电冰箱、空调器原理与维修 电视机原理与维修
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第二章 电冰箱

复习要求

1.了解电冰箱的基本组成,熟练掌握电冰箱的结构特点及制冷原理,了解电冰箱型号及主要技术参数。

2.掌握电冰箱箱体构造及结构组成特点。

3.掌握电冰箱制冷系统的类型及制冷系统的零部件作用和组成。

4.熟悉掌握电冰箱的工作原理及电冰箱电气控制原理。

5.了解电冰箱的新技术与新品种,了解无氟电冰箱的工作原理及运行特点。

复习内容

一、电冰箱概述

1.定义 电冰箱是以人工方法获得低温并提供储存空间的冷藏与冷冻器具。而家用电冰箱是指供家庭使用,并有适当容积和装置的绝热箱体,用消耗电能的手段来制冷,并具有一个或多个间室。家用电冰箱型号的第一个字母用“B”表示。

目前国内外生产的电冰箱绝大多数为电动机压缩式电冰箱,它主要由箱体、制冷系统、电气自动控制系统和附件四部分组成。箱体是电冰箱的躯体,用来隔热保温。一般箱体内的空间分冷藏和冷冻两个部分。制冷系统利用制冷剂在循环过程中的吸热和放热作用,将箱内的热量转移到箱外介质(空气)中去,使箱内温度降低,达到冷藏、冷冻食物的目的。电气自动控制系统用于保证制冷系统按照不同的使用要求自动而安全地工作,将箱内温度控制在一定范围内以达到冷藏、冷冻需要。附件是为完善和适应冷藏、冷冻不同要求而设置的。

2.电冰箱分类

(1)按用途不同分类

[1]冷藏箱 它没有冷冻功能,主要用于食品和药品的冷藏保鲜,也可以用来短期储存少量的冷冻食品。

[2]冷冻箱 它没有冷藏室,只有一个冷冻室,可提供-18℃以下的低温,供冷冻较多的食品之用。

[3]普通家用电冰箱 它具有冷藏和冷冻两种功能。其箱体分为两个相互隔离的小室,各室温度不同,其中一个为冷冻室(有的还具有速冻功能),其余为具有不同温度的冷藏室。

(2)按容积大小分类

[1]携带式电冰箱 容积在12~20L范围内,多为半导体电冰箱,供旅行及装在汽车上使用。

[2]台式电冰箱 容积在30~50L之间,多设在旅馆房间内供住客使用。

[3]落地式电冰箱 容积在50L以上,我国家庭多使用150~270L的电冰箱。

(3)按使用环境温度不同分类

[1]亚温带型(SN型)使用的环境温度为10~32℃。

[2]温带型(N型)使用的环境温度为16~32℃。

[3]亚热带型(ST型)使用的环境温度为18~38℃。

[4]热带型(T型)使用的环境温度为18~43℃。

(4)按箱体结构分类

[1]平背式电冰箱 其特点是外壳平整美观、噪声低,但通风条件差、散热效果不好、维修麻烦。

[2]凸背式电冰箱 其特点是单位散热面积大、通风条件好、维修方便,但外观不美观。

(5)按箱门数量分类

单门电冰箱;双门电冰箱;三门电冰箱;四门或多门电冰箱。

(6)按冷却方式不同分类

[1]直冷式电冰箱 直冷式电冰箱也称为有霜电冰箱,采用空气自然对流的降温方式。其特点是结构简单,冻结速度快,耗电少,但冷藏室降温慢,箱内温度不均匀,冷冻室蒸发器易结霜,化霜麻烦。

[2]间冷式电冰箱 间冷式电冰箱也称为无霜电冰箱,采用强制空气对流的降温方式。其特点是采用自动化霜方式,箱内降温快且温度均匀,但结构复杂,耗电多。

[3]直冷、风冷混合式电冰箱 这种电冰箱冷藏室一般采用空气自然对流的降温方式,冷冻室采用强制空气对流的降温方式。

(7)按制冷原理不同分类

[1]全封闭蒸气压缩式电冰箱

[2]吸收式电冰箱

[3]半导体式电冰箱 半导体式电冰箱的制冷系统无机械运动、无噪声、制造方便。但它的制造成本高、制冷效率低,且必须使用直流电源,因此只限于使用在某些特定的场合(如实验室、汽车等)。

3.电冰箱的型号及命名含义(参见教材图2-11)

4.电冰箱的主要规格及技术参数

(1)有效容积 电冰箱的有效容积是指关上箱门后,电冰箱内壁所包围的可供储藏物品的空间的大小,单位通常用升(L)表示。生产厂家在产品铭牌或样本上标出的有效容积为该产品的额定有效容积。

(2)箱内温度范围及星级规定

[1]冷藏室温度 双门双温电冰箱冷藏室温度一般为0~10℃,三门电冰箱果蔬室的温度约6℃以上;四门电冰箱可设计温室,用于冷藏新鲜肉和豆腐等,其温度为0~1℃。

[2] 冷冻室温度用星级规定区分。

(3)压缩机输入功率 电冰箱采用全封闭式压缩机,其铭牌上标出压缩机的输入功率。

(4)日耗电量 电冰箱的日耗电量是按国家标准测度方法,在25℃的环境温度下运行24h测出的所消耗的电能,并标注在产品的铭牌上,单位为千瓦小时/24小时(kw· h/24h)。

(5)电源 我国生产的电冰箱多采用单相交流市电,额定电压为220v,频率为50Hz。

(6)制冷剂及其充注量 目前家用电冰箱多采用R12或R134a为制冷剂。不同规格的电冰箱制冷剂的充注量是不同的,以厂家说明为准。

二、电冰箱箱体

电冰箱箱体是电冰箱的躯体部分,由外箱、内胆、绝热层、箱门(门封胶条、门铰链等)、箱内附件(搁架、各类盒盘)等组成。除制冷系统外,箱体的隔热保温和箱门的密封性是电冰箱制冷效果好坏的关键。

箱体的热损失主要表现为如下三个方面;一是箱体绝热层的热损失,占总热损失的80%左右;二是箱门和门封条的热损失,约占总热损失的15%;三是箱体结构零件的热损失,约占总热损失的3%。

1.外箱

(1)外箱的结构形式 一般有整体式和拼装式两种(参见教材图2-12和图2-13)。

(2)外箱的组成 外箱与门面板一般采用0.6~1mm冷轧钢板经裁剪、冲压和焊接成型,外表面需经过磷化、涂漆或喷塑处理。

2.箱体内胆

(1)内胆的位置、作用和要求 箱体内胆位于内层,用以将冷藏、冷冻空间与隔热层分开。要求是无毒、无味和耐腐蚀。

(2)内胆的材料 金属内胆有不锈钢薄板、防锈铝板和经过搪瓷处理或喷涂的薄板。非金属有ABS工程塑料、HIPS板材和改性聚苯乙烯塑料。

3.箱门

(1)箱门的结构 箱门是由外壳、内衬板和磁性门封组成的。

(2)磁性门封的材料和作用 为了防止从箱门和箱体的结合处泄漏冷气,电冰箱的箱门上均装有磁性门封。它是在软质聚氯乙烯门封条内插入磁性胶条,根据门的尺寸将四角切口再热黏合制成,然后嵌入箱门四周的塑料框架内,箱门靠磁性胶条的磁力将箱门与箱体外壳紧紧吸合,防止箱内冷气的外泄和外部空气的侵入(参见教材图2-17和图2-18)。

4.绝热材料 目前电冰箱的绝热材料常采用硬质聚氨酯泡沫塑料,其优点是重量轻、导热系数低、绝热性能好,使电冰箱绝热层越来越薄。硬质聚氨酯泡沫塑料的发泡方法,目前主要有一次发泡法和二次发泡法。

