電冰箱的發(fā)展與創(chuàng)新

湖南理工學(xué)院機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)論文題目： 冰箱的發(fā)展與創(chuàng)新系部： 機(jī)電系專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)： 姓名： 序號(hào)： 2012年12月1日電冰箱的發(fā)展與創(chuàng)新前言：自第一臺(tái)冰箱出現(xiàn)至今已有半個(gè)多世紀(jì)，當(dāng)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(guó)家是美國(guó)、俄羅斯、意大利、日本等國(guó)。17世紀(jì)中期，“冰箱”這個(gè)詞才進(jìn)入了美國(guó)語言，在那之前，冰只是剛剛開始影響美國(guó)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(nèi)戰(zhàn)(1861-1865)之后，冰被用于冷藏貨車，同時(shí)也進(jìn)入了民用。到1880年以前，已經(jīng)有半數(shù)在紐約、費(fèi)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(jìn)入家庭使用，因?yàn)橐环N新的家庭設(shè)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(tái)有效率的冰箱不像我們想象的那么簡(jiǎn)單。19世紀(jì)早期，發(fā)明家們關(guān)于對(duì)冷藏科學(xué)至關(guān)重要的熱物理知識(shí)的了解是很淺陋的。人們認(rèn)為最好的冰箱應(yīng)該防止冰的融化，而這樣一個(gè)在當(dāng)時(shí)非常普遍的觀點(diǎn)顯然是錯(cuò)誤的，因?yàn)檎潜娜诨鸬搅酥评渥饔?。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(jì)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(nóng)場(chǎng)主一一托馬斯?莫爾就找到了正確的方法。他擁有一個(gè)農(nóng)場(chǎng)，離華盛頓約 20英里，那里的喬治鎮(zhèn)村莊是集市中心。當(dāng)他用自己設(shè)計(jì)的冰箱運(yùn)送黃油去市場(chǎng)時(shí)，他發(fā)現(xiàn)顧客們會(huì)走過裝在競(jìng)爭(zhēng)者桶里那些迅速融化的黃油而給他比市價(jià)更高的價(jià)格買他仍然新鮮堅(jiān)硬，整齊地切成一磅一塊的黃油。莫爾說他的冰箱的一個(gè)好處是使得農(nóng)民們不必為了保持他們產(chǎn)品的低溫而在夜里去市場(chǎng)交易。工作原理1）壓縮式電冰箱：該種電冰箱由電動(dòng)機(jī)提供機(jī)械能，通過壓縮機(jī)對(duì)制冷系統(tǒng)作功。制冷系統(tǒng)利用低沸點(diǎn)的制冷劑，蒸發(fā)汽化時(shí)吸收熱量的原理制成的。其優(yōu)點(diǎn)是壽命長(zhǎng)，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(yùn)工”，把冰箱里的“熱”“搬運(yùn)”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(dòng)力。利用氨一水一氫混合溶液在連續(xù)吸收一擴(kuò)散過程中達(dá)到制冷的目的。其缺點(diǎn)是效率低，降溫慢，現(xiàn)已逐漸被淘汰。3） 半導(dǎo)體電冰箱：它是利用對(duì)PN型半導(dǎo)體，通以直流電，在結(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生珀?duì)柼?yīng)的原理來實(shí)現(xiàn)制冷的電冰箱。4） 化學(xué)冰箱：它是利用某些化學(xué)物質(zhì)溶解于水時(shí)強(qiáng)烈吸熱而獲得制冷效果的冰箱。5） 電磁振動(dòng)式冰箱：它是用電磁振動(dòng)機(jī)作本動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的冰箱。其原理、結(jié)構(gòu)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(fēng)方式氣體壓縮式電冰箱它是依靠低沸點(diǎn)液態(tài)制冷劑（如氟利昂R12）汽化時(shí)吸熱達(dá)到制冷目的，再以壓縮機(jī)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(shù)，工藝方面都比較成熟，使用壽命較長(zhǎng)，所以目前國(guó)內(nèi)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(dòng)力，常用氨作制冷劑，可造成液氨蒸發(fā)條件的氫作擴(kuò)散劑，利用氨、水和氫混合溶液完成連續(xù)“吸收-擴(kuò)散”方式的電冰箱。由于沒有運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械，因而它無噪音，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，不易損壞，使用壽命長(zhǎng)?？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(dǎo)體式電冰箱它是利用半導(dǎo)體材料產(chǎn)生珀?duì)栒夹?yīng)進(jìn)行工作的，即用P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體制成電偶，接通直流電后，在節(jié)點(diǎn)處產(chǎn)生放熱和吸熱現(xiàn)象，從而達(dá)到制冷目的。