毕业设计 电冰箱工作原理(完稿).doc

电冰箱工作原理毕业设计

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毕业设计(论文) 题 目 : 电冰箱工作原理 nts I 论 文 摘 要 近年来,我国 家电 业发展日新月异 ,电冰箱更成为了普通老百姓家最常用的家庭消耗品之一 。 之前由于电冰箱造价高,消耗大, 全国各地区的经济、社会发展水平的差异, 因此在大部分的农村地区还未得到普及。目前伴随着全球气温的不断上升 , 人民生活水平的不断提高,电冰箱的重要程度将提升至一个新高度,成为每个家庭的必备耐用品,人们对其的要求也越来越高。能获得如此广阔的市场,那么我们必须得对其有一个比较全面的了解和深刻的认识,本文 会把大家带入一个非常丰富的电冰箱世界。在这里我们可以从不同的角度对电冰箱做一个深入的了解。首先会从不同的角度对电冰箱做一个分类,然后从物理变化和电脑控制两个方面对电冰箱的工作原理进行详细的分析。最后简要的分析电冰箱未来的发展趋势。 关键词 : 电冰箱 工作原理 nts II Abstract In recent years, Chinas household electrical appliance industry is developing rapidly, refrigerators more ordinary people to become the home of the most commonly used one of the family consumables. Before refrigerators cost as high consumption, the countrys economic and social development level differences So in most rural areas has not been universal. With the current global temperatures are rising and peoples living standard continues to improve, Refrigerator degree of importance will rise to a new height, as required of every family in durable goods, its people are demanding increasingly high. Have access to such a broad market, then we must work on a more comprehensive understanding and a deep understanding In this paper we will bring a wealth of the worlds refrigerators. Here we can be different from the perspective of the refrigerator so a deeper understanding. Start from a different perspective right refrigerators do a classification, then physical changes and computer control two aspects of the working principle of refrigerators to conduct a detailed analysis, After a comprehensive analysis of every one refrigerator performance and function to tell you how to buy a good refrigerator. Finally brief analysis of refrigerators future trend of development. Keywords: Refrigerator Principle nts III 目 录 论 文 摘 要 . I ABSTRACT . II 目 录 . III 第 1 章 绪论 . 1 电冰箱的诞生和发展 . 1 第 2 章 电冰箱基本常识及其分类 . 3 2.1 电冰箱基本常识 . 3 2.2 电冰箱分类 . 5 第 3 章 电冰箱工作原理 . 9 3.1 物理部件工作原理 . 9 3.1.1 制冷系统工作原理 . 9 3.1.2 电气系统工作原理 . 