电冰箱的发展与创新

湖南理工学院机械创新设计论文题目： 冰箱的发展与创新系部： 机电系专业：机械设计制造及其自动化班级： 姓名： 序号： 2012年12月1日电冰箱的发展与创新前言：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。17世纪中期，“冰箱”这个词才进入了美国语言，在那之前，冰只是刚刚开始影响美国普通市民的饮食。随着城市的发展冰的买卖也逐渐发展起来。它渐渐地被旅馆、酒店、医院以及一些有眼光的城市商人用于肉、鱼和黄油的保鲜。内战(1861-1865)之后，冰被用于冷藏货车，同时也进入了民用。到1880年以前，已经有半数在纽约、费城和巴尔的摩销售的冰，三分之一在波士顿和芝加哥销售的冰箱开始进入家庭使用，因为一种新的家庭设备一一冰箱一一即现代冰箱的前身，被发明了。现在同类产品还有冰柜。制造一台有效率的冰箱不像我们想象的那么简单。19世纪早期，发明家们关于对冷藏科学至关重要的热物理知识的了解是很浅陋的。人们认为最好的冰箱应该防止冰的融化，而这样一个在当时非常普遍的观点显然是错误的，因为正是冰的融化起到了制冷作用。早期人们为保存冰而作出了大量的努力，包括用毯子把冰包起来，使得冰不能发挥它的作用。直到近19世纪末，发明家们才成功地找到有效率的冰箱所需要的隔热和循环的精确平衡。但早在1800年，一位有发明天才的马里兰农场主一一托马斯•莫尔就找到了正确的方法。他拥有一个农场，离华盛顿约 20英里，那里的乔治镇村庄是集市中心。当他用自己设计的冰箱运送黄油去市场时，他发现顾客们会走过装在竞争者桶里那些迅速融化的黄油而给他比市价更高的价格买他仍然新鲜坚硬，整齐地切成一磅一块的黄油。莫尔说他的冰箱的一个好处是使得农民们不必为了保持他们产品的低温而在夜里去市场交易。工作原理1）压缩式电冰箱：该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，蒸发汽化时吸收热量的原理制成的。其优点是寿命长，使用方便，目前世界上91〜95%的电冰箱属于这一类。目前常用的电冰箱利用了一种叫做R600a的制冷剂作为热的“搬运工”，把冰箱里的“热”“搬运”到冰箱的外面。2） 吸收式电冰箱：该种电冰箱可以利用热源（如煤气、煤油、电等）作为动力。利用氨一水一氢混合溶液在连续吸收一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。5） 电磁振动式冰箱：它是用电磁振动机作本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。制冷风方式气体压缩式电冰箱它是依靠低沸点液态制冷剂（如氟利昂R12）汽化时吸热达到制冷目的，再以压缩机将其蒸发压缩，继而使之放热液化，从而完成制冷循环的电冰箱。由于这种电冰箱的理论和生产技术，工艺方面都比较成熟，使用寿命较长，所以目前国内生产的电冰箱中，90%以上都是这类电冰箱。气体吸收式电冰箱它是以热源为动力，常用氨作制冷剂，可造成液氨蒸发条件的氢作扩散剂，利用氨、水和氢混合溶液完成连续“吸收-扩散”方式的电冰箱。由于没有运转机械，因而它无噪音，结构简单，成本低，不易损坏，使用寿命长。可采用电、天然气、煤油灯及太阳能等各种热源加热使其工作。半导体式电冰箱它是利用半导体材料产生珀尔占效应进行工作的，即用P型半导体和N型半导体制成电偶，接通直流电后，在节点处产生放热和吸热现象，从而达到制冷目的。半导体制冷与机械制冷比较，有体积小、质量轻、无噪音、无振动、无磨损、寿命长、冷却速率调整方便、无污染等特点。但由于价格高，目前还未普及使用。我国电冰箱业发展现状我国家用电冰箱行业始于1956年，改革开放以来取得了突飞猛进的发展，到1985年鼎盛时期有110多家冰箱生产厂家。在发展初期，主要依靠产品数量的扩大，随着市场经济体制的不断完善，家电行业从数量扩张向高质量转变。近几年来，由于多种因素的制约，国内市场对家用电器的需求明显放慢，于是'价格战”几乎渗透到家电的每一个行业。然而，冰箱业却一片宁静。其实，中国冰箱业几年来一直在进行技术较量。