电冰箱工作原理

绿色电冰箱的制冷原理

及其发展走向

院系：机械与动力工程学院

专业：过程装备与控制工程

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绿色电冰箱的制冷原理及其发展走向

摘要：随着现实生活的需要，各种新技术渐渐浮出水面，以满足人类更好的生存物质需要和精神需要。盛

夏之际，最具诱惑的当属从冰箱中取出一罐冰冻的饮料一饮而尽，瞬间进入清凉世界，所以电冰箱作为我

国电器用品核心，其工作原理及其发展，不管在日常生活，甚至是企业发展，我国高科技新技术方面都是

举足轻重。此次论文的目的，是在了解现有的电冰箱基础上，对其需要进行创新，提出新的改进方向，使

电冰箱符合当代需要，更加智能化，更加具有实用性。所以我们就电冰箱查阅了大量的资料，全面的了解

了电冰箱的制冷原理及其发展，更结合现在的一些问题，提出可以改进的方面。比较明确的得到了电冰箱

的发展趋势的改进方向。

关键词：制冷原理绿色实用发展趋势

前言：依据我们提出的问题，我们了解了电冰箱的发展史，其制冷原理和基本工作的原理，讨论了当下电

冰箱的使用性能，以及在实际生活中存在的一些问题和有待改进的工作点。比如使用寿命短，清洁不方便，

电冰箱制作环节零散等问题，还有怎样改进技术让冰箱更绿色环保，从而得出了一些结论。

电冰箱的发明：让人难以相信的是，在中国古代早期就已经有了电

冰箱的前身。虽然其实际功效与现代的电冰箱相比，相差甚远。但是

其创造原因都是一样的——给食物保鲜。在原来如此落后的时代，能

制造出如此精美，实用的东西，真心对我国古代的巧匠和发明家们感

到由衷的敬佩之情。《周礼·天官·凌人》：“祭祀供冰鉴。”可见周代

当时已有原始的冰箱，只是冰并不是一年里时时都有，特别是在炎热

的夏季，冰可谓弥足珍贵。传世有不少清代晚期的木胎冰箱，多用红

木、花梨、柏木等较为细腻的木料制成，此件为红木制品，仿竹编式

样，制作精致。在看古代剧的时候我们可能常常看到这样的一幕，遥

远的边疆，各个藩国为了向中原示好，经常会给皇帝们，或者他的嫔

妃们进贡珍宝，或在炎热的夏天，用非常精美的特制的盒子装上容易

腐坏的新鲜水果，例如荔枝，相信大家都不会陌生吧，那可能就是我

们最容易理解的，可谓见识过的实实在在的“冰鉴”了。形制为大口

小底，外观如斗形，铅叶镶里，底部有泄水小孔，结构类似木桶。冰

箱箱体两侧设提环，顶上有盖板，上开双钱孔，既是抠手，又是冷气

散发口。为使冰箱处于一定高度便于取放冰块和食物，配有箱座。人

类用冰的历史十分久远。《吴越春秋》上也曾记载：“勾践之出游也，

休息食宿于冰厨。”这里说的“冰厨”，就是夏季为帝王供备饮食的地方，

因此又被称为“冷宫”。“冷宫”兼具现代冰箱、空调的功能。设计奇巧、

铸造精工的鉴缶被誉为中国古代的“冰箱”。但是真的较完善的电冰箱

制作还是外国的科学家们制作出来的。1834年，美国工程师雅各布帕金

斯发明了世界上第一台压缩式制冷装置，这是现代压缩式制冷系统的雏形。1910

年世界上第一台压缩式制冷的家用冰箱在美国问世。1913年，美国芝加哥研制

了世界上最早的家用电冰箱。这种名叫“杜美尔”牌的电冰箱外壳是木制的，里

面安装了压缩制冷系统，但使用效果并不理想。1918年，美国KE-LVZNATOR

公司的科伯兰特工程师设计制造了世界上第一台机械制冷式的家用自动电冰箱。

这种电冰箱粗陋笨重，外壳是木制的，绝缘材料用的是海藻和木屑的混合物，压

缩机采用水冷，噪声很大。但是，它的诞生宣告了家用电冰箱的发展进入了新阶

段。

制冷原理：制冷系统由制冷剂和四大机件构成，四大机件指压缩机，

冷凝器，膨胀阀，蒸发器。压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制

冷剂蒸汽的作用，是制冷循环的动力，它由电动机拖动而不停地旋转，

它除了及时抽出蒸发器内蒸气，维持低温低压外，还通过压缩作用提

高制冷剂蒸气的压力和温度，创造将制冷剂蒸气的热量向外界环境介

质转移的条件。即将低温低压制冷剂蒸气压缩至高温高压状态，以便

能用常温的空气或水作冷却介质来冷凝制冷剂蒸气。冷凝器是一个热

交换设备，作用是利用环境冷却介质(空气或水)，将来自压缩机的高

温高压制冷蒸气的热量带走，使高温高压制冷剂蒸气冷却、冷凝成高

压常温的制冷剂液体。高压常温的制冷剂液体直接送入低温垢蒸发

器、根据饱和压力与饱和温度——对应原理，降低制冷剂液体的压力，

从而降低制冷剂液体的温度。将高压常温的制冷剂液体通过降压装置

——节流元件，得到低温低压制冷剂，再送入蒸发器内吸热蒸发。在