16 3.2 电脑控制部分原理 . 22 3.2.1 采用单片机控制的电冰箱的主要功能及控制要求 . 22 3.2.2 电冰箱电脑控制系统硬件部分 . 23 3.2.3 电冰箱电脑控制系统软件部分 . 29 结 论 . 40 致 谢 . 41 参 考 文 献 . 42 nts 1 第 1 章 绪论 电冰箱 的诞生和发展 世界上首台家用的制冷设备在 1910 年左右出现, 1913 年拉森 制造了一台人工操作的家用冰箱, 1918 年美国卡尔维纳特公司首次成功地试制出商业和家用自动电冰箱,到 1920 年为止约售出 200 台, 1926 年美国奇异公司经过 11 年的试验,制造出世界第一台密封式制冷系统的电冰箱, 1927 年第一台家用吸收式冰箱问世。 自第一台冰箱出现至今已有半个多世纪 ,当前全世界每年电冰箱的总产量在 4000 万台以上,其中产量居前几位的国家是美国、俄罗斯、意大利、日本等国。 我国冰箱起步较迟 ,第一台冰箱是 1954 年由沈阳医疗器械厂生产的 200 升单门冰箱 :1956 年开始 ,卫生部门的一些医疗器 械厂开始具备了电冰箱生产能力 ,并投入了小批量生产 ,80 年代初电冰箱产量连年翻番 ,1983 年产量约 18 万台 ,1984 年产量超 过 40 万台 ,目前国家确定四十几家电冰箱定点厂 ,全国引进 50 多条电冰箱生产装配线 ,年产能力达 1500 万台以上 ,规格已有 50 升到 200 升以上大型冰箱的多种系列 ,品种有单门 ,双门 ,多门 ,型式有直冷式 ,也有间冷式。 在八十年代初,当国内机械温控冰箱刚刚开始兴起的时候,欧洲一些大家电公司开始尝试将当时比较流行的模糊智能技术运用到冰箱制造业中。它采用当时较为流行的数字芯片,利用较为成熟的模 糊智能技术,实现对冰箱温度进行不同档位的调节,从而达到控制温度的的效果。但是由于该冰箱与传统机械温控冰箱相比,并未显示出显著的优势。所以并未引起消费者的重视。 进入九十年代后,由于电脑芯片技术的突飞猛进,欧洲最大的家电制造商西门子家电借助它们在自动控制领域内的最新成果,开发研制出了能够精确控制温度的电脑温控冰箱。这种技术的应用,赋予了现代冰箱更为便捷的功能和非常显著的节能效果。首先,它可根据需要分别对冷藏室和冷冻室进行温度设定,以适应不同食品对储存温度的要求。同时,冰箱内的电脑芯片可以自动记录 LED 显示屏上预先设置的温度,经过个温度探头监测, 随时保持这一恒定低温,这样能更好的保存食品口味与营养。而它特有的速冻键,对于一次冷冻较多的食品时,nts 2 可使食物迅速通过 “ 最大冰晶生成带 ” ,避免食物解冻后营养物质流失。 其次,一但遇到停电等意外情况,电脑温控冰箱会自动记忆冷冻室温度回升所达到可能影响食品贮藏质量的最高值,并以蜂鸣闪烁方式提醒用户。另外,电脑芯片中还储存有一个特有的附带冰箱检测的程序,被称为检测冰箱的 “ 黑匣子 ” ,它可向专业人员提供冰箱各部件运行异常的第一手资料。 为了更高效的节约能源, 这种电脑温控冰箱还采用国际上最先进的双循环控制制冷系统,箱内温度始终保持设定值,并可根据冰箱内食物多少和外界环境温度自动调节冰箱压缩机启动次数,降低耗电量。由于节能效果显著,这种冰箱不仅达到了欧洲级节能标准,而且还通过首届国家节能中心节能认证。 这种电脑温控冰箱的出现,标志着家用冰箱温度控制技术已从八十年代的模糊智能控制进入到当前电脑精确温控技术的时代,这种看得见的数字,将和黑色家电领域内的信息技术一起,伴随着现代家庭向信息化道路迈进。 目前 ,对电冰箱产品结构调整影响最大 ,最突出 ,最迫切的问题是 CFCs,制冷工质的限制和禁用。国际社会对 CFCs,的控制并逐步禁止已成定局 ,电冰箱将因此而面临产品改型的任务 ,这正是电冰箱工业必须正视的现实。各国正在努力寻找合适的近远期替代工质 ,并力图加快对各种新型制冷系统的研究及商品化进程。 在多能源冰箱的开发方面 ,国外吸收式 ,吸附式冰箱发展迅速 ,近几年来日本三洋公司在吸收式冰箱方面突破一些技术难关 ,发展到耗电量可与压缩式冰箱相近的水平。目前全世界吸收式和吸附式冰箱的年产量约为 150 万台 ,以瑞典和瑞士的产量 多 ,质量也最好,太阳能冰箱 ,半导体冰箱也是近年来较引 人 注目的新产品。 为了更科学地贮存和保鲜食品 ,国外电冰箱还增加了快速冷冻和快速解冻的功能。快速冷冻是使冷冻室底面温度达 -40 左右的低温,让食品迅速通过 -1 -5冰结晶生成区 防止 营养成分的破坏,保持食品原有的鲜度;快速解冻是在冰箱内增设快速解冻室,通过解冻风扇,把冰箱冷藏室的空气吹人到解冻室,使解冻室内的食品快速解冻,以适应短期保鲜贮存的需要。 电冰箱是家庭中主要耗电的家用电器 ,为此目前有关厂家及研究单位正在开发节电型的电冰箱。