广东科龙集团在这方面的步调就比其它厂家快一步。科龙首创的“养鲜魔宝”技术，用稀有金属及其化合物制成，具有气调养鲜、调湿养鲜、除臭保鲜三大功能。有效吸收果蔬释放的催熟气体乙烯，从而抑制果菜生长，减缓营养成分的流失。平衡室内温度，当箱内湿度过大时，自动吸收水分；湿度过少时，则适度释放水分，长保食物鲜活水灵，保鲜期长达5天。科龙成功研制的中国第一台网络冰箱(BCD-348W/HT)，让冰箱行业进入网络时代。网络冰箱通过网络接口与家用电脑串联起来，通过电脑连接到因特网，这时维修服务中心远程计算机就能对冰箱进行检测、诊断，及时优化运行参数，排解运行故障，让冰箱时刻处于最佳运行状态，同时还可享受制订食谱、烹饪指导、网上购物等先进功能。1、冰箱用压缩机的发展趋势压缩机是电冰箱系统的心脏，是使制冷系统保持循环的关键部件。压缩机的功用是吸收蒸发器中低温气体制冷剂，然后压缩成高温高压的气体制冷剂，并排至冷凝器冷却。亦即压缩机的功用是在制冷系统中建立压力差，以便使制冷剂在系统中循环流动。2、新型节能制冷压缩机家用制冷机的节能措施有多种：变频压缩机、双转子压缩机、模糊逻辑控制、微孔发泡、节能差压阀等。其中采用变频控制实现节能的方案正在得到广泛应用。最早的变频冰箱着眼于快速冷冻，已经从市场上消失，已被新一代节能型变频冰箱代替。损耗降低32%，噪声降低约20db，缩短冷冻时间1/2以上。特别是工作频率提高后，变频装置成本也显著下降。由于采用变频压缩机，要解决低速运转时的振动问题和润滑油供给问题，高速运转时的轴承负荷问题、摩擦和磨损问题，因此对压缩机的设计和制造提出了更高的要求，控制系统也比较复杂，增加了成本［2。另一种新型节能制冷压缩机是使用直线振动电动机驱动的新一代活塞式压缩机达到节能的目的。直线电机利用电能直接产生直线运动，它有突出的优点：a） 结构简单：在需要直线运动的地方，采用直线电机可以实现直接传动，不需要一套将旋转运动转变为活塞直线往复运动的中间转换机构，因而使机器设备总体结构大大简化，体积大大缩小。b） 反应速度快，随动性好：直线电机容易做到无刷无接触运行，动子在运动中毫无机械阻力，这是其它传统驱动装置无法竞争的优点。c） 容易密封，随动性好：直线电机容易做到无刷无接触运行，动子在运动中毫无机械阻力，这是其它传统驱动装置无法竞争的优点;适用性强：由于电机本身结构简单，又可做到无接触运行，因此容易密封，经过适当浸渍、涂封，它可在各种特殊环境中使用（包括液态物质中）。d） 稳定可靠，寿命长：直线电机是一种直接传动的特种电机，可实现无接触传递力，没有什么机械损耗，故障少，几乎不需要维修，不怕震动和冲击，因此稳定可靠，寿命长。目前发达国家均采用微型低温制冷机作为红外探测器件以及高温超导器件的冷源（通常提供液氮至液氢温区约-200°C〜-150°C的制冷温度），因为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。低温制冷机由低温制冷器和压力波发生器组成。其中压力波发生器是一种无阀型活塞-电机一体化设计的特种直线压缩机，其电功转换效率可高达90%以上。美国宇航局及欧洲航天局从八十年代末至今发射的十余颗卫星均采用了这种压缩机驱动的斯特林制冷机，它是提高卫星有效载荷和延长卫星使用寿命的有效手段。目前，国外正在进行将这一高技术成果推向民用的研究。美国正在开发用于家用制冷机的直线马达制冷压缩机。这一项目由美国环保署（U.S.EnvironmentalProtectionAgency，简称EPA）发起并启动研发，美国环保署、美国宇航局、投资公司等相继投入资金推动进一步的研究。3、混合工质冰箱压缩机近年来，为了满足环保和市场的需要，国内电冰箱厂纷纷推出了CFCs工质替代的电冰箱（俗称无氟冰箱或环保冰箱）；相应地，电冰箱压缩机厂也不断开发出CFCs工质替代的制冷压缩机。混合工质在替代路线中，处于一种过渡时期，相应对压缩机改进设计变动很少，不致引起工夹具、模具作大的变动，因此，混合工质压缩机将广为使用。混合工质的物性要求压缩机的使用应注意以下几个方面：a） 制冷压缩机所用的润滑油目前主要有三种：石蜡基、环烷基及合成类油。