毕业设计-冰箱

1、文献综述17世纪中期，“冰箱”这个词才进入了美国语言，在那之前，冰只是刚刚开始影响美国普通市民的饮食。随着城市的开展冰的买卖也逐渐开展起来。它渐渐地被旅馆、酒馆、医院以及被译些有眼光的城市商人用于肉、鱼和黄油的保鲜。内战〔1861-1865〕之后，冰被用于冷藏货车，同时也进入了民用。到1880年以前，已经有半数在纽约、费城和巴尔的摩销售的冰，三分之一在波士顿和芝加哥销售的冰箱开始进入家庭使用，因为一种新的家庭设备——冰箱——即现代冰箱的前身，被创造了。制造一台有效率的冰箱不像我们想象的那么简单。19世纪早期，创造家们关于对冷藏科学至关重要的热物理知识的了解是很浅陋的。人们认为最好的冰箱应该防止冰的融化，而这样一个在当时非常普遍的观点显然是错误的，因为正是冰的融化起到了制冷作用。早期人们为保存冰而作出了大量的努力，包括用毯子把冰包起来，使得冰不能发挥它的作用。直到近19世纪末，创造家们才成功地找到有效率的冰箱所需要的隔热和循环精确的平衡。其实冰箱是我国家电行业的传统产品。我国社会的冰箱保有量已超过1.1亿台，每年更新的冰箱约400万台。2004年，我国冰箱产量为3000多万台，电冰箱及电冰箱压缩机出口近2000万台。在2005年，冰箱出口量继续呈现上升趋势，截止1～3月，我国电冰箱的电冰箱压缩机出口量已达500多万台。与我国世界冰箱制造大国不大相适应的是我国冰箱的设计理念与制造技术等与兴旺国家相比有一定差距，这制约着我国冰箱行业的开展。欧盟2002年提出ROHS和WEEE两个指令涉及到我国众多家电行业。欧洲议会在2003年提出的《使用能源产品的生态设计要求》的指令草案〔Eco-designrequirementsforEnergy-UsingProducts，简称EUP〕，要求生产厂家需在产品设计及生产等多方面加以改良。1.1制冷技术的开展冰箱的开展是建立在制冷技术开展的根底上的，随着制冷技术的不断进步，才有了冰箱现在的开展。现代制冷技术是18世纪后期开展起来的。在此之前人们就已懂得冷的利用。我国古代就有人用天然冰冷藏食品和防暑降温。马可波罗在他的著作〔马可波罗游记〕中，对中国制冷和造冰窑的方法有详细的记述。1755年，爱丁堡的化学教师库仑利用乙醚蒸发使水结冰。他的学生布拉克从本质上解释了融化和汽化现象。提出了潜热的概念，并创造了冰量热器，标志着现代制冷技术的开始。1834年，创造家波尔金斯制造出了第一台以乙醚为工质的蒸发压缩式制冷机，并正式申请了英国第6662号专利。这是后来所有蒸汽压缩式制冷机的雏形，但使用的工质是乙醚，容易燃烧。到1875年卡利和林德用氨制冷剂，从此蒸汽压缩式制冷机开始占有统治地位。在此前期，空气绝热膨胀会显著降低空气温度的现象开始用于制冷。1844年，医生高里用封闭循环的空气制冷机为患者建立了一座空调站，空气制冷机使他一举成名。威廉西门斯在空气制冷机中引入了回热器，并提高了制冷机得性能。1859年，卡利创造了氨水吸收式制冷系统，并申请了专利。1910年左右，马利斯莱兰克创造了蒸汽喷射式制冷系统。到20世纪，制冷技术有了更大的开展：全封闭制冷压缩机的研制成功〔美国通用电器公司〕，米里杰发现氟利昂制冷剂并用于蒸汽压缩式制冷循环以及混合制冷剂的应用，伯宁顿创造回热式除湿器循环以及热泵的出现，均推动了制冷技术的开展。1.2冰箱替代制冷剂的现状自《蒙特利尔议定书》实施以后,世界各国都加快了CFCs制冷剂的替代研究,而且已经取得了明显的进展和大量的成果。兴旺国家在1996年就停止了CFCs制冷剂的生产,我国也签署了在2001年以后所生产的电冰箱中停止使用CFC12的有关条约。目前,在电冰箱、冷柜行业中,CFCs物质已根本停止使用,HCFCs物质、HFCs物质和天然工质已经被作为替代工质在实际中广泛应用。目前,国际上对于冰箱制冷剂CFC12的替代主要采用3种技术方案:一种是以美国、日本为代表的,采用美国杜邦公司提出的HFC134a替代CFC12；一种是以德国等欧洲国家为代表的,采用HC600a(异丁烷)替代CFC12；另一种是采用西安交通大学提出的HFC152a/HCFC22混合工质制冷剂替代CFC12。其他的替代制冷剂还有美国杜邦的MP39(即R401A)、清华大学的THR01等。上述3种主要方案各有优缺点。HC600a为烃类天然工质,环境优势比拟明显(见表1-1)。尽管HC600a具有较高的比体积,但其临界温度(135℃)也较高,可以在较高的冷凝温度下运行而没有严重的效率损失,这使得其所需的冷凝器尺寸可以在家用限制以内,故被家用冰箱广泛采用表1－1几种CFC12替代制冷剂与CFC12的环境及平安性能比拟工质ODPGWP毒性可燃性CFC120～182010～600无不燃HFC134a0～10001～300无不燃HC600a0-100020无可燃HFC152a/HCFC22约0～1005约357无微燃HFC152a/HFC1250～1000约612无微燃另外,HC600a的价格比拟廉价,具有较高的制冷效率、与水不发生化学反响、与铜质管材和矿物润滑油完全兼容等优点。然而,采用HC600a替代方案的缺点也很明显,由于其容积制冷量小,冰箱系统及主要配件需要重新设计,生产线需要改造,并且由于其具有可燃性,可能产生易燃、易爆等平安问题,故生产及维修需要高标准的防火要求等。目前,采用HC600a为制冷剂的家用产品的平安运行记录是非常好的,在我国《臭氧耗损物质国家替代方案》和《中国制冷工业CFCs替代逐步淘汰战略研究》中也都把HC600a作为CFC12的主要替代品之一。美国等国家由于其政策法规的特点,导致各大厂商非常注重平安问题,故仍然坚持使用性能不是特别好但却更加平安可靠的HFC134a作为替代制冷剂。FC134a的ODP值为0,其蒸气压曲线和CFC12的比拟接近,而且HFC134a的换热性能比CFC12的好。然而,HFC134a在物性方面却有许多弱点,如潜热小、不溶于矿物油以及分子体积小等,这使得替代过程复杂,而且耗资巨大,需开发专用压缩机、冷冻油、换热器等,还要相应调节制冷系统和改造生产线.另外,尽管HFC134a具有与CFC12相似的热力学性质,但是实际的运行效果却并不十分令人满意,尤其是应用在较低温度时的制冷能力较低。此外,HFC134a的GWP值相对过高以及比CFC12更耗能,使其应用前景受到影响,已被列入《京都议定书》温室气体清单。国际社会已公认,HFC134a也只是一种过渡性替代制冷剂。1.3制冷剂的开展趋势总得来说制冷剂的开展趋势应该是满足生态环境可持续开展的前提下尽可能的获得最大的制冷性能。根据可持续开展中经济开展与保护资源、保护生态环境的协调一致的核心要求，制冷剂的开展方向有两个：一个是环保，使用绿色环保的制冷剂已经是大势所趋，绿色环保制冷剂可以是合成的，也可以是天然的，虽然合成的环保制冷剂也对臭氧不会造成破坏，但从地球生态的可持续开展来看天然制冷剂是最理想的选择，因为天然制冷剂本来就是地球生态系统中存在的，无论是使用还是排放到环境中，取之于自然回之于自然，对环境的影响比合成制冷剂都小的多，相信随着技术的不断进步，天然制冷剂必将大有开展。第二个是节能，随着人们生活水平的提高制冷空调等设备越来越普及，同时其消耗的大量的能源也越来越引起人们的注意，今夏我国18个省市出现电力紧缺问题，中国电监会的一项调查显示，供需矛盾加剧造成今夏电力吃紧，其中空调制冷负荷快速增长是不可无视因素。今夏我国华东、华中、华南地区持续高温，空调制冷负荷猛增。华东电网、南方电网、华中电网空调制冷负荷比重已超过30％，个别省电网甚至接近40％。