采用滚动转 动 式压缩机,不仅减小压缩机的体积,减轻重量,而且降低能耗。目 前日本 1OOW 以上的滚动转子式压缩机已投入使用,用电量比同类冰箱节电 20 25 ;应用微机控制电冰箱可以节电 15一 20 ;改进隔热层 ,将电冰箱隔热厚度增至 3 寸,可节电 14 ;应用新型绝热材料 ,日本东芝公司应用聚铬硅氧的新材料 ,使冰箱每月节电 2 度,应用上述各种新技术以达到节能之目的。 nts 3 第 2 章 电冰箱基本常识及其分类 2.1 电冰箱基本常识 2.1.1、 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。 根据轻工部 SG215-1984家用电冰箱标准,对电动机压缩式和电磁震荡式电冰箱型号作了如下规定: 改进设计序号以 A、 B.表示 型式, 用 W 表示无霜式 规格,表示有效容积( L) 按用途的分类代号,“ C”表示家用电冰箱 “ CD”表示家用冷冻冷藏电冰箱 “ D”表示家用冷冻电冰箱 产品代号,家用电冰箱代号为“ B” 2.1.2、 电冰箱 能耗标识 我们赖以生存的地球,其资源非常有限,并非取之不尽、用之不竭,加上能源电力的迅速使用,二氧化碳以及能源电力热量的排放,热量使地球表面温度升高。二氧化碳又产生了温室效应。为了我们的地球,为了我们的子孙后代,节能省电是我们每 个人义不容辞的职责。美国、欧洲以及亚洲国家等都制定法律对家电冰箱的能耗进行了限定,我国也相继制定了国标 GB1202,将冰箱根据耗电的大小分成 A、 B、 C、 D、 E 五个等级。 A 级:代表先进的节能水平; nts 4 B 级:代表我国 当前节能冰箱的水平,允许制造厂家在该产品上使用能效标签,以资鼓励; C 级:代表我国的平均水平; D 级、 E 级:代表未来将要逐步淘汰、不允许销售的能耗水平。 2.1.2、 电冰箱 使用时的气候类型 电冰箱使用时的气候类型:由于电冰箱的主要功能是制冷,所以不同地域的气候环境对电冰箱的制冷能力的影响也 是不同的。 冰箱的气候类型是衡量冰箱适应季节变化和地区差异能力的标志,直接关系到冰箱四季的制冷性能。如果所选冰箱的气候类型与当地的气候条件不符,消费者就很可能遇到冰箱 冬天下制冷、夏天下停机 的现象。而且这种 故障 源于设计,不是任何事后的维修和保养所能解决的。 根据国家标准只有 “SN 一 ST(亚温一亚热带) ” 气候类型的冰箱才是真正的 宽气候设计 冰箱。 见下表(国家标准): 气候带类型 字母标注 环境温度( ) 亚温带 SN 10-32 温 带 N 16-32 亚热带 ST 18-38 热 带 T 18-43 2.1.3、 制冷剂 有关专家指出,制冷剂分 R134a 和 R600a,它们都是无氟电冰箱制冷剂, R134a制冷剂在九十年代前半期使用比较广泛,但目前许多发达国家和先进企业都逐步以 R600a 取代 R134a。 R600a 不仅具备不破坏臭氧层,温室效应为零的优点,还具有节能效果显著、噪音低的特点,更具环保和节能意义。 但 R600a 有易燃易爆性,为此在冰箱的设计和制造过程中厂商要充分考虑和nts 5 控制杜绝 R600a 的易燃易爆性,并要通过国际最高安全认证机构德国 TUV 安全认证、通过国家防爆电气产品质量监督检验中心的防爆认证,目 前海尔、西门子等电冰箱龙头企业都已采用 R600a 作为电冰箱制冷剂。 2.1.3、 冷冻能力 随着现代生活节奏加快。人们的消费行为也发生了变化,集中购买成为新趋势。这一方面使得大容量冰箱销量看好,同时也使冰箱是否具有大冷冻能力成为人们购买冰箱时必须考虑的关键问题。没有强大的冷冻能力作保证,冷冻箱的制冷速度缓慢,再大的冷冻室也只能是一个大的储藏室,只可以大量存放却不能保证冷冻食品的质量。 冷冻能力 是衡量制冷器具的一项重要技术指标。但制冷器具用途各有不同,性能要求也有所区分。 目前,国内市场上冰箱的冷冻能力差别 很大,从 25 公厅左右到 18 公斤的都有,最好的产品已经达到 22 公斤。消费者一定要仔细看产品介绍。 2.2 电冰箱分类 2.2.1、 电冰箱按 其 原理 划分 1、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。 2、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。 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。 nts 6 5、电磁振动式电冰箱:它是利用电磁振动作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。 