2023年12月16日发(作者：龙友琴)
电冰箱的现状与发展趋势
郭永飞
漯河职业技术学院机电工程系
摘要：介绍了当前我国家用电冰箱的发展历史、现状以及今后在节能、环保、人性化和智能化方面的发展趋势。
关键字：电冰箱 现状 发展趋势
前 言
随着科技的发展，社会的进步和人们生活水平的不断提高，电冰箱的应用几乎遍及生产、生活的各个方面。从家庭到各大商店，从城市到农村，几乎都可以看到电冰箱的身影我国电冰箱行业从50年代起步，期间迅速发展壮大。改革开放前，我国电冰箱行业仅雪花一家，80年代开始，海尔、海信、长虹、新飞等冰箱生产企业相继崛起，从而奠定了目前我国冰箱制冷行业的基础。进入21世纪，电冰箱的发展更为迅速，从冷藏、冷冻，发展到现在的多种功能俱全，能满足人们各种工作、生活的需要。电冰箱的普及应用极大的提高了我国城乡居民的生活质量。
本文主要从电冰箱的起源开始，从电冰箱的起源、现状及发展趋势三方面介绍了电冰箱在节能、环保以及人性化和智能化方面的新进展。
本文主要分三部分，分别是电冰箱的发展史，电冰箱的发展现状，电冰箱的发展趋势。其中电冰箱的发展史介绍了制冷效果的发现、电冰箱的发明以及我国家用电冰箱的发展史；电冰箱的发展现状一章主要介绍了我国家用电冰箱生产厂家的格局：发展趋势一章则是从节能、环保、人性化和智能化等方面介绍了我国家用电冰箱在变频技术、压缩机技术、换热器技术、制冷剂替代、旧冰箱回收利用、保鲜及消声和减震等方面介绍了我国家用电冰箱未来的发展趋势。
本文在写作过程中参考和引用了大量资料，在参考资料中予以注明。
本文在孔云龙老师指导下写作而成，由于学生水平有限，不免有错误之处，妄各位老师给予批评和指正。
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目录
前言
第一章：电冰箱的发展史
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1.1 制冷效果的发现
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1.2 冰箱的发明
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1.3 我国家用电冰箱发展史
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第二章：我国冰箱行业发展现状
第三章：我国家用电冰箱的发展趋势
3.1 节能方面
3.1.1 变频技术应用
3.1.2 采用高效压缩机
3.1.3 高效换热器的开发和使用
3.1.4 新型节能工质的应用
3.1.5 合理的系统设计
3.1.6 减少制冷量损失
3.2 环保方面
3.2.1 制冷剂的更替
3.2.2 发泡剂的改进
3.2.3 噪声的控制
3.2.4 有利于回收
3.3 人性化智能化
3.3.1 方便生活
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3.3.2 智能控制 14
3.3.3 人性化设计 15
3.3.4 容量的改变 16
3.4 电冰箱发展展望
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参考资料
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第一章 家用电冰箱的发展史
1.1 制冷效果的发现
一个在英格兰工作的美国人雅可比?帕金斯有了一个新发现，这一发现导致了冰箱的发明。1834年他发现当某些液体蒸发时，会有一种冷却效应。帕金斯要求一群技工来制造一个可证实这个想法的工作模型。 果然，这个装置在某个晚上真的产生了一些冰。技工们兴奋地拿着冰，跳进一辆马车，飞速驶向帕金斯的住房，向他展示所取得的成果。帕金斯此时已上了年纪，虽然他没有在市场上出售自己的发明物，但是哈里森的工作成果为类早期家用冰箱铺垫了道路。
1.2 冰箱的发明
真正的电冰箱发明于20年代，1920年，纽约布鲁克林一家平板印刷厂的一位名叫威利斯·H.卡里尔的工程师，设计出一种能控制温度和湿度的系统。存放皮毛的窖主和牛奶公司经理根据需要进一步改进了机械冰箱技术。大约在第一次世界大战期间，出现了一些体积更小的家用冰箱，这是一种噪音大，易泄漏的新发明，实际上它只是在旧式“冰盒”壳内安装上电机和转动皮带，这使它的外貌看起来就像一种试验品。1918年美国的卡尔维纳公司设计出第一台电冰箱，
自1927年美国通用电器公司首先研制出全封闭式自动制冷装置至今，当前全世界每年电冰箱的总产量在4000万台以上，其中产量居前几位的国家是美国、俄罗斯、意大利、日本等国。
1923年，当弗雷基代尔还是美国通用汽车公司的分厂的时候，它引进了一种新的机械冰箱组件，并组装成电冰箱。弗雷基代尔电冰箱的设计是把储存易腐烂食品的“冰盒”和制冷机械部分装进一个特制的柜子。这种装置安静、方便，且结构紧凑。至此，一种新的冰箱式样随着到处可见的商标名诞生了。
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此后，随着生产数量剧增，冰箱价格暴跌。到1944年，约85％的美国家庭都有了机械冰箱。“冰盒”仅作为一个词汇流传下来。
冰箱的应用，是20世纪人类发展史上的重要一页，正是有了冰箱，使人们生活质量有了较大提高，使食物长时间存放有了可能。
1.3 我国家用电冰箱发展史
我国冰箱起步较迟，第一台冰箱是1954年由沈阳医疗器械厂生产的200升单门冰箱。国内第一台商用冰箱早在1956年由北京雪花冰箱厂研制成功。这家国内著名的老厂曾拥有年产80万台电冰箱的生产能力，成为中国最早的名牌产品之一。雪花集团的前身是北京医疗器械厂。这个工厂以前主要生产医疗用制冷设备。改革开放以后，雪花公司的产品由医用转为民用，雪花电冰箱迅速在全国走红。1960年开始，卫生部门的一些医疗器械厂开始具备了电冰箱生产能力，并投入了小批量生产。80年代初电冰箱产量连年翻番，1983年产量约18万台，1984年产量超过40万台，目前国家确定四十几家电冰箱定点厂，全国引进50多条电冰箱生产装配线，年产能力达1500万台以上，规格已有50升到200升以上大型冰箱的多种系列，品种有单门、双门、多门、型式有直冷式，还有间冷式,在90年代，电冰箱技术己经向高效率、智能化和多门多温多功能的方向发展。
目前我国主要冰箱生产企业大多在20世界80年代起步，但发展迅速，从单一的制冷冰箱，发展到如今花样繁多，种类、功能齐全，能满足各类人们生活、工作需要的多功能冰箱。如：我国目前最大的冰箱生产公司海尔，创立于1984年。原名为“青岛电冰箱总厂”， 1985年，海尔从德国利勃海尔集团引进了先进技术，生产出我国乃至亚洲第一代四星级冰箱，1989年开始在无氟领域进行探索研究。
海信冰箱公司公司创立于1984年，前身为广东珠江冰箱厂，同年开始用容声牌生产电冰箱，是目前国内唯一拥有海信、容声两个品牌企业集团，是中国最早生产冰箱的企业之一，也是中国目前规模最大的电冰箱生产基地。
电冰箱是中国最早实现国产化的制冷电器之一，从80年代初起步，经过20几年的发展，中国电冰箱已占世界总产量16%的份额而位居全球首位。由于在国内市场已进入成熟期，市场运行的基本特征是相对平稳，不会出现需求上的大起大落。电冰箱消费主要集中在城镇，农村由于受收入水平、生活习惯等限制，冰箱的拥有量较城镇低许多。
第二章 我国家用电冰箱发展现状
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
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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15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。2007年，中国电冰箱企业年销售量合计达到3079万台，同比增长19.56%，其中，内销1427万台，同比增长了13.6个百分点，增长率为5年来最高水平，冰箱产业再次进入高速发展期。2008年前10月冰箱总零售量344万台，同比增加13.95%；冰箱总零售额88亿元，同比增长23.5%。
虽然冰箱企业进入“巷战期”，但冰箱产业格局却愈加分明：以新飞为中心的中原产业群，以海尔、海信为中心的环渤海产业群，以美的为中心的珠三角产业群，以长虹为中心的西部产业群。四个产业群犹如吸力强劲的“四大磁极”，将资金、人才、配套产业纳入自己麾下，成为支撑中国冰箱行业的四根“擎天柱”。
另外，还有西门子、美菱、容声、LG、三星、松下、奥克斯等国内外主要品牌在中国市场也占有不小份额。
目前，我国各大冰箱生产企业已经日趋成熟，冰箱是一个高度集中的产业。全国冰箱产量的80%以上主要集中于安徽省、广东省、山东省、浙江省、江苏省以及河南省等6大省，而且所占市场份额日益加大。此外，冰箱品牌集中度也较高，国内市场中海尔、新飞、科龙、美菱所占份额超过60%。其他品牌相对来说占有较小的份额
第三章 我国家用电冰箱发展趋势
随着时代的发展，冰箱的广泛使用带来了一系列的问题：冰箱制冷工质散逸对臭氧层的破坏和温室效应的加剧，广泛普及导致电力消耗过大，寿命期满后处置不当带来的环境污染与资源浪费等等，加之人们对家用电冰箱在智能化，舒适化方面的要求提高，这些都要求在冰箱生产中药使用一系列新技术和新工艺加以改进等；本章将一一予以阐述。