而电能的产生又要消耗大量的化石燃料，如煤、石油等，不但造成大量的不可再生能源的消耗，而且燃烧产物如等还可引起温室效应等环境问题。因此除了改良制冷技术外还可从制冷剂上下手，通过研制新型节能制冷剂降低制冷空调设备的能耗也是一个开展方向。从制冷剂的替代过程以及其替代研究与环境的关系中我们可以看到，在整个制冷剂的替代研究中环境的可持续开展的思想起了很重要的作用，应该说是环境的可持续开展的要求推动了制冷剂替代研究的开展，并且为其开展指明了方向，同时制冷剂的替代又进一步促进了环境的可持续的开展。1.4冰箱的开展方向１、国内政策的导向，决定了冰箱的节能化。近几年我国冰箱生产将全面推行强制性节能标准，从2003年7月份开始，中国市场上的电冰箱都必须贴上"能效标识"的标签。这一政府行为将促使我国冰箱业继续高走节能路线。节能是冰箱业永恒的主题，目前全球已有37个国家和地区使用节能标识。早在1994年，欧盟就规定了电冰箱、冷冻箱和冷藏冷冻箱、干衣机上必须加贴能耗标签，并将节能设置为技术壁垒，抬高门槛。可见，中国实行节能政策是大势所趋。目前，国内一些著名冰箱生产企业已经依靠技术实力展开了节能市场攻略。政策方向其实反映的是用户的客观需求。2003年，国内冰箱企业将开始重新"洗牌"，围绕节能冰箱这一核心主题，进一步与国际标准接轨，那些高能耗、无法实现节能技术升级的产品将不可防止地要被淘汰出局。富裕的消费群体，决定了冰箱的多温区方向。正在向全面小康社会迈进的中国消费者对产品的要求从来没有像现在这么"苛刻"过。人们在解决温饱之后，对生活的要求理所当然要转向舒适化和高品质化。他们所要求的冰箱已经不仅仅是简单的能够冷藏、冷冻食品的容器了，而且对食品的营养提出了更高的要求。同样是应该放进冷藏室，但牛奶、蔬菜和啤酒所需要的最正确营养温度是不一样的；同样是应该放进冷冻室，但冰冻一周和冰冻一个月的食物，其需要的冰冻温度也是不一样的。对于冰箱的营养化，中国冰箱业要走的路还很长。生活频率的加快，决定了冰箱的智能化、大容积方向。中国“白领”、“金领”层的日益壮大和生活频率的日益加快，又决定了冰箱的大容积、智能化方向。视“时间就是金钱”第一要义的他们，再也不愿意在调节冰箱档位这样的小问题上浪费时间了，他们需要更智能、更简单的冰箱产品，最好是几个按钮就能将所有问题全部解决。这将使冰箱大容积、智能化的趋势持续下去。“新生代”的崛起，决定了冰箱的个性化、时尚化方向。在中国，意识超前、引领潮流的消费群体正在不断壮大，而且他们正在日益成为时尚消费的主力军，他们的消费取向对于冰箱生产厂家来说至关重要。对于他们来说，冰箱早已不是一个简单的容器，除了要求功能先进、操作简单外，他们更注重冰箱的外观。他们相信第一感觉，他们崇尚个性、时尚、与众不同。他们的要求将导致冰箱产品的进一步“改头换面”以上四大需求决定了冰箱主流的开展方向。其实对于今天的中国消费者，特别是城镇消费者来说，价格早已不是决定购置冰箱的唯一因素，从低价竞争回归到满足用户需求的竞争上来，将是中国家电市场进一步健康开展的唯一途径。２、国外随着新技术、新材料、新工艺的不断开发，家用冰箱的性能、质量、款式和品种正在迅速开展。当前，国外家用冰箱开展的新趋势是厨房化、大型〔大容积〕或小型化、多门温室化，多功能化、节能化、智能化，以及开发各种能源和功能多样的冰箱等。

〔1〕经济效果的节能化当前，节能型冰箱的开发已成为家用冰箱开展的一个重要方向。例如：采用旋转式压缩机代替原来的往复式压缩机，耗电量可减少10％～20％；采用新型隔热材料，可增加冰箱的容积和提高制冷效率；采用多重式结构门封条，提高密封性能，减少冷量外逸；采用电子控制技术，根据环境温度上下，自动调节压缩机运行时间，到达“节能”运行，可节电10％～15％。日本在冰箱节能方面采用多项新技术，经济效果明显。如：容积为270升～300升冰箱的耗电量已下降到23～25KW．h／月，约为10年前耗电量的40％～50％。〔2〕多件合一的厨房化随着住房结构的变化，近年来国外开发了一种可与厨房中其它用具配套使用的组合式冰箱。例如：台柜式冰箱，冰箱顶部可作台板使用，也可与组合式厨具配套；又如炊具组合式冰箱，上部左侧为单孔煤气灶或电磁灶，右侧是一个洗涤池，下部为冰箱，三件组合为一体，适用于人口少、厨房面积小的家庭，具有一物多用的特点。〔3〕方便需要的小型化

容积为50升～70升的单门冷藏箱或冰柜，将逐步走进办公室、宾馆客房和交通工具里。最近，美国开发的库拉特龙系列小型冰箱，其最大规格净重也只有约5公斤。满足了老年人、单身汉以及短程旅途的方便需要。〔4〕储量升级的大型化

日本在80年代后期冰箱容积就以300升～400升为主，近年来正向400升～500升方向开展。美国家用冰箱的容积在400升以上的比率已占90％，最大的达700升。据市场调查资料，我国家用冰箱现正趋向于200升～250升开展。最近，我国扬子集团与日本东芝公司合作，联合开发245立升、355立升、450立升3种大容积冰箱。冰箱大型化适应了家用大储量的用途。〔5〕精细生活的多门多温化

前几年，日本出现了“三门”冰箱，即将双门冰箱原果菜盒局部制成一个独立的、用于贮藏蔬菜的蔬菜室。因多吃蔬菜和水果有益于健康和美容，带有50升～60升蔬菜室的三门冰箱深受用户欢送。据统计，近两年日本销售的三门冰箱已占冰箱产量的一半。最近，国外还出现了一种带有“冰温室”的四门冰箱，冰温室的温度的0℃～1〔6〕种种用途的多功能化

通过新技术的应用，提高和扩展了冰箱的使用性能和功能。例如：应用“快速冷冻”技术，提高食品的冷冻质量；箱内使用多用途组合式搁架，可充分利用箱内、门胆的空间，食品取存方便，且有多种用途。最近，美国库拉特龙公司生产一种新型多功能冰箱，不仅可以制冷，还可以作为食品的保温器和加热器，可用来炒菜、烘面包或热牛奶等。此外，无箱冷冻、温度切换、可调温保鲜、自动除臭等技术已在冰箱中应用。〔7〕自动控制的智能化

近年来电子技术在家电领域中得到广泛应用。电冰箱的电脑控制技术即为其中一例。例如：日本东芝公司的一种新型冰箱，在箱门、横梁、台面板前侧面上装有电子显示装置，能显示和调节冷冻、冷藏箱温度，不开门就能控制，操作方便。该新型冰箱装置了具有6个功能的IC控制板，实现多种制冷情况下的自动控制。另外，还装有报警指示器，如果箱门没有关严〔或开门时间超过30秒〕，箱门上的传感器就会发出信号，直至把门关上。〔8〕生态健康的环保化

目前，世界各国正在大力推行“双绿色”冰箱，即在冰箱制造和使用中不使用氟氯烃类物质。由于氟利昂会破坏大气臭氧层，威胁整个地球的生态平衡和人类的健康。日本、美国等国已全面推行无CFC冰箱。我国的青岛海尔集团、华意集团已率先推出无CFC的“双绿色”冰箱。无CFC冰箱将是未来冰箱开展的必然趋势。此外，使用各种能源的冰箱也相继问世，如太阳能冰箱、风力冰箱、煤气冰箱等；另外还有如冷藏和加热两用冰箱、手提式软体冰箱、停电不解冻冰箱、供给热水冰箱、会“说话”冰箱等，供冰箱家族日趋丰富多彩。2、冰箱知识概述2.1电冰箱分类及应用现状冰箱应用现状电冰箱是最小的压缩式制冷系统。据统计，我国目前电冰箱、冷柜的拥有量近1.3亿台，而且近年来电冰箱的产量、销售量均在1千万台以上，城市电冰箱平均拥有率到达90.95%。我国正逐渐在为全球家电及家电零部件的生产基地，全球电冰箱的制造能力进一步向我国转移。2006年，我国电冰箱的产量占全球市场30%的份额。近10年来，我国电冰箱的产量由1991年的470万台增加到2002年的1599万台，平均每年增长11.8%，增长十分迅速。在日本，1975年就有99%的家庭拥有电冰箱，在过去20年，平均每个家庭的电冰箱拥有量是1.2台。