日常生活中的冰箱、空调常用毛细管作为节流元件。蒸发器是输送冷

量的设备。制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷。节流后的

低温低压制冷剂液体在其内蒸发(沸腾)变为蒸气，吸收被冷却物质的

热量，使物质温度下降，达到冷冻、冷藏食品的目的。蒸发器内制冷

剂的蒸发温度越低，被冷却物的温度也越低。在冰箱中一般制冷剂的

蒸发温度调整在-26℃~-20℃。液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的

物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压

高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热，

冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发

器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过蒸发、

压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。冷凝器是放出热

量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热量一起传

递给冷却介质带走。节流阀对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调

节流入蒸发器中制冷剂液体的数量，并将系统分为高压侧和低压侧。

制冷原理离不开热力学三大定律，热力学第一定律是能量守恒定

律。热力学第二定律有几种表述方式：克劳修斯表述为热量可以自

发地从温度高的物体传递到温度低的物体，但不可能自发地从温度低

的物体传递到温度高的物体；开尔文-普朗克表述为不可能从单一热

源吸取热量，并将这热量完全变为功，而不产生其他影响。热力学

第三定律通常表述为绝对零度时，所有纯物质的完美晶体的熵值为

零，或者绝对零度（T=0）不可达到。

制冷剂：冰箱上制冷剂过去使用的R12性能好，制冷效果佳，但由于对臭氧

层的破坏以及引起温室效应已经被限期取消使用。关于制冷剂的替代，已经进

行了深入的研究。R134a作为制冷剂优点是ODP值为零、不可燃，毒性低，

但它的溶水性强，要保证干燥和清洁性。采用R134a后，相比R12电冰箱的

能耗一般要增加，必须使用相应的高效的R134a。R600a的ODP为零，对臭

氧层无破坏，GWP值近于零，温室效应小，能效比比R12稍好。但其属于易

燃易爆物质，对其使用和操作必须遵守规范。而实际200升左右冰箱中R600a

的充注量只有60克左右，使用得当，完全可以采用。另一种HC类物质CN-01

也被研制成功，实验表明，CN-01由天然的烃类(丙、丁烷)物质精心配制而成,

不含任何卤元素,0DP值为0,GWP值为0,具有优越的环保特性。在同样的环境

状态下和相等的时间里,CN-01使冰箱冷冻室的温度降得更快更低,比R12的

低出3℃以上,而且节能达7％左右。可以说它是一种节能的环保制冷剂。当前，

以美国、日本为主国家采用R134a,而以德国为主的欧洲采用R600a。有资料

表明，我国家用冰箱制冷剂R600a的使用已从以前很少量到如今占国内产量的

45％。寻找新型环保而热力性能又好制冷剂的步伐并没有停止。

发泡剂：冰箱用以制备聚氨脂硬泡的发泡剂，起初主要是R11,它

具有不燃烧、无腐蚀性、沸点适宜、蒸汽热导率及毒性都很低等特点，

曾被广泛应用于冰箱、冰柜、保温管道等行业中。但却具有与R12

同样的对大气层臭氧层的破坏能力，因而已被限期使用。发泡剂替

代的两种主要路线，HCFC-141b和环戊烷。HCFC-141b的优点是可

以直接使用原有的发泡设备，不用改造，替代成本小，且没有爆炸的

危险。但不能不强调，相对较大的充灌量和仍然存在的对臭氧层的破

坏能力，决定了它只能是一种过渡型替代品，适合于对受国际公约限

值较宽松的广大发展中国家。环戊烷最大的优点是对臭氧层完全无

破坏作用，并且GWP值极小，被认为可作为发泡剂的永久性产品，

在欧洲被广泛使用。唯一有争议的一点在于，它的易燃易爆性。

HFC-245fa（五氟丙烷）就是一例。现代化学家从未停留寻找最合适

的原料，既能有很高的工作供能，又无易燃易爆有毒性的特别，对臭

氧层我们的生存空间无危害性。寻找一种合适的“催化剂”，使其能

发挥出最大功效！这种脚步从未停止，所以我们必须相信在不久的将

