冰箱熱泵

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簡介

製冷劑通常透過壓縮機，逐漸提高氣體壓力並提高溫度。然後，熱氣體透過“冷凝管”流向內部區域，該區域溫度較高。如果冰箱或冷凍室的溫度保持在華氏零度，則食物將保持在安全溫度，以便可以儲存並在3天或更長時間後食用。

圖1：冰箱和熱泵

然後將熱量轉移到房間，然後再次凝結成“液化”形式。熱泵是“機械壓縮”迴圈，可以反向使用以冷卻或加熱特定空間。

什麼是冰箱？

冰箱主要用於分離氣體、空氣除溼、冷藏保鮮和氣體冷凝。這被定義為有助於將熱量從冷空間傳遞到熱空間的物理裝置。冰箱主要利用“機械工作”原理將熱量從一個地方轉移到另一個地方（Cui等人，2019）。

該機器的主要目的是從冷儲庫中去除熱量。家用冰箱或空調裝置的內部空間都遵循這一原理。

圖2：冰箱

冰箱通常從“冷儲庫”（開爾文溫度）吸收熱量Qc，然後將熱量 Qh 排放到“熱儲庫”（開爾文溫度）。電費是根據冰箱內部不斷移動的電機（作為冷卻劑透過線圈）消耗的能量計算的。

冰箱的組成部分

工業中有多種冷卻和加熱方法，但製冷迴圈方法比其他所有方法都更有效，因為該過程要快得多。該“製冷迴圈”的任務是從特定空間吸收熱量並排出熱量（Sayegh等人，2018）。“製冷迴圈”有時也稱為“熱泵迴圈”，表示將熱量從需要冷卻的空間中排出。此方法是透過結合水、空氣和合成製冷劑來控制製冷劑的工作壓力來實現的。這種方法透過膨脹和壓縮迴圈工作。

圖3：冰箱的組成部分

可以使製冷劑過程更容易的裝置包括壓縮機、蒸發器、冷凝器和膨脹裝置。壓縮機是“製冷迴圈”的起始步驟。它是逐漸提高氣體工作壓力的工具。壓縮機主要有三種類型：螺桿式、活塞式和旋轉式壓縮機。接下來，冷凝器或“冷凝管”有助於“基本製冷”迴圈中的熱交換。“膨脹裝置”在製冷劑離開冷凝器後會降低工作壓力（Wallerand等人，2018）。蒸發器被定義為製冷過程中第二個熱交換器。它處理“業務端”的功能，即吸熱。

冰箱的工作原理

冰箱的工作原理是其內部空間中的“製冷劑迴圈”將液體變成氣體。家用冰箱或空調裝置的內部空間都遵循特定的原理。這些有效的工作原理是分離氣體、空氣除溼、冷藏保鮮和氣體冷凝。

圖4：冰箱的工作原理

當冰箱中的液體變成氣體時，就會發生蒸發過程。在這個過程中，周圍區域會變冷，然後產生預期的效果。在冰箱中，排出高溫的過程始於壓縮機機制。有三種類型的壓縮機可以完成此過程：螺桿式、活塞式和旋轉式壓縮機（superradiatorcoils，2021）。冰箱的壓縮機透過施加力以使製冷劑流經“小體積管道”的方式機械地提高製冷劑流體的溫度。“製冷劑液體”以低溫低壓氣體的形式進入壓縮機，然後以高溫高壓氣體的狀態離開壓縮機。

熱泵的應用

熱泵的“機械壓縮”迴圈可以逐漸反轉以冷卻或加熱受控區域。熱泵主要將熱量排放到特定區域。兩者都基於相反的原理。熱泵的應用可用於空間供暖，用於加熱房屋、溫室和工作場所等區域。

圖5：熱泵

在熱水加熱中，熱泵通常從家庭和工業裝置中回收熱量。在工藝加熱方面，在各個行業中，這些熱泵用於在反應開始前加熱“工藝流體”（libretexts，2022）。在熱回收過程中，利用熱泵從其他反應中回收熱量。

結論

製冷迴圈被定義為一種冷卻方法，可以在炎熱潮溼的日子為人們帶來涼爽。冰箱的工作原理是保持特定區域和物品涼爽。冰箱的溫度設定在華氏35-40度之間。冰箱的工作原理是反向“熱機”。該機器從冷儲庫中吸收熱量，然後根據已轉移到“熱儲庫”中的熱量進行工作。

常見問題

Q1. 冰箱的簡單表示是什麼？

在冰箱中，有兩個主要部分：溫度較低的冷凍室和周圍環境中溫度較高的部分。冰箱的工作原理是“反向熱機”。

Q2. 冰箱和熱泵的主要區別是什麼？

冰箱的作用是從特定區域去除熱量，而熱泵主要將熱量排放到特定區域。因此，它們的工作原理相反。在冰箱中，排出高溫的過程始於壓縮機機制。

Q3. 冰箱中的膨脹閥和冷凝器是什麼？

“流量控制”裝置也稱為冰箱的膨脹閥。該裝置通常控制液體制冷劑或冷卻劑進入“蒸發器”的流量。該裝置非常靈敏且體積小。冷凝器中裝有盤管狀冷凝器，帶有外部翅片，位於冰箱的背面。它有助於“氣態製冷劑”的“液化”。

參考文獻

期刊

Cui, Y., Zhu, J., Twaha, S., Chu, J., Bai, H., Huang, K., ... & Soleimani, Z. (2019). Techno-economic assessment of the horizontal geothermal heat pump systems: A comprehensive review. Energy Conversion and Management, 191, 208-236.

Sayegh, M. A., Jadwiszczak, P., Axcell, B. P., Niemierka, E., Bryś, K., & Jouhara, H. (2018). Heat pump placement, connection and operational modes in European district heating. Energy and Buildings, 166, 122-144. 來源：https://www.researchgate.net

Wallerand, A. S., Kermani, M., Kantor, I., & Maréchal, F. (2018). Optimal heat pump integration in industrial processes. Applied Energy, 219, 68-92. 來源：https://infoscience.epfl

網站

libretexts (2022). 關於：冰箱和熱泵。來源：https://phys.libretexts.org [檢索於2022年6月11日]

superradiatorcoils (2021). 關於四個主要的製冷迴圈元件。來源：https://www.superradiatorcoils.com [檢索於2022年6月11日]