冰箱制冷原理

电冰箱的原理以及生活中的应用

一、冰箱制冷原理：

冰箱制冷是一个能量转移的过程，是指用人工的方法从低于环境温度的某一封闭空间内吸取热量，将其转移给环境介质的过程。为了实现能量转移过程，需要消耗一定的外界能量作为补偿，使制冷剂在更低的温度下连续不断地从被冷却物体中吸热，达到制冷的目的。 家用冰箱制冷是一种蒸汽压缩式制冷，属于相变制冷，即利用制冷剂液态变为气态时的吸热效应来获取冷量。

如果将部分蒸汽从容器中抽走，平衡遭到破坏，液体中必然要再汽化一部分蒸汽来维持平衡。而液体汽化时需吸收热量，它可来自被冷却对象，使它变冷，从而达到制冷的目的。 家用冰箱制冷系统由压缩机、冷凝器、过滤器、毛细管和蒸发器五大件组成。它们之间用管道依次连接，形成一个封闭系统，制冷剂在系统内循环流动，不断地发生状态变化，达到制冷的目的。

其工作过程是：压缩机吸入蒸发器内产生的低温、低压制冷剂蒸汽，保持蒸发器内的低压状态，创造了蒸发器内制冷剂液体不断地在低温沸腾的条件；压缩机吸入的蒸汽经过压缩，其温度、压力升高，创造了制冷剂蒸汽能在常温下被液化的条件；高温、高压蒸汽排入冷凝器，在压力保持不变的情况下被冷却介质（空气）冷却，放出热量，温度降低，并进一步凝结成液体，从冷凝器排出；高压制冷剂液体经过节流阀时，因受阻而使压力下降，导致部分制冷液体汽化，吸收汽化潜热，使其本身温度也相应降低，成为低温低压下的湿蒸汽，进入蒸发器；在蒸发器中，制冷剂液体在压力不变的情况下吸收被冷却介质（空气）的热量而汽化，形成的低温低压蒸汽又被压缩机吸走，如此循环不已。

系统零部件功能简介

1.压缩机——制冷系统的“心脏”,在制冷系统工作过程中吸入蒸发器内的低温、低压制冷剂蒸汽,将制冷剂压缩成高温、高压蒸汽排入冷凝器。

2.蒸发器——吸收箱体内的热量，保持箱体内处于相对低温。

3.毛细管——起节流作用，控制制冷剂在管道内的流量,将高温高压的制冷剂液体变为低温低压的液体。

4.冷凝器——将高温高压的制冷剂热量传递到空气中,冷却制冷剂。

5.过滤器——滤去系统内的水份与杂质，保证系统正常运行。

电冰箱制冷系统在运行过程中，制冷剂和冷冻油中过量的水分或管道中的脏物，都能使毛细管堵塞，因此制冷剂由冷凝器进入毛细管之前要先经过干燥过滤器。

制冷剂R22同义名称：二氟一氯甲烷，分子式CHClF2，分子量86.47，制冷剂R22在水存在时，仅与碱缓慢起作用。但在高温下会发生裂解。R134a的标准蒸发温度为-26．5℃，凝固点为-101℃，属中温制冷剂。冰箱制冷剂R134a对大气臭氧层无破坏作用，但仍有一定的温窜效心(GWP值约为0．27)，日前是R12的替代工质之一。R152a／R22共沸制冷剂易燃，和R12制冷系统通用。在选择合适配比后，具有较优良的热工性能，冷却速度快，耗电量略有下降。R600a的标准蒸发温度为-11．7℃，凝固点为-160oC，属中温制冷剂，它对大气臭氧层无破坏作用。

近些年来，科学家的研究证实R11,R12,R13等氯氟烃化合物冰箱制冷剂，当它们泄漏或排放后扩散到地球的同温层中，会破坏臭氧层，结果使地球上生物遭到紫外线的损害，进而危及人类的健康与安全，另一方面，氯氟烃化合物的排放会加剧地球的温室效应，会像二氧

化碳那样使地球温度升高。

冰箱制冷剂CFC中含氯元素，对臭氧层具有最大的破坏作用，是禁用制冷剂；而HCFC中由于氢元素的存在，大大减弱了对臭氧层的破坏作用，目前还可以继续使用，属过渡制冷剂；至于无氯的HFC，则不会对臭氧层破坏，受到国际社会的重视，成为替代冰箱制冷剂。