3.1 节能方面
当前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
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也将产品开发重心放在了节能上。据统计，我国家用电冰箱在我国居民生活用电比重曾一度接近50%，现今也稳定在20%左右，加之世界和我国能源需求和开发的状况，最大程度的节能也就成了必然。我国也制定了相应的新的国家能耗标准《家用电冰箱耗电量限定值及能源效率等级》（GB12021.2—2003），此标准的出台将会强制性的要求冰箱生产厂家进行技术上的改进和创新，节能冰箱将成为未来市场的亮点之一。电冰箱节能要从制冷系统各个环节采取措施，以达到目的。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。
3.1.1 变频技术应用
交流变频调速技术的原理是把工频50Hz的交流电转换成频率和电压可调的交流电，通过改变交流电动机定子绕组的供电频率，在改变频率的同时也改变电压，从而达到改变电动机转速的目的。目前的变频调速系统还次用微机控制技术，它可以根据电动机负载的变化实现自动、平滑的实现增速或者减速。
交流变频调速系统在节约能源方面有着很大优势，是目前国际公认的交流电动机的最理想、最有前途的调速技术。许多变动负载电动机一般按最大需求来选择电动机的容量，故设计余量偏大，而在实际运行中，轻载运行的时间所占的比例偏高。如果采用变频调速，可大大提高轻载运行的工作效率。以风机为例，转轴功率与转速的三此房成正比。当所需风量减小，风机转速降低时，功率按转速的三次方下降。因此，精确调速的节电效果费城可观，节约电力达70%以上。
变频冰箱，其特征是针对冰箱压缩机，以单相交流电动机为驱动电机，所述单相交流电动机采用变频供电电源。本实用新型是以变频电源控制压缩机转速，从而调节压缩机的制冷量，在热负荷大时，压缩机制冷量大，热负荷小时，压缩机制冷量小，从而提高蒸发温度、降低耗电量。
变频技术，通过传感器及电子智能控制系统，压缩机根据冰箱冷藏室或冷冻室的需要改变转速。定频冰箱维持冷冻温度是通过测温控制自动开关机来实现的，实际上是对食品进行反复的温度冲击。变频冰箱则通过5摄氏度、0摄氏度等温控点的转速调节，使食品温度冲击变小，减少食品水分流失，节能效果也相应提高。
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。
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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。
3.1.2 采用高效压缩机
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。
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℃~ -150℃的制冷温度），因为它更容易
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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（nmental Protection Agency ，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。
2）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。
c)R12压缩机使用混合工质的性能变化（混合工质为R152a/R22=75/25）R12、R134a、R600a及混合工质在冰箱标准工况下压力、压比如表1-1：
表1-1 工质在冰箱标准工况下压力
吸气压力(bar)
排气压力(bar)
压缩比
R12
1.350
13.710
10.16
R134a
1.174
14.980
12.75
R600a
0.630
7.637
12.12
R152a/R22=75/25
1.114
13.80
12.38
从以上分析可知，对比于R12相同压缩机在使用混合工质时，压比增加20%，排气温度提高12～15℃。
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d)由于烷基苯油和石蜡基油完全互溶，因而在零件加工，装配过程中残留的油分对混合工质压缩机性能无任何影响，故工艺保持不变。装配中压缩机润滑点注油（少量）如转子部件、气缸座选配油可用矿物油。
e)试验中充制冷剂时，一定要保证液相注灌，否则比份会发生变化，导致压缩机堵转或测试误差增大。测完放气时因R152a遇明火可燃，故要保持良好通风，一般采用真空泵将其泵入大气或回收。混合工质在其它检测方面对比于R12无特殊要求。
f)通过以上的理论对比分析及不同油的压缩机台架得出，R12系列压缩机使用混合工质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。
g)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，电仙的绝缘材料（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。
3.1.3 高效换热器的开发和使用
家用电冰箱上的蒸发器主要有管板式、吹涨式、单脊翅片管式和冷却排管式，冷凝器主要有丝管式、翅片式和内置管板式，虽然名称复杂多样，但也各有其优缺点，都有在特定情况下最好的一种选择。
冰箱换热器主要从结构上去完善，如管路的布置，减小管内外导热热阻等方法。新型换热器创新随步子不大，但也有其发展，如中科院理化所研究了一种冰箱用“蓄冷（热）”不间断工作冷凝器、蒸发器”，通过加装“蓄冷（热）液”技术来储存压缩机工作时的能量，压缩机停机时继续释放出热（冷）量，以此保证不间断工作。
当前页有从加强管内工质冷凝放热系数入手，利用微细管路换热的研究新进展，来开发新式冷凝器。
采用强化传热技术，可使冰箱的冷凝器和蒸发器传热系数增加，传热温差降低，但任何传热设备都有一定的温差，如何确定这一温差应从能效、经济型等方面综合考虑，存在最佳值。
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3.1.4 新型节能工质的应用
制冷工质的热力性能优劣，也关系到压缩机的能耗和制冷循环的效率。但由于一般涉及到制冷剂主要着眼点是其在环保方面，因此在下文详述。
3.1.5 合理的系统设计
制冷循环采用双回路制冷循环，这种循环的冷藏室保存温度一级冷冻室的保存温度完全由两个独立的制冷循环来实现。特点是：各储藏室能维持其最佳的蒸发温度，使循环效率提高，除霜量减小以此来达到节能目的。
双控系统比常规制冷系统多附加了两组毛细管和一个电磁换向阀，并由两个温控器分别控制压缩机的开闭和制冷剂的流向。由于毛细管的长度根据蒸发温度的不同而不同，可以提冷藏室的蒸发温度，同事可以加快冷冻室的降温速度，具有节能和快速冷冻的优点。缺点是系统复杂，并向控制复杂，有可能降低其可靠性。
多间室、多功能的发展方向。多间室冰箱利用风道系统中的风扇，将经过蒸发器强制对流冷却后的冷空气，通过风道口和送风口分配到各个间室，满足不同功能对温度的要求。依靠调节冷空气流量来调节温度，可实现灵活的温度调节和控制。同时对于大容量的间室，易于实现温度的均匀分布。此外还可以避免除霜，取得方便用户和节能的目的，但是风扇的使用又增大了能耗，主要在国外得到应用，在我国有一定的发展潜力。
3.1.6 减少制冷量损失
冰箱的漏热是除了储物热之外热负荷的主要来源，主要通过采用导热系数小隔热效果好的材料，使用先进的微孔发泡技术，开发和应用真空发泡板，以及改进门封河设计合理的箱体结构等一系列措施来减少制冷量损失。
3.2 环保方面
在人们的意识中，冰箱的环保仍然局限在制冷剂以一面，本文将冰箱运行中的噪声和冰箱寿命完毕之后的回收利用都归结到“大环保”概念中来。
3.2.1 制冷剂的更替
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制冷剂是制冷循环中工作的介质，可以比拟为电冰箱的“血液”。在蒸气压缩式循环中，利用制冷剂的相变传递热量。即制冷剂在蒸发过程中吸收冰箱中的热量，然后再至冷凝器向外放出热量，以维持冰箱内的低温。制冷剂发展史的第一阶段，氨被作为主要工质。20世纪30年代出现了氟里昂制冷剂，氟里昂属于卤代烃类化合物，是美国y，Jr等为了寻找无毒制冷剂，在元素周期律指导下合成的。其编号和命名目前普遍采用CFC、HCFC、HFC以表示分子组成。CFC由Cl、F、C组成，叫氯氟烃，为全卤代烷烃。HCFC由H、Cl、F、C组成，叫氢氯氟烃；HFC由H、F、C组成，叫氢氟烃，均为含氢的非全卤代烷烃。
由于卤代烃的无毒、不燃、无味和化学性能稳定等优点使其很快被普及，推动制冷技术成为庞大的经济产业，给人类带来了巨大的好处。80年代中期，人们发现一部分氟里昂对大气臭氧层有破坏作用，形成臭氧层空洞，给全球带来危害。种种实验表明，含有氯原子的CFC对臭氧层的破坏最大，而HCFC的破坏能力较低，不含氯原子的HFC对臭氧层无破坏作用。