2.2.2、 电冰箱按 其容积划分 冰箱的容积单位用升( L)来表示,系列产品的有效容积从 48L 到 430L 或更大些,因此我们可以将这一系列的容积划分为 100 升以下、 100 升 -180 升、 181 升 -230升、 231 升 -290 升、 290 升以上;这也是根据冰箱的容积所适合的家庭人口数来划分的。 2.2.3、 电冰箱按 其箱门结构划分 可以划分为单门式电冰箱、双门式电冰箱、对开双门壁柜式电冰箱、三门式电冰箱、四门式电冰箱、可移动式电冰箱、个人专用迷你型电冰箱。 1、单 门式电冰箱:是指冰箱只有一扇门,它的冷却方式是靠箱内顶部蒸发器的低温, 使箱内空气自然对流来传递热量。 2、 双门冰箱:具有冷藏和冷冻的功能,它具有较大的冷冻室容积,属三星级,可以长期储存食物,是家庭较为理想的电冰箱。 3、 对开双门壁柜式电冰箱:又可称为立式大型双门双温电冰箱,是指两扇门直立并排的电冰箱,容积较大,一般在 500 升左右;箱体一侧是冷冻室,温度为-6 、 -12 、 -18 (三星级)三档。另一侧为冷藏室,温度为 0-8 。由于两侧温度不同,箱体中间用隔热层分隔开。温度调节与化霜均为自动控制,由于外形类似大衣柜,也称作壁柜式电冰箱。 4、 三门冰箱:比双门电冰箱增设了 一个温度略高,保温保湿的果菜室,它位于电冰箱的下部。因此,不同储藏温度要求的物品可以分别在不同的箱门内存取。这样,可减少储藏物品之间的相互干扰,有利于减少冷损,它的特点基本与双门电冰箱相同。 5、 四门冰箱:是根据各种物品对冷藏冷冻的温度要求不同而设立了冷藏室、冷冻、果菜室、激冷室,从而使电冰箱的功能趋于完善,这类冰箱是一个理想的nts 7 豪华型家用电冰箱。由于该形式的电冰箱容积大,功能齐全,结构复杂,所以价格贵,耗电量大。这种电冰箱适合经济水准高,居住条件宽敞的消费者选购。 2.2.4、 电冰箱按 其用途划分 按用 途分:可以划分为食品冷藏电冰箱、食品冷冻电冰箱、冷藏冷冻电冰箱。 1、 食品冷藏电冰箱:贮存不需要冻结的食品,箱温范围 0-10。 2、 食品冷冻电冰箱:适用食品冷冻,箱温在 -18以下,用于冷冻肉类 =鱼类及制冷等。 3、 冷藏冷冻电冰箱:适用于冷冻食品和贮藏冷冻食品,箱温在 -18或 -18以下,它有冷冻室,箱外表面附有星形符号,用以表明冰箱的温度特性。 2.2.5、 电冰箱按 其温度不同划分 按电冰箱内温度不同分为:普通电冰箱、双温电冰箱、低温电冰箱。 2.2.6、 电冰箱按 其制冷方式划分 电冰箱的制冷方式有直 冷式(有霜)和风冷式(无霜)两种。我国早期引进的冰箱制造技术多为直冷有霜型。因此,市面上的国产冰箱有很大一部分仍是直冷有霜冰箱。目前,我国冰箱消费市场已进入了更新换代期,技术更先进、使用更方便、档次更高的无霜冰箱,逐步成为市场的主流产品。一般来说, 120L 以下的小型冰箱受生产成本限制,可考虑选择直冷冰箱,也比较实惠,而中、大型的冰箱选择无霜冰箱更佳。体积越大,无霜冰箱具有的冷量分布均匀、冷冻效果的优点就越突出。另外,在选择冷冻方式时要学会辨别,最简单的方法是留意型号中有没有字母 “W”。如 “BCD-182W”,其中 W 的含意是无霜。 1、 风冷式电冰箱:一般被称为 无霜 冰箱。它的原理是冷气由风道强制吹入箱内空间,造成循环,温度均匀;冷冻室自动除霜,耗电量高于直冷式。 2、 直冷式电冰箱:原理是由蒸发器表面低温的自然对流,降低箱内温度,有温差。冷冻室须人工除霜,较为省电。 直冷式和风冷式:可以说各有所长,现在有一种直冷式微霜冰箱,带有 动态冷却 功能,即解决了普通直冷冰箱箱内温新式过大的问题,又能保证箱内温度。 直冷冰箱保鲜、保湿性能好,价格相对便宜些,但需经常除霜,最适合在冬季比较干燥的北方和内陆地区使用;无 霜冰箱冷冻室自动除霜,箱体内温度比较均匀,且体积越大,具有的冷量分布均匀、冷冻效果的优点就越突出,较适合空气湿度较大的沿海、长江沿岸及以南地区使用。值得一提的是:现在市场上出现了一种冷藏室带有风扇的直冷型电冰箱。这种来自欧洲先进的动态冷却技术,既解决了nts 8 普通直冷电冰箱冷藏室温度不均匀的问题,又有效保证了箱内的湿度,已逐渐成为消费新宠 。 方 面 直冷式电冰箱 风冷式电冰箱 结构 结构简单 结构复杂,比直冷式电冰箱多好几个部件 冷却速度 箱内冷空气自然对流,冷却速 度慢 箱内空气电风机强制对流,冷却速度快 结冻速度 食品直接与冷冻室蒸发器表面接触,冻结速度快 冻结速度稍慢,但冻结后的食品不会粘在冷冻室的表面,存取方便 制冰 制冰速度快 制冰速度稍慢,制得的冰块较透明 温度均匀性 箱内冷空气自然对流,温度均匀性稍差 箱内冷空气强制对流,温度均匀性好 除霜 人式除霜或半自动除霜,操作麻烦 全自动除霜,除霜时储藏食品的温度影响小,使 用方便 温度调节 在冷藏室设有一只温度控制器,冷藏室冷冻室的温度不能分别调节 冷藏室和冷冻室各设一只温度控制器,冷藏室与冷冻室的温度可以分别调节 耗电量 耗电量小 耗电量大 ,一般比直冷式大 5-15% 价格 价格便宜 价格较贵 ,一般比直冷式贵 10-20% 2.2.7、 电冰箱按 制冷控制系统划分 可分为机械温控电冰箱、电子温控电冰箱、电脑温控电冰箱。 