電冰箱的發(fā)展與創(chuàng)新

湖南理工學院機械創(chuàng)新設計論文題目： 冰箱的發(fā)展與創(chuàng)新系部： 機電系專業(yè)：機械設計制造及其自動化班級： 姓名： 序號： 2012年12月1日電冰箱的發(fā)展與創(chuàng)新前言：自第一臺冰箱出現(xiàn)至今已有半個多世紀，當前全世界每年電冰箱的總產(chǎn)量在4000萬以上，其中產(chǎn)量居前幾位的國家是美國、俄羅斯、意大利、日本等國。17世紀中期，“冰箱”這個詞才進入了美國語言，在那之前，冰只是剛剛開始影響美國普通市民的飲食。隨著城市的發(fā)展冰的買賣也逐漸發(fā)展起來。它漸漸地被旅館、酒店、醫(yī)院以及一些有眼光的城市商人用于肉、魚和黃油的保鮮。內戰(zhàn)(1861-1865)之后，冰被用于冷藏貨車，同時也進入了民用。到1880年以前，已經(jīng)有半數(shù)在紐約、費城和巴爾的摩銷售的冰，三分之一在波士頓和芝加哥銷售的冰箱開始進入家庭使用，因為一種新的家庭設備一一冰箱一一即現(xiàn)代冰箱的前身，被發(fā)明了?，F(xiàn)在同類產(chǎn)品還有冰柜。制造一臺有效率的冰箱不像我們想象的那么簡單。19世紀早期，發(fā)明家們關于對冷藏科學至關重要的熱物理知識的了解是很淺陋的。人們認為最好的冰箱應該防止冰的融化，而這樣一個在當時非常普遍的觀點顯然是錯誤的，因為正是冰的融化起到了制冷作用。早期人們?yōu)楸４姹鞒隽舜罅康呐?，包括用毯子把冰包起來，使得冰不能發(fā)揮它的作用。直到近19世紀末，發(fā)明家們才成功地找到有效率的冰箱所需要的隔熱和循環(huán)的精確平衡。但早在1800年，一位有發(fā)明天才的馬里蘭農場主一一托馬斯?莫爾就找到了正確的方法。他擁有一個農場，離華盛頓約 20英里，那里的喬治鎮(zhèn)村莊是集市中心。當他用自己設計的冰箱運送黃油去市場時，他發(fā)現(xiàn)顧客們會走過裝在競爭者桶里那些迅速融化的黃油而給他比市價更高的價格買他仍然新鮮堅硬，整齊地切成一磅一塊的黃油。莫爾說他的冰箱的一個好處是使得農民們不必為了保持他們產(chǎn)品的低溫而在夜里去市場交易。工作原理1）壓縮式電冰箱：該種電冰箱由電動機提供機械能，通過壓縮機對制冷系統(tǒng)作功。制冷系統(tǒng)利用低沸點的制冷劑，蒸發(fā)汽化時吸收熱量的原理制成的。其優(yōu)點是壽命長，使用方便，目前世界上91?95%的電冰箱屬于這一類。目前常用的電冰箱利用了一種叫做R600a的制冷劑作為熱的“搬運工”，把冰箱里的“熱”“搬運”到冰箱的外面。2） 吸收式電冰箱：該種電冰箱可以利用熱源（如煤氣、煤油、電等）作為動力。利用氨一水一氫混合溶液在連續(xù)吸收一擴散過程中達到制冷的目的。其缺點是效率低，降溫慢，現(xiàn)已逐漸被淘汰。3） 半導體電冰箱：它是利用對PN型半導體，通以直流電，在結點上產(chǎn)生珀爾帖效應的原理來實現(xiàn)制冷的電冰箱。4） 化學冰箱：它是利用某些化學物質溶解于水時強烈吸熱而獲得制冷效果的冰箱。5） 電磁振動式冰箱：它是用電磁振動機作本動力來驅動壓縮機的冰箱。其原理、結構與壓縮式電冰箱基本相同。6） 太陽能電冰箱：它是利用太陽能作為制冷能源的電冰箱。7） 絕熱去磁制冷電冰箱。8） 輻射制冷電冰箱。9） 固體制冷電冰箱。制冷風方式氣體壓縮式電冰箱它是依靠低沸點液態(tài)制冷劑（如氟利昂R12）汽化時吸熱達到制冷目的，再以壓縮機將其蒸發(fā)壓縮，繼而使之放熱液化，從而完成制冷循環(huán)的電冰箱。由于這種電冰箱的理論和生產(chǎn)技術，工藝方面都比較成熟，使用壽命較長，所以目前國內生產(chǎn)的電冰箱中，90%以上都是這類電冰箱。