由于CFCs对臭氧层和全球变暖的重要影响，CFCs替代成为全球共同关注的问题。我国政府自1991年6月起已成为《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》的签约国之一，遵照议定书规定，作为发展中国家，中国制冷行业将在2005年全面停止在生产中使用CFCs（R12、R11、R500等），2030年禁止在生产中使用HCFC（R22、R1741b等）。中国和其它110个缔约国代表参加的1995年11月在奥地利首都维也纳召开的《蒙特利尔议定书》缔约国第七次会议，对破坏臭氧层物质的限制再次从严要求，对CFCs、哈龙（CRBr）等20种受控物质，发达国家的禁止生产和生产中使用的期限提前，一般是1996年底或1997年底。我们发展中国家最终全部停止使用时间为2010年；而对HCFC空调器使用R22等，发达国家2020年停止使用，但保留必要的原装置的维修用量，2030年（包括发展中国家）全部停止使用HCFC。世界上一些经济高度发达的国家，如美国、日本、北欧，鉴于市场竞争和环保要求，各自制定了更高更严的CFCs替代政策。1999年11月第11次《蒙特利尔议定书》缔约国大会之后，包括我国在内的发展中国家的CFCs替代已进入实质性履约阶段。1999年11月15日由国务院批准的最新修订的《中国逐步淘汰消耗臭氧层物质的国家方案》中制定了各行业的淘汰目标，其中，家电行业要在1999年实现40%新生产冰箱冷柜的替代，在2003年完成70%新生产冰箱冷柜的替代，在2005年完成100%新生产冰箱冷柜的替代。
家用电冰箱的制冷剂广泛选用的是CFC-12，它是一种中温中压制冷剂。自1931年问世以来，几十年的实践证明，是十分理想的制冷剂。并且CFC-12制冷系统中压缩机、换热器等部件均已发展完善，使冰箱能耗低，使用寿命长达15年以上。现因发现它对臭氧层的破坏作用，对人类生存环境构成威胁，才不得不忍痛割爱，下决心逐步禁用。
寻求CFC-12替代物的工作不容易，替代物的性质应尽量与CFC-12接近。资料表明有利用现有的单一工质HCFC-22、HFC-134a等；有用氟里昂二元或三元的共沸或非共沸的混合工质的。以德国为主的欧洲国家主要采用HC-600a；以美国、日本为主的国家主要采用HFC-134a。1986年，美国杜邦公司开始用HFC-134a替代CFC-12，1990年投入商业生产。美国国家标准与技术研究院和杜邦公司以及主要国
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家的研究都表明：HFC-134a具有相当接近CFC-12的性质，而无破坏臭氧层的作用，是目前各国一致公认的CFC-12比较理想的替代物。但美中不足的是，HFC-134a的GWP值很大，达到0.35。采用HFC-134a后，冰箱能耗要增加。需要生产专用的压缩机和采用与HFC-134a不溶的辅助材料，压缩机需要有高COP值，以弥补能耗的增高，从而使压缩机生产成本增加，价格提高。由于HFC-134a对矿物油、石蜡等的溶解能力极差，润滑油需改用酯类油，而制冷剂/酯类油会与加工、生产过程用切屑油、清洗液等发生化学反应，形成蜡状物质，易造成脏堵，从而对制冷管道内壁的清洁度提出了更高的要求。与矿物油相比，酯类油吸水性和水解性强，饱和含水量值约为矿物油20多倍，在系统中容易造成冰堵，因此，生产过程中要严格控制水分。比如制冷系统用铜管要充氮封闭，要求分子筛由专用干燥器存放或用塑料封装，拆封后20分钟内要求安装到系统。因此，HFC-134a对润滑油、制冷系统的清洁度、真空度及干燥度的要求比CFC-12系统要苛刻得多，这很大程度上提高了HFC-134a冰箱冷[3]柜产品的生产成本。
但是HFC-134a方案在我国却已成为主要替代方案之一，其主要的原因有：一是我国已经引进了有一定的生产规模的HFC-134a压缩机的生产线；二是为争取市场和出口的需要而急着上马；三是在无霜间冷式电冰箱上采用HC-600a存在安全问题难度较大。我国冰箱企业采用HC-134a，很大程度上是受到美、日等国的影响。
最有前途的是HC-600a方案，HC-600a容易获得、成本低，特别是其生产过程控制严格程度、维护费用相对于HFC-134a要低，每台冰箱的灌注量少，一般两个打火机含量即可。由于HC-600a物质的生产及适用于HC-600a的压缩机的生产在我国都未形成规模，因而在我国还未大规模采用HC-600a方案。
对于采用HC-600a的方案，有以下优点：ODP值和GWP值均为零，环保性能好；易于获得，价格较低；润滑油可采用原CFC-12的润滑油；单台产品的灌注量小；运行压力低，噪声小；能耗可降低5~10%；对系统材料无特殊要求；生产及维修控制不如HFC-134a严格，对维修不会带来太大困难和质量影响；抽真空系统与CFC-12通用。正因为如此，HC-600a产品在欧洲发展迅速。但它的缺点也很明显。首先是它的易燃、易爆性，这是限制其推广应用的主要障碍。当充注量较大时，如发生泄漏，当体积浓度达到1.4%~7.8%时便有发生爆炸的危险。故迄今HC-600a大都用于直冷冰箱上。HC-600a压缩机启动、保护装置需防爆；其储运、充注及维修现场需安装气体浓度监测及报警装置；在有HC-600a存在的制冷管路不能气焊和电焊，只能采用锁环连接方式。因而HC-600a的可燃性同时也增加了防燃、防爆措施的费用。另外，由于HC-600a的沸点比CFC-12要高出许多，CFC-12系统运行压力低，CFC-12的压缩机将不能继续使用，而需要汽缸容积大一倍的HC-600a压缩机；换热器的结构和尺寸也要做很大调整，整个系统需要重新设计。HC-600a压缩机排气压力为负值，因而对系统的泄漏也提出了更高要求，否则易发生冰堵现象。HC-600a易燃易爆且充注量对一般维修网点来说难以控制，如采用HC-600a专用充注机，又要增加一大笔费用，因此，冰箱一旦出现故障，维修是个大问题。而且HC-600a属高可燃性制冷剂，即A3类，美国目前是禁止使用此类制冷剂的，该类冰箱、冷柜产品只能出口欧洲，这也是一个不利的条件。此外HC-600a的POCP（光化学臭氧产生潜能）[4]值很大，也成为影响其普及推广的一大障碍。
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表1-2 各种制冷剂的比较
(CFC-11) ODP
CFC-12
HC-600a
HFC-134a
混合
工质
1
0
0
少于
0.25
容积制油兼GWP 沸点/℃ 冷量理论COP
容性
3kJ/m
2.09 -29.8 1237
626
好
<0.001 -11.73
少于
0.25
噪声
可燃性
不燃
价格
美元/kg
2
3
6
>CFC-12 好 ≈CFC-12 0.35 -26.16 1185 ≤CFC-12 差 ≥CFC-12 不燃 ≈1200 好 ≈CFC-12 不燃 3.2 混合工质的出现给研究带来了新课题.这几年在我国电冰箱使用的混合工质很多，基本上是采用HFC类和HCFC类物质组合成各种比例的混合工质。如：美国杜邦的MP39，它是HCFC-22、HFC-152a和HCFC-124的混合物，我国清华大学开发的THR01是HCFC-22和HFC-152a的二元混合物，THR02是近共沸三元混合物，西安交大、浙江三环公司都生产HFC-152a和HCFC-22的混合工质。这些混合工质的ODP和GWP都很小，ODP小于0.03，GWP小于0.25。清华大学和中国家电所还开发出了ODP为零的新一代HFC类混合工质。美国CalorCas公司还推出丙烷加异丁烷组成的碳氢混合工质，可替代CFC-12和HFC-134a。混合工质已经应用于我国很多冰箱生产厂家，并取得了较好的效果。更为可贵的是，这些混合工质对生产的转换费用要求很低，一般中小企业都能接受。混合工质的能耗基本与原CFC-12相同，有的还有节能效果。混合工质价格与CFC-12相当，合成容易，而且其组分之一HCFC-22在2040年才禁止使用，因此还有几十年的可应用空间，对于我国这个缺乏大量转换资金的国家，混合工质的采用应当说是符合我国国情的替代方案。有专家呼吁，在我国应当提倡开发和采用混合工质。当然，混合工质也有一些缺点：大部分混合工质是非共沸的，防止泄漏是需解决的问题，非共沸工质是的气相和液相的组分比例不同，充注时要求单相充注以保证制冷性能的稳定性（但有研究表明，混合工质的充罐和泄漏后充罐，其成分变化引起的循环性能变化不成为其推广应用的障碍）。另外，生产线上产品性能的离散性较大，约为5~10%，而CFC-12电冰箱仅为2~3%。 去年，我国海南、湖北两省同时宣布全面建设中国第一批“无氟省”，两省均选用格林柯尔集团的混合工质作为首选替代物。可见这些省份已经意识到混合工质对我国企业来说是较为可行的替代方案。各种制冷剂的比较见表1-2。 3.2.2 发泡剂的改进 冰箱用以制备聚氨酯硬泡的发泡剂，起初主要是R11，它具有不燃烧、无腐蚀性、沸点适宜、蒸汽热导率及毒性都很低等特点，曾被广泛应用于冰箱、冰柜。保温管道等行业中。但却具有与R12同样的对大气层臭氧层的破坏能力，因而已被限用。 发泡剂替代的两种主要路线，HCFC-141B和环戊烷。HCFC-141B的优点是直 机电工程系毕业设计 13 接使用原有的发泡设备，不用改造，替代成本小，且没有爆炸的危险。但不能不强调，相对较大的充灌量和仍然存在的对臭氧层的破坏能力，决定了它只能是一种过渡型替代品，适合于对受国际公约限制较宽松的广大发展中国家。 