1、 机械温控电冰箱:是指由机械方式调节冰箱制冷,是最早的一种温控方式,系统简单,能保证食品不变质,但温度不稳定,不能全面满足保鲜需要。 2、 电子温控电冰箱:是指采用电子感温头控制箱内温度,温度控制较为灵敏、稳定;但制冷系统仍为单循环,不能独立调节冷藏室和冷冻室温度。 3、 电脑温控电冰箱:是指整个系统由电脑控制,控温精 确、稳定,能分别调节冷藏室和冷冻室的温度,并设有记忆报警功能,符合食品保鲜的需要,在欧洲广为流行。 nts 9 第 3 章 电冰箱工作原理 3.1 物理部件 工作 原理 3.1.1 制冷系统工作原理 电冰箱是冷藏食物的家用电器,一般冰箱是由四大件组成 :压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器,根据控制或是使用需要中间可以选择安装压力控制器、温度控制器、干燥过滤器等辅助器件,但四大件是必不可少的。工作时 冰箱里(包括空调)里面有一种常温下气态的物质,以前是氟化物,现在用其他代替了。 这种 气态制冷剂通过压缩机被压缩成 高温 (700C 一 90 )、高 压 (0 9MPa 一 1 1MPa)气态制冷剂在流经冷凝器 (管路很长 ),冷凝器相当于一个换热设备,将高温高压的气态制冷剂换热成低温高压的液态制冷剂。液态制冷剂再通过膨胀阀,所谓膨胀阀就是一个节流装置,因流出膨胀阀的制冷剂受到遏制,因此出来后制冷剂压力降低,温度继续下降,(冰箱的膨胀阀一般用毛细管代替,因从大管突然到小管,同样可以起到节流的效果)成为气液两相, 再经由毛细管缓慢地进入压力较低的蒸发器 , 液态制冷剂在到达蒸发器的瞬间变为低压 (0 4MPa O 6MPa),其沸点下降而迅速汽化吸热,使箱内温度下降。 (使冷 冻室致冷) , 此时的制冷剂再蒸发器中进行换热气化,成为高温低压的气态制冷剂回到压缩机 又开始新的循环,就这样,冷冻室的热就源源不断地被致冷剂搬运到空气中去了。 于是就可以降低冰箱里面的温度了。其实冰箱也要散发热量的。比如空调,放在外面的箱子就是压缩机,夏天往外吹的风就是热风。 制冷剂在压缩机运转制冷时,在各器件 (管路 )的状态、压力、温度不同 。 部位(件) 制冷剂的状态 压力变化 温度变化 压缩机 气气 低压 高压 低温 高温 防露管 气气 高压(一定) 高温 冷凝器 气液 高压(一定) 高温常温 干燥过滤器 液 高压(一定) 高温常温 毛细管 液液 高压低压 高温常温 蒸发器 液气 低压(一定) 常温低温 nts 10 普通电冰箱是指采用往复式压缩机的直冷式电冰箱,此类电冰箱只有一个机械控温器,有双门、三门、及四门冷藏、冷冻电冰箱 。制冷系统工作受控于电气系统,电气系统控制的依据是根据用户设置。电冰箱器件按作用分为制冷系统、电气系统、箱体、附件四种,但各种器件是相互联系的,如压缩机和双温双控电路中电磁阀具有制冷、电气双重功能,制冷系统中防露管全部内藏于箱体门框内,毛细管部分内藏于箱体内,有的电冰 箱将蒸发器全部或部分内藏于箱体内。 电冰箱结构图见附 件一 。 1、箱体和箱门 箱体包括外箱壳、箱内胆、隔热层、顶盖。一般箱体内藏有排水管和防露管,多数还内藏了蒸发器、毛细管,新型机箱体多内藏有冷凝器,少数箱体内藏有加热丝。 箱门包括门体、门胆、磁性门封条等。 门体 一般用厚度为 0.6mm-1.0mm 冷轧钢板焊接或压轧形成,表面经磷化与喷漆或喷塑处理,也有采用有机复合板的。 门胆 采用 ABS 板或改性聚苯乙烯板,经加热干燥后采用凹(凸)模真空成形。厚度为 1.3mm-4.2mm,部分电冰箱的内胆是用铝板做的,强度比塑 料好,但耐腐蚀性较塑料差。 磁性门封条 由塑料门封条和磁性胶条两部分组成,将磁性胶条穿入塑料门封条中。在同等密封情况下,箱内漏热量与箱内外温差成反比例,即温度差越大漏热量越大,反之相反。这就决定了冷冻室漏气热量比冷藏室高,所以双门电冰箱冷冻门封设置有两个气室和两条翻边,而冷藏室门封条一般只有一个气室,一条或两条翻边。 2、制冷系统工作原理 电冰箱的制冷作用是将箱内热量转移到箱外,这个热量转移过程是借助循环流动,不断进行液态气态转换的制冷剂完成的。又因箱内温度低于箱外,按 热力学第二定律,高温物体热量能自动地 向低温物体传热,如果要使热量从低温物体转移到高温物体, 需补充一定条件,这一补充条件就是压缩机所做的机械功。