氣體吸收式電冰箱它是以熱源為動力，常用氨作制冷劑，可造成液氨蒸發(fā)條件的氫作擴散劑，利用氨、水和氫混合溶液完成連續(xù)“吸收-擴散”方式的電冰箱。由于沒有運轉機械，因而它無噪音，結構簡單，成本低，不易損壞，使用壽命長?？刹捎秒姟⑻烊粴?、煤油燈及太陽能等各種熱源加熱使其工作。半導體式電冰箱它是利用半導體材料產(chǎn)生珀爾占效應進行工作的，即用P型半導體和N型半導體制成電偶，接通直流電后，在節(jié)點處產(chǎn)生放熱和吸熱現(xiàn)象，從而達到制冷目的。半導體制冷與機械制冷比較，有體積小、質量輕、無噪音、無振動、無磨損、壽命長、冷卻速率調整方便、無污染等特點。但由于價格高，目前還未普及使用。我國電冰箱業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀我國家用電冰箱行業(yè)始于1956年，改革開放以來取得了突飛猛進的發(fā)展，到1985年鼎盛時期有110多家冰箱生產(chǎn)廠家。在發(fā)展初期，主要依靠產(chǎn)品數(shù)量的擴大，隨著市場經(jīng)濟體制的不斷完善，家電行業(yè)從數(shù)量擴張向高質量轉變。近幾年來，由于多種因素的制約，國內市場對家用電器的需求明顯放慢，于是'價格戰(zhàn)”幾乎滲透到家電的每一個行業(yè)。然而，冰箱業(yè)卻一片寧靜。其實，中國冰箱業(yè)幾年來一直在進行技術較量。廣東科龍集團在這方面的步調就比其它廠家快一步?？讫埵讋?chuàng)的“養(yǎng)鮮魔寶”技術，用稀有金屬及其化合物制成，具有氣調養(yǎng)鮮、調濕養(yǎng)鮮、除臭保鮮三大功能。有效吸收果蔬釋放的催熟氣體乙烯，從而抑制果菜生長，減緩營養(yǎng)成分的流失。平衡室內溫度，當箱內濕度過大時，自動吸收水分；濕度過少時，則適度釋放水分，長保食物鮮活水靈，保鮮期長達5天。科龍成功研制的中國第一臺網(wǎng)絡冰箱(BCD-348W/HT)，讓冰箱行業(yè)進入網(wǎng)絡時代。網(wǎng)絡冰箱通過網(wǎng)絡接口與家用電腦串聯(lián)起來，通過電腦連接到因特網(wǎng)，這時維修服務中心遠程計算機就能對冰箱進行檢測、診斷，及時優(yōu)化運行參數(shù)，排解運行故障，讓冰箱時刻處于最佳運行狀態(tài)，同時還可享受制訂食譜、烹飪指導、網(wǎng)上購物等先進功能。1、冰箱用壓縮機的發(fā)展趨勢壓縮機是電冰箱系統(tǒng)的心臟，是使制冷系統(tǒng)保持循環(huán)的關鍵部件。壓縮機的功用是吸收蒸發(fā)器中低溫氣體制冷劑，然后壓縮成高溫高壓的氣體制冷劑，并排至冷凝器冷卻。亦即壓縮機的功用是在制冷系統(tǒng)中建立壓力差，以便使制冷劑在系統(tǒng)中循環(huán)流動。2、新型節(jié)能制冷壓縮機家用制冷機的節(jié)能措施有多種：變頻壓縮機、雙轉子壓縮機、模糊邏輯控制、微孔發(fā)泡、節(jié)能差壓閥等。其中采用變頻控制實現(xiàn)節(jié)能的方案正在得到廣泛應用。最早的變頻冰箱著眼于快速冷凍，已經(jīng)從市場上消失，已被新一代節(jié)能型變頻冰箱代替。損耗降低32%，噪聲降低約20db，縮短冷凍時間1/2以上。特別是工作頻率提高后，變頻裝置成本也顯著下降。由于采用變頻壓縮機，要解決低速運轉時的振動問題和潤滑油供給問題，高速運轉時的軸承負荷問題、摩擦和磨損問題，因此對壓縮機的設計和制造提出了更高的要求，控制系統(tǒng)也比較復雜，增加了成本［2。另一種新型節(jié)能制冷壓縮機是使用直線振動電動機驅動的新一代活塞式壓縮機達到節(jié)能的目的。直線電機利用電能直接產(chǎn)生直線運動，它有突出的優(yōu)點：a） 結構簡單：在需要直線運動的地方，采用直線電機可以實現(xiàn)直接傳動，不需要一套將旋轉運動轉變?yōu)榛钊本€往復運動的中間轉換機構，因而使機器設備總體結構大大簡化，體積大大縮小。