三、电冰箱的基本工作原理

1.制冷循环过程

电冰箱一般常使用R12作制冷剂,并广泛采用蒸气压缩制冷方式,它的制冷循环包括节流、蒸发、压缩和冷凝四个过程。而蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀是蒸气压缩制冷系统的四个必不可少的基本部件。

制冷循环工作过程(参见教材图2-19)如下。

(1)蒸发过程:进入蒸发器的低压制冷剂液体,立即蒸发汽化,吸收被冷却空间的热量,变成低压蒸气,使室内空间温度降低达到制冷目的。

(2)压缩过程:为使制冷剂循环使用,必须将蒸发器内低压制冷剂蒸气收回,吸入到压缩机的汽缸中,经过压缩变成压力和温度都较高的气体,排入冷凝器中,完成制冷循环的压缩过程。

(3)冷凝过程:在冷凝器内,高压高温的制冷剂气体与冷却介质(空气或水)进行热交换,把制冷剂在蒸发器内所吸收的热量和压缩功的热量释放出来,使高压蒸气冷凝为高压液体。

(4)节流过程:当高压制冷剂流入节流阀(或毛细管)时,便产生减少液体流量的“节流”作用,使制冷剂减压,变成低压液体进入蒸发器。

2.回热制冷循环(参见教材图2-20)

为了限制节流汽化,从冷凝器出来的液态制冷剂应进一步降温,使其过冷。为了防止液击,气态制冷剂进入压缩机前就吸热升温,使其成为过热蒸气。为此,在循环管路上加热交换器,使从冷凝器流出来的温度较高的液态制冷剂,同蒸发器流出来的温度较低的气态制冷剂进行热交换,从而使液态制冷剂过冷,气态制冷剂过热,该过程称为回热制冷循环。

采用回热制冷循环不但可以提高系统的性能,使制冷循环能正常进行,而且还能回收冷凝器的部分热量,提高系统的效率。

四、制冷系统的类型、结构特点和工作原理

1.双门直冷式双温单控电冰箱制冷系统

(1)制冷系统的组成(参见教材图2-21和本书图1-1)

图1-1 双门直冷式双温单控制冷系统循环

1.低压回气管;2.干燥过滤器;3.毛细管;4.冷藏室蒸发器;5.冷冻室蒸发器;6.除霜蒸发器加热管;7.冷凝器;8.压缩机;9.防露管

双门直冷式双温单控制冷系统,如教材图2-21和本书图1-1所示。该系统在冷冻室和冷藏室中各设一个独立的蒸发器,两个蒸发器在制冷系统中是串联的。通过设在箱门框四周的冷凝器加热使之不结露。从毛细管节流降压后的制冷剂先进入冷藏室蒸发器,然后再进入冷冻室蒸发器。多数双门电冰箱都设置了除霜加热器,其作用是当箱内融化的霜水由出水管导流至底部的水蒸发盘时,吸收流经除霜加热器的高温高压制冷剂蒸气的热量,从而提高冷凝器效果。这样由冷凝器、门框防露管和除霜加热器一起组成一个冷凝系统。当压缩机通电运行时,其循环路径如下:压缩机→除霜加热器→冷凝器→门框防露管→干燥过滤器→毛细管→冷藏室蒸发器→冷冻室蒸发器→压缩机。

(2)双门直冷式双温单控电冰箱制冷系统的工作原理(参见教材图2-21)

[1]压缩机吸入来自蒸发器中的气态制冷剂,在内部汽缸内进行压缩,形成高温高压的气态制冷剂;把压力提高到与冷凝温度相对应的冷凝压力,经高压阀门从高压排气管送入冷凝器中。

[2]进入冷凝器的高温高压气态制冷剂,沿盘管向大气环境散热,与大气环境交换热量,同时由气态冷凝成液态。

[3]液态制冷剂经干燥过滤器吸收水分、滤除有形脏物,优化制冷环境,防止制冷系统冰堵和脏堵。

[4]液态制冷剂经毛细管节流,控制制冷剂的流量,来控制对蒸发器的供液量;把压力由冷凝压力降至蒸发压力,送至蒸发器内。

[5]进入蒸发器的液态制冷剂,剧烈地转变成气态制冷剂,同时,沿盘管吸收大量的热量,达到制冷目的。

2.双门直冷式双温双控电冰箱制冷系统

双门直冷式双温双控电冰箱制冷系统,如本书图1-2所示。该系统有两个温控器分别控制冷冻室和冷藏室的温度。冷藏室温控器是根据冷藏室温度变化来控制电磁切换阀的。例如,当冷藏室蒸发器温度升到3.5℃时,冷藏室温控器使电磁切换阀断电,制冷剂流入冷藏室蒸发器,继而进入冷冻室蒸发器,冷藏室产生制冷作用。当冷藏室温度达到设定值时,冷藏室温控器使电磁切换阀通电,制冷剂停止流入冷藏室蒸发器,而直接进入冷冻室蒸发器蒸发制冷。冷冻室温控器根据冷冻室要求来控制压缩机的开、停。

图1-2 双门直冷式双温双控制冷系统循环

当压缩机通电运行时,制冷剂经压缩机→除霜蒸发器加热管→冷凝器→防露管→干燥过滤器→电磁切换阀→第一毛细管→冷藏室蒸发器→冷冻室蒸发器→压缩机,完成一个制冷循环。当冷冻室负荷增大、冷藏室温度先达到设定值时,冷藏室温控器控制电磁切换阀改变制冷剂流向,使电磁切换阀的制冷剂经第二毛细管直接注入冷冻室蒸发器,然后流回压缩机。这时,切断了进入冷藏室蒸发器的制冷剂,只通过冷冻室蒸发器进行循环。当需要速冻时,制冷剂也只通过冷冻室蒸发器循环,这样可使冷冻室迅速降温。

3.双门间冷式电冰箱制冷系统各部件连接(参见教材图2-24)

双门间冷式电冰箱制冷系统各部件连接如教材图2-24所示。它只用一个翅片盘管式蒸发器,置于冷冻室与冷藏室之间的夹层,或冷冻室的后面与箱体之间的夹层,利用冷却风扇及风道把蒸发器产生的冷量送到冷藏室与冷冻室。它一般配置两个温控器(双门双温控制),冷冻室采用普通压力式温控器控制压缩机的开、停时间,以控制冷冻室的温度;冷藏室采用感温风门温控器控制流入冷藏室的冷量,以控制冷藏室的温度。间冷式电冰箱常采用自动化霜装置,以提高制冷效率。制冷原理与直冷式相似,不同之处是利用冷却风扇及风道把蒸发器产生的冷量强制地送到冷藏室与冷冻室。

五、制冷系统零部件

1.压缩机

(1)压缩机的作用及性能指标 压缩机就是通过消耗机械能,一方面压缩蒸发器排出的低压制冷蒸气,使之升到正常冷凝所需的冷凝压力,另一方面也提供了制冷剂在系统中循环流动所需的动力,达到循环冷藏或冷冻物品的目的。所以说压缩机在制冷系统中的作用犹如人的心脏一样重要。压缩机质量的优劣,将直接影响电冰箱的制冷性能。选用高性能的压缩机,对电冰箱各种性能指标至关重要。压缩机性能的高低,可用以下几个指标加以考核。

[1]制冷量 压缩机工作能力的大小就是以制冷量来衡量的,即压缩机工作时,每小时从被冷却物体带走的热量,以j/h(焦/小时)或w(瓦)表示,它是压缩机最主要的技术指标。压缩机制冷量大小随工况条件的变化而变化,工况条件不同制冷量大小也不同。

[2]功率 功率是压缩机的一个重要指标,是指压缩机单位时间内耗电的多少。

[3]性能系数COP为确切表示压缩机的性能,通常用性能系数来考核。性能系数就是制冷量与输出功率大小之比。COP越大说明压缩机效率越高。

(2)压缩机的分类(参见教材图2-25)

[1]压缩机按工作原理可分为:容积式和离心式两大类。容积式压缩机是通过改变工作腔的容积从而完成吸气—压缩—排气的循环工作过程。离心式压缩机是通过离心力的作用来压缩制冷剂蒸气的,常用于大型制冷设备。