来，电冰箱的发展成果显示一定会让现在的我们嗤之以鼻。

绿色：随着人们生活水平的提高，人们也更加关心环境问题。当代

国力的发展大多是以牺牲我们的生活环境为代价的，如今我们提倡可

持续发展的战略发展方针，在以保护环境的前提下，提高我们的国力。

不仅为了我们能生活在美丽的国土，地球上，也更为了能给我们的后

代留下一片蓝天绿地！

冰箱的环保问题一直是生产厂家与消费者最关心的问题之一。如何

在制冷剂上实现最安全，最好，最有效的转型，如何将有氟冰箱的制

造和使用彻底从市面上杜绝。是生产厂家和业内人事在技术上日渐改

良的重点。采用回收和再利用的绿色设计，使用无毒、无害或低毒低

害材料形成资源的良性循环，从源头上控制污染，降低处理成本和对

环境的影响。那如何做到这一些承诺呐?其一材料的同一性原则，冰

箱上使用的材料有多种，包括各种塑料和金属，要完全将各种不同材

料区分和分离很困难,这就要求最优化的设计方案，尽量减少使用材

料的种类，从中选出最合理的原料并且进行不断的研发，找到新型材

料，使其更加轻巧，结构性能更加优越。当在使用过程中，某一构件

出了问题，可以去相应的店轻松地找到与之匹配的构件，回家就算没

有什么工作经验的普通民众也可以进行自我更换。其二可拆卸性原

则，采用螺钉等可拆卸联接，不采取无法进行拆卸的方法。当代的冰

箱还处于很笨重的外貌，不利于搬运，拆卸。使工人进行维修时非常

费力，当其发动机内部只出现一点点很简单的问题，通常都会以报废

处理，特别浪费资源并对环境造成很大的危害。不利于回收污染环境

的物质，在生产中就要限制使用量，所以我们建议电冰箱生产厂家能

对其自家品牌的电器，能在各个地方设立回收店。当向用户售出电冰

箱时就告知其详细信息，对于已过其使用年限的冰箱，一旦用户打电

话，就会派人上门回收，并进行一定的调查，更深入并且更有可信度，

更加全面的知道其弊端，作为公司下一阶段研发的重点。对于愿意继

续购买自家品牌的用户，有价格上的波动，或者给予一定的现金奖励。

这是有利于站在各个角度上人的实际利益。

实用：冰箱使用的方便快捷对于现代人来说是一个迫切需要改进的

技术问题。其一，笨重的家庭大型冰箱对于21世纪的人生活来说已

经是一种麻烦。既不容易搬运，也不容易实现合理的装饰布置。其二，

冰箱的多功能与操作的难易程度也是冰箱发展趋向。智能控制，通过

尽可能的减少按键，实现电脑自动优化，利用只能、节电、速冻等多

种运行模式，实现自动匹配最佳温度的目的。精确控温，实现精确

保鲜。其三，噪声的控制长期以来，噪声和振动始终是评价冰箱的

一个重要因素。随着我国居民生活水平的提高，较好的居住环境状况

对低噪声冰箱的需求。实际上主要从压缩机和制冷管路两方面来改

进。其四，对于追求时尚的现代人来说，冰箱的外型设计又是厂家竞

争的热点。不管是电冰箱的实际尺寸，长宽高的合理比例，亦或是电

冰箱内部位置的设计，和不同构件的位置，保鲜和急冻室整体上的比

例，互相是处于上下位置，还是左右位置，就一小小的不同也会给购

买者带去完全不一样的体验。

发展趋势：其一，无霜保鲜应用化霜预制冷功能，在化霜前判断冰

箱内的温度，并进行预制冷，使化霜前后冰箱内温度没有大幅度温差

变化，食品营养不容易散失。其二，抗菌技术利用持续生成的负离

子，抑制食物代谢中酶的活力，抑制乙烯的生成以及病菌的生长繁殖，

增加空气中的水分，以实现果菜保鲜的最佳湿度。如果有实用效能，

可以研发一小型的喷气装置，并定期加料，使电冰箱内一直保持保鲜

的氛围。并设计有机敏仪器可对常见的变质微粒进行测量，当超过某

一值时，会响起自动警报声。使人们即使遗忘，也可轻松知道电冰箱

里的物质的质量如何，更加健康化和贴心化。其三，多温区设计可

冷藏、保鲜、软冷冻和冷冻等，可满足食品各种存放要求。增加类似

旋钮设置，对不同类物品进行温度划分装置，使其更加智能化。并且

可分季节性特征，使其更加实用化。其四，多功能室，具备干燥、除

湿功能，适合保存易受潮食品、物品，开门报警功能，提醒用户及时

将门关好，防止冷气散失。其五，统一具体化，现实家庭生活中，

人们对于电冰箱的需求或者希望大同小异，所以应该在电冰箱的选

材，设计上，配件上更加统一化，使其进一步完善，进一步实用化。

电冰箱的型号

每种电冰箱都有其产品型号规格，每种型号规格都有其特定的含义。

一般从产品型号规格真可看出该冰箱的有效容积、冷却方式、厂家设

计序号、制冷功能、生产年度等。按照国家标准规定，其型号规格、

符号、参数（又称铭牌）和电路图都应粘贴在电冰箱（冷藏柜）的箱

体背部，以备选购和维修时参考.