半導(dǎo)體制冷與機(jī)械制冷比較，有體積小、質(zhì)量輕、無噪音、無振動(dòng)、無磨損、壽命長(zhǎng)、冷卻速率調(diào)整方便、無污染等特點(diǎn)。但由于價(jià)格高，目前還未普及使用。我國(guó)電冰箱業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)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(jìn)的發(fā)展，到1985年鼎盛時(shí)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(kuò)大，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的不斷完善，家電行業(yè)從數(shù)量擴(kuò)張向高質(zhì)量轉(zhuǎn)變。近幾年來，由于多種因素的制約，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)家用電器的需求明顯放慢，于是'價(jià)格戰(zhàn)”幾乎滲透到家電的每一個(gè)行業(yè)。然而，冰箱業(yè)卻一片寧靜。其實(shí)，中國(guó)冰箱業(yè)幾年來一直在進(jìn)行技術(shù)較量。廣東科龍集團(tuán)在這方面的步調(diào)就比其它廠家快一步?？讫埵讋?chuàng)的“養(yǎng)鮮魔寶”技術(shù)，用稀有金屬及其化合物制成，具有氣調(diào)養(yǎng)鮮、調(diào)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(zhǎng)，減緩營(yíng)養(yǎng)成分的流失。平衡室內(nèi)溫度，當(dāng)箱內(nèi)濕度過大時(shí)，自動(dòng)吸收水分；濕度過少時(shí)，則適度釋放水分，長(zhǎng)保食物鮮活水靈，保鮮期長(zhǎng)達(dá)5天?？讫埑晒ρ兄频闹袊?guó)第一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)冰箱(BCD-348W/HT)，讓冰箱行業(yè)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。網(wǎng)絡(luò)冰箱通過網(wǎng)絡(luò)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(shí)維修服務(wù)中心遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)就能對(duì)冰箱進(jìn)行檢測(cè)、診斷，及時(shí)優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，排解運(yùn)行故障，讓冰箱時(shí)刻處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)還可享受制訂食譜、烹飪指導(dǎo)、網(wǎng)上購物等先進(jìn)功能。1、冰箱用壓縮機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)壓縮機(jī)是電冰箱系統(tǒng)的心臟，是使制冷系統(tǒng)保持循環(huán)的關(guān)鍵部件。壓縮機(jī)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(jī)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(dòng)。2、新型節(jié)能制冷壓縮機(jī)家用制冷機(jī)的節(jié)能措施有多種：變頻壓縮機(jī)、雙轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)、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(shí)現(xiàn)節(jié)能的方案正在得到廣泛應(yīng)用。最早的變頻冰箱著眼于快速冷凍，已經(jīng)從市場(chǎng)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(shí)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(jī)，要解決低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)問題和潤(rùn)滑油供給問題，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的軸承負(fù)荷問題、摩擦和磨損問題，因此對(duì)壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)和制造提出了更高的要求，控制系統(tǒng)也比較復(fù)雜，增加了成本［2。另一種新型節(jié)能制冷壓縮機(jī)是使用直線振動(dòng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的新一代活塞式壓縮機(jī)達(dá)到節(jié)能的目的。直線電機(jī)利用電能直接產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)，它有突出的優(yōu)點(diǎn)：a） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：在需要直線運(yùn)動(dòng)的地方，采用直線電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)直接傳動(dòng)，不需要一套將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钊本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)的中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，因而使機(jī)器設(shè)備總體結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，體積大大縮小。