[2]容积式压缩机按结构的不同可分为:往复活塞式和旋转式两类。

[3]往复活塞式压缩机常用的有:曲轴连杆式、曲柄连杆式、曲柄导(滑)管式、斜盘式和电磁振动式。

[4]旋转式压缩机又有:刮片式、滑片式、螺杆式和滚动转子式。

[5]压缩机根据与电动机的连接形式和密封方式可分为开启式、半封闭式和全封闭式三类。

开启式:压缩机与电动机之间用皮带传动,制冷剂靠轴封和冷冻油封闭。

半封闭式:压缩机与电动机之间用同轴传动。制冷剂靠曲轴箱和冷冻油封闭。

全封闭:电动机直接驱动压缩机的曲轴,把圆周运动变成直线往复运动。把压缩机和电动机密闭在一个钢壳内。

(3)往复活塞式压缩机(参见教材图2-26)往复活塞式压缩机的往复运动机构,常见的有曲轴连杆活塞式、曲柄连杆活塞式和曲柄滑管式三种结构。

[1]往复活塞式压缩机的工作过程 经过压缩、排气、膨胀和吸气四个过程,完成一次吸排气循环。

[2]曲轴连杆活塞式全封闭压缩机 活塞的活动由曲轴、连杆传动。连杆是活塞与曲轴的连接件,它将曲轴的旋转运动变为活塞的往复活动。

[3]曲柄连杆活塞式全封闭压缩机 曲柄连杆活塞式全封闭压缩机结构与曲轴连杆式基本相同,只是主轴呈内柄状,轴为单臂支承,所以承受力较小,只适用于输出功率在300w以下的压缩机组中。

[4]曲柄滑管式全封闭压缩机 曲柄滑管式压缩机是广泛用于家用电冰箱的100w左右的压缩机。滑管式压缩机主要由电动机、机架、滑块、曲柄轴、汽缸体、阀座、阀片及一个与滑管制成一体的滑管活塞所组成。采用滑管、滑块来代替传统的连杆组件。曲柄滑管式压缩机的特点是:结构简单,零件少,形位偏差要求不严,工艺比较简单,而且汽缸体和机架不是一体的,能够自由调节余隙容积。功率超过250w的压缩机不采用滑管结构。

(4)旋转式压缩机 广泛用于家用电冰箱。旋转式压缩机有螺杆式、滚动转子式和滑片式等多种结构。目前在电冰箱中应用较多的是滚动转子式和滑片式结构。

[1]旋转式压缩机的结构。它主要由汽缸体、转子、主轴、排气阀、吸气管、活动刮板或滑片、机座、机壳等组成。

采用活动刮板分隔气室的,称为滚动转子式。其结构简图参见教材图2-29。

采用滑片分隔气室的,称为滑片转子式。其结构简图参见教材图2-30。

[2]旋转式压缩机的工作原理。滚动转子式压缩机工作时,主轴带动偏心轴转动,套在偏心轴上的转子随着一起转动。活动刮板在弹簧的作用下,把转子与汽缸之间的月牙形空腔隔为高、低压腔,参见教材图2-33。在图2-33(a)中,A腔通过吸气管与吸气腔相通,A腔充满制冷剂气体。当转子转到图2-33(b)位置时,A腔容积缩小,气体被压缩而压力升高。同时新出现的B腔与吸气管相通,制冷剂气体进入B腔。转子转到图2-33(c)位置时,A腔进一步缩小,气体压力继续升高,而B腔容积进一步增大,继续吸气。当A腔气体压力超过排气腔压力时,排气阀开启,高压气体被输往制冷系统管道。转子转到图2-33(d)位置时,A腔容积继续缩小,排气过程接近完成,而B腔继续增大,仍在吸气。转子继续转动,压缩机重复上述循环过程。

滑片转子式压缩机的工作过程与滚动转子式压缩机基本相同,只是主轴与转子同时转动,且用转子槽内能做径向自由滑动的滑片代替活动刮板,把转子与汽缸间的腔室周期性地分成高、低压腔,从而不断吸进制冷剂气体,经压缩成高压后,输往制冷系统管道。

[3]旋转式压缩机的优点。旋转式压缩机较之往复式压缩机有着明显的优点:体积小,重量轻,结构简单,零部件少,耗电低,效率高。

[4]机壳温度高。由于它的结构与工作过程与往复式压缩机不同,因此,检修时应注意:旋转式压缩机机壳温度高达99~110℃,较之往复式压缩机高20~30℃,但排气管温度相差无几。

[5]检修抽真空时注意事项。检修抽真空时,最好是制冷系统高、低压侧同时进行。如单侧抽真空,宜在高压侧进行。

(5)无CFC制冷剂压缩机

[1]R134a制冷剂压缩机与R12制冷剂压缩机在以下几个方面存在区别。

a.压缩机结构有四点区别。

●由于R134a比R12的化学腐蚀性和亲水性增强,R134a成分中不含氯,使压缩机零部件润滑性变差,引起不利的化学变化,因而其电动机线圈及绝缘材料必须加强绝缘等级。

●由于R134a制冷效率低于R12,因此必须对压缩机采取一系列高效优化措施:采用高效压缩机电动机,并加装背阀;有效控制压缩机阀片,以提高效率。

●直接进气,用软管将吸气腔与回气管连接起来,以减少热量损失。

●对于R12和R134a作制冷剂的制冷系统,R134a蒸发压力较低,冷凝压力较高,压比更大。低背压时,R134a的制冷量较小,要获得相同的制冷量,需选用排气量大一些(约10%)的压缩机。

b.更换冷冻油的注意事项。

●冷冻油总的要求。压缩机冷冻油必须与制冷剂相溶,并具有良好的润滑性、密封性、低温流动性及化学稳定性等。

●必须更换冷冻油。由于用于R12压缩机的矿物油与R134a不相溶,因此采用R134a作制冷剂时,必须更换冷冻油。

●对于往复式压缩机。一般采用与R134a相溶的酯类油或聚二醇(PAG)油。

●对于旋转式压缩机,日本三菱电机公司开发出低黏度的硬质烷基苯(HAB)油作冷冻油。

●部分零部件不能互换。由于新润滑油(特别是酯类油)具有极强的吸水性,水解性很强的酯类油与水反应生成酸,酸又腐蚀制冷管道及压缩机,甚至堵塞毛细管,酸与矿物油、水合成又使酯分解变质。故R134a压缩机对制冷系统中的含水量、含氯量、残油及杂质含量要求相当高,且真空泵(酯类油)、连接软管、快速接头、密封圈等需要专用,与R12系统不能通用,检漏仪要由卤素检漏仪改为电子检漏仪。

[2]R600a制冷剂压缩机的特点:

●环保性能较好。R600a(即异丁烷)是一种新型的制冷剂,其臭氧破坏能力ODP=0,温室反应潜能GwP≈0。

● R600a制冷剂不腐蚀金属。

●能效比高和节能。R600a制冷剂压缩机能耗可降5%~10%,有明显节能效果。

● 单台电冰箱充注量少。一般两个打火机含量即可。

● 噪声低和可靠性高。运行状况好,并且可靠性高。

● 汽缸容积大。在电动机不变的情况下,为了达到同等的制冷量,R600a压缩机的汽缸容积要比R12压缩机增大70%以上。

● 所有R600a制冷剂压缩机必须采用PTC启动,以减少燃烧爆炸的危险性。

[3]R600a制冷剂压缩机的缺点:

● 不足之处是其易燃易爆。使用在大容量的电冰箱上充注量较大时,如果发生泄漏,可能造成爆炸危险(爆炸体积浓度为1.8%~8.4%)。

● 在有R600a存在的制冷管路上,不能用气焊和电焊进行焊接。

(6)全封闭式压缩机组 就是将电动机与压缩机组成一个整体,密封在金属壳体中。电动机作为全封闭压缩机组中的原动力,是必不可少的部件。它将电能转换成机械能,带动压缩机活塞对制冷剂蒸气做压缩功,使制冷剂得以循环,实现制冷的目的。一般小型全封闭压缩机组都使用单相电源,其电动机都是单相异步电动机。按照启动方式不同,电动机可分为以下四类。

[1]阻抗分相启动电动机 这种电动机定子上有启动绕组和运行绕组,启动绕组线径细、匝数少,电阻大而电感小;运行绕组线径粗、匝数多,电阻小而电感大。通入交流电,使两绕组形成了两个不同感抗和不同相位角的启动电流,起到阻抗分相作用,由此产生旋转磁场,它作用在转子上,使其产生启动转矩。当启动转速达到额定转速的70%~80%时,在启动继电器控制下,断开启动绕组,而只让运行绕组工作。其电路参考教材图2-34。这种电动机结构简单,成本低,启动转矩小,启动电流大,效率不高。

[2]电容启动电动机 这种电动机在启动绕组上需串联一只启动电容器(40~100μF),启动绕组线径较粗一些,而匝数也少一些。目的是使启动绕组感抗小,而电容器的容抗较大,形成电容电感电路,容抗大于感抗,显示容抗的特性,启动绕组中电流超前电压,而运行绕组还是感抗性的,显示出电压超前电流,使相位差加大,启动力矩也增大,启动电流较小,效率较高,其电路参考教材图2-35。电容启动式单相异步电动机输出功率可达750w,多用在小冰柜和空调器中。

[3]电容运转式电动机 这种电动机功率因数高,运行电流小,效率高。其电路参考教材图2-36。

[4]电容启动、电容运转式电动机 这种电动机运行性能好,功率和过载能力都有提高,降低了能耗,但成本较高。其电路参考教材图2-37。

2.换热器

换热器是制冷设备中的重要部件。制冷剂在换热器中通过状态的改变来吸收或放出热量,实现热量的转移和交换。它包括蒸发器和冷凝器。

3.蒸发器

蒸发器是一种将电冰箱内的热量传递给制冷剂的热交换器,它的主要作用是把毛细管送来的低温低压制冷剂液,经吸收箱内食品的热量后蒸发为制冷剂饱和蒸气,达到制冷的目的。

(1)蒸发器的分类

[1]大型制冷设备中的蒸发器分为冷却液体式和冷却空气式两大类。

[2]冷却液体式蒸发器按供液方式不同可分为:立管式和螺旋式、满液式卧式壳管式和干式卧式壳管式。

[3]冷却空气的蒸发器按空气流动原因可分为:自然对流式蒸发器和强迫对流式蒸发器。

[4]电冰箱和空调器常用的蒸发器有:复合铝板吹胀式、管板式、翅片盘管式和层架盘管式。

a.复合铝板吹胀式蒸发器 这种蒸发器表面平整不易积垢,管路流程可多路并联而不要接头,而且管路密集,压力损失小。管道与壁板之间的温差小,传热效率高。复合铝板吹胀式蒸发器多用于单门电冰箱和双门电冰箱冷藏室蒸发器,也有用做双门直冷式电冰箱冷冻室蒸发器的。

b.管板式蒸发器 直冷式双门电冰箱的冷冻室多采用这种蒸发器。管板式蒸发器的优点是:冷冻室内壁光洁、平整,不易泄漏,不易损伤,即使壳壁破裂,只要盘管未受到损伤,制冷剂也不致泄漏,盘管不与外界空气、水分接触,故不易腐蚀。其缺点是:管路只能做成单程盘管,为避免压力损失,盘管长度受到一定的限制,管道的间距较大,从而使管道与壁板之间的温差相对吹胀式而言要大一些,传递效率降低。

c.翅片盘管式蒸发器 该类型蒸发器主要用于间冷式电冰箱。

d.层架盘管式蒸发器 在目前较流行的冷冻室下置内抽屉式直冷式电冰箱,蒸发器普遍采用层架盘管式蒸发器,盘管既是蒸发器,又是抽屉搁架,这种蒸发器制造工艺简单,便于检修,成本较低(可用铝管或邦迪管),而且有利于箱内温度均匀,冷却速度快。

(2)蒸发器的结构特点 电冰箱由于采用毛细管节流,制冷工况受环境温度影响,制冷剂流量也会发生变化。所以,在蒸发器后部一般设有“气液分离筒”或铝板吹胀型的气液分离部分。

(3)影响蒸发器传热效率的因素

[1]霜层及污垢等对传热的影响;

[2]空气对流速度对传热的影响;

[3]传热温差对传热效率的影响;

[4]制冷剂特性对蒸发器传热的影响。

4.冷凝器

冷凝器是一种将制冷剂的热量传递给外界的热交换器,安装在电冰箱箱体的背部。它的主要作用是把压缩机压缩后排出的高温高压过热制冷剂蒸气冷却,变为中温高压的液态制冷剂,而达到向周围环境散热的目的。

(1)分类

[1]冷凝器根据冷却的介质不同可分为风冷式和水冷式两大类。

[2]水冷式冷凝器有套管式和卧式壳管式,小型的水冷式冷凝器有翅片盘管式,用于移动空调。大型制冷设备多采用水冷却方式。

[3]风冷式冷凝器有强迫对流式和自然对流式两种。空气自然对流冷却方式具有构造简单、无风机噪声、不易发生故障等优点,但是传热效率较低。300L以下的电冰箱和小型冷冻箱多采用自然对流式冷却方式。空气风机强迫对流冷却方式的传热效率较高,结构紧凑,不需要水源,使用比较方便;但风机有一定的噪声。当电冰箱容积在300L以上时,有时采用此种冷却方式。厨房冷藏箱等较大设备的冷凝器,也多采用强迫对流冷却方式。

电冰箱常采用自然对流式冷凝器,个别采用强迫对流式冷凝器。房间空调器常采用强迫对流式冷凝器,也有水冷式冷凝器的。

[4]电冰箱和空调器常用的冷凝器有:百叶窗式、钢丝盘管式、内藏(光管)式和翅片盘管式等。前三种常用于电冰箱,翅片盘管式常用于冰柜和空调器中。

(2)冷凝器的结构形式

[1]百叶窗式冷凝器

[2]钢丝盘管式冷凝器 钢丝盘管式冷凝器又称为钢丝管式冷凝器。它重量较轻,成本较低,强度和钢性较好,传热效率稍高于百叶窗式冷凝器。

[3]内藏式冷凝器 内藏式冷凝器是将铜管或邦迪管制成的盘管挤压或贴敷于电冰箱外壳的内侧表面,利用电冰箱壳的外壁向外散热,这种形式的冷凝器具有占用空间小、便于清洁、不易碰损、使电冰箱背部平滑整洁等优点。但这种冷凝器的散热性能不如百叶窗式和钢丝盘管式冷凝器,有的采用附加冷凝器来改善散热条件。另外,由于冷凝器被固定在电冰箱外壳表面,因此绝热层也要相应增厚。对于这种构造,一旦冷凝器内部管道产生泄漏则无法检修或更换,必须有严格的工艺来保证。

[4]翅片盘管式冷凝器 由于其外表面积大,体积小,所以必须采用强迫对流冷却方式才能提高效率。

(3)影响冷凝器传热效率的因素 冷凝器作为电冰箱的散热部件,总是希望尽量提高其传热效率。在电冰箱的散热形式确定之后,在使用过程中还有一些因素影响其传热效率:

[1]空气流速和环境温度对传热效率的影响;

[2]污垢对传热效率的影响;

[3]空气对传热效率的影响

5.干燥过滤器和毛细管

(1)干燥过滤器

[1]干燥过滤器的作用 干燥过滤器是由干燥器和过滤器两部分组成的。在电冰箱的制冷系统中,它安装在冷凝器的出口与毛细管的进口之间的液体管道中。它的作用主要有两个:一是清除制冷系统中的残留水分,防止产生冰堵,并减小水分对制冷系统的腐蚀作用;二是滤除制冷系统中的杂质,如金属屑、各种氧化物和灰尘,以免毛细管脏堵。

