間冷冰箱蒸發(fā)器的綠色改進(jìn)設(shè)計(jì)

1、低溫與超導(dǎo) 第 35卷 第 2期 制冷技術(shù)Cryo . &Supercond . 收稿日期 :2006-10-26作者簡(jiǎn)介 :楊學(xué)賓 (1977- , 男 , 講師 , 碩士研究生 , 主要從事制冷過(guò)程與設(shè)備研究 。間冷冰箱蒸發(fā)器的綠色改進(jìn)設(shè)計(jì)楊學(xué)賓 1, 褚玉霞 1, 崔天生2(1. 嘉興學(xué)院建筑工程學(xué)院 , 嘉興 314001; 2. 西安交通大學(xué) , 西安 710049摘要 :基于綠色設(shè)計(jì)的理念 , 提出了間冷冰箱蒸發(fā)器的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案 , 銅蒸發(fā)管改為鋁蒸發(fā)管 , 鋁管加熱化霜改 為石英管輻射化霜 , 取消儲(chǔ)液器 。 通過(guò)對(duì)改進(jìn)前后蒸發(fā)器的比較與分析 , 證明了改進(jìn)的可行性 。

2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 , 采用 改進(jìn)蒸發(fā)器冰箱的性能符合設(shè)計(jì)和使用要求 。關(guān)鍵詞 :熱工學(xué) ; 綠色設(shè)計(jì) ; 性能實(shí)驗(yàn) ; 間冷冰箱 ; 蒸發(fā)器 ; 歐盟 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 前言綠色設(shè)計(jì)由防止廢棄物產(chǎn)生和改良產(chǎn)品壽命結(jié)束后的處理兩個(gè)互補(bǔ)的目標(biāo)組成 。 綠色產(chǎn)品在其生命全 過(guò)程中 , 符合特定的環(huán)境保護(hù)要求 , 對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或 危害極小 , 資源利用率極高 , 能源消耗最低 1。綠色 家電已成為本世紀(jì)家電市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品 , 設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)時(shí)必須引入綠色設(shè)計(jì)的概念 。歐盟 W EEE 指令 2已經(jīng)規(guī)定 , 自 2005年 8月 13日起 , 對(duì)于在歐盟市場(chǎng)上 流通的電子電氣設(shè)備 , 生產(chǎn)廠商必須從法律意義上承 擔(dān)起支付報(bào)廢產(chǎn)品回收費(fèi)用的責(zé)任 。 我國(guó)是世界上冰 箱的重要生產(chǎn)基地 , 出口到歐盟的冰箱中 , 間冷冰箱占 相當(dāng)大的比重 。 本文旨在對(duì)原有間

7、冷冰箱的蒸發(fā)器進(jìn) 行綠色設(shè)計(jì)改進(jìn) , 以滿足以后出口至歐盟及其它國(guó)家 的需要 。2 現(xiàn)有蒸發(fā)器存在的問(wèn)題間冷冰箱 , 采用強(qiáng)制空氣循環(huán)冷卻方式 , 冷凍室不 需要人工除霜 。 目前間冷冰箱的蒸發(fā)器多采用離散翅 片管式 , 其空氣側(cè)換熱系數(shù)優(yōu)于連續(xù)翅片管式 3。2. 1 銅材料的蒸發(fā)管制作工藝較復(fù)雜 , 且電泳時(shí)易產(chǎn)生有害污染物現(xiàn)有的蒸發(fā)器采用離散鋁翅片銅管式 , 在其出口 處設(shè)有儲(chǔ)液器 。 蒸發(fā)管和儲(chǔ)液器均為銅材料 , 為了避 免在長(zhǎng)期使用過(guò)程中被氧化 , 需要在整個(gè)蒸發(fā)器的表 面進(jìn)行電泳處理 。 電泳工藝會(huì)產(chǎn)生含砷污染物 。 原來(lái) 的銅蒸發(fā)管 , 直管與彎管由銅連接環(huán)連接 , 并采用排焊 工

8、藝 。 如圖 1所示 , 需要對(duì) 10個(gè)銅連接環(huán)進(jìn)行焊接 。 2. 2 導(dǎo)熱式化霜系統(tǒng)容易引起冷凍室的大面積結(jié)冰為防止加熱時(shí)溫度過(guò)高 , 鋁質(zhì)管導(dǎo)熱式化霜器的 內(nèi)部設(shè)計(jì)有塑料材料 。鋁管加熱時(shí) , 熱量由鋁翅片傳 遞到冰塊上 , 冰塊與翅片接觸的部分最先融化 , 水滴和 冰塊落到接水槽上 , 部分冰塊會(huì)堵在排水管的入口處 , 而且在下次制冷時(shí) ,未及時(shí)排出的化霜水會(huì)與冰塊重 新結(jié)冰 , 完全堵住排水管入口 。導(dǎo)致接下來(lái)的化霜水 不能排出 , 而外溢到冷凍室 , 造成冷凍室底部大面積結(jié) 冰的現(xiàn)象 。1. 儲(chǔ)液器 ; 2. 鋁翅片 ; 3. 銅蒸發(fā)管 ; 4. 擋板 ; 5. 鋁質(zhì)管導(dǎo)熱化霜器 ;