我们知道，所有生物过程都受到温度的影响，低温抑制食品中酵、霉菌的增殖，人体对温度也非常敏感。在现代社会，制冷技术已经几乎渗透到各个生产技术、科学研究领域，并在改善人类的生活质量方面发挥巨大作用。生活中，制冷广泛用于食品冷加工、冷贮藏、冷藏运输，适性空气调节，体育运动中制造人工冰场等；工业生产中，为生产环境提供必要的恒温恒湿环境，对材料进行低温处理，利用低温进行零件间的过盈配合等；农牧业中，对农作物的种子进行低温处理等；建筑工程中，利用制冷实现冻土开采土方；现代医学也离不开制冷，深低温冷冻骨髓和外周血干细胞、手术中的低温麻醉等；制冷技术还在尖端科学领域如微电子技术、新型材料、宇宙开发、生物技术的研究和开发中起着举足轻重的作用。可以说，现代技术进步是伴随着制冷技术发展起来的。

我们知道，所有生物过程都受到温度的影响，低温抑制食品中酵、霉菌的增殖，人体对温度也非常敏感。在现代社会，制冷技术已经几乎渗透到各个生产技术、科学研究领域，并在改善人类的生活质量方面发挥巨大作用。生活中，制冷广泛用于食品冷加工、冷贮藏、冷藏运输，适性空气调节，体育运动中制造人工冰场等；工业生产中，为生产环境提供必要的恒温恒湿环境，对材料进行低温处理，利用低温进行零件间的过盈配合等；农牧业中，对农作物的种子进行低温处理等；建筑工程中，利用制冷实现冻土开采土方；现代医学也离不开制冷，深低温冷冻骨髓和外周血干细胞、手术中的低温麻醉等；制冷技术还在尖端科学领域如微电子技术、新型材料、宇宙开发、生物技术的研究和开发中起着举足轻重的作用。可以说，现代技术进步是伴随着制冷技术发展起来的。

技术是在人类历史过程中发展着的劳动技能、技巧、经验和知识，它包括人类技术活动中的硬件和软件，是人类改造自然和创造人工自然的方法、手段的活动的总和。理论上技术属于社会物质财富和创造物质财富的实践领域，是劳动技能，生产经验和科学知识的物化形态。工具的使用使人与自然关系发生了本质的变化，它们决定了人类的生产结构和发展方式。技术是构成社会生产力的重要部分，技术进步带动了人类的发展，进入工业时代以来，科学技术创造了高度发达的物质文明。新科技革命的兴起，使生产工具由电气化发展到自动化、智能化，极大扩展了劳动对象的范围，大大提高了劳动者的文化技术水平。技术进步给人类的生产和生活提供了极大的便利，深刻地改变着人类的面貌和人们的生活方式。作为现代人，生活在四季如春的空间内，寒食暑味，已经不再是梦想，发达的通讯等，使得距离不再是沟通的障碍，在这种情况下，地球就成为了一个“鸡犬之声相闻”的地球村。这就是科学技术渗入人类生活的体现。其中，制冷技术的发展对人类的影响尤为重要。

二、制冷技术与其负面效应

1、技术与人类

在人与自然和社会的相互作用中，人是处于主导地位的，人受制于自然和社会，同时又给自然和社会以影响。人类对自然的影响也基本上表现为两个方面：一方面是对自然施加积极的建设性影响，合理利用自然条件，并创造新的更适合人类生活的人工自然或人工生态系

统；另一方面，技术也对自然产生消极的破坏性影响，使原有的“自然平衡”失调。人类社会的生存和发展是构建在自然系统对人类活动的支撑和限制基础上的。技术活动的主体是人，客体是自然和社会，技术有明确的实用目的，它是人类进行生产活动、文化活动及社会活动的中介，而作为中介的技术活动必然导致“正反”双重后果。早在两个世纪前，先哲恩格斯就曾经这样告诫我们“我们不要过分陶醉于我们对自然界的胜利。对于每一次这样的胜利，自然界都报复了我们。每一次胜利，在第一步都确实取得了我们预期的结果，但是在第二步和第三步却有了完全不同的、出乎预料的影响，常常把第一个结果又取消了。”随着工业化、城市化和现代化过程的推进，人类活动对生态环境的改变和破坏也日益加深，最终导致了全球性生态环境的恶化。20世纪是技术飞速发展的时代，但是20世纪的技术革命并没有解决马克思恩格斯指出的社会矛盾，而且还形成了若干突出的新的社会矛盾和诸如人口、生态环境、资源能源、贫富悬殊等社会问题。