[2]干燥过滤器的构造 家用电冰箱使用的干燥过滤器为一体式的,其结构见教材图2-47所示。它是在铜管制成的壳体两端设有过滤网,中间装入干燥剂。干燥剂不能更换。有多种物质可以做干燥剂,如无水的CaCl2、硅胶和分子筛等,而电冰箱都是以分子筛为干燥剂的。维修制冷系统时要整只更换。

(2)毛细管

[1]毛细管的作用 毛细管是电冰箱上的节流降压装置,位于电冰箱的后下部。它的作用主要有两个:一是在压缩机运行中,保持蒸发器与冷凝器之间有一定的压力差,从而使制冷剂在蒸发器中规定的低压力状况下蒸发吸热,使冷凝器中的气态制冷剂在一定的高压下冷凝放热;另一个功能是控制制冷剂的流量,使蒸发器保持合理的温度,以实现电冰箱安全、经济运行。

[2]毛细管的结构及原理 毛细管是一根孔径很小,长度较长且多为盘圈状的紫铜管。在检修电冰箱时不要随意弄断毛细管,更换毛细管时也不要随意改变毛细管的尺寸。液态制冷剂通过它时会受到较大的阻力而产生压力降(犹如电流流过导体,因电阻产生电压降一样),因而控制了制冷剂的流量和保持冷凝器与蒸发器的合理压力差。

[3]毛细管的特点 毛细管节流具有结构简单、无运动零件、不易发生故障、停机后高低压力逐渐平衡、易于启动等特点。可选用启动较小的驱动电动机作制冷机的动力。但毛细管的自动调节范围小,而且不能人工调节,只适用于热负荷比较稳定的家用电冰箱等制冷系统中。

6.电磁阀和除霜管

(1)电磁阀(参考教材图2-48)

[1]电磁阀的组成 电磁阀是单机双温双制冷循环系统中分配冷量的关键部件,它是一个二位三通阀。

[2]电磁阀的工作原理 它利用电磁原理通过电源的通断控制制冷剂在管路中的流通:当电磁阀断电时,活塞在弹簧的弹力作用下处于上部位置,2管口被活塞堵住,3管口打开,如果压缩机开机,制冷剂将从1管流入阀心,从3管流出,冷藏室制冷。

当电磁阀通电时,线圈产生磁力,在磁力作用下活塞从上部位置移动到下部位置,这时2管口打开,3管口被堵住,制冷剂从1管流入2管流出,冷冻室制冷。

(2)除霜管(参考教材图2-49)

由于电冰箱内、外有很大的温度差,在箱体内外壳结合部形成“冷桥”,再加上电冰箱门缝的隔热性能较差,使电冰箱门体周围的温度降低。若其温度降到空气湿度相对的露点温度时,即出现凝露现象。这不但给用户造成麻烦,而且还对箱体产生腐蚀作用。为防止凝露、降低能耗,采用了热管防露系统。它是将压缩机排出的高压过热蒸气,经过电冰箱门体周边的除霜管后,再进入冷凝器。这样可以利用部分热量使电冰箱门体周边的表面温度稍高于或接近环境温度,从而达到了防凝露的目的。这种结构不但可以防止凝露,而且兼有冷凝、散热的作用。

六、制冷系统的工作原理

1.制冷系统中的制冷剂状态(参考教材图2-50)

(1)制冷剂的状态(以R12为例)

线段A→B表示制冷剂的气态压缩,同时伴随有温度的升高。

线段B→B1表示压力和热量相继减小,即气态制冷剂散失其上一段所得到的热量,并趋向于液态。在B1处,制冷剂的蒸气和液体开始共存。

线段B1→C表示制冷剂蒸气继续由气态变为液态,并进一步散失热量。

线段C→D表示制冷剂液体流经一个小截面的限流器,同时压力、温度和热量继续减小。

线段D→E表示制冷剂液体的膨胀,同时温度进一步降低。

线段E→F表示液体从外界吸热,并趋于再次变为气态。在点E处,液体和蒸气共存。

线段F→A表示制冷剂液体回到蒸气状态。此时,压力、温度和热量逐渐增大。

(2)制冷剂的作用 制冷剂从制冷系统的某一固定部位(蒸发器)吸收热量,而在另一部位(冷凝器)将热量加以散发。其在制冷系统中起到将(蒸发器)热量“吸收”、“运送”、“传递”给外界环境的作用,从而产生制冷效果。

2.制冷系统内制冷剂状态的变化

(1)制冷剂的压缩 制冷剂的压缩是在压缩机内完成的,它是制冷剂在制冷循环中的一个过程(参考教材图2-51)。

[1]制冷剂循环流动的压力 压缩机将电能转变为机械能,同时将制冷剂吸入、压缩和排出。保证了制冷剂制冷循环过程的实现。

[2]制冷剂的状态 在整个压缩过程中,制冷剂始终处于蒸气状态(在状态图中该过程用线段A→B表示)。

[3]制冷剂的温度 制冷剂的初始温度同制冷系统周围的环境温度相差无几。从这一初始温度起,借助于压缩机活塞往复运动所产生的压力以及气阀的作用力,制冷剂气体的温度就升高到排气温度。即:从初始温度25℃升高到排气温度90℃。

[4]制冷剂的压力 气体的压力从压缩机外壳内的压力升高到气阀和排气管所在处的排气的压力。在压缩机运转时,气体压强从进气管处的0.03MPa提高到排气管处的0.2MPa左右。如果压缩机停机或由温控器切断电源时,吸气管和排气管的压力趋于平衡状态,其压强在0.3MPa左右。

(2)制冷剂的冷凝 制冷剂的冷凝是在冷凝器中完成的。

[1]制冷剂的状态 在整个冷凝过程中,制冷剂的状态是从气态→气液共存→液态(在状态图中该过程用线段B→B1和B1→C表示)。

[2]制冷剂的温度 如果压缩机转动的环境为25℃时,冷凝器中制冷剂开始部分温度接近90℃左右,而最后部分的温度约为55℃。同时,冷凝器进、出口处的温度差要受其他因素的影响。

[3]制冷剂的压力 由于冷凝器的管子截面对流过的制冷剂的流量来说足够大,所受到的阻力小,因此该过程压力与压缩机排出管处的压力基本相同。

(3)制冷剂的节流 制冷剂的节流是在过滤器、毛细管和穿有毛细管的回气管中完成的。

[1]制冷剂的状态 在整个节流过程中,制冷剂的状态始终处于液体状态(在状态图中该过程用线段C→D表示)。

[2]制冷剂的温度 毛细管的全部长度几乎都穿在回气管中(或并焊在回气管上),回气管中R12的温度比毛细管中R12的温度低,两者又对向流动,因此,毛细管制冷剂在向蒸发器流动的同时,继续散发热量,并将热量散发给了回气管中的R12。这一特殊措施的目的是为了利用回气管中的R12的低温,让毛细管中的R12液化得更好,让回气管中的R12汽化得更安全,以提高其制冷能力。图2-51所指的温度是-25℃和+25℃,实际上是相距较远的两点温度。因为回气管本身长度约1m,在其上端因R12蒸气刚从蒸发器流出,其蒸气温度很低。在其下端,由于R12蒸气流过回气管,一部分热量由毛细管传来,并从外部环境中得到一部分热量。