美国1990年的电冰箱普及率达114%。我国电冰箱的普及率在东部沿海地区为89.6%，中部地区为80.7%，西部地区为83.8%。截止到2006年，我国电冰箱制造企业以海尔为代表，携手新飞、美菱、美的、容声、小天鹅、海信、TCL、荣事达树立起中国自主品牌。外资品牌中，只有西门子、博世、伊莱克斯、松下、夏普、LG、三星等在大容积电冰箱市场占有优势。因此，就形成了国产品牌占据中、小容积产品市场优势与外资品牌在中、大容积领域占优势相抗衡的局面。在中、外两大电冰箱阵营中，各处开展的重点有所不同。国产品牌在210L容积以下占有90%的市场份额，其余的10%那么由西门子、伊莱克斯、松下和LG所占有。电冰箱的分类用途分类〔1〕冷藏箱：冷藏箱主要用于冷藏食品，至少应有一个冷藏室，其温度保持在0～10℃之间；亦能在箱内上部由蒸发器围成较小的冷冻室，用于冻藏少量食品或制作少量冰块，其温度一般保持在职-12～-6℃。冷藏箱一般为单门家用冰箱，容积多在170L〔2〕冷藏冷冻箱：冷藏冷冻箱一般由冷藏室和冷冻室组成，具有冰温保鲜功能的还增设果蔬室或冰温保鲜室等；其中冷藏室的温度在0℃以上，适用于贮存不需要冻结的食品；冷冻室的温度应到达-18～-12〔3〕冷冻箱：冷冻箱是指只有冷冻室的家用冰箱，温度在0℃以下，按温度可分为“一星级室”、“二星级室”、“三星级室”、“四星级室”，其储藏温度分别为-6℃、-12℃２、电冰箱按其结构和冷藏容积分为三类:(1)单门冰箱〔又称冷藏箱〕，一般有效容积在45～170L之间。单门冰箱结构简单、价格廉价、耗电量较小；但冷冻室容积一般都很小，而且冷冻室温度只能到达-6～-12℃(2)双门电冰箱〔大局部都是冷藏冷冻箱〕，一般有效容积在100～300L之间，双门冰箱的特点是既可冷藏，又能冷冻，其冷冻室的温度可达-18℃，储存冻结食品的时间较长。其结构一般是上部是冷冻室，下部是冷藏室。有的双门冰箱在冷藏室上部增设一个“冰温室”，其温度保持在职-3～0(3)三门及多门冰箱，其容积一般在200～400L以上，多属豪华型冰箱。其结构一般有冷冻室、冷藏室、果菜室和多功能转换室，有的还设有水温室。三门及多门冰箱容积大、功能全，但结构复杂、价格昂贵、耗电量也大。３、按冷冻室温度分类按冷冻室所到达的温度，家用冰箱可分为1星级、2星级、3星级、4星级共4个等级，不同星级的冷冻室温度，食品贮存时间如表2-1所示。表2-1不同星级温度计食品有效贮存期星级星标冷冻室温度〔不高于〕冷冻食品贮存期1星级*-61星期2星级**-121个月高2星级〔日本标准〕**-151.8个月3星级***-183个月4星级****-18〔具有速冻能力〕4～6个月４、按制冷方式分类家用冰箱制冷方式不同可分为蒸气压缩式冰箱，吸收式冰箱和半导体式冰箱等。〔1〕蒸气压缩式冰箱。其制冷原理是采用蒸气压缩式制冷循环，即在消耗电能的条件下，利用制冷剂〔如氟利昂〕在系统中蒸发时大量吸收冰箱内的热量，实现制冷的目的。〔2〕吸收式冰箱。如图2-1所示，吸收式冰箱的构造与压缩式冰箱类似，也分为箱体、制冷系统和控制系统三局部。其制冷系统是以液体吸收气体和参加扩散剂氢气所组成的“气冷连续吸收扩散式制冷系统”。该系统没有运动部件，因而无噪声，使用寿命长；可以采用各种热源作为动力，例如天然气、油、燃气、太阳能等。因此，此种冰箱都装有气、电两用的加热装置，该装置由燃烧器、自动点火装置、温度控制器组成。燃烧器中还带有平安装置，当燃烧器的火焰熄灭时，感受火焰温度的热电偶可自动断开燃气通路，以确保平安。在制冷系统中充有三种物质，即制冷剂—氨、吸收剂—水、扩散剂—氢。图2-1吸收-扩散式冰箱制冷系统1-蒸发器2-冷凝器3-精馏器4-发生器5-吸收器6-热源家用吸收式冰箱的主要问题是效率较低、能耗较高，故目前仅用于作战部队的卫生所、野外作业的科研工作等特殊场合，多为容积较小的单门冷藏箱。〔3〕半导体冰箱。半导体冰箱又称温差电制冷冰箱，是利用半导体制冷器件制成的一种制冷装置。它是根据半导体温差效应制成的一种装置。其优点是体积小、重量轻、无噪声、无磨损、操作简单、可靠性高，列制冷剂泄漏和污染问题。但是由于半导体电冰箱制冷效率低、本钱昂贵、能耗高、容积又很小，故目前仅用于某些特定的场合，如汽车、实验等。５、按箱内冷却方式分类家用冰箱按冷却方式可分为直冷式、间冷式和间直冷并用式三类。〔1〕直冷式冰箱。直冷式冰箱又称为冷气自然对流式冰箱，它利用箱内蒸发器周围的冷空气比重大，向下流动被贮存的食品吸热，温度上升后回到蒸发器周围，使箱内空气形成自然对流。另外，箱内局部水分会在蒸发器周围冻结成霜，故直冷式冰箱又称为有霜式冰箱。直冷式冰箱结构如图2-2所示，这种直冷式冰箱的蒸发器一般直接安装在上部的冷冻室，在下部的冷藏室内另有一个小的蒸发器，或者将冷冻室的冷空气分一局部进入冷藏室，冷藏室进行食品冷藏。直冷式冰箱具有制造容易、结构简单、本钱低、制冷速度快、比拟省电的特点；但由于箱内依靠空气自然流动来冷却贮存食品，因此箱内温度的均匀性不如间冷式冰箱好；而且冷冻室又需要定期进行人工除霜，对于食品的贮存质量有很大的影响，亦给日常使用带来了许多不便。另外，由于两个冷间的温度只有一个温度控制器通过控制压缩机的开、停来调节，因此箱内温度不能随着两个冷间贮存食品种类的变化而改变，以致影响了食品的贮存质量。另一方面，箱内温度受环境温度的影响较大，当冬季环境温度较低时，会出现压缩机不启动，两个冷间的温度会出现一间温度过低，而另一间温度过高的情况。为此需要增加低温热补偿装置，或采用双温控制技术〔采用二位三通电磁阀加毛细管方法〕。前者的方法会引起电耗量的增加，而后者那么使控制系统变得复杂导致本钱增加。〔2〕间冷式冰箱。间冷式冰箱也称为气强制循环式冰箱，它依靠风扇吹风来强制箱内冷空气对流循环，从而实现间接冷却。由于箱内食品不与蒸发器接触，故称为间冷式冰箱。间冷式冰箱的蒸发器一般位于冷冻室后部隔层中，竖立或横卧安装在冷冻室和冷藏室的夹层之间，如图2-3所示。用一个微型电风扇将冷风通过风道送入冷冻室和冷藏室，到达制冷效果。由于冷冻食品蒸发的水分被冷风带走，并在蒸发器外表冻结。图2-2直冷式双门双温电冰箱剖面图图图2-3间冷式双门双温电冰箱制冷系统图1-冷冻室蒸发器2-冷冻室3-冷藏室蒸发器1-冷冻室2-翅片式蒸发器3-风扇4-接水盒5-冷藏室6-冷凝器7-压缩机4-热温风门温度控制器5-冷藏室6-冷凝器8-启动器和过载保护继电器9-水蒸发盘7-压缩机8-启动过载保护继电器9-水蒸发盘10-果菜盒11-搁架12-温度控制器和照明灯10-果菜盒11-搁架12-制冰盒13-温度控制器间冷式冰箱具有自动除霜装置，自动蒸发除霜，因此冷冻室内无霜，故又称“无霜”冰箱或风冷式冰箱。与直冷式冰箱相比，间冷式冰箱一般设置一个蒸发器和两个温度控制器；其中一个控制冷冻室温度与压缩机制开、停机，另一个通过改变风门的位置调控送入冷藏室的冷风量来控制冷藏室的温度。间冷式冰箱最大的特点是箱内温度均匀，冷却速度快；即使在除霜时冷冻室的温度变化不大于5℃，冷藏室温度变化不大于2〔3〕间冷、直冷并用式冰箱。间冷、直冷并用式冰箱也称为冷气强制循环及自然对流并用式冰箱，这种类型冰箱查将直冷式和间冷式的特点结合起来，冷冻室采用间冷式，冷藏室采用直冷式。2.2电冰箱的结构组成由于市场上的家用冰箱大都是蒸气压缩式冰箱，因此这里只对蒸气压缩式冰箱的制冷系统简单的介绍。蒸气压缩式冰箱由制冷系统、电控系统和箱体及附件等三局部组成。制冷系统的组成家用冰箱的制冷系统一般有压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器、枯燥过滤器及制冷剂等组成。