环戊烷最大的优点是对臭氧层完全无破坏作用，并且GWP值极小，以致投资小是它的优点被认为是下一代比较有前途的发泡剂。同时，一种备选替代品HFC-365MFC的研究也在进行中。 3.2.3 噪声的控制 长期以来，噪声和振动始终是评价冰箱的一个重要因素。随着我国居民生活水平的提高，较好的居住环境状况对低噪声冰箱的需求，以及我国《家用和类似用途电器噪声限值》于2005年的强制实施，相关各方面更加强了对降低冰箱噪声的研究，实际上主要从压缩机和制冷管路两方面；来改进。 压缩机降噪。作为冰箱系统中唯一有动力运动部件的压缩机是冰箱的主要噪声源，因而冰箱厂家着重从采用低噪压缩机方面着手控制冰箱的噪声。 自1995年来。各压缩机制造厂开始相继采用各种技术降噪，把各种冰箱压缩机的连续和不连续噪声，以及周期噪声和非周期噪声，归结为流体噪声、机械噪声和电磁噪声。并提出了八点降噪的方法及各法的优劣：（1）加厚壳体。这种方法降噪效果明显，但成本压力增大;(2)加强工艺控制，提高零部件生产精度，可以稳定噪声的离散度，但离市场的要求相距甚远；（3）吸排气腔结构的优化设计，有效降低气流及气流脉动噪音（4）阀板、阀片的优化设计，避免阀片敲击噪声；(5)内排气管结构的调整，最大限度降低了排气管振动的对外传递；（6）电机泵体动平衡最佳化，提高机芯工作的稳定性；（7）外壳形状及壳内空间的重设计，避免机体内共鸣噪音的产生和噪音通过壳体对外的辐射。另外，还可以考虑周围敷设吸声材料，来减少噪音；（8）机芯支撑悬挂结构方式的改进，可有效降低机芯振动。 如增加整体以提高共振频率并降低振动幅度，避免壳体弧线的急剧变化，移去高刚性部位支撑用的弹簧，减少传递到壳体的振动能量，尽可能减少平面的出现等。 管路降噪。制冷剂在管路流动过程中，由于局部的真空，以及弯头的布置导致“咕咕”声不断，这不是主要噪声源，实际上做到的多是将竖直蛇管改为水平蛇管，以减少弯头处出现的真空。同时，在加强管路与压缩机吸气消声器匹配，以及减少毛细管出口喷射噪声方面都有改进价值。 机电工程系毕业设计 14 3.2.4 有利于回收 家用电冰箱的普及率逐年提高，但随之而来也使废旧电冰箱的数量急剧增加。总结了废旧电冰箱过多出现的问题，如废旧冰箱压缩机中的润滑油如不妥善处理，将造成空气、土壤和水体的严重污染，废旧冰箱中许多有用的资源，有色金属、塑料、玻璃、焊锡、碳等都是可以回收再利用。为有利于回收，从节约资源，减小对环境污染等方面提出要加强回收的意义。 国家有关部门起草的《废旧家电及电子回收处理管理条例》已经通过审查，即将由国家发改委正式公布。他的核心是生产责任制。命令要求家电生产企业应该采用有利于回收和再利用的材料生产家电，同时承担旧家电回收的责任。 在这种情况下，就要求冰箱生产企业在设计和生产时既应考虑到有利于以后的回收，有人指出了两个方面：（1）材料的统一性原则。冰箱上使用的材料有很多种，包括各种塑料和金属，要完全将各种不同材料区分和分离很困难，这就要求最优秀的设计方案，尽可能减少使用材料的种类，尽可能再材料上标示名称，以使尽可能降低成本。（2）可拆卸性原则：包括选择通用结构，采用螺钉等可拆卸联结，不用焊接或者铆接，连接处不用或少用过盈配合等。 部件集约化，减少部件，以及不同的颜色来区分树脂的思路等，以利于回收的操作。对不利于回收，对环境污染的物质，在生产中就要限制使用量，如积极推进制冷系统管道的无铅焊接和印刷电路板无铅化，减少HCFC-114b，采用环戊烷发泡，对目前冰箱门封条和覆膜门面板中所使用的PVC材料，研究开发不含重金属及卤素的新型门封等。 总的来说，采用面向回收和再利用的绿色设计，使用无毒、无害或低毒低害材料及便于回收再利用材料，形成资源的良性循环，从源头上控制污染，降低处理成本和对环境的影响，将是冰箱企业的重要课题。绿色设计师冰箱发展到今天，体现人与自然协调的必然要求。 3.3 人性化 智能化 家用电冰箱广泛进入人们的生活，已经不仅仅是一件电器，而是成为了我们每天可见的朋友，所以，在它满足了最初的制冷保存食物的目的，并在节约能源和保护环境方面做出女里之后，只用的舒适性以及如何使它更人性化就成了生产社关注的内容。 3.3.1 方便生活 机电工程系毕业设计 15 无霜保险：应用化霜预制冷功能，再化霜前判断冰箱内的温度，并进行预制冷，使化霜前后箱内温度没有大幅度变化，有利于食品保鲜：大冷动力，深冷速冻，食品营养不散失。 抗菌技术：利用持续生成的负离子，抑制食物代谢中酶的活力，抑制乙烯的生成以及病菌的生长繁殖，增加空气中的水分，以实现果蔬保鲜的最佳适度。 多温区设计：可冷藏、保鲜、软冷冻和冷冻等，可满足食品各种存放要求。 多功能室：具备干燥、除湿功能，适合保存受潮食品、物品。 自动制冰：设自动制冰、碎冰和冷冻系统，满足多种需求。 超温或故障自动显示，便于及时采取补救措施。 真空荧光动态显示，随时了解冰箱冻藏室、软冷冻保鲜室及冷冻室温度的工作状态，消费者使用起来更放心。 3.3.2 智能控制 从人的使用方面来说，它是一种对冰箱“傻瓜化”的操作理念，让人更加方便使用。如：通过尽可能的减少按键，实现电脑自动优化，利用只能、节电、速冻等多种运行模式，实现自动匹配最佳温度的目的。 精确控温，误差控制已经达到0.1度以内，实现精确保鲜。 人工智能自学习系统，全优化控制，模拟人工智能，随食物储量多少自动控制压缩机的运转，爆出食物恒温贮藏，新鲜持久不变，并且能自主记忆存储习惯，优化参数。 如三星出了一款带液晶屏的冰箱，这个液晶屏承载更多的是娱乐功能；海尔最近推出能感知饮料剩余量的智能化冰箱，但上网的费用不菲，互动性不够。我认为，低成本、高互动才能推动冰箱的升级，符合消费者的使用习惯，这里就这种冰箱作一个简单的描述。 这款冰箱和三星冰箱一样，也带有液晶屏，但此屏非彼屏，不是娱乐用的，而是类似手机的触摸屏，可以比手机屏稍大一点，所有的食品管理就集中在此，里面分蔬菜、水果、肉类、饮料、零食、罐装、化妆品、药品数个模块，模块的设计也可以和手机的设计类似。 功能分几方面，由手工操作，省却上网的费用。 储存期限功能：当冰箱的使用者从超市买回食品时，会打开冰箱分类存放，比如放进苹果，就在触摸屏上点水果，点开后会触摸屏上就会出现苹果、荔枝等诸如此类的分模块，使用者再接着点苹果，点储存，里面会自动显示当天的储存时间， 机电工程系毕业设计 16 还会显示设定的苹果食用期限（这个期限使用者也可以修改），食品就存档了。那么当存档食品超过食用期限后，该屏幕会自动报警，表示有食品已经到了储存期限了。 如果你吃完苹果后，要解除该存储信息，就在触摸屏上的食品栏中，找到苹果模块点清空，储存信息就会及时调整，超期限警报也会自然解除。当然，很多人担心苹果已经吃完了，忘了点清空，这也不要紧，过一段时间，食品超期限的报警声也会响起来，你自然会去检查苹果，如果没有了，点一下清空键，警报解除。其他的模块同此原理。 这个功能很好的解决了冰箱里食品过期的普遍问题，从另一种角度保证了食品的保鲜问题。 菜谱功能：解决现在的年轻人做饭难的问题，设置菜谱功能，提供各种菜谱模块，并在菜名的食材采购栏里，提供使用者的采购清单，比如鱼香肉丝，需要什么肉，什么菜，多少量，一目了然；再者就是根据冰箱储存的现有蔬菜肉类，自动生成菜谱，供家庭选择。 这个功能让消费者很好的和冰箱产生互动，把冰箱从一个硬件上升到了生活细节提供者的一个位置。 3.3.3 人性化设计 冰箱的人性化设计已经成为产品在市场推广中极有利的工具。冰箱在设计中体现了对消费者无微不至的关怀。 拉手设计 按钮、旋钮设计 冰箱的高度 造型与功能的结合 考虑指甲 色彩对比度的选择 视线方向 手动界面具有安全性、舒适性 尽量避免采用质检必能完全解除的光滑薄膜 开关面板以及无手感的按钮以用户方便为准则 在原来功能不改变的前提下，造型尽量美观，圆角国度柔和 设计尽量使操作间隙大些，减少指甲的使用频率 应避免在白色背景下印刷灰色字体，色彩更加多样化。 将一些经常操作的机构，如按钮、开关等所涉及再舒适的实现范围内 3.3.4 容量的改变 大容量多温区的空间设计也成为各企业追逐的目标。颠覆原来冰箱简单的冷藏、冷冻室划分，辟出专有空间作为储存不同温度需求的食物，多温区设计和精确控温、专区专放的格局也形成了冰箱多门的外观需求。 机电工程系毕业设计 17 多门设计成流行趋势。人性化的设计更深入人心。冰箱从简单的单侧开门演变为对开门大冰箱，再到现在的三门、四门、甚至五门等多门冰箱，这其中的演变并不单单是冰箱门数量的增加，也体现了冰箱设计者们对消费需求的细心把握。大容量的需求让冰箱的容积越做越大，当单侧开门不能满足消费者食物存储空间需求的时候，对开门冰箱应运而生。但初问世的对开门冰箱的门体放上食物以后，再加之门体本身的重量，负重太大，使用时间长便会出现下沉等问题，而且存取食物也不甚方便，拿出某个区间的食物就要打开这一侧的一大扇门体，使冰箱内冷气流失严重，也不利于能量的节约。多门设计不仅使存取食物更为方便，也节省电能，更避免了不同温区之间的互相干扰，为精确控温提供了一层保证。 于此同时，随着人们生活观念、习惯的变化，冰箱也向小型化发展，商业网点副食品集市布局越是发达、越是喜食新鲜食品的地区，对电冰箱的容积需求反而越小。 3.4 电冰箱发展展望 从长远看，我国冰箱进一步发展的基本特点是节能，以真空绝热和变频技术为主导方向，二是环保，利于回收的绿色设计，但目前收到规模小，成本高，技术含量低的影响。从具体应用角度来说，各种适合专门场合和用途的冰箱将有广阔的前景。 参考资料 （1）贾 林 电冰箱发展状况及前景 （2）郭艳萍 变频器应用技术 （3）林 刚 小型制冷装置 （4）侯 玲 制冷剂发展现状和未来 （5）宋鹏 李红旗 家用电冰箱技术现状及发展趋势 （6）尚殿波 改善冰箱噪声，加强声品控制研究 （7）赵先美 中国家电协会，节能冰箱的发展趋势 （8）郭朝红，何绍书 电冰箱中几种替代制冷剂的性能及市场情况比较