[3]制冷剂的压力 毛细管内径小且较长,因而使流经毛细管的制冷剂R12在毛细管中形成相应的压力降,以保持蒸发器与冷凝器之间有一定的压力差。

(4)制冷剂的蒸发 制冷剂的蒸发是在蒸发器中完成的。

[1]制冷剂的状态 在整个蒸发过程中,制冷剂的状态是从液态→液气共存→气态(在状态图中该过程用线段D→E和E→F表示)。

[2]制冷剂的温度 制冷剂在D→E的蒸发过程中,温度进一步降低,而在E→F的蒸发过程中,则必须保持温度不变。

[3]制冷剂的压力 制冷剂在D→E的蒸发过程中,压力进一步降低,而在E→F的蒸发过程中,压力基本不变。

(5)制冷剂的吸入(参考教材图2-52)图2-52所示为F到A所表示的状态变化。在整个状态变化过程中,R12始终保持蒸气状态,并且逐渐从蒸发温度(例如-25℃)升到周围环境温度(假设此时为+25℃)。这一阶段的蒸气温度提高有两个原因:

[1]由毛细管流动的高温制冷剂传来一部分热量。

[2]另一部分热量来自温度较高的环境。并经回气管表面传入。回气管内制冷剂的压力,由压缩机的吸气作用确定。在A点,制冷剂恢复初始状态,循环周而复始。

七、电冰箱电气控制原理

电冰箱的电气控制系统包括:温度自动控制;除霜控制;风扇电动机及门灯控制;制冷剂流向、流量自动控制;过载、过热以及异常保护等。电冰箱通过控制系统来保证其在各种使用条件下安全可靠地正常运行。

1.控制系统零部件

(1)温控器 又称温控开关,是制冷设备电气控制系统中的主要部件。

[1]温控器的作用 利用感温探头把温度的变化,转换成开关的开和关,控制着压缩机或其他负载的开和停,控制着压缩机的开停时间,间接地控制着箱内或室内温度保持在一定范围内。

[2]温控器的控制原理 当箱内温度高于一定值时,温控开关导通接通压缩机电动机的电源,压缩机工作制冷,箱内温度降低;当箱内温度低于一定值时,温控开关断开压缩机电动机的电源,电冰箱停止制冷;开停机温差在2~3℃之间。温控器直接控制压缩机,间接控制箱内温度。

[3]温控器的分类 电冰箱所使用的温控器主要为温感压力式机械温控器和热敏电阻式电子温控器。

[4]温控器常见的故障 温控器在使用时,常见的故障有:接点黏连、机械动作失灵、感温管漏气。

a.温控器接点黏连后,会使电冰箱或空调器压缩机连续运转不停,致使电冰箱冷藏室温度或室内温度过低。对这一故障的解决方法比较简单,只要将温控器的温度调节旋钮从“停”点到“冷”点反复转动数次。如仍不能停机,说明触点不能断开。发生这种故障的主要原因是由于接点“通”、“断”时出现拉弧,使两接点熔化“黏连”在一起。

b.温控器机械动作失灵后,电冰箱或空调器会产生开、停没有规律的现象,甚至会发生开机后不会停或停后不会再开机等现象。

c.温控器感温管漏气会使电冰箱或空调器压缩机不工作。

(2)化霜定时器 可以分为机械化霜定时器和电子化霜定时器两类。

(3)启动控制器 由于压缩机电动机启动阻力矩比正常运转时大得多,压缩机绕组除运行绕组外都有启动绕组,启动绕组只是在启动时起作用,启动后运行绕组就开始独自工作。这样就需要用启动控制器来控制接通或断开启动绕组。启动控制器一般采用重锤式启动继电器和PTC启动器。

[1]重锤式启动器压缩机的工作原理 重锤式启动继电器是一种结构简单,动作可靠的启动继电器。电流线圈串接在电动机的工作绕组中,静触点串接在电动机的启动绕组中。

参考教材图2-74(a),其工作原理是开机瞬间,压缩机电动机的主绕组CM串联重锤启动器的线圈1-3,构成了闭合回路,电流急剧增加。当电流增大到一定值(2.5A)时,重锤受到的磁吸引力大于重力而动作,触点1-2闭合,使压缩机电动机的启动绕组CS构成闭合回路。启动绕组CS线径细、匝数少、电感小、直流电阻大,主绕组CM线径粗、匝数多、电感大、直流电阻小,使得CS中的电流在相位上超前CM近90°的电角度,形成旋转磁场,转子切割磁力线受到作用力启动。当转速达到75%~80%时,主绕组中的电流小于一定值(1.9A)时,重锤大于磁吸引力而下落,分断触点1-2,只有主绕组承接,电动机进入正常工作。

[2]PTC启动器压缩机的工作原理PTC启动器实际上是以钛酸钡(BaTiO2)掺合微量的稀土元素经陶瓷工艺制成的一种半导体晶体。PTC元件是一种半导体晶体结构,具有正温度系数电阻特性,即当温度达到某一临界点时,其电阻值会发生剧增,参考教材图2-76。PTC电路连接参考教材图2-77。

参考教材图2-74(b),其工作原理是:主绕组CM直接接在市电上,副绕组串联PTC后接到市电上,均构成闭合回路。CS中的电流在相位上超前CM近90°的电角度,形成旋转磁场,电动机启动,转子开始转动。启动前常温下PTC电阻很小,只有十几欧姆,相当于短路。启动时副绕组的电流很大,此电流流过PTC启动器使本身发热,温度迅速升高,PTC的阻值先减小,然后急剧增大到几十千欧姆,电流只有十几毫安,相当于断路。

(4)过载保护器 用来防止压缩机过载和过热而烧毁电动机而设置的。

过电流、过温升保护继电器最常用的为碟形热控过电流、过温升保护继电器。当电动机接通电源因故不能正常启动时,过大的电流会使电阻加热器对碟形双金属片剧烈加热。在达到一定温度后,双金属片即变形向上翘曲,使动触点和静触点分开,切断电路,起到保护作用。

(5)启动电容器 一般和启动继电器并联,利用分相原理使电冰箱具有瞬间启动功能。

2.直冷式家用电冰箱的控制电路

双门直冷式电冰箱的控制电路如教材图2-79和图2-80所示,这些电路均由温度控制器、启动继电器、热保护器和照明灯及开关等组成。这是一种常用的典型电路。电冰箱运行时,由温控器按所需调定的电冰箱温度自动地接通或断开电路,来控制压缩机的开与停。如果出现异常情况,如运行电流过高、电源电压过高或过低等,热保护器就断开电路,起到安全保护作用。

(1)制冷和控制保护原理 温控器的旋钮置“ON”,温控器的普通开关H和L闭合,温控开关L-C常温下常通。过载过热保护器常温下常通。压缩机电动机在重锤启动器的配合下启动工作,驱动压缩机工作制冷。当电冰箱冷藏室内的温度降低到一定程度时,温控器的温控开关L-C断开压缩机电动机的电源,压缩机停止工作和制冷。当冷藏室内的温度升到一定值时,温控器的温控开关L-C闭合,压缩机再次启动工作制冷。当压缩机外壳的温度超过一定值(90℃)时,或电动机的电流过大时,过载过热保护器双金属片将断开电动机的电源,从而保护压缩机。当压缩机外壳的温度低于一定值(70℃)时,过载过热保护器双金属片接通电动机的电源。

(2)间停周期性化霜原理 季节开关K2,又称为节电开关,夏天应该置“OFF”省电,冬天应该置“ON”。季节开关K2冬天置“ON”,温控开关闭合压缩机工作制冷期间,电热丝D处于短路状态不工作不发热。当箱内温度降低到一定程度达到要求时,温控开关断开,电热丝D脱离短路状态发热化霜。同时进行温度补偿,使冷藏室温度升高,使温控开关能再次闭合。如果冬天省电开关置“OFF”,由于在冬天冷藏室的温度较低,温控开关不能闭合,压缩机不能工作制冷,则冷冻室温度较高不能冷冻。夏天季节开关如果置“ON”,电冰箱停机期间电热丝加热,使停机时间变短,压缩机工作时间变长而费电。

(3)打开冷藏室的箱门,门开关闭合,门灯亮。关门灯灭。

3.间冷式家用电冰箱的控制电路(参考教材图2-81)