另外根据实际情况可在蒸发器出口设置集液器。图2-4直冷式冰箱制冷系统图2-5间冷式双门双温电冰箱制冷系统1-蒸发器落2-低压吸气管3-毛细管4-冷凝器1-翅片管式蒸发器2-冷凝器3-枯燥过滤器5-枯燥过滤器6-压缩机4-抽空充注制冷剂管5-压缩机6-水蒸发加热器7-抽宾充注制冷剂管7-低压吸气管8-毛细管9-门口除霜管图2-4为最常见的具有冷藏室与冷冻室的双门双温直冷式冰箱的制冷系统。制冷剂在制冷系统中的流向为；压缩机副冷凝器主冷凝器防露管枯燥过滤器毛细管冷藏室蒸发器冷冻室蒸发器回气管压缩机。图2-5为双门双温间冷式冰箱的制冷系统图，其制冷剂在制冷系统中的流向与直冷式冰箱大致相同。区别在于当内置冷凝器分别在箱体两侧时，高压侧制冷剂一般先流过一侧冷凝器，经过防露管，再流过另一侧冷凝器、枯燥过滤器，进入毛细管。〔1〕压缩机。家用冰箱通常采用全封闭容积压缩机，结构形式有滑管式、连杆式和旋转式等。它具有结构紧凑、体积小、重量轻、振动小、噪声低及制冷剂不泄漏等优点。〔2〕冷凝器。冷凝器是使气态制冷剂放出热量而凝结为液态的热交换设备。家用冰箱的冷凝器通常为空气冷却式冷凝器，大局部采用自然对流冷却方式，按其安装的位置可分为内置式和外置式。外置式冷凝器通常放在冰箱的背部，其结构形式为钢丝式、平板式或百叶窗式。内置式冷凝器的冷凝管直接在冰箱两侧外壳钢板的内侧，利用两侧钢板向外散热。内置式冷凝器的传热效果不及外置式冷凝器好，设计中要适当加大隔热层的厚度，传热系数一般为6～8W/()。内置式冷凝器外形比拟美观，冷凝外表不易积灰。〔3〕门防冻防露管。门防冻防露管主要是用于防止冰箱的门四周因为冷量逸出而使门封处温度降低，出现结露甚至结冰现象，从而保证箱门的正常使用。家用冰箱的门加热防露装置，有别于大型制冷装置，通常不使用专门的热量来加热门框，起到防冻防露的作用，同时又节省了电加热的费用。〔4〕蒸发器。蒸发器是使液体制冷剂吸热汽化成气体的热交换设备。家用冰箱的蒸发器属于空气冷却式，直冷式冰箱采用自然对流式蒸发器，有管板式、铝复合板式、钢丝盘管式、单脊翅片式和层架盘管式蒸发器，用风机进行强制对流换热。〔5〕枯燥过滤器。家用冰箱的枯燥过滤器一般安装在冷凝器出口毛细管入口之间的液体管路上，其作用是滤除制冷系统中的杂物和吸收制冷剂中的残留水分，以防止毛细管的冰堵和脏堵，保证制冷系统的正常运行。图2-6枯燥过滤器家用冰箱使用的枯燥过滤器的结构如图2-6所示。在过滤器两端分别装有120目至180目的过滤网，滤网之间填充枯燥剂。枯燥剂的种类有很多，如氧化铝、氧化钙、硅胶和分子筛等。目前家用冰箱大局部采用吸湿性强的分子筛〔如球形分子筛或特制的分子筛柱〕作为枯燥剂。〔6〕毛细管。家用冰箱的制冷系统中，通常采用毛细管作为节流元件。其优点是结构简单、本钱低、运行可靠；缺点是调节性能那么较差，系统结构参数的变化对于性能的影响会比拟显著，因此对于系统匹配的要求较高。〔7〕制冷剂。家用冰箱使用的制冷剂有R134a、R600a等。R134a是一种新型制冷剂，其热力性质与R12非常相似，适用于家用冰箱、汽车空调、中温和高温商用制冷装置。作为R12的替代物，R134a的制冷系统中压缩机的结构尺寸和换热器的尺寸、耐压性能等均需调整，但主要是密封材料、润滑油、枯燥剂的选择。R600a是一种自然制冷剂，对环境无破坏作用。其标准沸点为-11.7℃，凝固点-160电路控制系统家用冰箱的电控系统主要控制冰箱内的温度，保证冰箱的正常工作。图2-7所示为家用冰箱的典型电路图，其工作原理如下。图2-7家用冰箱典型电路图1-灯开关2-照明灯3-温度控制器4-温度补尝加热丝5-启动继电器6-压缩机电动机7-过载保护器B-蓝色BK-黑色Br-棕色G-Y-黄绿色当冰箱电源接通时，压缩机电动机运行绕组〔主绕组〕和启动继电器线圈首先得电，在接通的瞬间电流较大，使启动继电器吸合，从而使电动机启动绕组〔副绕组〕通电，在定子中产生旋转磁场，电动机启动并很快〔约1～2s〕到达额定转速。随着转速提高，启动电流下降，当电流下降到缺乏以吸合衔铁时，启动触点断开，启动绕组断电，电冰箱进入正常运转。压缩机热保护器的结构主要是一个双金属片开关，正常工作时处于常闭位置。当压缩机电机过载时，紧贴着压缩机壳体安装的热保护器发热元件发热，即双金属片受热弯曲，使其保护触点断开，切断电路，保护了电机不致损坏或烧毁。箱内照明灯开关平时处于常开位置，灯开关那么与箱门机械接触。当箱门翻开时闭合，灯亮以照明箱内。温度控制器利用感温包检测各间室的温度，通过对制冷压缩机的开、停进行自动控制来保持各间室温度的设定值。采用强制对流冷却的间冷式冰箱，还增设了风门温度控制器；温度控制器直接控制冷冻室的温度，冷藏室、冰温保鲜室等次序间的温度是通过风门温度控制器自动调节风门开启角度的大小，以控制进入各冷间室的冷风量变化，从而实现其温度的自动控制。家用冰箱常用的化霜方法有：人工化霜、半自动化霜和全自动化霜三种方式。对于直冷式冰箱，一般采用人工化霜和半自动化霜的化霜方法，其特点是结构简单，动作可靠，但是化霜时间较长，箱内温度波动较大。对于间冷式电冰箱，那么采用全自动化霜控制系统。目前市场上大多数间冷式电冰箱，采用定时控制式自动电热化霜。在蒸发器上安装电热元件，以时间继电器作固定时间的周期化霜。一般出厂时已经调整好化霜间隔时间和化霜时间。箱体及附件家用冰箱的箱体主要由外壳、内胆、箱门、隔热层和附件组成。其中，外壳常采用0.6～1mm薄钢板，外外表磷化处理后喷漆或喷塑，或彩色钢板；内胆一般采用丙烯腈丁二烯-苯乙烯〔ABS〕或改性聚苯乙烯〔PC〕板，加热至60℃家用冰箱的箱门由门面板、门内胆、磁性门封和手柄及铰链〔门折页〕组成。其中，门面板与箱体外壳一样；门内胆与箱体一样；磁性门封由塑料门封条〔乙烯基塑料挤塑成型〕和磁性胶条〔在橡胶塑料的基料中渗入硬性磁粉挤塑成型〕组成，为了节能有些低温水箱还另设橡胶气囊二次门封。家用冰箱的附件包括：搁架、箱内接水盒、果蔬盒、制冰盒、箱外接水盒〔或蒸发盒〕等组成。2.3电冰箱能效标准及经济性能评估冰箱能效等级标准电冰箱是家用电器中的主要耗能设备，OECD国家家用电冰箱的能耗是火车耗电量的3倍；在日本，电冰箱能耗占住宅耗电量的17%；在泰国，这一比例是20%；1995年我中国家用电冰箱的耗电量所占比例为32%，上述情况都说明了电冰箱是耗能大户。从节能、环保和促进技术进步等角度出发，2003年国家公布了GB12021.2-2003电冰箱能效标准。电冰箱的耗电量限定会按下式计算：〔2-1〕式中：——耗电量限定值，kWh/24h;M——参数，由表2-2查得，kWh/L;N——参数，由表2-2查得，kWh；——调整容积，L。电冰箱产品的实测耗电量应不大于值，否那么，为不合格。对于具有可变温间室的电冰箱，分别测试不同设定温度条件下的耗电量，各测试结果均应满足相应类别的耗电量限定值要求。表2-2M、N取值序号类别M/〔kWh/L〕N/〔kWh〕1无星级室的冷藏箱0．2212332带1星级室的冷藏箱0．6111813带2星级室的冷藏箱0．4282334带3星级室的冷藏箱0．6242235冷藏冷冻箱0．6972726冷冻食品储藏箱0．5301907食品冷冻箱0．567205该标准不仅规定了电冰箱在标准状况下耗电量限定值，并且规定了冰箱的能效等级为1～5级，其中1级、2级为节能产品，1级最节能，5级为能效合格产品。