2023年12月16日发(作者：龙友琴)
电冰箱的现状与发展趋势
郭永飞
漯河职业技术学院机电工程系
摘要：介绍了当前我国家用电冰箱的发展历史、现状以及今后在节能、环保、人性化和智能化方面的发展趋势。
关键字：电冰箱 现状 发展趋势
前 言
随着科技的发展，社会的进步和人们生活水平的不断提高，电冰箱的应用几乎遍及生产、生活的各个方面。从家庭到各大商店，从城市到农村，几乎都可以看到电冰箱的身影我国电冰箱行业从50年代起步，期间迅速发展壮大。改革开放前，我国电冰箱行业仅雪花一家，80年代开始，海尔、海信、长虹、新飞等冰箱生产企业相继崛起，从而奠定了目前我国冰箱制冷行业的基础。进入21世纪，电冰箱的发展更为迅速，从冷藏、冷冻，发展到现在的多种功能俱全，能满足人们各种工作、生活的需要。电冰箱的普及应用极大的提高了我国城乡居民的生活质量。
本文主要从电冰箱的起源开始，从电冰箱的起源、现状及发展趋势三方面介绍了电冰箱在节能、环保以及人性化和智能化方面的新进展。
本文主要分三部分，分别是电冰箱的发展史，电冰箱的发展现状，电冰箱的发展趋势。其中电冰箱的发展史介绍了制冷效果的发现、电冰箱的发明以及我国家用电冰箱的发展史；电冰箱的发展现状一章主要介绍了我国家用电冰箱生产厂家的格局：发展趋势一章则是从节能、环保、人性化和智能化等方面介绍了我国家用电冰箱在变频技术、压缩机技术、换热器技术、制冷剂替代、旧冰箱回收利用、保鲜及消声和减震等方面介绍了我国家用电冰箱未来的发展趋势。
本文在写作过程中参考和引用了大量资料，在参考资料中予以注明。
本文在孔云龙老师指导下写作而成，由于学生水平有限，不免有错误之处，妄各位老师给予批评和指正。
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目录
前言
第一章：电冰箱的发展史
2
1.1 制冷效果的发现
2
1.2 冰箱的发明
2
1.3 我国家用电冰箱发展史
2
第二章：我国冰箱行业发展现状
第三章：我国家用电冰箱的发展趋势
3.1 节能方面
3.1.1 变频技术应用
3.1.2 采用高效压缩机
3.1.3 高效换热器的开发和使用
3.1.4 新型节能工质的应用
3.1.5 合理的系统设计
3.1.6 减少制冷量损失
3.2 环保方面
3.2.1 制冷剂的更替
3.2.2 发泡剂的改进
3.2.3 噪声的控制
3.2.4 有利于回收
3.3 人性化智能化
3.3.1 方便生活
3
4
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3.3.2 智能控制 14
3.3.3 人性化设计 15
3.3.4 容量的改变 16
3.4 电冰箱发展展望
16
参考资料
16
第一章 家用电冰箱的发展史
1.1 制冷效果的发现
一个在英格兰工作的美国人雅可比?帕金斯有了一个新发现，这一发现导致了冰箱的发明。1834年他发现当某些液体蒸发时，会有一种冷却效应。帕金斯要求一群技工来制造一个可证实这个想法的工作模型。 果然，这个装置在某个晚上真的产生了一些冰。技工们兴奋地拿着冰，跳进一辆马车，飞速驶向帕金斯的住房，向他展示所取得的成果。帕金斯此时已上了年纪，虽然他没有在市场上出售自己的发明物，但是哈里森的工作成果为类早期家用冰箱铺垫了道路。
1.2 冰箱的发明
真正的电冰箱发明于20年代，1920年，纽约布鲁克林一家平板印刷厂的一位名叫威利斯·H.卡里尔的工程师，设计出一种能控制温度和湿度的系统。存放皮毛的窖主和牛奶公司经理根据需要进一步改进了机械冰箱技术。大约在第一次世界大战期间，出现了一些体积更小的家用冰箱，这是一种噪音大，易泄漏的新发明，实际上它只是在旧式“冰盒”壳内安装上电机和转动皮带，这使它的外貌看起来就像一种试验品。1918年美国的卡尔维纳公司设计出第一台电冰箱，
自1927年美国通用电器公司首先研制出全封闭式自动制冷装置至今，当前全世界每年电冰箱的总产量在4000万台以上，其中产量居前几位的国家是美国、俄罗斯、意大利、日本等国。
1923年，当弗雷基代尔还是美国通用汽车公司的分厂的时候，它引进了一种新的机械冰箱组件，并组装成电冰箱。弗雷基代尔电冰箱的设计是把储存易腐烂食品的“冰盒”和制冷机械部分装进一个特制的柜子。这种装置安静、方便，且结构紧凑。至此，一种新的冰箱式样随着到处可见的商标名诞生了。
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此后，随着生产数量剧增，冰箱价格暴跌。到1944年，约85％的美国家庭都有了机械冰箱。“冰盒”仅作为一个词汇流传下来。
冰箱的应用，是20世纪人类发展史上的重要一页，正是有了冰箱，使人们生活质量有了较大提高，使食物长时间存放有了可能。
1.3 我国家用电冰箱发展史
我国冰箱起步较迟，第一台冰箱是1954年由沈阳医疗器械厂生产的200升单门冰箱。国内第一台商用冰箱早在1956年由北京雪花冰箱厂研制成功。这家国内著名的老厂曾拥有年产80万台电冰箱的生产能力，成为中国最早的名牌产品之一。雪花集团的前身是北京医疗器械厂。这个工厂以前主要生产医疗用制冷设备。改革开放以后，雪花公司的产品由医用转为民用，雪花电冰箱迅速在全国走红。1960年开始，卫生部门的一些医疗器械厂开始具备了电冰箱生产能力，并投入了小批量生产。80年代初电冰箱产量连年翻番，1983年产量约18万台，1984年产量超过40万台，目前国家确定四十几家电冰箱定点厂，全国引进50多条电冰箱生产装配线，年产能力达1500万台以上，规格已有50升到200升以上大型冰箱的多种系列，品种有单门、双门、多门、型式有直冷式，还有间冷式,在90年代，电冰箱技术己经向高效率、智能化和多门多温多功能的方向发展。
目前我国主要冰箱生产企业大多在20世界80年代起步，但发展迅速，从单一的制冷冰箱，发展到如今花样繁多，种类、功能齐全，能满足各类人们生活、工作需要的多功能冰箱。如：我国目前最大的冰箱生产公司海尔，创立于1984年。原名为“青岛电冰箱总厂”， 1985年，海尔从德国利勃海尔集团引进了先进技术，生产出我国乃至亚洲第一代四星级冰箱，1989年开始在无氟领域进行探索研究。
海信冰箱公司公司创立于1984年，前身为广东珠江冰箱厂，同年开始用容声牌生产电冰箱，是目前国内唯一拥有海信、容声两个品牌企业集团，是中国最早生产冰箱的企业之一，也是中国目前规模最大的电冰箱生产基地。
电冰箱是中国最早实现国产化的制冷电器之一，从80年代初起步，经过20几年的发展，中国电冰箱已占世界总产量16%的份额而位居全球首位。由于在国内市场已进入成熟期，市场运行的基本特征是相对平稳，不会出现需求上的大起大落。电冰箱消费主要集中在城镇，农村由于受收入水平、生活习惯等限制，冰箱的拥有量较城镇低许多。
第二章 我国家用电冰箱发展现状
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
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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15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。2007年，中国电冰箱企业年销售量合计达到3079万台，同比增长19.56%，其中，内销1427万台，同比增长了13.6个百分点，增长率为5年来最高水平，冰箱产业再次进入高速发展期。2008年前10月冰箱总零售量344万台，同比增加13.95%；冰箱总零售额88亿元，同比增长23.5%。
虽然冰箱企业进入“巷战期”，但冰箱产业格局却愈加分明：以新飞为中心的中原产业群，以海尔、海信为中心的环渤海产业群，以美的为中心的珠三角产业群，以长虹为中心的西部产业群。四个产业群犹如吸力强劲的“四大磁极”，将资金、人才、配套产业纳入自己麾下，成为支撑中国冰箱行业的四根“擎天柱”。
另外，还有西门子、美菱、容声、LG、三星、松下、奥克斯等国内外主要品牌在中国市场也占有不小份额。
目前，我国各大冰箱生产企业已经日趋成熟，冰箱是一个高度集中的产业。全国冰箱产量的80%以上主要集中于安徽省、广东省、山东省、浙江省、江苏省以及河南省等6大省，而且所占市场份额日益加大。此外，冰箱品牌集中度也较高，国内市场中海尔、新飞、科龙、美菱所占份额超过60%。其他品牌相对来说占有较小的份额
第三章 我国家用电冰箱发展趋势
随着时代的发展，冰箱的广泛使用带来了一系列的问题：冰箱制冷工质散逸对臭氧层的破坏和温室效应的加剧，广泛普及导致电力消耗过大，寿命期满后处置不当带来的环境污染与资源浪费等等，加之人们对家用电冰箱在智能化，舒适化方面的要求提高，这些都要求在冰箱生产中药使用一系列新技术和新工艺加以改进等；本章将一一予以阐述。
3.1 节能方面
当前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