b） 反應(yīng)速度快，隨動(dòng)性好：直線電機(jī)容易做到無刷無接觸運(yùn)行，動(dòng)子在運(yùn)動(dòng)中毫無機(jī)械阻力，這是其它傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置無法競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)點(diǎn)。c） 容易密封，隨動(dòng)性好：直線電機(jī)容易做到無刷無接觸運(yùn)行，動(dòng)子在運(yùn)動(dòng)中毫無機(jī)械阻力，這是其它傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置無法競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)點(diǎn);適用性強(qiáng)：由于電機(jī)本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又可做到無接觸運(yùn)行，因此容易密封，經(jīng)過適當(dāng)浸漬、涂封，它可在各種特殊環(huán)境中使用（包括液態(tài)物質(zhì)中）。d） 穩(wěn)定可靠，壽命長(zhǎng)：直線電機(jī)是一種直接傳動(dòng)的特種電機(jī)，可實(shí)現(xiàn)無接觸傳遞力，沒有什么機(jī)械損耗，故障少，幾乎不需要維修，不怕震動(dòng)和沖擊，因此穩(wěn)定可靠，壽命長(zhǎng)。目前發(fā)達(dá)國(guó)家均采用微型低溫制冷機(jī)作為紅外探測(cè)器件以及高溫超導(dǎo)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?yàn)樗菀鬃龅轿⑿突?、更高的可靠性和不受放置方向的限制等。低溫制冷機(jī)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(jī)一體化設(shè)計(jì)的特種直線壓縮機(jī)，其電功轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)90%以上。美國(guó)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(jī)驅(qū)動(dòng)的斯特林制冷機(jī)，它是提高衛(wèi)星有效載荷和延長(zhǎng)衛(wèi)星使用壽命的有效手段。目前，國(guó)外正在進(jìn)行將這一高技術(shù)成果推向民用的研究。美國(guó)正在開發(fā)用于家用制冷機(jī)的直線馬達(dá)制冷壓縮機(jī)。這一項(xiàng)目由美國(guó)環(huán)保署（U.S.EnvironmentalProtectionAgency，簡(jiǎn)稱EPA）發(fā)起并啟動(dòng)研發(fā)，美國(guó)環(huán)保署、美國(guó)宇航局、投資公司等相繼投入資金推動(dòng)進(jìn)一步的研究。3、混合工質(zhì)冰箱壓縮機(jī)近年來，為了滿足環(huán)保和市場(chǎng)的需要，國(guó)內(nèi)電冰箱廠紛紛推出了CFCs工質(zhì)替代的電冰箱（俗稱無氟冰箱或環(huán)保冰箱）；相應(yīng)地，電冰箱壓縮機(jī)廠也不斷開發(fā)出CFCs工質(zhì)替代的制冷壓縮機(jī)。混合工質(zhì)在替代路線中，處于一種過渡時(shí)期，相應(yīng)對(duì)壓縮機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)變動(dòng)很少，不致引起工夾具、模具作大的變動(dòng)，因此，混合工質(zhì)壓縮機(jī)將廣為使用?；旌瞎べ|(zhì)的物性要求壓縮機(jī)的使用應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：a） 制冷壓縮機(jī)所用的潤(rùn)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(jī)油是由天然石油提煉出的油品作為基礎(chǔ)油調(diào)制而成，而合成油則是以合成油品為基礎(chǔ)油調(diào)制而成，合成油一般采用烷基苯油。在三種冷凍機(jī)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(duì)R12的混溶性還可滿足使用。根據(jù)以上分析及結(jié)合各種油所做的臺(tái)架試驗(yàn)，決定使用混合工質(zhì)的壓縮機(jī)采用烷基苯油。b） 由于混合工質(zhì)中R152a和烷基苯油的分子極性相對(duì)于R12時(shí)情況要強(qiáng)，因而對(duì)壓縮機(jī)中使用的所有非金屬零件提出了更高要求。通過壓縮機(jī)使用不同冷凍機(jī)油時(shí)的臺(tái)架試驗(yàn)得出：原使用R12作為制冷工質(zhì)的壓縮機(jī)使用混合工質(zhì)時(shí)，絕緣材料（聚脂薄膜）需要改進(jìn)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(guó)冰箱發(fā)展前景展望2004年冰箱行業(yè)的熱點(diǎn)話題非“節(jié)能”莫屬。