2、制冷技术的发展与危害

给人类的生产和生活带来了极大便利的制冷技术也是如此，它在造福人类的同时，也给人类赖以生存的自然环境带来了深重的灾难。从历史来看，制冷技术发展的第一阶段（从1830年到1930年）：主要采取NH3、HCS、CO2、空气等作为制冷剂，这些制冷剂有的有毒，有的可燃，有的效率很低，使用了一百年之久，当出现了CFCS和HCFCS制冷剂（即氟里昂）后，出于安全性的考虑，当机立断，实现了重大的第一次转轨，进入了制冷技术发展的第二阶段（从1930年到1990年），主要采用氟里昂作为制冷剂。使用了60年后，发现这些制冷剂破坏臭氧层。众所周知，地球的大气层的“臭氧层”就像一个过滤器，一把保护伞，将太阳辐射中的有害部分阻挡在大气层之外，实际上可以说，臭氧层形成之后，才有了生命在地球上的生存、延续和发展，臭氧层是地表生物系统的“保护伞”。但近年来，臭氧层的破坏不断加剧。据世界气象组织最新的调查，南极上空“臭氧空洞”已达到2100万平方公里，比两个中国的面积还大。赤道一些地区上空的臭氧损耗已达20％以上。去年夏季欧洲北部的部分地区甚至出现臭氧减少40％的情况。被称为是世界上“第三极”的青藏高原上空的臭氧近年来正在以每 10 年 2.7％的速度减少，已经成为大气层中的第三个臭氧空洞。臭氧层中臭氧含量的减少，相当于在地球上空开了天窗，让大量的紫外线毫无阻挡地照射到地表。其结果是，将严重损害动植物的基本结构，降低生物生产量，导致气候和生态环境发生异变，尤其是对人体健康造成重大损害。如果臭氧层一旦消失，地球上的生态环境将返回至4.5亿年前的生态环境，包括人类在内的千万种陆地生物将面临灭绝，有人甚至认为，当臭氧层中的臭氧量减少到正常量的1/5时，将是地球生物死亡的临界点。造成臭氧空洞的原因是什么呢？科学研究表明人类活动排入大气中的一些溴氯氟烷烃等化学物质进入臭氧层与臭氧发生化学反应，导致了臭氧的损耗，这与制冷技术的发展有着直接的关系。从本世纪30年代起，一系列的这些适应不同工作温度范围的氟里昂制冷剂几乎已风靡制冷领域，大大促进了制冷和空调技术的发展。据估算，一个氯原子可以破坏104～105个臭氧分子．而溴原子对它的破坏能力是氯原子的30～60倍。而且，氯原子和溴原子还存在协同作用即二者同时存在时，破坏臭氧的能力要大于二者的简单相加。也就是说广泛用于冰箱和空调制冷的氟里昂是造成“臭氧空洞”的罪魁祸首。制冷技术在这一阶段的发展，正说明了科技在增强人的能力的同时，也会改变人性和破坏人的生存环境。制冷技术与冶炼、化工等技术一样，同时扮演着造福人类与摧毁人类环境的双重角色。

3、技术发展的负面效应

当代的技术革命，正在形成新型的生产力、形成新型的生产方式、形成新型的市场交换方式、形成新的产业结构和就业机构、形成新的财产占有方式和分层结构、形成新型的权力和组织管理结构，技术正面效应和负面效应是客观必然的。人类有了其他一切生物所不曾具有的思维、精神和语言，人类运用自己的聪明和才智创造了丰富物质文明，人类也必须对技术的负面作用做出回应。美国的后现代主义学者霍兰德指出：“现代梦想绕了一个奇怪的圆圈。在这个圆圈中，现代科学进步本打算解放自身，结果却危险地失去了它的地球之根，人类社会之根，以及它的传统之根，并且，更重要的是，失去了它的宗教神秘性之根。它的能量从创造转向了破坏。进步的神话引出了意想不到的不良后果。”虽然科技的发展对解决“全球问题”和当代人类发展的困境是必不可少的，作用是巨大的，但我们也应该看到科学技术发展所产生的副作用，以及科学技术在解决“全球问题”上可能存在的限度。