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也将产品开发重心放在了节能上。据统计，我国家用电冰箱在我国居民生活用电比重曾一度接近50%，现今也稳定在20%左右，加之世界和我国能源需求和开发的状况，最大程度的节能也就成了必然。我国也制定了相应的新的国家能耗标准《家用电冰箱耗电量限定值及能源效率等级》（GB12021.2—2003），此标准的出台将会强制性的要求冰箱生产厂家进行技术上的改进和创新，节能冰箱将成为未来市场的亮点之一。电冰箱节能要从制冷系统各个环节采取措施，以达到目的。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。
3.1.1 变频技术应用
交流变频调速技术的原理是把工频50Hz的交流电转换成频率和电压可调的交流电，通过改变交流电动机定子绕组的供电频率，在改变频率的同时也改变电压，从而达到改变电动机转速的目的。目前的变频调速系统还次用微机控制技术，它可以根据电动机负载的变化实现自动、平滑的实现增速或者减速。
交流变频调速系统在节约能源方面有着很大优势，是目前国际公认的交流电动机的最理想、最有前途的调速技术。许多变动负载电动机一般按最大需求来选择电动机的容量，故设计余量偏大，而在实际运行中，轻载运行的时间所占的比例偏高。如果采用变频调速，可大大提高轻载运行的工作效率。以风机为例，转轴功率与转速的三此房成正比。当所需风量减小，风机转速降低时，功率按转速的三次方下降。因此，精确调速的节电效果费城可观，节约电力达70%以上。
变频冰箱，其特征是针对冰箱压缩机，以单相交流电动机为驱动电机，所述单相交流电动机采用变频供电电源。本实用新型是以变频电源控制压缩机转速，从而调节压缩机的制冷量，在热负荷大时，压缩机制冷量大，热负荷小时，压缩机制冷量小，从而提高蒸发温度、降低耗电量。
变频技术，通过传感器及电子智能控制系统，压缩机根据冰箱冷藏室或冷冻室的需要改变转速。定频冰箱维持冷冻温度是通过测温控制自动开关机来实现的，实际上是对食品进行反复的温度冲击。变频冰箱则通过5摄氏度、0摄氏度等温控点的转速调节，使食品温度冲击变小，减少食品水分流失，节能效果也相应提高。
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。
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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。
3.1.2 采用高效压缩机
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。
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℃~ -150℃的制冷温度），因为它更容易
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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（nmental Protection Agency ，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。
2）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。
c)R12压缩机使用混合工质的性能变化（混合工质为R152a/R22=75/25）R12、R134a、R600a及混合工质在冰箱标准工况下压力、压比如表1-1：
表1-1 工质在冰箱标准工况下压力
吸气压力(bar)
排气压力(bar)
压缩比
R12
1.350
13.710
10.16
R134a
1.174
14.980
12.75
R600a
0.630
7.637
12.12
R152a/R22=75/25
1.114
13.80
12.38
从以上分析可知，对比于R12相同压缩机在使用混合工质时，压比增加20%，排气温度提高12～15℃。
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d)由于烷基苯油和石蜡基油完全互溶，因而在零件加工，装配过程中残留的油分对混合工质压缩机性能无任何影响，故工艺保持不变。装配中压缩机润滑点注油（少量）如转子部件、气缸座选配油可用矿物油。
e)试验中充制冷剂时，一定要保证液相注灌，否则比份会发生变化，导致压缩机堵转或测试误差增大。测完放气时因R152a遇明火可燃，故要保持良好通风，一般采用真空泵将其泵入大气或回收。混合工质在其它检测方面对比于R12无特殊要求。
f)通过以上的理论对比分析及不同油的压缩机台架得出，R12系列压缩机使用混合工质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。
g)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，电仙的绝缘材料（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。
3.1.3 高效换热器的开发和使用
家用电冰箱上的蒸发器主要有管板式、吹涨式、单脊翅片管式和冷却排管式，冷凝器主要有丝管式、翅片式和内置管板式，虽然名称复杂多样，但也各有其优缺点，都有在特定情况下最好的一种选择。
冰箱换热器主要从结构上去完善，如管路的布置，减小管内外导热热阻等方法。新型换热器创新随步子不大，但也有其发展，如中科院理化所研究了一种冰箱用“蓄冷（热）”不间断工作冷凝器、蒸发器”，通过加装“蓄冷（热）液”技术来储存压缩机工作时的能量，压缩机停机时继续释放出热（冷）量，以此保证不间断工作。
当前页有从加强管内工质冷凝放热系数入手，利用微细管路换热的研究新进展，来开发新式冷凝器。
采用强化传热技术，可使冰箱的冷凝器和蒸发器传热系数增加，传热温差降低，但任何传热设备都有一定的温差，如何确定这一温差应从能效、经济型等方面综合考虑，存在最佳值。
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3.1.4 新型节能工质的应用
制冷工质的热力性能优劣，也关系到压缩机的能耗和制冷循环的效率。但由于一般涉及到制冷剂主要着眼点是其在环保方面，因此在下文详述。
3.1.5 合理的系统设计
制冷循环采用双回路制冷循环，这种循环的冷藏室保存温度一级冷冻室的保存温度完全由两个独立的制冷循环来实现。特点是：各储藏室能维持其最佳的蒸发温度，使循环效率提高，除霜量减小以此来达到节能目的。
双控系统比常规制冷系统多附加了两组毛细管和一个电磁换向阀，并由两个温控器分别控制压缩机的开闭和制冷剂的流向。由于毛细管的长度根据蒸发温度的不同而不同，可以提冷藏室的蒸发温度，同事可以加快冷冻室的降温速度，具有节能和快速冷冻的优点。缺点是系统复杂，并向控制复杂，有可能降低其可靠性。
多间室、多功能的发展方向。多间室冰箱利用风道系统中的风扇，将经过蒸发器强制对流冷却后的冷空气，通过风道口和送风口分配到各个间室，满足不同功能对温度的要求。依靠调节冷空气流量来调节温度，可实现灵活的温度调节和控制。同时对于大容量的间室，易于实现温度的均匀分布。此外还可以避免除霜，取得方便用户和节能的目的，但是风扇的使用又增大了能耗，主要在国外得到应用，在我国有一定的发展潜力。
3.1.6 减少制冷量损失
冰箱的漏热是除了储物热之外热负荷的主要来源，主要通过采用导热系数小隔热效果好的材料，使用先进的微孔发泡技术，开发和应用真空发泡板，以及改进门封河设计合理的箱体结构等一系列措施来减少制冷量损失。
3.2 环保方面
在人们的意识中，冰箱的环保仍然局限在制冷剂以一面，本文将冰箱运行中的噪声和冰箱寿命完毕之后的回收利用都归结到“大环保”概念中来。
3.2.1 制冷剂的更替
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制冷剂是制冷循环中工作的介质，可以比拟为电冰箱的“血液”。在蒸气压缩式循环中，利用制冷剂的相变传递热量。即制冷剂在蒸发过程中吸收冰箱中的热量，然后再至冷凝器向外放出热量，以维持冰箱内的低温。制冷剂发展史的第一阶段，氨被作为主要工质。20世纪30年代出现了氟里昂制冷剂，氟里昂属于卤代烃类化合物，是美国y，Jr等为了寻找无毒制冷剂，在元素周期律指导下合成的。其编号和命名目前普遍采用CFC、HCFC、HFC以表示分子组成。CFC由Cl、F、C组成，叫氯氟烃，为全卤代烷烃。HCFC由H、Cl、F、C组成，叫氢氯氟烃；HFC由H、F、C组成，叫氢氟烃，均为含氢的非全卤代烷烃。
由于卤代烃的无毒、不燃、无味和化学性能稳定等优点使其很快被普及，推动制冷技术成为庞大的经济产业，给人类带来了巨大的好处。80年代中期，人们发现一部分氟里昂对大气臭氧层有破坏作用，形成臭氧层空洞，给全球带来危害。种种实验表明，含有氯原子的CFC对臭氧层的破坏最大，而HCFC的破坏能力较低，不含氯原子的HFC对臭氧层无破坏作用。
