由于直冷式电冰箱制冷器件的布置和毛细管的根数不同，工作原理不尽相同。
1．单根毛细管直冷式制冷系统
典型的单根双门直冷式电冰箱的制冷系统由压缩机、下冷凝器（副冷凝器）、右冷凝器、毛细管、干燥过滤器、毛细管、下蒸发器（冷藏室蒸发器）、上蒸发器（冷冻室蒸发器）等构成，如下图所示。
压缩机工作后，制冷剂被压缩机的汽缸压缩成高温、高压的过热气体后，通过管路进人下冷凝器，利用下冷凝器散热冷凝。该散热过程将下冷凝器上面安装的接水盘内的水蒸发掉，不仅省去了人工倒水的过程，而且还可以为下冷凝器降温。从下冷凝器流出的制冷剂进人左冷凝器进一步冷却，通过防霜管（防露管）对门框进行加热，使门框的温度略高于室温，这样不仅可以防止门框处凝露，而且还延长门封条的使用寿命。从防霜管出来的制冷剂再进人右冷凝器进一步散热，温度不断下降，逐渐被冷却为中温、高压的饱和液体，利用干燥过滤器滤除水分和杂质后流人毛细管。制冷剂被毛细管节流降压后，利于下蒸发器通过吸收冷藏室的热量进行气化，实现冷藏室的制冷。从下蒸发器流出的制冷剂进人上蒸发器，制冷剂通过上蒸发器吸热气化，使冷冻室的温度逐渐降低，实现冷冻室的制冷，从该蒸发器流出的低温、低压的气体再通过回气管返回压缩机。重复以上过程，就会将箱内的热量转移到箱外的空气中，实现箱内制冷的目的。
【提示】由于防霜管散热，此类电冰箱工作时门框周围的温度稍高，不要误认为电冰箱发生故障。而无防霜功能的电冰箱在室温高、湿度大的时候，门框周围或冰箱两侧会出现水滴现象，俗称“尚汗”。当电冰箱出现“淌汗”现象时，要及时用柔软的布擦拭干净，尽可能使电冰箱的表面保持干燥，以免长时间附在电冰箱表面的水滴腐蚀箱体的漆面，影响美观。
2．两根毛细管直冷式制冷系统
典型的两根毛细管双门直冷式电冰箱的制冷系统与单根毛细管的双门直冷式制冷系的主要区别是增加了一根毛细管，如下图所示。
需要制冷时，控制电路使电磁阀关闭通往冷冻室毛细管2的端口，而打开通往冷藏室蒸发器的端口。这样，制冷剂通过毛细管1降压后，利用冷藏室蒸发器、冷冻室蒸发器吸热气化对冷藏室和冷冻室进行降温。当冷藏室的温度达到设置温度后，控制电路输出控制信号使电磁阀关闭通往冷藏室蒸发器的端口，而打开通往毛细管2的端口，此时仅冷冻室进行降温。当冷冻室的温度达到要求后，控制电路使压缩机停转，制冷结束。
采用电磁阀最大的优点是冷藏室的蒸发器可以选用大一些的，而不必考虑它与冷冻室蒸发器的匹配，并且在不使用冷藏室时，可以通过控制电路关闭冷藏室，仅保留冷冻功能，实现节能控制。
3．三根毛细管直冷式制冷系统
典型的三根毛细管直冷式电冰箱的制冷系统与两根毛细管的直冷式制冷系统的主要区别有三处：一是增加了一根毛细管；二是采用了三套温度控制系统；三是采用了两只电磁阀如下图所示。
需要制冷时，CPU输出控制信号使压缩机运转，同时输出2路电磁阀控制信号。一路控制信号使电磁阀1关闭通往冷冻室毛细管的端口，而打开通往电磁阀2的端口；另一路控制信号使电磁阀2关闭通往冷藏室毛细管的端口，而打开通往酒室毛细管的端口。这样，制冷剂通过毛细管降压后，利用酒室蒸发器、冷冻室蒸发器吸热气化对酒室和冷冻室进行降温。当酒室的温度达到设置温度后，酒室的温度传感器的阻值增大，被电脑板上的CPU检测后，CPU输出控制信号使电磁阀2关闭通往酒室毛细管的端口，而打开通往冷藏室毛细管的端口，于是制冷剂可以通过冷藏室蒸发器、冷冻室蒸发器对冷藏室和冷冻室进行降温。当冷藏室的温度达到设置温度后，冷藏室温度传感器的阻值增大，被CPU检测并确认冷藏室的温度达到设置温度后，CPU输出电磁阀控制信号使电磁阀1关闭通往电磁阀2的端口，而打开通往冷冻室毛细管的端口，此时仅冷冻室进行降温。当冷冻室的温度达到要求后，冷冻室的温度传感器阻值增大，被CPU检测并确认冷冻室的温度达到设置值后，CPU输出停机信号，使压缩机停转，制冷结束。
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