间冷冰箱蒸发器的绿色改进设计

1、低温与超导 第 35卷 第 2期 制冷技术Cryo . &Supercond . 收稿日期 :2006-10-26作者简介 :杨学宾 (1977- , 男 , 讲师 , 硕士研究生 , 主要从事制冷过程与设备研究 。间冷冰箱蒸发器的绿色改进设计杨学宾 1, 褚玉霞 1, 崔天生2(1. 嘉兴学院建筑工程学院 , 嘉兴 314001; 2. 西安交通大学 , 西安 710049摘要 :基于绿色设计的理念 , 提出了间冷冰箱蒸发器的改进设计方案 , 铜蒸发管改为铝蒸发管 , 铝管加热化霜改 为石英管辐射化霜 , 取消储液器 。 通过对改进前后蒸发器的比较与分析 , 证明了改进的可行性 。

2、实验结果表明 , 采用 改进蒸发器冰箱的性能符合设计和使用要求 。关键词 :热工学 ; 绿色设计 ; 性能实验 ; 间冷冰箱 ; 蒸发器 ; 欧盟 W EEE 指令Green desi gn of i m proved evapora tor forfrost -free refr i gera tor -freezersYang Xuebin 1, Chu Yuxia 1, Cui Tiansheng2(1. School of Civil Engineering &A rchitecture, J iaxing University, J iaxing China;2. Xi an

3、 J iaot ong University, Xi an Abstract:Based on the idea of green design, this paper p resents i m p sche refrigerat or -freezers evapora 2t or, including copper boiling tube being converted int o alu m inum conducting defr oster being converted int o quartz tube radiating defr oster and re moving a

4、ccu . By or with the original one, it has been p r oved that the i m p r oved design is feasible . The the refrigerat or -freezers utilizing i m p r oved evaporat or meet design and operating require ments . charge reaches 30%t o 40%by weight . Further more, the green design has resulted in decreasi

5、ng generate of waste, s pot welds, dra matically facilitating being reused, recovered and recycled for the i m p r oved evaporat or without electr ophoretic coating .Keywords:Pyr ol ogy, Green design, Perfor mance test, Fr ost -free refrigerat or -freezers, Evaporat or, Eur opean Uni on directive on

6、 W EEE1 前言绿色设计由防止废弃物产生和改良产品寿命结束后的处理两个互补的目标组成 。 绿色产品在其生命全 过程中 , 符合特定的环境保护要求 , 对生态环境无害或 危害极小 , 资源利用率极高 , 能源消耗最低 1。绿色 家电已成为本世纪家电市场的主导产品 , 设计者在设计时必须引入绿色设计的概念 。欧盟 W EEE 指令 2已经规定 , 自 2005年 8月 13日起 , 对于在欧盟市场上 流通的电子电气设备 , 生产厂商必须从法律意义上承 担起支付报废产品回收费用的责任 。 我国是世界上冰 箱的重要生产基地 , 出口到欧盟的冰箱中 , 间冷冰箱占 相当大的比重 。 本文旨在对原有间

7、冷冰箱的蒸发器进 行绿色设计改进 , 以满足以后出口至欧盟及其它国家 的需要 。2 现有蒸发器存在的问题间冷冰箱 , 采用强制空气循环冷却方式 , 冷冻室不 需要人工除霜 。 目前间冷冰箱的蒸发器多采用离散翅 片管式 , 其空气侧换热系数优于连续翅片管式 3。2. 1 铜材料的蒸发管制作工艺较复杂 , 且电泳时易产生有害污染物现有的蒸发器采用离散铝翅片铜管式 , 在其出口 处设有储液器 。 蒸发管和储液器均为铜材料 , 为了避 免在长期使用过程中被氧化 , 需要在整个蒸发器的表 面进行电泳处理 。 电泳工艺会产生含砷污染物 。 原来 的铜蒸发管 , 直管与弯管由铜连接环连接 , 并采用排焊 工