b） 反應速度快，隨動性好：直線電機容易做到無刷無接觸運行，動子在運動中毫無機械阻力，這是其它傳統(tǒng)驅動裝置無法競爭的優(yōu)點。c） 容易密封，隨動性好：直線電機容易做到無刷無接觸運行，動子在運動中毫無機械阻力，這是其它傳統(tǒng)驅動裝置無法競爭的優(yōu)點;適用性強：由于電機本身結構簡單，又可做到無接觸運行，因此容易密封，經(jīng)過適當浸漬、涂封，它可在各種特殊環(huán)境中使用（包括液態(tài)物質中）。d） 穩(wěn)定可靠，壽命長：直線電機是一種直接傳動的特種電機，可實現(xiàn)無接觸傳遞力，沒有什么機械損耗，故障少，幾乎不需要維修，不怕震動和沖擊，因此穩(wěn)定可靠，壽命長。目前發(fā)達國家均采用微型低溫制冷機作為紅外探測器件以及高溫超導器件的冷源（通常提供液氮至液氫溫區(qū)約-200°C?-150°C的制冷溫度），因為它更容易做到微型化、更高的可靠性和不受放置方向的限制等。低溫制冷機由低溫制冷器和壓力波發(fā)生器組成。其中壓力波發(fā)生器是一種無閥型活塞-電機一體化設計的特種直線壓縮機，其電功轉換效率可高達90%以上。美國宇航局及歐洲航天局從八十年代末至今發(fā)射的十余顆衛(wèi)星均采用了這種壓縮機驅動的斯特林制冷機，它是提高衛(wèi)星有效載荷和延長衛(wèi)星使用壽命的有效手段。目前，國外正在進行將這一高技術成果推向民用的研究。美國正在開發(fā)用于家用制冷機的直線馬達制冷壓縮機。這一項目由美國環(huán)保署（U.S.EnvironmentalProtectionAgency，簡稱EPA）發(fā)起并啟動研發(fā)，美國環(huán)保署、美國宇航局、投資公司等相繼投入資金推動進一步的研究。3、混合工質冰箱壓縮機近年來，為了滿足環(huán)保和市場的需要，國內電冰箱廠紛紛推出了CFCs工質替代的電冰箱（俗稱無氟冰箱或環(huán)保冰箱）；相應地，電冰箱壓縮機廠也不斷開發(fā)出CFCs工質替代的制冷壓縮機?；旌瞎べ|在替代路線中，處于一種過渡時期，相應對壓縮機改進設計變動很少，不致引起工夾具、模具作大的變動，因此，混合工質壓縮機將廣為使用?；旌瞎べ|的物性要求壓縮機的使用應注意以下幾個方面：a） 制冷壓縮機所用的潤滑油目前主要有三種：石蠟基、環(huán)烷基及合成類油。區(qū)別于合成油，石蠟基、環(huán)烷基冷凍機油是由天然石油提煉出的油品作為基礎油調制而成，而合成油則是以合成油品為基礎油調制而成，合成油一般采用烷基苯油。在三種冷凍機油中，烷基苯油最易溶于氟系制冷劑，環(huán)烷基油次之，石蠟基油混溶性最差，但對R12的混溶性還可滿足使用。根據(jù)以上分析及結合各種油所做的臺架試驗，決定使用混合工質的壓縮機采用烷基苯油。b） 由于混合工質中R152a和烷基苯油的分子極性相對于R12時情況要強，因而對壓縮機中使用的所有非金屬零件提出了更高要求。通過壓縮機使用不同冷凍機油時的臺架試驗得出：原使用R12作為制冷工質的壓縮機使用混合工質時，絕緣材料（聚脂薄膜）需要改進采用一種萃取性好，耐高溫、不脆化的新型材料，其它非金屬、金屬零件材料不需要更改我國冰箱發(fā)展前景展望2004年冰箱行業(yè)的熱點話題非“節(jié)能”莫屬。國家節(jié)能新標準的實施、全國部分地區(qū)出現(xiàn)的電力匱乏都使節(jié)能冰箱成為消費者的首選。因此，眾多冰箱生產(chǎn)廠家也將產(chǎn)品開發(fā)重心放在了節(jié)能上。據(jù)調查，目前市場上節(jié)能冰箱除了傳統(tǒng)的加厚保溫層技術外，主要采用變頻技術、真空絕熱技術和多循環(huán)制冷系統(tǒng)技術等來提高產(chǎn)品的節(jié)能性能。