由于CFCs对臭氧层和全球变暖的重要影响，CFCs替代成为全球共同关注的问题。我国政府自1991年6月起已成为《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》的签约国之一，遵照议定书规定，作为发展中国家，中国制冷行业将在2005年全面停止在生产中使用CFCs（R12、R11、R500等），2030年禁止在生产中使用HCFC（R22、R1741b等）。中国和其它110个缔约国代表参加的1995年11月在奥地利首都维也纳召开的《蒙特利尔议定书》缔约国第七次会议，对破坏臭氧层物质的限制再次从严要求，对CFCs、哈龙（CRBr）等20种受控物质，发达国家的禁止生产和生产中使用的期限提前，一般是1996年底或1997年底。我们发展中国家最终全部停止使用时间为2010年；而对HCFC空调器使用R22等，发达国家2020年停止使用，但保留必要的原装置的维修用量，2030年（包括发展中国家）全部停止使用HCFC。世界上一些经济高度发达的国家，如美国、日本、北欧，鉴于市场竞争和环保要求，各自制定了更高更严的CFCs替代政策。1999年11月第11次《蒙特利尔议定书》缔约国大会之后，包括我国在内的发展中国家的CFCs替代已进入实质性履约阶段。1999年11月15日由国务院批准的最新修订的《中国逐步淘汰消耗臭氧层物质的国家方案》中制定了各行业的淘汰目标，其中，家电行业要在1999年实现40%新生产冰箱冷柜的替代，在2003年完成70%新生产冰箱冷柜的替代，在2005年完成100%新生产冰箱冷柜的替代。
家用电冰箱的制冷剂广泛选用的是CFC-12，它是一种中温中压制冷剂。自1931年问世以来，几十年的实践证明，是十分理想的制冷剂。并且CFC-12制冷系统中压缩机、换热器等部件均已发展完善，使冰箱能耗低，使用寿命长达15年以上。现因发现它对臭氧层的破坏作用，对人类生存环境构成威胁，才不得不忍痛割爱，下决心逐步禁用。
寻求CFC-12替代物的工作不容易，替代物的性质应尽量与CFC-12接近。资料表明有利用现有的单一工质HCFC-22、HFC-134a等；有用氟里昂二元或三元的共沸或非共沸的混合工质的。以德国为主的欧洲国家主要采用HC-600a；以美国、日本为主的国家主要采用HFC-134a。1986年，美国杜邦公司开始用HFC-134a替代CFC-12，1990年投入商业生产。美国国家标准与技术研究院和杜邦公司以及主要国
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家的研究都表明：HFC-134a具有相当接近CFC-12的性质，而无破坏臭氧层的作用，是目前各国一致公认的CFC-12比较理想的替代物。但美中不足的是，HFC-134a的GWP值很大，达到0.35。采用HFC-134a后，冰箱能耗要增加。需要生产专用的压缩机和采用与HFC-134a不溶的辅助材料，压缩机需要有高COP值，以弥补能耗的增高，从而使压缩机生产成本增加，价格提高。由于HFC-134a对矿物油、石蜡等的溶解能力极差，润滑油需改用酯类油，而制冷剂/酯类油会与加工、生产过程用切屑油、清洗液等发生化学反应，形成蜡状物质，易造成脏堵，从而对制冷管道内壁的清洁度提出了更高的要求。与矿物油相比，酯类油吸水性和水解性强，饱和含水量值约为矿物油20多倍，在系统中容易造成冰堵，因此，生产过程中要严格控制水分。比如制冷系统用铜管要充氮封闭，要求分子筛由专用干燥器存放或用塑料封装，拆封后20分钟内要求安装到系统。因此，HFC-134a对润滑油、制冷系统的清洁度、真空度及干燥度的要求比CFC-12系统要苛刻得多，这很大程度上提高了HFC-134a冰箱冷[3]柜产品的生产成本。
但是HFC-134a方案在我国却已成为主要替代方案之一，其主要的原因有：一是我国已经引进了有一定的生产规模的HFC-134a压缩机的生产线；二是为争取市场和出口的需要而急着上马；三是在无霜间冷式电冰箱上采用HC-600a存在安全问题难度较大。我国冰箱企业采用HC-134a，很大程度上是受到美、日等国的影响。
最有前途的是HC-600a方案，HC-600a容易获得、成本低，特别是其生产过程控制严格程度、维护费用相对于HFC-134a要低，每台冰箱的灌注量少，一般两个打火机含量即可。由于HC-600a物质的生产及适用于HC-600a的压缩机的生产在我国都未形成规模，因而在我国还未大规模采用HC-600a方案。
对于采用HC-600a的方案，有以下优点：ODP值和GWP值均为零，环保性能好；易于获得，价格较低；润滑油可采用原CFC-12的润滑油；单台产品的灌注量小；运行压力低，噪声小；能耗可降低5~10%；对系统材料无特殊要求；生产及维修控制不如HFC-134a严格，对维修不会带来太大困难和质量影响；抽真空系统与CFC-12通用。正因为如此，HC-600a产品在欧洲发展迅速。但它的缺点也很明显。首先是它的易燃、易爆性，这是限制其推广应用的主要障碍。当充注量较大时，如发生泄漏，当体积浓度达到1.4%~7.8%时便有发生爆炸的危险。故迄今HC-600a大都用于直冷冰箱上。HC-600a压缩机启动、保护装置需防爆；其储运、充注及维修现场需安装气体浓度监测及报警装置；在有HC-600a存在的制冷管路不能气焊和电焊，只能采用锁环连接方式。因而HC-600a的可燃性同时也增加了防燃、防爆措施的费用。另外，由于HC-600a的沸点比CFC-12要高出许多，CFC-12系统运行压力低，CFC-12的压缩机将不能继续使用，而需要汽缸容积大一倍的HC-600a压缩机；换热器的结构和尺寸也要做很大调整，整个系统需要重新设计。HC-600a压缩机排气压力为负值，因而对系统的泄漏也提出了更高要求，否则易发生冰堵现象。HC-600a易燃易爆且充注量对一般维修网点来说难以控制，如采用HC-600a专用充注机，又要增加一大笔费用，因此，冰箱一旦出现故障，维修是个大问题。而且HC-600a属高可燃性制冷剂，即A3类，美国目前是禁止使用此类制冷剂的，该类冰箱、冷柜产品只能出口欧洲，这也是一个不利的条件。此外HC-600a的POCP（光化学臭氧产生潜能）[4]值很大，也成为影响其普及推广的一大障碍。
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表1-2 各种制冷剂的比较
(CFC-11) ODP
CFC-12
HC-600a
HFC-134a
混合
工质
1
0
0
少于
0.25
容积制油兼GWP 沸点/℃ 冷量理论COP
容性
3kJ/m
2.09 -29.8 1237
626
好
<0.001 -11.73
少于
0.25
噪声
可燃性
不燃
价格
美元/kg
2
3
6
>CFC-12 好 ≈CFC-12 0.35 -26.16 1185 ≤CFC-12 差 ≥CFC-12 不燃 ≈1200 好 ≈CFC-12 不燃 3.2 混合工质的出现给研究带来了新课题.这几年在我国电冰箱使用的混合工质很多，基本上是采用HFC类和HCFC类物质组合成各种比例的混合工质。如：美国杜邦的MP39，它是HCFC-22、HFC-152a和HCFC-124的混合物，我国清华大学开发的THR01是HCFC-22和HFC-152a的二元混合物，THR02是近共沸三元混合物，西安交大、浙江三环公司都生产HFC-152a和HCFC-22的混合工质。这些混合工质的ODP和GWP都很小，ODP小于0.03，GWP小于0.25。清华大学和中国家电所还开发出了ODP为零的新一代HFC类混合工质。美国CalorCas公司还推出丙烷加异丁烷组成的碳氢混合工质，可替代CFC-12和HFC-134a。混合工质已经应用于我国很多冰箱生产厂家，并取得了较好的效果。更为可贵的是，这些混合工质对生产的转换费用要求很低，一般中小企业都能接受。混合工质的能耗基本与原CFC-12相同，有的还有节能效果。混合工质价格与CFC-12相当，合成容易，而且其组分之一HCFC-22在2040年才禁止使用，因此还有几十年的可应用空间，对于我国这个缺乏大量转换资金的国家，混合工质的采用应当说是符合我国国情的替代方案。有专家呼吁，在我国应当提倡开发和采用混合工质。当然，混合工质也有一些缺点：大部分混合工质是非共沸的，防止泄漏是需解决的问题，非共沸工质是的气相和液相的组分比例不同，充注时要求单相充注以保证制冷性能的稳定性（但有研究表明，混合工质的充罐和泄漏后充罐，其成分变化引起的循环性能变化不成为其推广应用的障碍）。另外，生产线上产品性能的离散性较大，约为5~10%，而CFC-12电冰箱仅为2~3%。 去年，我国海南、湖北两省同时宣布全面建设中国第一批“无氟省”，两省均选用格林柯尔集团的混合工质作为首选替代物。可见这些省份已经意识到混合工质对我国企业来说是较为可行的替代方案。各种制冷剂的比较见表1-2。 3.2.2 发泡剂的改进 冰箱用以制备聚氨酯硬泡的发泡剂，起初主要是R11，它具有不燃烧、无腐蚀性、沸点适宜、蒸汽热导率及毒性都很低等特点，曾被广泛应用于冰箱、冰柜。保温管道等行业中。但却具有与R12同样的对大气层臭氧层的破坏能力，因而已被限用。 发泡剂替代的两种主要路线，HCFC-141B和环戊烷。HCFC-141B的优点是直 机电工程系毕业设计 13 接使用原有的发泡设备，不用改造，替代成本小，且没有爆炸的危险。但不能不强调，相对较大的充灌量和仍然存在的对臭氧层的破坏能力，决定了它只能是一种过渡型替代品，适合于对受国际公约限制较宽松的广大发展中国家。 环戊烷最大的优点是对臭氧层完全无破坏作用，并且GWP值极小，以致投资小是它的优点被认为是下一代比较有前途的发泡剂。同时，一种备选替代品HFC-365MFC的研究也在进行中。 3.2.3 噪声的控制 长期以来，噪声和振动始终是评价冰箱的一个重要因素。