三、制冷技术负面效应的控制

彻底消除科技的负面作用是不可能的，我们唯一能做的是在科学技术活动尽量规避和抑制其负作用。臭氧层的破坏和全球气候变化，是当前全球所面临的主要环境问题。当科学家研究令人信服地揭示出制冷技术中广泛引用的氟里昂已经造成臭氧层严重损耗的时候，“补天”行动非常迅速。1985年，也就是Monlina和Rowland提出原子臭氧层损耗机制后11年，即南极臭氧洞发现的当年，由联合国环境署发起，通过了保护臭氧层的维也纳公约，首次在全球建立了共同控制臭氧层破坏的一系列原则方针；1987年，大气臭氧层保护的重要历史性文件《蒙特利尔议定书》通过。在该议定书中，规定了保护臭氧层的受控物质种类和淘汰时间表。要求到2000年全球的氟利昂消减一半，并制定了针对氟利昂类物质生产、消耗、进口及出口等的控制措施。由于进一步的科学研究显示大气臭氧层损耗的状况更加严峻，1990年通过《蒙特利尔议定书》伦敦修正案。1992年通过了哥本哈根修正案，其中受控物质的种类再次扩充。完全淘汰的日程也一次次提前。我国也将在2010年淘汰氟里昂F11。但是，即使如此努力地弥补我们上空的“臭氧洞”，由于臭氧层损耗物质从大气中除去十分困难，预计采用哥本哈根修正案，也要在2050年左右平流层氯原子浓度才能下降到临界水平以下。到那时，我们上空的“臭氧洞”可望开始恢复。从这里我们可以清楚地看出技术是一把双刃剑。人类渐渐认识到，技术的价值标准不仅在于是否实用和带来何种经济效益，还在于其负面作用的大小。但是，是不是因为技术进步的负面作用，人类就必须否定技术进步，而退化为原始的、古老的生产和生活呢？我们是不是就应该回到《诗经》：幽风《七月》中描述的“„„二之曰凿冰冲冲，三之曰纳于阴凌„„”那种贮藏食品的年代呢？这种消极避世的观点显然不符合人类探知的本性和发展的规律。事实上当制冷技术发展的第二阶段用的工质被列入淘汰时间表后，制冷技术进入了发展的第三阶段（从1990年至今），进入以HFCS制冷剂为主的时期，并正在加紧进行绿色环保、高效节能、减少排放的新一代替代工质的开发与实用化进程的研究。人类不仅应该能借助技术手段去利用自然、支配自然、改造和控制自然，同时还应该通过技术活动去顺应自然、与自然协调、减少或避免对自然界的破坏。

四、结论

人类利用技术手段对自然的利用和改造，必然改变自然界原有的平衡，问题是人类应该正确认识其活动对自然的正反两方面的影响，提供适应自然规律的、有科学预见的、可调控的人类行为，使其所产生的后果，有利于人与自然关系的协调，使自然界更好地造福人类。马克思主义相信技术的力量，相信人类依靠科技能够战胜各种困难，摆脱困境。人类谋求发展的能力是无穷的。然而，科技的力量的发挥和发展是要在一定的生产方式中进行的，它要受到经济制度、社会制度的影响和约束。所以，当代科技发展必须遵循马克思所说的统一的“人的科学”的宗旨，才能真正克服技术发展的负面效应，也只有这样才能充分发挥科技发展的正面效应。制冷技术的发展和臭氧层保护就是近代史上技术进步和全球合作的一个十分典型的范例，其技术进步和控制技术进步后果的合作机制也将成为人类的财富，并将为解决其它重大问题提供宝贵的借鉴经验。

参考文献 [1] 赵景来：《90年代哲学前沿问题研究概述》，天津社会科学院出版社2002年9月第一版，38页。

[2] 王兵 戴正农：《自然辨证法教程》，东南大学出版社。

[3] 陈国邦：《最新低温制冷技术》，机械工业出版社2003年版。