按照冰箱在标准状态下实际耗电量与限定值的比拟，比值小于0.55的为能效1级，也就是说，在通常情况下能效1级电冰箱的耗电量相当于该型号电冰箱标准允许耗电量的55%，即节能45%以上；比值0.56～0.65为能效2级冰箱；比值0.66～0.80为能效2级冰箱；比值0.81～0.90为能效4级冰箱；能效5级冰箱为能效水平刚满足标准的合格产品；比值大于1的产品为不合格产品，国家标准强制不允许其进入市场。1级是企业努力的目标，约占当前产品总量的5%；2级是代表节能产品的门槛，约占当前产品总量的20%；3、4级代表我国的平均水平，约占当前产品总量的50%；5级代表能效限定值，是未来淘汰的产品，约占当前产品的25%。电冰箱的能效主要取决于压缩机的EER和箱壁的保温性能两个因素。电冰箱能效标准的出台，对于规划电冰箱市场，统一电冰箱用能效标准，提高电冰箱融整体效率水平，挖掘制造企业开发超级节能冰箱的潜力等方面具有积极意义。不同能效等级电冰箱耗电量确实定我国电冰箱以中等容积〔161L～230L〕需求最为旺盛，它们大局部耗电量为1.2～1.4Kwh/24h.按照GB12012.2-89《家用电冰箱电耗限定值及其测试方法》的规定，目前冰箱的能耗水平绝大局部在国际规定值的80%～90%。与兴旺国家同类产品相比，我国冰箱能耗水平是比拟高的，据初步分析，与发过国家相差表20%，也就是说，我国冰箱的节能潜力较大。按报批搞的能效等级划分方案，可得到表2-3的结果，由此可确定各个能效等级的耗电量，即1级为204.40kWh/a,2级为290.18kWh/a,3级为339.45kWh/a,4、5级可不考虑，因为这类产品通常在市场上不允许出售。表2-3电冰箱不同能效等级的耗电量节能措施耗电量〔kWh/24h〕计算能效指数〔%〕能源效率等级最正确的运行控制0.4434.31〔<55%〕真空板0.5946.11结构系统优化0.6550.81使用节能新工质R600a0.7659.42(55%<65%)使用高效压缩机0.8364.82使用较高效压缩机0.9372.73(65%<80%)适当加厚隔热发泡层5mm1.0884.44(80%<90%)改良门封结构1.1791.45(90%<100%)改良发泡材料和工艺1.30101.65注：基准电冰箱耗电量1.2kWh/24h；各节能措施由下至上依次累加。1级表示能效最高；能源效率等级一栏括号内数据为标准报批搞相应等级要求的能效指数。能源节约量及污染物减排预测〔1〕报废函数报废函数，也称生存曲线，可用来估计设备的报废率。假设认为报废函数是线性的，那么在设备平均寿命的2/3时期内，没有设备报废；而在平均寿命的4/3时期后，所有设备都报废。这一函数可用文字描述：假设使用时间<平均寿命2/3，那么所有设备均完好；假设平均寿命2/3<使用时间<平均寿命4/3，那么设备报废的百分比为1～2使用时间1.5/平均寿命；假设使用时间>平均寿命4/3，那么所有设备均报废；〔2〕设备生存因子如果要预测节能量的年份标准有效，并且该所份在设备的2/3寿命期内，那么生存因子为1005；如果该年份超过4/3寿命期，那么生存因子为0；其他情况可用下式计算：〔2-2〕式中：——设备a在j年的生存因子，%；——设备在a的寿命，a；——要预测节能量的年份，a；——设备销售的当年，a。〔3〕设备保有量设最初市场上没有设备a销售，也没有用户使用设备a。从s年开始有了设备a的销售和使用，那么在s+1,s+2,┉年后，设备a的数量不断增加，但是因为每年都有设备报废，因此增加量不是每年销售量的简单加和，要考虑设备生存因子的影响。也就是说，保有量是当年的销售量加上历年销售仍在当年使用的设备数，设备保有量按下式计算：〔2-3〕式中：——设备a在I年的保有量，is；——设备a在j年的销售量。〔4〕能效等级节能量〔2-4〕式中：——单台某一能效等级的设备当年的节能量，kWh/a；——基准设备的单台能耗，kWh/a——到达某一能效等级的设备的单台能耗，kWh/a。〔5〕某一能效等级的设备在第I年的节能量〔2-5〕〔6〕污染物及温室气体的减排预测、、及粉尘的减少量都是能源节约量的函数，表达式如下：当年减排量：〔2-6〕累计减排量：〔2-7〕式中：——设备a在I年物质p的减排量，kg；——物质p的排放系数，kg/kWh；——设备a累计至i年物质p的减排量，kg。〔7〕计算依据计算起始时间从2003年开始，截止2007年，因为标准通常5年修订一次。假定2003年实施标准，由于此前进入市场的产品不受该标准的制约，所以只预测2003年以后的新产品的节能状况，2003～2007年电冰箱的需求量见表2-4。预测污染物及温室气体的减排量时使用以下排放系数：碳339g/kWh,氮化物4.07g/kWh,硫化物53.10g/kWh,固体颗粒24.80g/kWh。表2-42003～2007年电冰箱的市场总量预测年度20032004200520062007市场需求量〔万量〕1347.081411.721474.501535.421595.48〔8〕预测结果及分析计算结果见下一组图2-8～2-11。图2-8节能最预测图2-9碳减排量预测图2-10氮化物减排量预测图2-11硫化物减排量预测由图中数据可知，1级5年累计节能50.16×kWh，2级标识累计节能31.74×kWh。以上数字说明，能效标识所带来的节能效果是巨大的，可作一形象的说明，设火电厂的年运行时间为6000小时，2级相当于5年内少建1.个1000MW的火电厂；1级那么相当于5年内少建1个1700MW的火电厂。在化石燃料是主要能源的今天，节能即意味着环保。从图2-8～2-11可得出，1级5年累计可减排氮化物20.4×吨，硫化物26.63×吨，固体颗粒12.44×吨，碳17.00×吨；2级5年累计可减排氮化物12.92×吨，硫化物16.86×吨，固体颗粒7.86×吨，碳10.76×吨。以上分析说明能效标准带来的环保收益是非常可观的。因为我国目前的环境形式不容乐观，由于燃煤等带来的污染，中国的北京、沈阳、西安、上海、广州5城市名列世界污染最重的城市之列。二氧化硫严重超标，酸雨态势扩大，出现酸雨的城市占全国城市半数以上。据统计，2001年全国城市空气质量到达二级以上、三级及三级以下标准的城市各占1/3。人国城市可吸入颗粒物年均浓度超过国家二级标准，并且近三成的城市超过国家三级。此外，我国已成为第二大排放国1999年排放3058.7×吨，占世界总量的13.2%。可见，从环保角度出发，是很有必要实施电冰箱能效标准的。2.4电冰箱发泡剂的替代研究随着CFCs的禁用，从2007年起，国内市场的电冰箱、冰柜产品将进入无CFCs时代。这不仅要求电冰箱制冷剂不含CFCs，同时也要求发泡剂不含CFCs。理想的发泡剂必须具备以下一些特性：〔1〕不能与塑料发生反响；〔2〕必须充分溶于液态塑料，但不溶解固态塑料；〔3〕使用液态发泡剂，必须有适宜的沸点和蒸气压力；〔4〕隔热泡沫塑料要求发泡剂具有低导热性，以便最终产品有高绝热性能；〔5〕要求发泡剂不可燃，并且有助于使最终产品获得良好的阻燃性能。众所周知，电冰箱四周的隔热材料是现场注入发泡剂形成的硬质聚氨酯泡沫塑料，而用作发泡剂的R11已被国际组织列为是对臭氧层危害最大和禁用的品种之一。世界上很多化学品公司和制冷器具生产厂商纷纷开展研究工作，寻找R11发泡剂的替代物质。进入20世纪90年代，电冰箱硬聚氨酯发泡剂替代品的研究引起各国的高度重视。我国在加水发泡技术方面有一定的根底，广东省有关单位早在20世纪70年代曾做过一系列的加水发泡剂试验，取得过替代5%的效果，积累了丰富的经验。目前替代物质的研究工作也进展顺利，浙江省氟化式技术开发所已经建成小批量生产R123和R141b的装置，可供各生产、科研单位使用。