8、艺 。 如图 1所示 , 需要对 10个铜连接环进行焊接 。 2. 2 导热式化霜系统容易引起冷冻室的大面积结冰为防止加热时温度过高 , 铝质管导热式化霜器的 内部设计有塑料材料 。铝管加热时 , 热量由铝翅片传 递到冰块上 , 冰块与翅片接触的部分最先融化 , 水滴和 冰块落到接水槽上 , 部分冰块会堵在排水管的入口处 , 而且在下次制冷时 ,未及时排出的化霜水会与冰块重 新结冰 , 完全堵住排水管入口 。导致接下来的化霜水 不能排出 , 而外溢到冷冻室 , 造成冷冻室底部大面积结 冰的现象 。1. 储液器 ; 2. 铝翅片 ; 3. 铜蒸发管 ; 4. 挡板 ; 5. 铝质管导热化霜器 ;

9、 6.铜连接环。图 1 离散铝翅片铜管式铝质管导热化霜蒸发器Fig . 1 D iscrete alu m inu m fins and copper tubes evaporat or with a 2lu m inu m -tube conducting defr oster1. 铝翅片 ; 2. 铝蒸发管 ; 3. 挡板 ; 4. 挡水板 ; 5. 石英管辐射化霜器。图 2 离散铝翅片铝管式石英管辐射化霜蒸发器Fig . 2 D iscrete alu m inu m fins and alu m inu m tubes evaporat orwith quartz tube radia

10、ting defr oster2. 3 储液器的存在可能导致压缩机回油困难 , 压缩机工作可靠性降低储液器的主要作用是调节制冷系统的制冷量 。 冰 箱制冷时 , 储液器中存有的液态制冷剂或润滑油会封 住蒸发管出口 , 致使蒸发后的饱和气体进入储液器时 会因 “ 冒泡 ” 现象而产生噪音 。因此在设计时 , 出口管 通常要伸入到储液器的中部 , 并且在储液器外围涂一 层柔软的沥青块以降低噪音 。长期使用后 , 由于蒸发 器出口管伸入储液器过多 , 导致储液器内部积聚大量 的润滑油不能回到压缩机 。3 主要改进内容及可行性分析针对上述存在的问题 , 对现有蒸发器的改进已经 迫在眉睫 。3. 1 蒸

11、发器材料的改进蒸发器的铜蒸发管改为铝蒸发管 。 由表 1中可以 看出 , 铜的导热系数大于铝 , 如果忽略了辐射换热的影响4, 改进后蒸发管的传热系数会减小 。但是 , 采用铝管后质量减轻 , 按市场上铜管 28, 000元 /吨 , 连续挤压铝管 25, 000元 /吨 5计算 , 价格可降低 38. 4%。表 1 铜 、 铝蒸发管的比较Tab . 1 Comparis ons of para meters bet w een copper and alu m inu mboiling tube蒸发管 材料 导热系数 W /(m ×K 外径 ×壁厚mm ×mm

12、总长度 mm总质量g价格 元铜 3848×0. 353204122. 73. 44铝2048×0. 71367484. 62. 123. 2 改变化霜方式化霜方式改为石英管辐射式 。 原来配用铝质加热管的铝翅片必须做成如图 1中类似于挡板 4所示的形 式 , 而换用石英管辐射式 , 图 25。 两种化霜器的比较 in defr osting p r ocess bet w een alu m inu m -tubeconducting type and quartz tube radiating type加热管 传热方式 霜层的融化方式 化霜水落入水槽的方式铝质管 导热 由

13、内到外 冰块 , 水滴石英管辐射 由外到内水滴3. 3 取消储液器取消储液器后 , 压缩机的润滑油可以随气体排出 蒸发器 , 回到压缩机 , 从而保证了压缩机的正常润滑 。 对于冰箱这样的小型制冷系统 , 只要在规定的环境下 正确使用 , 取消储液器后仍可以达到使用要求 (详见 4部分的试验结果 。4 采用改进蒸发器的冰箱试验蒸发器更换后 , 需对冰箱重新做制冷剂最佳充注 量试验 , 确定出充注量后 , 方可进行冰箱的性能试验 。 4. 1 制冷剂最佳充注量试验蒸发器进出口温度差 (To -Ti 基本不变时 , 对应 的制冷剂充注量设计为冰箱的最小制冷剂充注量 ; 回 气管温度 (回气管接压缩