真空絕熱技術節(jié)能效果明顯，但對材料及應用技術要求較高，更主要的是成本高，以一臺200立升左右的冰箱計算，成本增加約500元，目前只有日本各企業(yè)在試產(chǎn)，所以很難普及；采用多循環(huán)制冷系統(tǒng)技術在冬天和夏天都具有比普通機械式溫控冰箱節(jié)能的優(yōu)勢，但在春秋季常溫下則節(jié)能效果不明顯，且冰箱開關機頻繁、噪音大、啟動能耗增加，因此目前沒有一個國際知名品牌采用此技術；而通過變頻技術降低能耗則是全球發(fā)展趨勢。目前，歐美等發(fā)達國家均已普及變頻冰箱，日本中高檔冰箱中95%以上采用了變頻技術。由于以往國內在生產(chǎn)變頻壓縮機方面技術較為落后，國內企業(yè)所需的變頻壓縮機進口較多，所以變頻冰箱的成本較高。但近幾年，隨著我國在變頻技術上的快速發(fā)展，一些企業(yè)紛紛與國際著名的企業(yè)合作開發(fā)變頻壓縮機。由于目前變頻壓縮機無需再進口且能大批量生產(chǎn)，所以大大降低了變頻冰箱的成本，使變頻冰箱更加貼近于尋常百姓，也引領了中國冰箱變頻技術的應用和發(fā)展。中國節(jié)能產(chǎn)品認證中心曾對變頻冰箱作過嚴格的檢測，不僅向消費者推薦變頻冰箱在節(jié)能上的優(yōu)勢，并指出變頻冰箱在降低產(chǎn)品噪音以及保鮮上也有很大的突破。變頻技術的優(yōu)勢不僅得到了冰箱生產(chǎn)廠家的認可和應用，在其他家電產(chǎn)品上也頗受歡迎，變頻空調、變頻洗衣機、變頻微波爐......已越來越多地走近老百姓的生活。業(yè)內人士指出：“變頻”已成為全球家電的發(fā)展趨勢，中國作為全球最大的家電制造基地，“變頻風暴”已經(jīng)臨近。近幾年，歐洲冰箱企業(yè)紛紛向東歐轉移，美國冰箱產(chǎn)業(yè)向墨西哥遷徙，中國則是歐美日這場大轉移的共同目標。與此同時，中國家電企業(yè)面對虧損和微利紛紛尋找新的利潤增長點。在冰箱行業(yè)中，各大冰箱企業(yè)更加是面臨著國內國外同行企業(yè)的雙重競爭，要想在原有的市場份額上保持固定的利潤又要開拓未知市場，這對于我國冰箱行業(yè)來說的確是一大考驗。要想在激烈競爭中站穩(wěn)腳跟，那么最重要的是認清市場的發(fā)展趨勢，在未來幾年里將是冰箱業(yè)發(fā)展的新一輪高峰期。未來發(fā)展創(chuàng)新點一，隨著人們生活水平的提高，冰箱的環(huán)保問題一直是我們生產(chǎn)廠家與消費者最關心的問題。如何在制冷劑上實現(xiàn)有效的過渡，如何從有氟冰箱向無氟冰箱過渡，是生產(chǎn)廠家和業(yè)內人事在技術上日漸改良的重點。根據(jù)《蒙特利爾協(xié)議》，2010年將是國際有氟冰箱的大限年，我國則承諾到2005年全面停止有氟冰箱的生產(chǎn)和銷售，有氟冰箱生產(chǎn)線在此之前將被強行淘汰，無氟冰箱成為冰箱業(yè)發(fā)展的必然方向。二，冰箱的能耗以及壓縮機的壽命問題在消費者中也是一個相當突出的問題。如何提高制冷效率與降低能源損耗是各大生產(chǎn)廠家競爭市場份額的焦點所在。具體到如何提高效率和壓縮機壽命就要看哪個企業(yè)在技術上更加成熟?？偠灾?，冰箱的發(fā)展就是依靠于制冷技術的發(fā)展。三，冰箱使用的方便快捷對于現(xiàn)代人來說是一個迫切需要改進的技術問題。其一，笨重的家庭大型冰箱對于21世紀的人生活來說已經(jīng)是一種麻煩。既不容易搬運，也不容易實現(xiàn)合理的裝飾布置，因此小型冰箱日益受到市場的青睞。其二，冰箱的多功能與操作的難易程度也是冰箱發(fā)展趨向。四，降低壓縮機的噪音也是消費者希望