在电冰箱门体的生产过程中，发泡剂的特性与生产系统的枯燥局部设计有关。为了通过预分配混合原料提高发泡质量，使用R141b发泡剂预先使门体在敞开式模具中发泡。R245fa发泡剂较低，能够迅速产生发泡反响，但是它不适合开模式生产。目前，几乎所有主要硬泡行业都完成了向ODP为零的发泡剂的转化，在多数都依赖R141b作为主要的第一代替代物，替代目前禁止的CFCs。虽然作为发泡剂R11具有较好的特性，但其对臭氧层的破坏性使其使用受到一定限制，已被列为淘汰之列。电冰箱发泡剂R141b和R123替代R11的应用R141b和和R123的物理性能〔沸点、蒸气导热系数及蒸发潜热与〕R11相似，其中R141b的能量效率比拟高，本钱比R11约高出20～30倍，ODP值0.11、GWP值为0.12，具有可燃性；R123能量效率相对低些，本钱价格要比R11高出约50%，对臭氧的破坏力相当小，且不可燃。此外，由于它们的分子量不同于R11，为了取得相同的发泡率，R141Br用量较少，而R123那么要多用些。另外，R141b对电冰箱内胆ABS板村有腐蚀，需采用双层拱挤板或改性ABS板，从而造成运行费用的增加；R141b泡沫物性稳性差，需要对工艺进行改良才能保证使用。为了更好地利用R123较低的消耗臭氧层潜能值和不可燃性的特点，以及R141b较好的发泡效率、；较低的溶解能力和本钱，美国杜邦公司研制出两种化合物的混合物Formacell-R。它将两者的优点集于一身，其分子量和膨胀率都是与R11相似，且不可燃，对臭氧层的破坏力为R11的1/20。环戊烷替代R11的应用首先是德国采用了环戊烷方案，随后意大利、荷兰、英国和北欧的瑞典、丹麦、挪威等国局部采用了环戊烷替代R11方案。到目前为止，这些国家采用环戊烷替代R11的方案已有多年，有着丰富的实践经验，最典型的是大型电冰箱厂德国津根的博士-西门子公司的制冷器具厂。在日本，虽然前些年以R141b为主要方案，但近所来很多电冰箱厂也改为环戊烷方案。日本松下、日立、三洋人个电冰箱厂都建立了环戊烷发泡生产线；新飞引进德国亨内机公司环戊烷发泡剂生产线实现每年60万台的生产能力，科龙、海尔都实现了环戊烷发泡生产线的改造。在美国，仍采用R141b作为电冰箱发泡剂，但对于进口环戊烷发泡的电冰箱并不加限制。因此，环戊烷替代R11作为长期方案，可以获得世界各国的成认和普遍采用。环戊烷替代技术的开展环戊烷替代方案虽然被料多采用，但由于其导热系数比R141b高、资源有限、价格高等因素，因而采用正、异戊烷的方案已开始实施。正、异戊烷的发泡强度和流动性都较好，导热系数虽高一些，但资源丰富、本钱低，博士-西门子电冰箱厂现用正、异戊烷的混合物替代环戊烷作发泡剂，能够降低本钱8%；对于用正、异戊烷发泡与R600a作制冷剂的搭配，电冰箱的整机能耗可保持在R11和R12的水平。这对我国是一个可喜的信息，因为我国目前环戊烷要靠进口，价格很贵，而正、异戊烷的资源丰富，应当努力开发这种方案。自1992年以来，欧洲在短期内实现了环戊烷代替R11发泡剂的改造，但由于种种原因这种发泡剂没有在北美自由贸易协定〔NorthAmericanFreeTradeAgreement,NAFTA〕地区被成功应用。另一种名为R245fa的发泡剂被广泛应用，它主要适用于受到经济因素限制而无能力使用环戊烷的中小型工业。国外试验说明，HCFCs替代材料的绝热效率只有CFCs的90%。为了保证原有绝热性能，就必须增加电冰箱的壁厚，但电冰箱的外形尺寸又不能随意改变〔必须与建筑尺寸和传统布局相适应〕，因此，只能以牺牲电冰箱内部容积为代价。发泡材料的相溶性也是一个关键问题。通常电冰箱内胆使用的是ABS或SB/HIPS工程塑料。HCFCs，尤其是R123比R11有较强的溶解作用，会使塑料内胆产生破裂或皱缩。各生产厂商正在积极探索途径，期望能降低HCFCs的溶解能力；或在塑料外表镀上一层其他防护材料；或者试用新材料〔如聚碳酸酯类〕做内衬等等。但目前尚未见到有正式结果的报道。3、电冰箱的设计3.1冰箱设计的考虑因素电冰箱节能考虑近年来,全球“电荒”、“油荒”频发,欧美经济强国除了在全球范围内积极扩大能源产地外,对家电能耗要求也越来严格,甚至利用能耗标准作为技术壁垒来制约包括中国在内的开展中国家对其家电出口；在国内,节能也已成为众多冰箱制造商的一个重大竞争点,冰箱是否节能直接关系到产品开发及日后产品销售的难易程度。低冰箱能耗可以从减少冷量泄漏和提高循环效率两个方面考虑。在电冰箱设计过程中,主要可以从以下两方面有效地减少电冰箱的能耗.〔1)选择适宜的泡层厚度降低冷量泄漏一个最直接方法就是增加冰箱发泡层厚度。一般地说,随着冰箱发泡层厚度的增加,冰箱能耗逐渐降低,但增加到一定程度后,其节能效果越来越不明显。而且随着发泡层厚度的增加,冰箱的材料本钱增加、有效容积下降。因此,产品开发过程中,需要综合考虑能耗、本钱和容积等因素,选择适宜的发泡层厚度。〔2)采用高效压缩机压缩机的能效比COP对冰箱的能耗影响显著,任何节能冰箱的开发,都需要采用高效压缩机。根据高效压缩机COP值的差异,可将其分为两类:一类是COP值为1.3～1.5的普通高效压缩机,国内生产,本钱较低,广泛使用在普通节能冰箱中;第二类是COP值为1.6～1.8的高效压缩机,大多由国内合资公司生产或从国外进口,本钱较高,只应用在超级节能冰箱上。电冰箱本钱考虑企业要生存开展,就必须赢利。研究说明,尽管设计费用只占产品总本钱的5%,却决定了产品总本钱的60%～70%。因此,产品开模前(一旦开模,产品的大局部本钱将被锁定而难以改变或改变费用很大),在设计图纸上通过设计师的精心计算、优化设计,对降低生产本钱具有重要意义。〔1〕零部件及其设计要素的标准化标准化其实是一种“软件复用”,使得产品开发不必从零开始,直接使用现有零部件或进行局部修改就可设计出新的产品。企业可进行如下标准化工作:把优选零部件形成标准件或通用件,在许多型号的冰箱上通用;固定冰箱的宽度系列,让内部附件(包括抽屉、层架、门搁架等)在同宽度系列的冰箱可相互借用;将箱体内腔、侧板、后板、门内腔、门面板等主要开模件的局部结构形成通用设计要素,在设计工作中强制遵循。标准化工作的实施与加强,大大降低了新开模具的本钱,缩短了开发时间,减少了设计失误;还减轻了开发人员的工作量、提高了工作效率,让其有更多时间和精力投入到创新工作中。〔2〕简单化设计一般说来,结构和功能过于复杂的产品,不轻易会受用户喜爱的。此外,如果零件结构太复杂,设计人员制图将颇费力气;模具师不易理解设计意图,零件本钱和加工难度随之加大,还降低了零件的质量稳定性,容易产生缺陷。简化零部件结构,不但可以减少开模费用、提高结构可靠性、节省材料本钱,还简化了用户操作。产品的功能也同样需要简化,功能既有正面质量、又有负面质量；过多的辅助功能,会影响主要功能的表达、模糊产品功能卖点,加大结构复杂性。而且,每项功能都需要增加本钱,如果功能的增加不能带来价格的适当提升,企业将得不偿失。〔3〕材料替代、用量减少针对具体应用选择适宜的材料是设计师的一项重要责任,也是设计成功的前提条件。冰箱的结构变化其实并不多,材料的选用对其性能和本钱影响非常大。结构设计师应该对所用材料的性能和本钱有清楚的了解,尽量采用性能合格的低廉材料,既满足产品的质量要求,又防止质量过剩。当前,采用塑料件代替金属件已成为冰箱企业降低生产本钱的一个重要竞争策略。与金属材料相比,塑料具有本钱低、重量轻、电绝缘和耐腐蚀等优点。且塑料材质多样、设计结构多变,使其具有更理想的设计特性。