冰箱制冷循环的节能分析

冰箱制冷循环的节能分析

王延香

关键词：冰箱制冷；循环；节能

引言：

电冰箱所需的耗电量在近几年来一直呈现出上升趋势。有效开展电冰箱节能工作不仅是能源工作必不可少的一部分，同时也是整个电冰箱行业得以提高发展的热点问题。电冰箱制冷循环模式作为电冰箱节能降耗必不可少的组成部分，制冷循环模式不同，能耗也是有很大差别的。尤其是当前世界“能源危机”日益紧迫的关头，减少建筑能耗是中国可持续发展必须研究解决的重大问题。

1、冰箱制冷循环的发展

1.1传统双温冰箱制冷循环

传统双温冰箱制冷循环。制冷剂经毛细管节流后依次进入冷冻室和冷藏室蒸发器，在同一蒸发温度（约-30℃）下，来分别维持冷冻室温度（约-18℃以下）和冷藏室温度（5℃左右）。由此可见，在冷藏室中存在较大的传热温差，会造成大的不可逆损失，导致循环的效率较低。

1.2一个蒸发器的冰箱制冷循环

具有一个蒸发器的冰箱制冷循环。它只用一个蒸发器来实现双温甚至多温的控制。当控制器感测到某个室内温度高于设定温度时，向那个室吹冷风，使其达到设定温度。这就是过去人们常说的无霜冰箱循环，其耗电量较大，效率较低。

1.3两个蒸发器的冰箱制冷循环的循环

两个蒸发器串联的循环和用纯制冷剂的串联循环。冷藏室与冷冻室蒸发器串联的制冷循环示。它与传统冰箱不同的是：冷藏室与冷冻室内的不同温度均由各自蒸发器风扇的开停来控制。压缩机运转初期以高蒸发温度运转，冷藏室风扇开，冷冻室风扇停止。当冷藏室达到设定温度后其风扇停转，同时冷冻室风扇运转。当冷冻室温度达到规定值后，风扇和压缩机同时停转。

1.3.1混合工质劳仑兹制冷循环

采用非共沸混合工质的冰箱制冷循环。它除具有两个串联的蒸发器外，还有两个高低温回热器，它是利用非共沸混合工质相变时的温升，以减小在冷藏室中的换热温差，减小不可逆损失。

1.3.2两个蒸发器并联的循环

这种两个蒸发器并联的循环，就是人们常说的双循环冰箱。在冷冻室及冷藏室蒸发器中，制冷剂分别以不同的蒸发温度蒸发制冷，从而缩小了换热温差，提高了循环效率。

2、典型制冷系统循环模式

2.1双循环制冷系统

双循环制冷系统引入一个分流电磁换向阀或者稳态电磁阀，主要功能为实现单个冷藏间室或冷冻间室从制冷循环中断开，单个冷藏冷冻箱可以实现冷藏或者冷冻功能的转换，选择功能的转换控制是通过换向阀或者稳态电磁阀的开闭来实现。制冷剂流程可简述为以下三种情况：①压缩机→冷凝器+过滤装置→换向阀→冷藏毛细管→冷藏蒸发器→冷冻蒸发器→压缩机②压缩机→冷凝器+过滤装置→换向阀→冷冻毛细管→冷冻蒸发器→压缩机③压缩机→冷凝器+过滤装置→换向阀→冷藏毛细管→冷藏蒸发器→压缩机

分析：冷藏蒸发器蒸发温度由冷藏毛细管节流产生，冷冻蒸发器蒸发温度由冷冻毛细管节流产生，冷藏功能和冷冻功能的转换所带来的冷量负荷是不一样的，单位容积制冷量降，总的制冷剂加入量下降，理论比功降低，压缩机轴功率降低。

2.2三循环制冷系统

三循环制冷系统中引入变温室储温功能单元，可实现储温功能变温功能转换。三循环制冷系统引入两个分流电磁换向阀或者双稳态电磁阀，主要功能为实现冷藏功能以及变温功能从制冷循环中断开，以单独实现冷冻功能以及冷藏冷冻功能匹配、变温和冷冻功能匹配等功能组合。选择控制的转换简单通过换向阀组合的开闭换向接通变温毛细管、冷藏毛细管、冷冻毛细管来实现。