(1)双门间冷式全自动化霜电路的组成 [1]温控器;[2]化霜定时器;[3]化霜保护器(化霜温控器、限温器);[4]电热丝;[5]熔断器。

(2)双门间冷式全自动化霜电冰箱控制工作原理 接通电源,温控器常温下通。化霜定时器C-N接通。过载过热保护器常温下导通。压缩机的主绕组CM直接接在电源上,副绕组CS串接PTC启动器后接在220v电源上,均构成闭合回路,压缩机电动机启动工作,压缩机工作制冷。同时,小风扇串接上门开关和下门开关后接在220v电源上,构成闭合回路而工作,把蒸发器产生的冷量强制吹入冷冻室和冷藏室,达到制冷目的。吹入冷藏室的风量靠风门控制。打开上门,风扇电动机停止转动;打开下门,风扇电动机停止转动,同时门灯亮。当冷冻室的温度达到一定值时,温控器断开压缩机和风扇电动机的电源。当冷冻室的温度升高到一定程度时,温控器的触点闭合给压缩机和风扇电动机供电。

(3)化霜原理 [1]化霜定时器C-N接通使压缩机累积工作8小时(或12h),C-N断开,制冷停止。[2]C-K接通,化霜保护器低温下通。电热丝构成闭合回路发热,开始化霜。[3]化霜时化霜定时器线圈处于短路状态不工作。[4]当温度升到一定值(13℃左右)时,化霜保护器断开,停止化霜。[5]化霜定时器线圈脱离短路状态而工作,经5分钟左右延时,化霜定时器C-K断,C-N接通,制冷开始。[6]当冷冻室温度降至一定值(-5℃)时,化霜保护器触点闭合,为下一次化霜做准备。

(4)PTC启动器压缩机应注意的问题 电冰箱一旦停电不能马上通电。一是因为电冰箱制冷系统压力不能马上达到平衡,往高压部分打气启动不开;二是因为PTC元件温度还没有降低,PTC电阻没有恢复到正常值,电动机不能进入正常工作。这两个原因都会使电流很大,使过载过热保护器动作。为了避免这种情况的发生,最好使用交流稳压延时保护器。来电以后延时5分钟,PTC电阻可以恢复到正常值,避免损坏压缩机。

4.直冷与风冷单系统的控制原理

(1)直冷单系统冷藏箱控制原理

[1]电气原理图 电气原理图参见教材图2-82。

[2]控制原理简介 直冷单系统冷藏箱一般都采用机械温控型的控制方式,是控制部分最简单的电冰箱,由温控器直接控制压缩机启停及室内温度。常用温控器由K15、K59、K57、K60等,其型号不同,控制参数也不同,其中K60带自动恢复的化霜按钮。一般K50和K60用于带制冰室的冷藏箱控制。K57用于不带制冰室和蒸发器的外挂型冷藏箱控制,其感温控制点选择在箱体后背贴近蒸发器的某一点上。

(2)直冷单系统冷冻箱控制原理

[1]电气原理图 电气原理图参见教材图2-83。

[2]控制原理简介 从控制方式上,直冷单系统冷冻箱可分为三种方式:机械温控型、电子温控型、混合型。

图2-83是一个典型的混合型控制电路,由主控板和机械温控器共同完成控制功能。由1个机械温控器感受冷冻室的温度控制压缩机的开停,由主控板完成其他辅助功能,如速冻、延时、超温报警等,其控制原理如下。

a.温度控制 当箱内温度较高时,冷冻温控器K54的3、4间接通,压缩机运转,开始制冷;当温度达到关机温度时,3、4间断开,压缩机不运转。

b.超温报警 当箱内温度较高、在报警温度以上时,冷冻温控器K54的3、6间接通,给控制板提供一个温度报警信号,由主控板输出声音和光报警信号,提醒用户注意。

c.自动化霜 由主控板上的速冻继电器完成,进入速冻状态后,继电器闭合,冷冻温控器被继电器支路短接,压缩机持续运转。

(3)直冷单系统冷藏冷冻箱控制原理

[1]电气原理图 电气原理图参见教材图2-85。

[2]控制原理 从控制方式上,直冷单系统冷藏冷冻箱可分为三种方式:机械温控型(又可分为双温控器型和补偿加热型)、电子/电脑温控型、混合型。机械温控型无主控板,电子/电脑温控型无机械温控器。混合型由机械温控器和主控板共同完成控制功能。

图2-85是一个典型的混合型控制电路,其温度控制由机械温控器完成,其他辅助功能如延时、超温报警、速冻等由主控板完成。

正常状态下切换继电器触点KM断开,只有冷藏温控器控制压缩机开停。当环境温度较低时,接通切换开关,KM接通,冷藏温控器和冷冻温控器并联控制压缩机开停。主控板上的绿色和黄色发光二极管分别为电源指示灯和切换指示灯。超温报警信号取自冷冻温控器的信号终端,经降压整流,驱动红色发光二极管。

(4)风冷单系统冷冻箱控制原理

[1]电气原理图 电气原理图参见教材图2-84。

[2]控制原理 从控制方式上,风冷单系统冷冻箱一般可分为机械温控型和混合型。通过温控器感受冷冻箱内温度,控制压缩机开停来控制冷冻室的温度。压缩机、风扇、化霜、加热丝通过化霜定时器控制有规律地通断。在制冷阶段,压缩机、风扇接通,加热丝断开,此时电冰箱蒸发器化霜;在风扇延时阶段,仅压缩机接通,风扇和加热丝断开,此时制冷系统的工作目的是冷却蒸发器,避免把蒸发器刚化完霜后的热空气吹到冷冻箱内。

a.超温报警 当冷冻室温度较高、到报警温度以上时,冷冻温控器ST2接通,温控器报警灯H4亮,提醒用户注意。

b.速冻 速冻功能由手动控制。当需要速冻时,按一下速动开关,进入速冻状态。速冻期内,速冻指示灯H3亮,再按一下速动开关,退出速冻状态。

(5)风冷单系统冷藏冷冻箱控制原理

[1]电气原理图 电气原理图参见教材图2-86。

[2]控制原理 图2-86是一个采用电子温控器的风冷单系统冷藏冷冻箱控制原理图。电子温控器完成电冰箱温度控制、化霜,延时控制。冷藏室传感器控制冷藏室温度,通过风门调节风量分配,进而调节冷冻室温度,其控制原理如下。

a.延时控制 为保护压缩机,维持电冰箱温度相对平衡,在每次压缩机停机和化霜刚结束后,有约6min的延时。

b.化霜控制 化霜定时器自动积累压缩机工作时间,当达到8h ±30min时,自动进入化霜状态,断开压缩机和风机,接通加热管,开始化霜,由冷冻传感器感受到的温度决定化霜何时结束。

c.低温补偿R2为温度补偿电阻。ST为温度补偿开关,当环境温度低于10℃时,打开此开关,接通补偿电阻R1,可保证电冰箱在较低温环境中正常启动工作,此时冷冻室温可达-10℃以下。

八、电冰箱的新技术与新品种

1.电冰箱现状与发展趋势

(1)绿色电冰箱

[1]绿色电冰箱的定义 绿色电冰箱就是符合环保要求的电冰箱。具体“环保要求”是指,采用的制冷剂和发泡剂对大气臭氧层的破坏程度和对地球变暖的影响程度达到国际标准(或趋近于零)。

[2]绿色电冰箱的发展方向 根据“环保要求”,目前国际和国内在制冷剂方面采用R134a和R600a两种制冷剂代替R12。在发泡剂方面采用环烷(为饱和脂环烃化合物)R141b代替R11。