我国轻工部规定的电冰箱型号表示方法为用三个连续书写的字母后

接数字再接一个字母，即图1

用途分类代号

无霜冰箱用字母W表示

规格代号，有效容积，单位Ｌ

产品代号，Ｂ表示家用电冰箱

设计号，以AB表示

冰箱的原理分类

压缩式电冰箱:这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，目前世界上95﹪的电冰箱

属于这一类。

吸收式电冰箱:这种电冰箱可以利用热源（煤气、煤油、电等）作为

动力。利用氨、水、氢混合物在连续吸收、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。

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。

如何选购一个我们心仪的，质量好的电冰箱？以下为注意事项

1、电冰箱容积的选择：电冰箱的容积都是指"有效容积",也就是指电冰箱内实际

可供储存物品用的空间容积。所以,在选购时作为一般性因素考虑。一般平均每

人所需的电冰箱有效容积为50-70升。以实用眼光来看,电冰箱的容积还是选得

稍为大些为好。

2、电冰箱的结构形式的选择：家用电冰箱的结构形式较多,目前国内市场有双门,

三门电冰箱,还有多门电冰箱等形式.电冰箱的箱门增加,表示箱内分隔为不同温

度范围的空间数增加,使电冰箱的功能更趋于完善。双门电冰箱具有冷藏和冷冻

的功能,它具有较大的冷冻室容积,可以长期储存食物,是家庭较为理想的电冰箱。

电冰箱国内排行榜：

1海尔冰箱—中国名牌,中国驰名商标,亚洲企业50强,冰箱十大品牌

2西门子冰箱SIEMENS世界品牌,全球最大的电气和电子公司之一

3新飞—中国名牌,中国驰名商标,冰箱十大品牌

4美菱—中国名牌,中国驰名商标,十大冰箱品牌

5容声—中国名牌,中国驰名商标,冰箱十大品牌

6美的—中国名牌,中国驰名商标,十大冰箱品牌

7LG始于1947年韩国,世界500强,十大冰箱品牌

8三星Samsung始于1938年韩国,世界财富500强,冰箱十大品牌

9松下Panasonic始于1918年日本,世界500强

10伊莱克斯—冰箱十大品牌,一线品牌/牌子,世界品牌

电冰箱世界排行榜：

世界十大冰箱品牌质量排行榜TOP1：海尔，上榜理由：海尔是世界白色家电第

一品牌，全球销量销量第一的冰箱产品。在美国海尔拥有自己的大工厂，在纽约

购买标志性建筑以扩大影响力，小冰箱占有率超过50%美国第一冰箱大品牌;在

德国海尔环保冰箱达到最高的A级，政府规定购买海尔冰箱德国政府将给消费

者环保补贴。

世界十大冰箱品牌质量排行榜TOP2：惠而浦，上榜理由：美国最知名的冰箱企

业，是世界上最大的大型家用电器制造商之一，成立于1911年，是冰箱行业的

元老级品牌。产品在外国的影响力是非常之大的，一直是冰箱行业的霸主，只是

因为后来海尔的出现，声势才稍微弱一些。

世界十大冰箱品牌质量排行榜TOP3：伊莱克斯，伊莱克斯是瑞典的冰箱品牌，

1919年创建，总部设在斯德哥尔摩，是世界最大的厨房设备、清洁洗涤设备及

户外电器制造商。伊莱克斯冰箱最大的优势就是其冰箱的性能和外形非常出众，