区别于合成油，石蜡基、环烷基冷冻机油是由天然石油提炼出的油品作为基础油调制而成，而合成油则是以合成油品为基础油调制而成，合成油一般采用烷基苯油。在三种冷冻机油中，烷基苯油最易溶于氟系制冷剂，环烷基油次之，石蜡基油混溶性最差，但对R12的混溶性还可满足使用。根据以上分析及结合各种油所做的台架试验，决定使用混合工质的压缩机采用烷基苯油。b） 由于混合工质中R152a和烷基苯油的分子极性相对于R12时情况要强，因而对压缩机中使用的所有非金属零件提出了更高要求。通过压缩机使用不同冷冻机油时的台架试验得出：原使用R12作为制冷工质的压缩机使用混合工质时，绝缘材料（聚脂薄膜）需要改进采用一种萃取性好，耐高温、不脆化的新型材料，其它非金属、金属零件材料不需要更改我国冰箱发展前景展望2004年冰箱行业的热点话题非“节能”莫属。国家节能新标准的实施、全国部分地区出现的电力匮乏都使节能冰箱成为消费者的首选。因此，众多冰箱生产厂家也将产品开发重心放在了节能上。据调查，目前市场上节能冰箱除了传统的加厚保温层技术外，主要采用变频技术、真空绝热技术和多循环制冷系统技术等来提高产品的节能性能。真空绝热技术节能效果明显，但对材料及应用技术要求较高，更主要的是成本高，以一台200立升左右的冰箱计算，成本增加约500元，目前只有日本各企业在试产，所以很难普及；采用多循环制冷系统技术在冬天和夏天都具有比普通机械式温控冰箱节能的优势，但在春秋季常温下则节能效果不明显，且冰箱开关机频繁、噪音大、启动能耗增加，因此目前没有一个国际知名品牌采用此技术；而通过变频技术降低能耗则是全球发展趋势。目前，欧美等发达国家均已普及变频冰箱，日本中高档冰箱中95%以上采用了变频技术。由于以往国内在生产变频压缩机方面技术较为落后，国内企业所需的变频压缩机进口较多，所以变频冰箱的成本较高。但近几年，随着我国在变频技术上的快速发展，一些企业纷纷与国际著名的企业合作开发变频压缩机。由于目前变频压缩机无需再进口且能大批量生产，所以大大降低了变频冰箱的成本，使变频冰箱更加贴近于寻常百姓，也引领了中国冰箱变频技术的应用和发展。中国节能产品认证中心曾对变频冰箱作过严格的检测，不仅向消费者推荐变频冰箱在节能上的优势，并指出变频冰箱在降低产品噪音以及保鲜上也有很大的突破。变频技术的优势不仅得到了冰箱生产厂家的认可和应用，在其他家电产品上也颇受欢迎，变频空调、变频洗衣机、变频微波炉......已越来越多地走近老百姓的生活。业内人士指出：“变频”已成为全球家电的发展趋势，中国作为全球最大的家电制造基地，“变频风暴”已经临近。近几年，欧洲冰箱企业纷纷向东欧转移，美国冰箱产业向墨西哥迁徙，中国则是欧美日这场大转移的共同目标。与此同时，中国家电企业面对亏损和微利纷纷寻找新的利润增长点。在冰箱行业中，各大冰箱企业更加是面临着国内国外同行企业的双重竞争，要想在原有的市场份额上保持固定的利润又要开拓未知市场，这对于我国冰箱行业来说的确是一大考验。要想在激烈竞争中站稳脚跟，那么最重要的是认清市场的发展趋势，在未来几年里将是冰箱业发展的新一轮高峰期。未来发展创新点一，随着人们生活水平的提高，冰箱的环保问题一直是我们生产厂家与消费者最关心的问题。如何在制冷剂上实现有效的过渡，如何从有氟冰箱向无氟冰箱过渡，是生产厂家和业内人事在技术上日渐改良的重点。根据《蒙特利尔协议》，2010年将是国际有氟冰箱的大限年，我国则承诺到2005年全面停止有氟冰箱的生产和销售，有氟冰箱生产线在此之前将被强行淘汰，无氟冰箱成为冰箱业发展的必然方向。二，冰箱的能耗以及压缩机的寿命问题在消费者中也是一个相当突出的问题。如何提高制冷效率与降低能源损耗是各大生产厂家竞争市场份额的焦点所在。具体到如何提高效率和压缩机寿命就要看哪个企业在技术上更加成熟。总而言之，冰箱的发展就是依靠于制冷技术的发展。三，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，因此小型冰箱日益受到市场的青睐。其二，冰箱的多功能与操作的难易程度也是冰箱发展趋向。四，降低压缩机的噪音也是消费者希望