如水流一样,要想让水由低水位流向高水位,就必须用水泵从低出往高处抽水。在电冰箱制冷系统中压缩机就起水泵作用,将蒸发器中低温制冷剂的热量移向高nts 11 温冷凝器。 制冷剂在制冷系统循环流动过程中,之所以能将箱内热量转移到箱外,是因为制冷剂在循环流动过程中不断的变换压力,从而不断的变换沸点,使制冷剂在低温的箱内管路(蒸发器)蒸发吸热,在高温的箱外管路(冷凝器)冷凝散热。制冷管路中压力的变换是由蒸发器和毛细管实现的。压 缩机介于蒸发器和冷凝器之间,对制冷剂起升压升温作用,毛细管介于冷凝器与蒸发器之间,用于对制冷剂降压。 制冷系统除压缩机外,还包括制冷剂冷凝器、干燥过滤器、节流降压的毛细管、蒸发器等装置,有的机型还有门框防结露装置。对于使用旋转式压缩机的机型,还有储液器 (罐 )和防止停机后制冷剂由压缩机倒流向蒸发器的单向阀。对于双温双控机型,还增加一个冷冻毛细管,及控制制冷剂走向的换向装置 双向电磁换向阀。 压缩机 压缩机是制冷系统的心脏,属于机电一体化器件,既是制冷系统的发起者,又是电气系统的最终工作着。它的主要任务是把 电能转变成为机械能,推动活塞运转产生吸排气和压缩功能,用于进行热能交换,并使制冷剂在系统中往复循环,它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,输送到门框防露管。这一过程是以电机为动力,即将电能通过电机转换成机械功,通过压缩机又使机械功转换成热能。 nts 12 按结构分为往复式、旋转式、变频式三种,其中以往复式最为常见,旋转式多见于间冷电冰箱,变频式见于变频冰箱。压缩机铭牌上主要标注的参数有适用制冷剂类型,即 R12 压缩机、 R134a 压缩机、 R600a 压缩机以及混合 工质压缩机。 压缩机的结构和基本原理 : 压缩机封闭是一个封闭结构,家用电冰箱用压缩机多为单相电机,在定子上设有运行绕组和启动绕组,对应三个端子,即公共端子、运行端子、启动端子。由于两个绕组在线径、匝数和分布上不同,当输入同相位的 50Hz 交流电时,就在两个绕组上产生了不同相位差的电流,由此产生旋转磁场,使电机转子转动。单相电动机启动绕组多是加电瞬间有电流流过,这个电流称为启动电流,是由与启动绕组串联的电容、继电器或 PTC 启动器控制。 往复式压缩机,又称为活塞式压缩机,它将电机的旋转运动变成活塞运动,靠活塞在汽 缸中来回做直线运动所构成的可变工作容积,来完成气体的压缩和输送工作。 工作原理:压缩机的一个工作周期包括压缩、排气、膨胀、吸气四个过程。 压缩过程 当汽缸内充满低压蒸气时,活塞从下至点开始往上移动,汽缸容积逐渐缩小,汽缸内的蒸气受到压缩 ,压力与温度均随之上升。吸气阀片受到较高蒸气压力而关闭。排气阀片则因这时气压尚未超过排气腔压力而继续保持紧闭。这样,蒸气的nts 13 压缩过程将持续到活塞行至汽缸内蒸气压力等于排气腔压力时为止。 排气过程 活塞继续向上移动,被压缩的蒸气压力就要比排气腔压力高。 当蒸气压力稍大于排气阀片的重力和弹簧力时,排气阀片被顶开。于是。汽缸内的高压高温蒸气开始由上行的活塞排出并进入排气腔内,直到活塞移到上至点时,排气过程才结束。这里要注意到,余隙容积里依然残留着一小部分蒸气无法排出其压力与排气腔压力相等时,排气阀片靠本身的重力和弹簧力又重新落下,盖住阀口,排气阀片关闭。 膨胀过程 活塞从上至点开始向下移动。汽缸容积逐渐变大,残留在余隙容积中的蒸气就要膨胀,如图所示。其压力和温度也随着下降,直到蒸发压力降低到等于吸气腔压力时,膨胀过程结束。在这期间排气阀片处于关闭位置。 吸气过程 活塞继续下移,汽缸内蒸气压力开始低于吸气腔压力。当其压力差足以顶开吸气阀片时,吸气过程便开始,如图所示。活塞下移至下至点时,吸气过程才结束。 冷凝器 冷凝器,故名恩义,是把气态制冷剂冷却凝结为液态的装置。冷凝器位于电冰箱后背或两侧 。 其任务是使压机排出的高温、高压制冷剂蒸气在流经冷凝器的途中经过热量的传递,向空气中散热,使制冷剂降温冷却凝结为液态。由于冷凝器管路很长,压缩机排出的高压、 高 温气态制冷剂在流经它的过程中 ,经过热量的传递向空气 中 散热。温度逐步下降而冷凝为液态制冷剂。 ( 1) 冷凝 器 的冷却方式 冷凝器冷却方式分自然对流冷却和风扇强制对流冷却两种。目前电冰箱一般采用自然对流冷却方式。有的电冰柜采用强制对流冷却方式,其冷凝器多采用翅片,设置在箱体底部。 ( 2) 冷凝器的结构和种类 冷凝器有外露式和内藏式两种,但均由直径为 6mm-8mm 的金属管弯制而成。 外露冷凝器 nts 14 外露冷凝器有百叶窗式、钢丝式、翅片式三种 ,如图 a、 b、 c 如示。 