既防止了金属件必需的价格不菲的二次加工(如冲孔)和外表处理(如喷涂),又减少了制造对设计的限制、扩大了设计自由(塑料件可以设计成复杂的形状)。因此,随着塑料件质量的不断提高,冰箱中应用的塑料件越来越多,除了一些重要的制冷件(蒸发器、冷凝器)、外观件(门面板、侧板)、支撑件(压缩机托板)等外,其余大局部都是塑料件,大大降低了冰箱的材料本钱。材料减薄是另一种直接降低本钱的方法。在保证内胆能抵抗发泡压力与热变形的前提下,企业适当的对冰箱内胆板材进行减薄,有效地抵御了原材料价格上升的不利因素。此外,取消一些对外观要求不高零件的外表处理也可以降低本钱,例如:冰箱后板原来使用喷涂钢板,现将其改为镀铝锌板、不喷涂,本钱得到了较大程度的降低,目前已在冰箱企业中大量推广。生产工艺考虑产品设计过程中,还应该考虑生产工人操作是否方便、设计是否具有防呆功能；冰箱发泡过程中会出现空泡、漏泡等质量缺陷,发泡后会出现门体收腰变形等工艺问题,需要在设计阶段就加以考虑。〔1〕防呆设计由于冰箱是流水线生产,工人并没有太多的时间去仔细检查手中的零件是否正确、装配是否正确。如果设计师考虑不周,正确的装配方向难以识别、又没特别设计防呆特征,忙乱的生产过程中就会很容易出现错误装配、造成返修甚至报废,给企业造成不同程度的损失。为了防止误操作的发生,可在制件上设计一些防错特征,保证装配方向不正确的时候,零件装配不上；如果受结构所限,不能添加防错特征时,就应该增加标志(如文字、图形)指明正确的装配方向。另外,将零件设计成对称结构也可以起到很好的防呆作用。〔2〕防漏泡设计由于冰箱的形状不规那么,准确的发泡剂用量往往难以计算出来,需要在正式生产前通过试模进行调整。跟发泡剂用量有关的工艺问题有空泡和漏泡。空泡是指冰箱局部区域(尤其是一些狭窄的角落)因缺少泡料而形成空穴,其主要原因是发泡剂用量缺乏或结构透气性差。空泡不会影响冰箱外观,其处理方法比拟简单,只需要适当增加泡量或增强结构的透气性(在箱内胆、后板、后底板等零件的结构死角处设计小于1mm的排气孔)。漏泡是指泡料在较大的发泡压力下从冰箱密封不好的孔隙挤出形成形状不规那么的溢出物。由于漏泡处往往位于难以密封的死角处,难以清理,严重时会影响冰箱外观甚至造成报废。解决漏泡的唯一方法是增强冰箱的密封性。最常见的密封结构是利用发泡剂的高粘度性、钣金件和塑料件的弹性变形进行过盈配合,采用迷宫式密封结构,依靠该结构的迂回来增大流动路线距离及阻力形成良好的密封。设计之外的工艺补救方法是:在所有可能出现漏泡的角落、缝隙处粘贴海绵胶条或免水胶纸,在人手难以触及的死角注入热熔胶。电冰箱门体变形考虑门体在使用过程中,泡层会冷却收缩,由于门内腔侧温度较低、且其刚度低于门面板侧的刚度,门内腔侧的收缩量会大于门面板侧的收缩量；且由于门体中间局部缺少约束,收缩最强烈，门体就会产生收腰变形。虽然这种收腰变形普遍存在,但由于一般的门体体积较小,门面板刚度足够,其收腰变形量较小,不会产生难以控制的质量问题。如果门体较大,必然产生相当大的收腰变形,使得门封与门内腔、箱体不能紧密配合,造成箱内冷气泄漏,使得产品能耗难以达标。解决门体变形的方法是对门面板结构进行优化、对门体进行结构加强(如增加加强铁)。电冰箱平安认证考虑冰箱要进入市场销售,必须先通过强制性的产品认证。根据中国强制认证(CCC)的规定,冰箱必须符合家用电器平安及电磁兼容(EMC)的相关标准。〔1〕平安考虑冰箱设计中应该考虑的平安因素主要包括:防触电、防止机械伤害、防火等。冰箱属于I类器具,其防触电保护是依靠根本绝缘+接地来实现的。因此,设计中必须考虑万一根本绝缘失效,易触及的导电部件(如门面板、侧板、后板等)不会带电,措施是将此类导电部件连接到接地保护导体上。需要强调的是,设计中不仅要考虑正常使用过程中的平安要求,还要考虑由于使用大意或错误操作而造成的不平安因素。比方,为了满足消费者不同的使用习惯,出口冰箱常常要求具备左右开门功能。在更换门开启方向时,需要拆开冰箱顶盖,导致藏在顶盖下的导线、温控器可以触及,如果消费者大意或操作不当,很容易产生不平安因素,因此,需要再设计一个保护罩将导线和温控器隔离开来,或在产品使用说明书加以警告并说明正确的换门步骤。为了满足防止机械伤害的要求,设计中要尽量防止在人手容易触及的部位出现锋利的边角或螺钉头;保证易触及的零部件具有一定的机械强度,使用过程中不会轻易被破坏而出现对人体造成伤害的不平安因素；运动部件不能伤害人体。比方,风冷冰箱的设计中,需要保证风扇罩的材料有足够的强度、风扇罩上的孔隙要足够小(小于10mm),防止人手触及风扇扇叶。内销冰箱使用的制冷剂大多是R600a,其制冷性能好,但易燃易爆,设计中尤其要考虑防火要求。从设计角度讲,所有强电元件触点及连接点都应该被看作燃火源,对这些电器件应当用阻燃材料加以防护。〔2〕EMC考虑冰箱电磁兼容EMC包括两个方面:一方面指冰箱具有一定的抗电磁干扰能力,在特定的电磁干扰环境下仍然能够正常工作；另一方面指冰箱自身作为干扰源所产生的电磁干扰在一定的范围内,不至于影响周围其它电器的正常工作。由于机械温控冰箱依靠机械动作控制压缩机开停,EMC不会存在什么问题。电脑温控冰箱采用单片机控制温度,存在电路板、导线等电路元器件,设计时需要多加注意。例如在布线设计时,需要将内藏导线的电线与信号线分开、门面板作好接地屏蔽等。3.2电冰箱设计步骤热负荷计算热负荷的计算是家用冰箱设计中的一个重要环节，与其相关的因素有：冰箱的箱体结构、冰箱的内容积、箱体隔热层厚度和隔热材料的隔热性能等。家用冰箱的总热负荷包括：箱体漏热量，开门漏热量，贮物热量，和其他热量。即=+++〔3-1〕漏热量的计算箱体漏热量包括三局部：通过箱体隔热层的漏热量、通过箱门和门封条的漏热量及通过箱体结构件热桥的抟热量等。即〔3-2〕箱体隔热层的漏热量〔3-3〕式中A——箱体该部位的传热面积，；——冰箱室内的温度，℃；——环境温度，℃。——箱体该部位的传热系数，(W/(·℃))；计算式如下：〔3-4〕式中，——箱外空气对箱体外外表的换热系数，W/(·℃，[当室内风速为0.1～0.15m/s，可取3.5～11.6W/(·℃)]；——箱内壁外表对箱内空气的外表换热系数，W/(·℃)，[箱内空气为自然对流冷却方式时，可取0.6～1.2W/(·℃)；箱内空气为强制对流冷却方式时，由于箱内风速较大，其可取17～23W/(·℃)]；——隔热材料的导热系数，W/(·℃)；——隔热材料的厚度，m,(亦可以将塑料内胆厚度计入发泡层厚度中)。在进行双门双温冰箱的箱体隔热层漏热量计算时，要注意到冷冻室和冷藏室的隔热层厚度的不同，应采用分段计算后再累加成值。家用冰箱的箱体隔热层厚度计算通常采用两种方法：一种方法是限定隔热层结构的传热系数；另一种方法是限定隔热层结构的外外表温度，即限定外外表温度不得低于环境空气的露点温度，以防止箱体外表发生凝露现象。一般箱体外外表温度应高于环境空气的露点温度，即：>0.2+℃。另外，还可以参照国内外冰箱的有关资料预先设定隔热层厚度，然后用箱体外表温度校核；如果低于环境的露点温度，那么需适当增大隔热层厚度直到满足其外外表温度的要求。另外，采用壁板盘管式冷凝器的冰箱，箱体后壁面的外表温度近似取为冷凝温度，也需另外计算该局部漏热量，然后再累加成值。〔2〕箱门口与门封条的漏热量由于的值很难用计算法计算，可根据实测后推出，或根据生产厂家的经验来确定。一般可取为的15%。〔3〕箱体结构件热桥的传热量等箱体内外壳体之间的支撑方式不同，其值也不同。因此同样也不易通过公式计算。一般可取值为值的3%左右。目前采肜聚氨酯发泡成型隔热结构的箱体，无支撑架形成的冷桥，因此值可以不计算。