第一种情况：电磁阀常闭关闭。压缩机→冷凝器+过滤装置→换向阀组合→变温室毛细管→变温室蒸发器→冷冻室蒸发器→压缩机

第二种情况：电磁阀常闭关闭。压缩机→冷凝器+过滤装置→换向阀组合→冷藏毛细管→冷藏蒸发器→冷冻蒸发器→压缩机

第三种情况：电磁阀常闭打开。压缩机→冷凝器+过滤装置→换向阀组合→冷冻毛细管→冷冻蒸发器→压缩机

分析：三循环制冷系统提供了多于双循环制冷系统的储藏温度功能，引导高档冰箱多样化储藏功能设计。双稳态电磁阀结构由主控程序的脉冲发生器发射脉冲实现通断，基本无电能消耗。回气管组成换热器结构需要依据不同节流方式的毛细管的匹配粘贴长度，可实现回气换热器末端多余过冷液态制冷剂换热，满足回气管末端温度高于环境相对湿度的露点温度，避免回气管不凝露。

2.3冷凝器保压循环制冷系统

该系统将一泄压毛细管并联于冷凝器结构流程，端口由单向阀和三通阀组成制冷剂换向控制器接入循环。压缩机停机工作状态，脉冲单向阀断开：冷凝器+过滤装置反方向→泄压毛细管→脉冲单+三通阀→冷冻蒸发器→冷藏蒸发器→压力平衡。压缩机停机工作状态，脉冲单向阀断开：冷凝器+过滤装置反方向→泄压毛细管→脉冲单+三通阀→冷冻蒸发器→冷藏蒸发器→压力平衡。典型制冷循环中从压缩机停机开始，系统高低压区失去压差动力，自动开始平衡，受到蒸发器低压区影响，吸气管温度位于环境温度t（25℃）以下，该部分冷量由于不属于有效制冷区域，属于无效；同时由于回气管与蒸发器末端相通，回气管的温度波动进一步影响蒸发器，直接结果就是造成蒸发器温度快速回升。

采用冷凝保压制冷循环后，系统冷凝器开停机时刻，冷凝器温度在系统停机后依然保持在28℃～30℃之间，并继续同环境进行热交换，吸气管由于没有了从低压部分过来的低温蒸气交换热，从而温度快速受压缩机温度影响而上升，该部分热量为压缩机有效散热。

3、冰箱制冷循环的节能的建议

首先，完善制冷系统各个部件的设计按照节能参数原则进行优化时非常有必要的，25℃环境温度条件下蒸发温度要求控制在26℃～28℃：过滤器的过冷度控制在8℃～1O℃；其次，充分利用停机阶段的高低压部分的压差继续转化为制冷量，维持冷凝器部分的持续散热。提升冰箱制冷系统的节能水平不是单纯的依靠制冷系统来实现的，是需要包括保温层设计，压缩机工况实际运行数据修正，以及结构漏热处理来综合实现的。节能设计从一开始就需要统筹全面，抓住细节，分析热损失的主要方面。

结束语：

综上所述，随着蒸发温度的降低，制冷循环的制冷量及制冷系数均明显下降。因此在运行中只要能满足被冷却物体的温度要求，我们总希望制冷机保持较高的蒸发温度，以保证获得较大的制冷量和较好的经济性。由于冷凝温度的升高使循环的制冷量及制冷系数下降，故运行中要尽量控制冷凝温度，使它不要过高。

参考文献

[1]李建周.冰箱冷凝器压力缀释技术的实验研究和节能技术分析[J].东南大学，2011

[2]唐黎明.周苏明.带有冷变换器的双压缩机耦合冰箱[J].浙江大学学报，2013

[3]王雪飞.张伟.冰箱制冷循环的节能分析[J].城市建设理论研究，2014