(2)含氟量低制冷剂的特性 表1-1给出了R134a与R12制冷剂的基本物理性质比较(也可以参考教材表2-2)。

表1-1 R12与R134a制冷剂的基本物理性质比较

由表1-2可知:R134a分子小、分子量轻、渗透能力强,又极易吸水,与矿物油不相溶,因此,R134a制冷剂对系统内部的洁净度要求更高。

表1-2 在制冷循环过程中用到的部件和部件对制冷剂起到的作用

同时,使用R134a制冷剂的系统,润滑油须用酯类油。R134a制冷剂又对金属件有腐蚀性。为此,R134a系统内部零件表面均做了特殊处理。而且R134a标准沸点、凝固点、汽化潜能较高,其制冷量比R12低10%左右。

综上所述,我们可以得出下面的结论:

R134a系统可以用R12作制冷剂。但标准工况下,技术参数改变了,同时对系统管路提出了要求:

[1]系统管路未曾用过R134a(包括酯类油),可以直接用R12。

[2]系统管路曾用过R134a的,系统管路必须用R113清洗干净,以防止毛细管堵塞和压缩机烧毁。

[3]干燥过滤器应更换成符合R12要求的。

R12系统不能用R134a作制冷剂,因为R12系统的内部条件不符合R134a的特殊工艺要求。

2.含氟量低制冷剂对制冷系统的技术要求

(1)对压缩机的要求 用R134a制冷剂对压缩机的要求:耐腐蚀、耐高温、耐高压(压力大)、绝缘等级高漆包线等要求。

(2)对干燥过滤器的要求 用R134a制冷剂对干燥过滤器的要求:吸水能力强,保持绝对干燥。

(3)对冷冻油的要求 用R134a制冷剂对冷冻油的要求:需对冷冻油做相应的改变,如RL329酯类油。

(4)对密封材料的要求 用R134a制冷剂对密封材料的要求:使用R134a密封材料要比使用R12密封材料的性能高。

九、除臭技术

1.电冰箱除臭原理

电冰箱中的臭气主要由氨、甲胺、三甲胺、甲基硫、硫化氢等组成。为了除去箱内这些臭气成分,通常采用物理吸附除臭法和化学除臭法。

(1)物理吸附除臭原理 物理吸附除臭主要是用活性炭、分子筛等多孔物质的表面吸附臭气来进行除臭。活性炭由椰子壳、木屑、焦油纤维等制成。活性炭内部具有许多极细小的孔隙,因此大大地增加了与空气接触的表面面积。在正常条件下,它所吸附的物质量能达到它本身质量的15%~20%,这时,活性炭就需要经过更换或再生处理。

(2)采用活性炭吸附除臭的优、缺点

[1]优点 价廉、安全、不耗电、无噪声。

[2]缺点 除臭速度较慢;占据一定的储物空间。原因是活性炭吸附除臭是依靠电冰箱原有的自然对流(直冷式)或气流(间冷式)将臭气带到活性炭的表面进行吸附的。因此,时间过长、吸附达到饱和时,就失去了除臭作用,必须通过加热来使它活化再生。

(3)化学除臭的三种方法 [1]中和反应除臭;[2]缩合反应除臭;[3]氧化还原除臭。

2.电冰箱除臭装置

(1)纤维活性炭自动活化功能除臭装置。

(2)臭氧加催化剂除臭装置。

(3)加热管除臭装置。

本章小结

1.电冰箱是一种小型制冷设备,主要由箱体、制冷系统、电气控制系统和附件四个部分组成。

(1)箱体包括外壳、隔热保温层、内胆等。它是电冰箱的躯体,其作用是使箱内空气与外界大气隔绝,保持箱内低温。

(2)制冷系统由制冷压缩机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管和蒸发器等部分组成。它通过制冷剂循环变化,使箱内热量转移到箱外空气介质中去,达到降温制冷的目的。

(3)电气控制系统主要由温控器、启动继电器、过载保护器及相关的控制电路组成。其作用主要是控制电冰箱的工作,使其自动启停、安全运转、控温和化霜等。

(4)附件。电冰箱的附件包括:搁架、果菜盒、接水盘、蛋架及制冷盒等。

2.电冰箱的基本工作原理中,制冷循环过程是制冷技术的基础。在制冷循环过程中用到的部件及部件对制冷剂所起的作用,如表1-2所示。

3.双门直冷式双温单控电冰箱制冷系统和双门直冷式双温双控制冷系统的组成、结构特点和工作原理,以及双门间冷式电冰箱制冷系统各部件的连接。

4.制冷系统零部件是制冷设备不可缺少的。它主要由压缩机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管、蒸发器等部件组成。制冷剂在配有连接管道的封闭系统循环工作。

压缩机是制冷设备中的核心部件。它在电动机的驱动下,起到输送和压缩制冷蒸气,使制冷剂在系统中进行制冷循环的作用。本章就压缩机的性能指标、分类及各类压缩机的工作过程和R134a制冷剂压缩机与R12制冷剂压缩机的区别做了详细的介绍。特别地全面阐述了电冰箱中全封闭式压缩机组的内容。

5.换热器包括蒸发器和冷凝器,是制冷设备中又一核心部件。它的结构特点和影响传热效率的因素及如何提高它的换热率,是当今制冷与制冷设备技术研究的一个主要课题。

(1)冷凝器有很多种形式。它的主要作用是把从压缩机中排出的高温高压的气态制冷剂冷却,变为中温高压的液态制冷剂,而达到向周围环境散热的目的。蒸发为干饱和蒸气,从而使温度下降,达到制冷目的。

(2)蒸发器有许多不同的种类。它们的主要作用是使来自毛细管的高压液态制冷剂在其内吸热沸腾,蒸发为干饱和蒸气,从而使温度下降,达到制冷目的。

(3)干燥过滤器的作用主要有两方面:将制冷剂过滤和干燥,可以防止制冷剂因有水分而产生腐蚀性物质,保护设备和管路不受腐蚀,同时水分还会在管路形成冰堵,影响制冷剂的流通,降低制冷量;滤除制冷系统中的杂质,以免毛细管脏堵。干燥过滤器安装在冷凝器和毛细管之间的管路上。

(4)毛细管是减压元件,在制冷和空调中起两个作用:一是将高压制冷剂液体节流减压,由冷凝压力降到蒸发压力;二是调节蒸发器的供液量。它安装在冷凝器和蒸发器之间,是制冷系统高压与低压之间的分界点。

6.制冷剂在制冷系统内的整个循环可分为压缩、冷凝、节流和蒸发四个工作过程。特别是制冷系统内制冷剂状态的变化是我们掌握制冷技术的重要环节。其中压缩时(特别强调,是在压缩机内完成的)制冷剂循环流动的压力、状态和温度,以及此时制冷剂的压力;制冷剂的冷凝是在冷凝器中完成的,冷凝时制冷剂的状态、温度和压力;制冷剂的节流是在过滤器、毛细管和穿有毛细管的回气管中完成的,节流时制冷剂的状态、温度和压力;制冷剂的蒸发是在蒸发器中完成,蒸发时制冷剂的状态、温度和压力以及制冷剂吸入时整个状态保持蒸气状态,如表1-3所示。

表1-3 制冷剂在制冷系统内的四个工作过程

7.控制系统零部件有温控器、化霜定时器、启动控制器、过载保护器和启动电容器。在电冰箱电气控制原理中对直冷式和间冷式家用电冰箱的控制电路的化霜原理、制冷和控制保护原理,以及自动控制要求做了详细的分析。在电路分析中,一定要明确它们的作用和基本工作原理。其目的是提高看懂电气图纸(识图)和按照图纸分析工作原理的能力。另外,对直冷与风冷单系统的控制原理进行了详细的介绍。

8.对于电冰箱的现状与发展趋势,提出绿色电冰箱就是符合环保要求的电冰箱的定义。并且提出用R134a制冷剂对压缩机、干燥过滤器、冷冻油和密封材料的具体要求。

9.电冰箱中的臭气主要由氨、甲胺、三甲胺、甲基硫、硫化氢等组成。为了除去箱内这些臭气成分,通常采用物理吸附除臭法和化学除臭法。