百叶窗式、钢丝式冷凝器的冷凝管通常由直径为 6mm-8mm、壁厚为 O 5mm-1mm的紫铜管或复合钢管 (又称邦迪管 )弯制而成。散热采用素钢片。复 合钢管实际上是内外镀铜管,就是先在窄条钢带上镀铜,然后由卷管机卷成圆管,由缝焊机缝焊好。因此,这种冷凝器焊缝开裂是导致制冷剂泄漏的常见原因。 翅片式冷凝器,冷凝管通常采用铜或铝管,散热采用铝片。这种冷凝器外表面积大、体积小,所以必须采用强制对流冷却才能提高效率。一般用于带有风扇电机的电冰柜。 内藏式冷凝器 冷凝盘管被挤压或黏结在箱背或两侧薄钢板里。散热效果比外露式差。 干燥过滤器 干燥过滤器 ,简称过滤器,它介于冷凝器和毛细管之间,主要用于吸收制冷系统中残留水分及过滤有形灰尘和金属等异物,以避免制冷剂中的微 量杂质和水分进入毛细管,影响制冷剂流通 , 从而保证制冷系统正常工作。 干燥过滤器结构和原理 nts 15 干燥过滤器以分子筛或硅胶为干燥剂构成, 如图所示 。 分子筛的选取原则是必须使制冷剂易通过而水分子被吸附。 R134a 选用分子筛直径要介于 R134a 与水之间的 XH-7 或 XH-9(后者干燥性更强,体积更大,效果更好)。 R600a 制冷剂要用 XH-9 干燥过滤器,而 R12 制冷剂只需用普通 XH-5 干燥过滤器即可。 XH-5, XH-7,XH-9 型干燥过滤器分子筛选用材料不同,所以不能相互替代。 毛细管 电冰箱制冷是靠制冷剂液 态气态相互转换实现的,制冷剂液态,气态之所以相互转换,是因为制冷管路内压力不同,导致制冷剂沸点变化。本节所讲毛细管就是变换制冷管压力的装置之一。 毛细管结构和作用 : 毛细管是非常细的铜管,它的内径为 0.5mm-1mm,长为1-3m,介于冷凝器和蒸发器之间,是一种节流装置。由 干燥过滤器 输送来的高压液态制冷剂,通过毛细管节流,被限制节流、控制流量,使其完全、充分液态进入粗口蒸发器后,压力自然下降为低压,以便于制冷剂在蒸发器内汽化。 为了提高制冷性能,与干燥过滤器相连的毛细管部分同蒸发器回气管接进行热交换,利用蒸 发器回气管的低温对毛细管内制冷剂降温,使毛细管内制冷剂充分液化。为此,多数电冰箱把蒸发器回气管插入螺旋状毛细管内,而新飞等少数电冰箱把毛细管插入到回气管内。 蒸发器 作用是将被冷却介质的热量传递给制冷剂的热交换器。液态制冷剂经毛细管节流降压进入蒸发器后,因压力下降,制冷剂沸点随之下降而蒸发为气体,蒸发过程中吸热,从把箱内的热量转移到制冷剂。液态制冷剂经孔径很细的毛细管进入孔径大的蒸发器,压力突然减小使沸点下降而蒸发为气体,并在蒸发时吸收周围 (冷冻和冷藏室 )的热量,从而降低冷冻、冷藏室温度。 被蒸发器气化的 制冷剂再次被压缩机吸入,制冷剂在系统中如此反复循环,将电冰箱内热量通过制冷剂传递给周围的空气,从而使电冰箱达到制冷目的。 nts 16 蒸发器的结构 目前电冰箱蒸发器多由 8mm 铜管或不锈钢管弯制而成。直冷双门冰箱设有冷冻、冷藏两个蒸发器,多内藏于箱体内,冷冻室蒸发器多采用“ II”或 “回”字形,置于冷冻室;冷藏室蒸发 器多采用板管式,置于冷藏室后背。也有少数冰箱,冷冻室蒸发器外露。 蒸发器通常外接储液器,俗称储液罐,用于储存未被蒸发器汽化的液体制冷剂,以防止“液击”压缩机阀片 及制冷剂的液 -液循环,储液器位于蒸发器出口和压缩 机回气管之间,制冷系统中多数不标注。有的内藏于箱体内且倾斜 45,有的接于蒸发器出口处。 3.1.2 电气系统 工作原理 1、 电气系统的主要组成部分 电冰箱的配有不同形式的半自动或全自动的控制装置,它们按照用户的要求,半自动或全自动地控制电冰箱的正常工作。控制系统的主要对象是压缩机电机,电加热器和照明灯,双温控直冷式的双向电磁换向阀及冷式电冰箱的蒸发器风扇电机。电气控制装置可分以下几部分。 温度控制装置 采用温控气或电脑板,使电冰箱在规定的使用环境温度下。将箱内温度保持在一定范围内。 温度控制装置 通过温控感知箱 内温度,并据此确定是否接通或切断压缩机回路,实现电冰箱制冷。 温控器大体分为机械式和电子式两种。 下面介绍 机械式温控器的结构和工作 : 机械式温控器实际是压力温控器,它利用感温管感受箱内温度来控制一对电触头的通断,达到接通或断开压缩机回路,实现开、停机控制。其控制原理是感温管内感温剂受温度的影响膨胀或收缩,压力随之升高或降低,通过支架带动快速活触点上移下移 ,与固定触点接通或断开,如图所示。 nts 17 电子式温控器的结构和工作 热敏电阻式温度控制器属于电子温控器。这种温控器所用的传感器元件是一支热敏电阻,多见 于电控电冰箱。它的工作原理是将热敏点阻直接放在箱内适当位置,箱内温度变化,其阻值随之变化,电阻两端电压相应发生变化,该电压作为检测信号送到微处理器相应引脚,微处理据此判断箱内温度,再通过控制电路控制压缩机的运转或停机,实现对箱内温度的控制。 