14、机端露出泡层 150mm 处的温 度 急剧下降前的充注量设计为冰箱的最大制冷剂充 注量 。 最小充注量和最大充注量的平均值作为制冷剂 的最佳充注量 。 参见图 3, 以 HFC -134a 制冷剂为例 , To -Ti 基本不变时的充注量为 50g, 回气温度急剧下 降前的充注量为 60g, 因此可确定制冷剂的最佳充注 量为 55g 。161 第 2期 制冷技术 Refrigerati on 表 3 蒸发器改进后的可行性分析表Tab . 3 Feasibility analysis of i m p r oved evaporat or改进内容 对制造过程及回收过程的影响 经济与可靠性效益 直

15、管和弯管不需焊接 , 可直接弯曲成型工艺简化 ; 制造成本降低铜蒸发管焊点减少 , 漏点减少 可靠性提高改为铝蒸 不需电泳 , 避免废物废气产生 工艺简化 ; 制造成本降低 ; 满足环保要求发管 全铝蒸发器 , 可一次回收回收成本降低 质量减轻 原材料成本降低铝质管导 铝翅片结构变简单工艺简化 ; 制造成本降低热化霜改 石英管比铝塑料加热管更易回收回收成本降低 为石英管 装配工艺变简单 , 更省时工艺简化 ; 制造成本降低辐射化霜 不会有较大的冰块落入接水槽 , 排水管不易堵住可靠性提高 制冷剂充注量减少 原材料成本降低 ; 满足环保要求取消 节省了原材料 原材料成本降低储液器减少了两个焊点

16、工艺简化 ; 满足环保要求有利于压缩机回油图 3 BCD -138W 冰箱的制冷剂最佳充注量试验图Fig . 3 D iagra m of op ti m al charge a mount of HFC -R134a in BCD-138W refrigerat or对 5HFC -134a 制冷剂 , 4, 使用改进后的蒸发器 , 充注量减少 30%40%。 4. 2 冰箱性能试验按照澳洲能耗测试标准 , 对 4台 BCD -218W 的 冰箱在更换蒸发器前后进行性能试验 。由图 4可以看出 , 采用更新蒸发器后 , 冰箱的冷藏室平均温度下降了 0. 2 , 冷冻室平均温度升高了 1.4

17、, 平均耗电量降低了 0. 03k W h /24h,压缩机开停比 降低了 1%。图 4 蒸发器更换前后的冰箱性能比较图Fig . 4 Comparis ons of perf or mance para meters bet w een original and i m p r oved evaporat ors 261 制冷技术 Refrigerati on 第 2期表 4 蒸发器更换前后不同型号冰箱的最佳充注量试验结果 Tab . 4 Testing results of op ti m u m refrigerant charge with original and i m p r o

18、ved evaporat or in several types of household re 2 frigerat or -freezers型号 BC D -108WBC D -138WBCD -168WBCD -188WBC D -218W BC D -248W采用原蒸发器时 , g 90959595120125采用改进蒸发器时 , g 555560608080减少率 , %38. 942. 136. 836. 833. 3366 结论使用改进后蒸发器的间冷冰箱原有风道结构 不变 , 风量分配仍能达到使用要求 。与使用原蒸发器 时相比较 , 冷藏室温度略有降低 , 冷冻温度小幅上升 (约

19、 8. 5%左右 , 平均耗电量减少 2. 6%左右 。 改进后的冰箱制冷剂充注量减少 30%40%左右 。 无论对环保要求 , 还是对降低成本 ,意义 。, , 废物 废气排放量减少 , , 制作成本和回收成本 大大降低 , 较原蒸发器更能满足绿色设计要求 。 因取消储液器 , 制冷剂最佳充注量试验时 , 冰 箱性能对制冷剂的充注量较以前敏感 , 在用于不同测 试条件 6或不同目标市场时 , 仍需做进一步的研究 , 否则 , 会造成较大的耗电量或整机的性能不能满足使 用要求 。参考文献1 别正业 . 绿色制造技术在家电产品中的应用 . 家电科技 , 2003, (12 :45-47.2 D

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