２、开门损失热量的计算电冰箱开门次数，一般按每小时2～3次计算。在SG215-84标准规定的耗电量试验项中，并未指出电冰箱开门次数。日本标准中的耗电量试验规定了冷藏室每日开门50次，冷冻室每日开门15次。在计算开门损失热量Qa时，可按每小时开门的上限3次计算。假定箱内空气已全部被置换成外界空气，并用下式计算:〔3-5〕式中，——电冰箱内容积，；n——单位时间开门次数，次/h；——进入箱内空气到达规定温度时的比焓差，kJ/kg；——空气的比容，/kg；３、贮物热量的计算对电冰箱的贮物热量无明确的规定标准，一般情况下，在计算时可按电冰箱标准中的“制冰能力”项为依据，即:“以体积为电冰箱内容积0.5%的25℃水，在2h内结成实冰”的条件来考虑。实冰温度可按-2℃～-5℃〔3-6〕式中，M——水的质量，kg；c——冻结前的比热(水的比热为4.1868kJ/(kg·℃))；——凝固潜热(水的凝固潜热为333.27kJ/kg)；r——冻结后的比热(冰的比热为2kJ/kg)；——水的初始温度，℃；——冻结(凝固)温度(水为℃)；——冻结终点温度，℃；T——结冰所用时间(2h)。４、其他热量家用冰箱的其他热量包括：箱内照明灯、各种加热器和冷却风扇电动机的散发热量，可将其耗功率折算成热量计入。此时，家用冰箱箱体热负荷计算时，为了平安起见一般还增加10%的余度，即以1.1Q的热负荷进行设计。冰箱系统热力计算家用冰箱制冷系统热力计算的目的是确定循环系统的各项性能指标、制冷剂的循环量和制冷压缩机实际输气量，以此作为设计冰箱冷凝器、蒸发器及压缩机选型的依据。家用冰箱制冷循环的额定工况，一般参照其制冷压缩机的工况条件确定。下表3-1列出了国标GB-9098-88“电冰箱用全封闭型电动机-压缩机”中有关确定压缩机制冷量的试验条件。在进行家用冰箱制冷系统的热力计算时，可参照上述标准，结合家用冰箱的运行条件，确定其性能参数。表3－１国标GB9098-88中规定的工况蒸发温度〔℃〕吸气温度〔℃〕冷凝温度〔℃〕过冷温度〔℃〕环境温度〔℃〕-354.40.31１、冷凝温度冷凝温度一般取决于冷却介质的温度以及冷凝器中冷却介质与制冷剂的传热温差，即。的大小与冷凝器的冷却方式和结构形式有关。家用冰箱冷凝器的冷却介质大多采用空气自然对流冷却方式，一般取10～20℃。冷凝器的传热性能好，可知当取小的数值。例如采用风速为2～3m/s的风冷却时，值可取8～12℃。２、蒸发温度蒸发温度一般取决于被冷却物体的温度及蒸发器中制冷剂与被冷却物体之间的传热温差，即。一般取5～10℃。对于间冷式冰箱，其可取5℃。３、过热度过热度取决于蒸气离开蒸发器时的状态和回气管的长度。家用冰箱采用全封闭压缩机，一般以进入壳体的状态为吸气状态，可根据压缩机标定的工况选取，该值越小对压缩机运行越有利。一般回气温度要小于或等于环境温度，但经实际测定，制冷剂吸入气缸前由于电机加热使其过热，蒸气温度有时可达80℃左右。４、过冷度过冷温度取决于液体制冷剂与回气管进行热交换的程度。制冷剂液体温度在冷凝器末端已接近环境温度，采用与回气管进行热交换使得其得到再冷却。一般过冷度可取15～32℃。由压焓图不难得出系统中各点的参数其压焓图如以下图3-1。那么单位制冷量：〔3-7〕单位体积制冷量：〔3-8〕单位理论功：〔3-9〕lgp/kPa322k2s241hkJ/kg图3-1系统压焓图制冷压缩机的选型选择压缩机主要根据压缩机的排气量、输入功率及运行时的制冷量来确定，即冰箱制冷系统对压缩抽的性能要求。将设计工况〔冷凝温度、蒸发温度〕代入压缩机性能曲线，在压缩机排气量、制冷量符合要求的前提下，选用轴功率最小且满足性能要求的型号。１、设计工况下的输气系数在压缩机的实际工作过程中，存在着各种因素的影响，如气缸的余隙容积、气体泄漏等，使压缩机的实际排气量减小，从而影响压缩机制冷量。这些影响因素可以综合起来用输气系数〔又称容积效率、吸气系数〕表示。输气系数就是压缩机的实际排气量和理论排气量的比值：〔3-10〕输气系数的计算是将影响压缩机排气量的因素归纳为以下四个系数，通过分别计算后得到的即：〔3-11〕式中，——容积系数，表示余隙容积对输气系数的影响；——压力系数，反映吸气终了压力降对输气系数的影响程度；——温度系数，用以衡量气体在吸气过程中的温升对输气系数的影响；——泄漏系数，反映气体泄漏对输气系数的影响；下面详细介绍容积系数、压力系数、温度系数、泄漏系数确实定方法。〔1〕容积系数容积系数考虑了压缩机余隙容积内剩余的气体，在压缩机吸气行程膨胀时对其排气量的影响。计算公式如下:〔3-12〕式中，C——相对余隙容积，即余隙容积和气缸工作容积之比。一般电冰箱用的小型全封闭压缩机中，往复式可取C=0.025～0.03；旋转式取C=0.01～0.02。——压缩机排气压力，kPa；——压缩机排气过程的压力损失，kPa；——压缩机蒸发压力，kPa；m——多变膨胀指数，这里取为定值。如果不计算排气过程的压力损失，那么:〔3-13〕由上式可见，容积系数入、与相对余隙容积C、压力比/及多变指数m三个因数有关，相对余隙容积越大、压力比越大，那么容积系数越小。电冰箱用全封闭压缩机采用制冷剂R12时，可取=0.1、m=1值进行计算。〔2〕压力系数压力系数主要考虑了由压缩机吸气阀门阻力所引起的压力损失对压缩机排气量的影响。计算公式如下：〔3-14〕式中，C——相对余隙容积；——容积系数；——压缩机吸气过程的压力损失，kPa；——压缩机吸气压力，kPa。从上式可以看到，比值幼/是影响压力系数的主要因素(是吸气阀门的阻力损失)。因此，当吸气压力降低时，压力系数也相应减少。当电冰箱采用R12制冷剂的全封闭压缩机时可取=0.05计算。排气压力损失使压缩机的实际压力比增大，其增大的影响在计算容积系数时己考虑，它对排气量的变化没有明显影响。〔3〕温度系数制冷剂蒸气在被压缩过程中温度升高，并不断地将热量传给气缸壁，使气缸壁的温度升高;在吸气过程时，低温的制冷剂蒸气遇到高温的气缸壁那么受热膨胀，蒸气的比容增大，致使压缩机的进气量减少，所以引起质量排气量减少，将其减少的程度称为温度系数，以下式表示:〔3-15〕式中，a——系数，取1.15；b——系数，计算全封闭压缩机时取0.25～0.3；——为压缩机吸入前的蒸气过热度，℃；——为进入气缸时的吸气温度，K(由于吸入压缩机封闭壳内之前的回气温度已达32℃，实际吸入气缸内的蒸气，被封闭壳内电机、吸气管、吸气腔加热，其温度可到达80℃左右，所以在计算中取=353K)；——为排气温度，K。〔4〕泄漏系数泄漏系数的大小通常都是间接估算，不能直接测量。根据计算，电冰箱用全封闭压缩机的泄漏系数入。其值可取0.97～0.99。２、压缩机的制冷量可按下式计算〔3-16〕３、压缩机排气量制冷量及单位容积制冷量可在热力压焓图上得出，所以压缩机实际排气量为:〔3-17〕压缩机理论排气量为(/s)〔3-18〕上式中，——为输气系数，具体计算见下。一般在进行压缩机的选型时，都是根据生产厂家提供的压缩机性能曲线来确定以上三个参数的。而在性能曲线上，以质量流量标示，故需将排气量(容积流量)化成质量流量G:〔3-19〕式中，是压缩机进口工质蒸气的比容。４、缩机的轴功率对小型的全封闭式氟利昂制冷压缩机，轴功率可取指示功率的1.15～1.25倍，甚至可直接取理论功率值作为压缩机的实际功率。单位理论功前面已经计算出。压缩机理论功率:〔3-20〕压缩机指示功率:〔3-21〕压缩机轴功率:〔3-22〕式中、分别为指示效率、压缩机机械效率。对照以上各参数和压缩机的性能曲线就可以选出适宜的压缩机了。冷凝器设计冷凝器一般进行设计计算，首先预选冷凝器的结