化霜控制装置 当电冰箱在正常的运转过程中,由于箱内蒸发器的表面 结 霜越来越厚,导致蒸发器的吸热效能减低,箱内温度上升。为解决这一问题, 设置化霜装置。 基本化霜控制电路 如图所示,将一个简单的化霜定时器接在普通温控前面,活动触点一般设定在每隔 12h 或 24h,将制冷压缩机的电路断开一次(断开时间约为 30min),同时接通蒸发器化霜加热器,对蒸发器加热化霜。当化霜定时器达到原来调定的断开时间后,化霜定时器活动触点跳回原来位置,停止加热化霜,并接通压缩机 供电使之运转制冷。当箱内温度降到原来所控的温度时,温控器便于重新恢复对箱内温度的控制。以后重复上述过程。 压缩机启动和保护装置 为配合压缩机启动特性要求,而设置启动器。为确保电机正常启动并对惦记运行进行安全保护,而设置过载热保护器。 启动器和保护必须配套,且与压缩机功率匹配,否则不能正常工作,甚至会损坏 。 启动 器用于在加电瞬间接通压缩机启动绕组回路,使启动绕组有电流流过,产生与运行绕组方向不同磁场,合成为旋转磁场,使电机转动。 nts 18 过载保护器平时呈现常通低阻值,接通压缩机回路;但在压缩机工作电流过大或温度过高时,过载保护器呈现断开高阻值,切断压缩机回路,达到保护压缩机的目的。 老式电冰箱有的使用整体式动保护器,现很少见到。部分老电冰箱有的将保护器设置在压缩机内,称为内藏式过载保护器。使用 R600a 无氟制剂的新型电冰箱,启动器采用 PTC 式,过载保护器采用内藏 (即封闭 )式,且铭牌上应有黄色火焰易燃易爆标志。 过载保护器的 结构和工作 过载保护器全称过载过热保护器,又称保护继电器或热保护器最常用的是碟形过载保护器,它由电阻加热丝、双金属片及一对常闭型电触头组成 。 过载热保护器 它串联于压缩机供电电路,开口端紧贴压缩机外壳固定。当电流过大时,电阻丝温度升高,烘烤双金属片使它反向弯起,与触点分离,切断压缩机的供电回路。同理,当某种原因使压缩机壳体温度过高时,双金属片受热影响而变形,切断供电电路,也会实现保护目的。压缩机功率不同,配套使用的过栽保护器型号不同,接 通和断开温度不同 ,还有一点需要注意的是 使用 R600a 无氟制冷剂电冰箱的过栽保护器为防爆型。即内藏封闭式且铭牌上应有黄色火苗易燃易爆标志。 低温补偿装置 低温补偿装置,又称冬季补偿装置,有自动和人工控制两种方法。前者通过突跳式温控器实现;后者通过打开或关闭低温补偿开关实现。 因有资料表明,电冰箱冷冻室,冷藏室漏热随环境温度的下降热下降,如 16C 时,冷冻室温度会升的漏热量仅是 30 C 的 68%,冷藏室温度回升的漏热量仅是nts 19 30 C 时的 53.2%。当环境温度低于 10 C,电冰箱漏热量少,压缩机运转制冷会很快达到冷藏室温控器停机温度,形成开机时间短,停机时间长,使冷冻室温度达不到设定值。当环境温度降低于 5 C 时,基本上与冷藏的温度一致,且属于温度控制停值,这时温控器处于“断开”状态,所以难以启动电冰箱运转制冷。为此。许多电冰箱设置的低温(冬季)补偿电路,使温控器主体温度比周围温度高。这 样一方面可保护冰箱可靠启动,另一方面可改善冷冻室的温度特性,从而解决电冰箱环境温度过低时,启动困难或停机时间长,开机时间短,使冷藏室温度过低达不到要求的问题。 照明控制装置和蒸发器风扇控制装置 照明装置主要完成箱门打开时箱内照明灯点亮,箱门关闭时照明灯熄灭的控制,故此灯开关设置在冷藏室箱门的门框上。 间冷式电冰箱蒸发器风扇的控制与照明灯相反,无论是打开冷冻室还是冷藏室门,蒸发器风扇立即断电停转。 2、 电机 任何电冰箱都需要设置压缩机,而对于间冷电冰箱还要设置蒸发器风扇电机,化霜定时器电机,大型冰柜有的还设 置冷凝散热风扇电机。家用电冰箱都采用单相电源,所以下面只介绍单相电机。 电机结构 单相电机在定子上没有设有运行绕组(又称主绕组)和启动绕组(又称副绕组)两组绕组。由于两组绕组在线径,匝数和分布上不同,当输入同相位的 50Hz交流电时,就在两个绕组上产生了不同相位差的电流值,从而形成方向,强度不同的磁场,两者合成为旋转磁场,使电机转子转动。 电机的分类 有压缩机,风扇机,化霜定时电机。压缩机在压缩机一节将详细介绍。下面介绍风扇电机。 风扇电机的绕组输入电压后,产生磁场使转子转动,带动扇子旋转,使气体强制对流 进行热交换。间冷机蒸发器风扇运转,强迫蒸发器冷量散向冷冻室和冷藏室。间冷式电冰箱内的蒸发器电机由于工作在低温,高温的恶劣环境中,因此,对风扇电机有严格的技术要求。风扇在使用过程中,无须用户向电机加注润滑油,冰柜冷凝风扇运转,强制冷凝器热量
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