现在在国内市场上也能购买到该品牌。只是价格相对来水比较昂贵一些。

世界十大冰箱品牌质量排行榜4：西门子(德国著名老品牌电器公司，历史悠久

实力雄厚)世界十大冰箱品牌质量排行榜5：三星(韩国最知名最大的电子企业，

在全球的影响力都是很巨大的)世界十大冰箱品牌质量排行榜6：LG(也是韩国知

名的电子企业，和三星是韩国电子行业两大巨头)世界十大冰箱品牌质量排行榜

7：海信(中国青岛品牌，是国内最稳健发展的企业之一，产品质量过硬)世界十

大冰箱品牌质量排行榜8：松下(松下是日本的企业，是世界500强，始于1918

年)世界十大冰箱品牌质量排行榜9：美的(中国最大的电子企业，产品在全球的

影响力也是不容忽视的)世界十大冰箱品牌质量排行榜10：容声(国内专业的冰箱

企业，现在已经发展到全球市场了)。

电冰箱作为人类日常生活必不可少的电器之一，在我们的生活中扮演

着无比重要的角色。随着科技技术的不断提高，人们也对此寄予了更

多地期许。希望其更加智能化，绿色环保，实用化。不论是其设计原

理，思维创新，外观设计，选材健康化，高端化，都仍有很大的提升

空间和创作空间，其未来发展趋势势必一片良好！

每人提问

武倩倩：现代冰箱清洗比较麻烦，怎样改进？提这个问题的原因：一

项关于家用冰箱冷藏室内壁细菌与真菌污染情况的调查显示，冷藏室

上层细菌总数合格率仅为14.29%，下层合格率为0。冰箱使用时间长

了，不仅气味难闻，还会滋生细菌，因为细菌在自然界存在很广泛，

并不会因为冰箱温度低就被冻死，冰箱又是一个相对封闭的环境，一

旦进了冰箱，细菌就很难自己出来，使得食物很不安全。

张恬恬：冰箱能不能安装一个储蓄电池，由于不定时会停电，导致冰

箱不能正常运转，会导致很多冷冻食品不能存放，对人们生活造成了

很大困扰。

周欣：为何不对电冰箱，或者更大方面的说，对大部分高档用品，国

家能进行宏观调控，用无形的大手，使各个产业统一化，早日升级，

或者鼓励各个企业的领头人公平竞争，优胜劣汰落后的，跟不上时代

步伐的小部门，或者企业能容纳到技术先进，管理合理，营业好的大

企业里。并不是让公司破产，而是同时也能保证容纳小企业的工人们，

对于要退休的人们，给他们足够的退休资金，以及好的医疗保证，让

他们安度晚年。不要想着去压榨为企业发展的工人们，那并不能提高

公司的利润，或各个股东所分的钱。不要想着把劳动人民，工作人们

应得的钱，福利压缩，把他们的那份蛋糕划小。而是把整个蛋糕做大。

不仅作为我们中国这个行业的领物，甚至争取在世界这个大舞台

上占有重要的一席。各个企业之间分工合作，各自掌握过硬的技术，

不要再去向外国的人摇尾乞怜。鼓励年轻人们的创新和创业。使电冰

箱或者其他东西统一化，产业化，使我国的企业迈向新台阶！若真于

此，不仅我国综合国力得到增强，企业更加有实力，工人们能过上好

日子，当技术整体得到提高的时候，买者更能得到价美物廉的产品。

新颖性：1.电冰箱生产厂家能对自己品牌的电冰箱进行回收，并给用

户带去实际的价格优惠或者现金奖励。2.在电冰箱内研发一小型装

置，可以对低于其正常湿润度时，进行喷气处理。3.对电冰箱的设计

考虑季节性特征。可以自动的根据季节进行适用于那个时期的自行调

节功能。