随着我国居民生活水平的提高，较好的居住环境状况对低噪声冰箱的需求，以及我国《家用和类似用途电器噪声限值》于2005年的强制实施，相关各方面更加强了对降低冰箱噪声的研究，实际上主要从压缩机和制冷管路两方面；来改进。 压缩机降噪。作为冰箱系统中唯一有动力运动部件的压缩机是冰箱的主要噪声源，因而冰箱厂家着重从采用低噪压缩机方面着手控制冰箱的噪声。 自1995年来。各压缩机制造厂开始相继采用各种技术降噪，把各种冰箱压缩机的连续和不连续噪声，以及周期噪声和非周期噪声，归结为流体噪声、机械噪声和电磁噪声。并提出了八点降噪的方法及各法的优劣：（1）加厚壳体。这种方法降噪效果明显，但成本压力增大;(2)加强工艺控制，提高零部件生产精度，可以稳定噪声的离散度，但离市场的要求相距甚远；（3）吸排气腔结构的优化设计，有效降低气流及气流脉动噪音（4）阀板、阀片的优化设计，避免阀片敲击噪声；(5)内排气管结构的调整，最大限度降低了排气管振动的对外传递；（6）电机泵体动平衡最佳化，提高机芯工作的稳定性；（7）外壳形状及壳内空间的重设计，避免机体内共鸣噪音的产生和噪音通过壳体对外的辐射。另外，还可以考虑周围敷设吸声材料，来减少噪音；（8）机芯支撑悬挂结构方式的改进，可有效降低机芯振动。 如增加整体以提高共振频率并降低振动幅度，避免壳体弧线的急剧变化，移去高刚性部位支撑用的弹簧，减少传递到壳体的振动能量，尽可能减少平面的出现等。 管路降噪。制冷剂在管路流动过程中，由于局部的真空，以及弯头的布置导致“咕咕”声不断，这不是主要噪声源，实际上做到的多是将竖直蛇管改为水平蛇管，以减少弯头处出现的真空。同时，在加强管路与压缩机吸气消声器匹配，以及减少毛细管出口喷射噪声方面都有改进价值。 机电工程系毕业设计 14 3.2.4 有利于回收 家用电冰箱的普及率逐年提高，但随之而来也使废旧电冰箱的数量急剧增加。总结了废旧电冰箱过多出现的问题，如废旧冰箱压缩机中的润滑油如不妥善处理，将造成空气、土壤和水体的严重污染，废旧冰箱中许多有用的资源，有色金属、塑料、玻璃、焊锡、碳等都是可以回收再利用。为有利于回收，从节约资源，减小对环境污染等方面提出要加强回收的意义。 国家有关部门起草的《废旧家电及电子回收处理管理条例》已经通过审查，即将由国家发改委正式公布。他的核心是生产责任制。命令要求家电生产企业应该采用有利于回收和再利用的材料生产家电，同时承担旧家电回收的责任。 在这种情况下，就要求冰箱生产企业在设计和生产时既应考虑到有利于以后的回收，有人指出了两个方面：（1）材料的统一性原则。冰箱上使用的材料有很多种，包括各种塑料和金属，要完全将各种不同材料区分和分离很困难，这就要求最优秀的设计方案，尽可能减少使用材料的种类，尽可能再材料上标示名称，以使尽可能降低成本。（2）可拆卸性原则：包括选择通用结构，采用螺钉等可拆卸联结，不用焊接或者铆接，连接处不用或少用过盈配合等。 部件集约化，减少部件，以及不同的颜色来区分树脂的思路等，以利于回收的操作。对不利于回收，对环境污染的物质，在生产中就要限制使用量，如积极推进制冷系统管道的无铅焊接和印刷电路板无铅化，减少HCFC-114b，采用环戊烷发泡，对目前冰箱门封条和覆膜门面板中所使用的PVC材料，研究开发不含重金属及卤素的新型门封等。 总的来说，采用面向回收和再利用的绿色设计，使用无毒、无害或低毒低害材料及便于回收再利用材料，形成资源的良性循环，从源头上控制污染，降低处理成本和对环境的影响，将是冰箱企业的重要课题。绿色设计师冰箱发展到今天，体现人与自然协调的必然要求。 3.3 人性化 智能化 家用电冰箱广泛进入人们的生活，已经不仅仅是一件电器，而是成为了我们每天可见的朋友，所以，在它满足了最初的制冷保存食物的目的，并在节约能源和保护环境方面做出女里之后，只用的舒适性以及如何使它更人性化就成了生产社关注的内容。 3.3.1 方便生活 机电工程系毕业设计 15 无霜保险：应用化霜预制冷功能，再化霜前判断冰箱内的温度，并进行预制冷，使化霜前后箱内温度没有大幅度变化，有利于食品保鲜：大冷动力，深冷速冻，食品营养不散失。 抗菌技术：利用持续生成的负离子，抑制食物代谢中酶的活力，抑制乙烯的生成以及病菌的生长繁殖，增加空气中的水分，以实现果蔬保鲜的最佳适度。 多温区设计：可冷藏、保鲜、软冷冻和冷冻等，可满足食品各种存放要求。 多功能室：具备干燥、除湿功能，适合保存受潮食品、物品。 自动制冰：设自动制冰、碎冰和冷冻系统，满足多种需求。 超温或故障自动显示，便于及时采取补救措施。 真空荧光动态显示，随时了解冰箱冻藏室、软冷冻保鲜室及冷冻室温度的工作状态，消费者使用起来更放心。 3.3.2 智能控制 从人的使用方面来说，它是一种对冰箱“傻瓜化”的操作理念，让人更加方便使用。如：通过尽可能的减少按键，实现电脑自动优化，利用只能、节电、速冻等多种运行模式，实现自动匹配最佳温度的目的。 精确控温，误差控制已经达到0.1度以内，实现精确保鲜。 人工智能自学习系统，全优化控制，模拟人工智能，随食物储量多少自动控制压缩机的运转，爆出食物恒温贮藏，新鲜持久不变，并且能自主记忆存储习惯，优化参数。 如三星出了一款带液晶屏的冰箱，这个液晶屏承载更多的是娱乐功能；海尔最近推出能感知饮料剩余量的智能化冰箱，但上网的费用不菲，互动性不够。我认为，低成本、高互动才能推动冰箱的升级，符合消费者的使用习惯，这里就这种冰箱作一个简单的描述。 这款冰箱和三星冰箱一样，也带有液晶屏，但此屏非彼屏，不是娱乐用的，而是类似手机的触摸屏，可以比手机屏稍大一点，所有的食品管理就集中在此，里面分蔬菜、水果、肉类、饮料、零食、罐装、化妆品、药品数个模块，模块的设计也可以和手机的设计类似。 功能分几方面，由手工操作，省却上网的费用。 储存期限功能：当冰箱的使用者从超市买回食品时，会打开冰箱分类存放，比如放进苹果，就在触摸屏上点水果，点开后会触摸屏上就会出现苹果、荔枝等诸如此类的分模块，使用者再接着点苹果，点储存，里面会自动显示当天的储存时间， 机电工程系毕业设计 16 还会显示设定的苹果食用期限（这个期限使用者也可以修改），食品就存档了。那么当存档食品超过食用期限后，该屏幕会自动报警，表示有食品已经到了储存期限了。 如果你吃完苹果后，要解除该存储信息，就在触摸屏上的食品栏中，找到苹果模块点清空，储存信息就会及时调整，超期限警报也会自然解除。当然，很多人担心苹果已经吃完了，忘了点清空，这也不要紧，过一段时间，食品超期限的报警声也会响起来，你自然会去检查苹果，如果没有了，点一下清空键，警报解除。其他的模块同此原理。 这个功能很好的解决了冰箱里食品过期的普遍问题，从另一种角度保证了食品的保鲜问题。 菜谱功能：解决现在的年轻人做饭难的问题，设置菜谱功能，提供各种菜谱模块，并在菜名的食材采购栏里，提供使用者的采购清单，比如鱼香肉丝，需要什么肉，什么菜，多少量，一目了然；再者就是根据冰箱储存的现有蔬菜肉类，自动生成菜谱，供家庭选择。 这个功能让消费者很好的和冰箱产生互动，把冰箱从一个硬件上升到了生活细节提供者的一个位置。 3.3.3 人性化设计 冰箱的人性化设计已经成为产品在市场推广中极有利的工具。冰箱在设计中体现了对消费者无微不至的关怀。 拉手设计 按钮、旋钮设计 冰箱的高度 造型与功能的结合 考虑指甲 色彩对比度的选择 视线方向 手动界面具有安全性、舒适性 尽量避免采用质检必能完全解除的光滑薄膜 开关面板以及无手感的按钮以用户方便为准则 在原来功能不改变的前提下，造型尽量美观，圆角国度柔和 设计尽量使操作间隙大些，减少指甲的使用频率 应避免在白色背景下印刷灰色字体，色彩更加多样化。 将一些经常操作的机构，如按钮、开关等所涉及再舒适的实现范围内 3.3.4 容量的改变 大容量多温区的空间设计也成为各企业追逐的目标。颠覆原来冰箱简单的冷藏、冷冻室划分，辟出专有空间作为储存不同温度需求的食物，多温区设计和精确控温、专区专放的格局也形成了冰箱多门的外观需求。 机电工程系毕业设计 17 多门设计成流行趋势。人性化的设计更深入人心。冰箱从简单的单侧开门演变为对开门大冰箱，再到现在的三门、四门、甚至五门等多门冰箱，这其中的演变并不单单是冰箱门数量的增加，也体现了冰箱设计者们对消费需求的细心把握。大容量的需求让冰箱的容积越做越大，当单侧开门不能满足消费者食物存储空间需求的时候，对开门冰箱应运而生。但初问世的对开门冰箱的门体放上食物以后，再加之门体本身的重量，负重太大，使用时间长便会出现下沉等问题，而且存取食物也不甚方便，拿出某个区间的食物就要打开这一侧的一大扇门体，使冰箱内冷气流失严重，也不利于能量的节约。多门设计不仅使存取食物更为方便，也节省电能，更避免了不同温区之间的互相干扰，为精确控温提供了一层保证。 于此同时，随着人们生活观念、习惯的变化，冰箱也向小型化发展，商业网点副食品集市布局越是发达、越是喜食新鲜食品的地区，对电冰箱的容积需求反而越小。 3.4 电冰箱发展展望 从长远看，我国冰箱进一步发展的基本特点是节能，以真空绝热和变频技术为主导方向，二是环保，利于回收的绿色设计，但目前收到规模小，成本高，技术含量低的影响。从具体应用角度来说，各种适合专门场合和用途的冰箱将有广阔的前景。 参考资料 （1）贾 林 电冰箱发展状况及前景 （2）郭艳萍 变频器应用技术 （3）林 刚 小型制冷装置 （4）侯 玲 制冷剂发展现状和未来 （5）宋鹏 李红旗 家用电冰箱技术现状及发展趋势 （6）尚殿波 改善冰箱噪声，加强声品控制研究 （7）赵先美 中国家电协会，节能冰箱的发展趋势 （8）郭朝红，何绍书 电冰箱中几种替代制冷剂的性能及市场情况比较