰箱内带来的热通

过冰箱壁上的管子放出。氟利昂如此周而复始不断地循环，以达到制冷目的。其

工作原理如图所示。

三、电冰箱中的主要物理学原理

电冰箱主要由以下三个构成部分：箱体、制冷系统与控制系统。而其中最关

键的是制冷系统。现在就来看看制冷系统是如何工作的。它是利用物态变化过

程中的吸热现象，使之气液循环，不断地吸热和放热，以达到制冷的目的。其具

体过程是：通电后压缩机工作，将蒸发器内已吸热的低压、低温气态制冷剂吸入，

经压缩后，形成温度为55℃～58℃，压强为1128帕的高压、高温蒸气，进入

冷凝器。由于毛细管的节流，使压力急剧降低。因蒸发器内压力低于冷凝器压

力，液态制冷剂就立即沸腾蒸发，吸收箱内的热量变成低压、低温的蒸气。再次

被压缩机吸入。如此不断循环，将冰箱内部热量不断的转移到箱外。

通过以上分析，我们知道只要压缩机一工作，其机体内就有高压存在，并且

在断电后，要有段时间才能消失，这就是冰箱为什么不能在关机后立即开机的原

因所在。下面详细分析一下其内在机理。电冰箱在运行过程中，其制冷系统压缩

机的吸气侧移为低压侧，其压力略高于大气压力。压缩机的排压侧移为高压侧，

压强高达117007帕左右，两侧的压强差很大(压力差也是很大)，停机后两侧系

统仍然保持这个压力差，如果立即起动，压缩机活塞压力加大，电机的压动力矩

不能克服这样的压力差，使电机不能起动，处于堵转状态，这就使得旋转磁场相

对于转子的转速加快，磁通量的变化率加大了，从而导致电机绕组的电流剧增，

温度升高，如果时间长，很有可能烧毁电机。

制冷则是用的热机原理，就是热力学第二定律。具体的就是制冷剂在压缩机

被压缩，压缩的过程制冷剂会发热，较热的制冷剂通过散热片降温，然后制冷剂

会被减压进入室内机的散热片，而减压的过程会使制冷剂降温，这样就可以把室

内的空气降温了，温度升高了的气态的制冷剂再次进入压缩机从而进入下一个循

环。

四、关于冰箱的节能

1、远离热源，保持空隙

冰箱周围的温度每提高5℃，其内部就要增加25%的耗电量。因此，应

尽可能放置在远离热源处，以通风背阴的地方为好。热食不要直接放进冰

箱，达到室温时再放入。

2、开门忌频繁

如果开门过于频繁，一方面会使电冰箱的耗电量明显增加，同时也会降

低电冰箱的使用寿命。由于电冰箱的箱门较大，如果开门次数较多，箱内

的冷气外逸，箱外的暖湿空气乘机而入，就会使箱内温度上升。同时，进

入箱内的潮湿空气容易使蒸发器表面结霜加快，结霜层增厚。由于霜的导

热系数比蒸发器材料的导热系数要小得多，不利于热传导，造成箱内温度

下降缓慢，压缩机工作时间增长，磨损加快，耗电量增加。若蒸发器表面

结霜层厚度大于10毫米时，则传热效率将下降30%以上，造成制冷效率大

幅降低。另外，当打开箱门的同时，箱内照明灯就开启，既消耗电能又散

发热量，显然也是不利于节能的。

3、停电保鲜，错峰用电

4、冰箱的摆放一般应该注意以下两个问题：

在摆放冰箱时，一般应在两侧预留5—10厘米、上方10厘米、后侧10

厘米的空间，可以帮助冰箱散热。不要与音响、电视、微波炉等电器放在

一起，这些电器产生的热量会增加冰箱的耗电量。

主要参考文献：

1、黄加乐朱军山洪在地张向萍胡哲《家电科技》2004第9期

2、

2、谢洁飞李新华李香桂杨波《低温工程》2009第3期

3、《节能与环保》2006第1期