國(guó)家節(jié)能新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施、全國(guó)部分地區(qū)出現(xiàn)的電力匱乏都使節(jié)能冰箱成為消費(fèi)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(diào)查，目前市場(chǎng)上節(jié)能冰箱除了傳統(tǒng)的加厚保溫層技術(shù)外，主要采用變頻技術(shù)、真空絕熱技術(shù)和多循環(huán)制冷系統(tǒng)技術(shù)等來提高產(chǎn)品的節(jié)能性能。真空絕熱技術(shù)節(jié)能效果明顯，但對(duì)材料及應(yīng)用技術(shù)要求較高，更主要的是成本高，以一臺(tái)200立升左右的冰箱計(jì)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(shù)在冬天和夏天都具有比普通機(jī)械式溫控冰箱節(jié)能的優(yōu)勢(shì)，但在春秋季常溫下則節(jié)能效果不明顯，且冰箱開關(guān)機(jī)頻繁、噪音大、啟動(dòng)能耗增加，因此目前沒有一個(gè)國(guó)際知名品牌采用此技術(shù)；而通過變頻技術(shù)降低能耗則是全球發(fā)展趨勢(shì)。目前，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)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(shù)。由于以往國(guó)內(nèi)在生產(chǎn)變頻壓縮機(jī)方面技術(shù)較為落后，國(guó)內(nèi)企業(yè)所需的變頻壓縮機(jī)進(jìn)口較多，所以變頻冰箱的成本較高。但近幾年，隨著我國(guó)在變頻技術(shù)上的快速發(fā)展，一些企業(yè)紛紛與國(guó)際著名的企業(yè)合作開發(fā)變頻壓縮機(jī)。由于目前變頻壓縮機(jī)無需再進(jìn)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(lǐng)了中國(guó)冰箱變頻技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。中國(guó)節(jié)能產(chǎn)品認(rèn)證中心曾對(duì)變頻冰箱作過嚴(yán)格的檢測(cè)，不僅向消費(fèi)者推薦變頻冰箱在節(jié)能上的優(yōu)勢(shì)，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(shù)的優(yōu)勢(shì)不僅得到了冰箱生產(chǎn)廠家的認(rèn)可和應(yīng)用，在其他家電產(chǎn)品上也頗受歡迎，變頻空調(diào)、變頻洗衣機(jī)、變頻微波爐......已越來越多地走近老百姓的生活。業(yè)內(nèi)人士指出：“變頻”已成為全球家電的發(fā)展趨勢(shì)，中國(guó)作為全球最大的家電制造基地，“變頻風(fēng)暴”已經(jīng)臨近。近幾年，歐洲冰箱企業(yè)紛紛向東歐轉(zhuǎn)移，美國(guó)冰箱產(chǎn)業(yè)向墨西哥遷徙，中國(guó)則是歐美日這場(chǎng)大轉(zhuǎn)移的共同目標(biāo)。與此同時(shí)，中國(guó)家電企業(yè)面對(duì)虧損和微利紛紛尋找新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。在冰箱行業(yè)中，各大冰箱企業(yè)更加是面臨著國(guó)內(nèi)國(guó)外同行企業(yè)的雙重競(jìng)爭(zhēng)，要想在原有的市場(chǎng)份額上保持固定的利潤(rùn)又要開拓未知市場(chǎng)，這對(duì)于我國(guó)冰箱行業(yè)來說的確是一大考驗(yàn)。要想在激烈競(jìng)爭(zhēng)中站穩(wěn)腳跟，那么最重要的是認(rèn)清市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，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(diǎn)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(fèi)者最關(guān)心的問題。如何在制冷劑上實(shí)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(nèi)人事在技術(shù)上日漸改良的重點(diǎn)。根據(jù)《蒙特利爾協(xié)議》，2010年將是國(guó)際有氟冰箱的大限年，我國(guó)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(qiáng)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(jī)的壽命問題在消費(fèi)者中也是一個(gè)相當(dāng)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(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)份額的焦點(diǎn)所在。具體到如何提高效率和壓縮機(jī)壽命就要看哪個(gè)企業(yè)在技術(shù)上更加成熟?？偠灾?，冰箱的發(fā)展就是依靠于制冷技術(shù)的發(fā)展。三，冰箱使用的方便快捷對(duì)于現(xiàn)代人來說是一個(gè)迫切需要改進(jìn)的技術(shù)問題。其一，笨重的家庭大型冰箱對(duì)于21世紀(jì)的人生活來說已經(jīng)是一種麻煩。既不容易搬運(yùn)，也不容易實(shí)現(xiàn)合理的裝飾布置，因此小型冰箱日益受到市場(chǎng)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(jī)的噪音也是消費(fèi)者希望