9、 6.銅連接環(huán)。圖 1 離散鋁翅片銅管式鋁質(zhì)管導(dǎo)熱化霜蒸發(fā)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. 鋁翅片 ; 2. 鋁蒸發(fā)管 ; 3. 擋板 ; 4. 擋水板 ; 5. 石英管輻射化霜器。圖 2 離散鋁翅片鋁管式石英管輻射化霜蒸發(fā)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 儲(chǔ)液器的存在可能導(dǎo)致壓縮機(jī)回油困難 , 壓縮機(jī)工作可靠性降低儲(chǔ)液器的主要作用是調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)的制冷量 。 冰 箱制冷時(shí) , 儲(chǔ)液器中存有的液態(tài)制冷劑或潤(rùn)滑油會(huì)封 住蒸發(fā)管出口 , 致使蒸發(fā)后的飽和氣體進(jìn)入儲(chǔ)液器時(shí) 會(huì)因 “ 冒泡 ” 現(xiàn)象而產(chǎn)生噪音 。因此在設(shè)計(jì)時(shí) , 出口管 通常要伸入到儲(chǔ)液器的中部 , 并且在儲(chǔ)液器外圍涂一 層柔軟的瀝青塊以降低噪音 。長(zhǎng)期使用后 , 由于蒸發(fā) 器出口管伸入儲(chǔ)液器過(guò)多 , 導(dǎo)致儲(chǔ)液器內(nèi)部積聚大量 的潤(rùn)滑油不能回到壓縮機(jī) 。3 主要改進(jìn)內(nèi)容及可行性分析針對(duì)上述存在的問(wèn)題 , 對(duì)現(xiàn)有蒸發(fā)器的改進(jìn)已經(jīng) 迫在眉睫 。3. 1 蒸

11、發(fā)器材料的改進(jìn)蒸發(fā)器的銅蒸發(fā)管改為鋁蒸發(fā)管 。 由表 1中可以 看出 , 銅的導(dǎo)熱系數(shù)大于鋁 , 如果忽略了輻射換熱的影響4, 改進(jìn)后蒸發(fā)管的傳熱系數(shù)會(huì)減小 。但是 , 采用鋁管后質(zhì)量減輕 , 按市場(chǎng)上銅管 28, 000元 /噸 , 連續(xù)擠壓鋁管 25, 000元 /噸 5計(jì)算 , 價(jià)格可降低 38. 4%。表 1 銅 、 鋁蒸發(fā)管的比較Tab . 1 Comparis ons of para meters bet w een copper and alu m inu mboiling tube蒸發(fā)管 材料 導(dǎo)熱系數(shù) W /(m ×K 外徑 ×壁厚mm ×mm

12、總長(zhǎng)度 mm總質(zhì)量g價(jià)格 元銅 3848×0. 353204122. 73. 44鋁2048×0. 71367484. 62. 123. 2 改變化霜方式化霜方式改為石英管輻射式 。 原來(lái)配用鋁質(zhì)加熱管的鋁翅片必須做成如圖 1中類似于擋板 4所示的形 式 , 而換用石英管輻射式 , 圖 25。 兩種化霜器的比較 in defr osting p r ocess bet w een alu m inu m -tubeconducting type and quartz tube radiating type加熱管 傳熱方式 霜層的融化方式 化霜水落入水槽的方式鋁質(zhì)管 導(dǎo)熱 由

13、內(nèi)到外 冰塊 , 水滴石英管輻射 由外到內(nèi)水滴3. 3 取消儲(chǔ)液器取消儲(chǔ)液器后 , 壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油可以隨氣體排出 蒸發(fā)器 , 回到壓縮機(jī) , 從而保證了壓縮機(jī)的正常潤(rùn)滑 。 對(duì)于冰箱這樣的小型制冷系統(tǒng) , 只要在規(guī)定的環(huán)境下 正確使用 , 取消儲(chǔ)液器后仍可以達(dá)到使用要求 (詳見(jiàn) 4部分的試驗(yàn)結(jié)果 。4 采用改進(jìn)蒸發(fā)器的冰箱試驗(yàn)蒸發(fā)器更換后 , 需對(duì)冰箱重新做制冷劑最佳充注 量試驗(yàn) , 確定出充注量后 , 方可進(jìn)行冰箱的性能試驗(yàn) 。 4. 1 制冷劑最佳充注量試驗(yàn)蒸發(fā)器進(jìn)出口溫度差 (To -Ti 基本不變時(shí) , 對(duì)應(yīng) 的制冷劑充注量設(shè)計(jì)為冰箱的最小制冷劑充注量 ; 回 氣管溫度 (回氣管接壓縮

14、機(jī)端露出泡層 150mm 處的溫 度 急劇下降前的充注量設(shè)計(jì)為冰箱的最大制冷劑充 注量 。 最小充注量和最大充注量的平均值作為制冷劑 的最佳充注量 。 參見(jiàn)圖 3, 以 HFC -134a 制冷劑為例 , To -Ti 基本不變時(shí)的充注量為 50g, 回氣溫度急劇下 降前的充注量為 60g, 因此可確定制冷劑的最佳充注 量為 55g 。161 第 2期 制冷技術(shù) Refrigerati on 表 3 蒸發(fā)器改進(jìn)后的可行性分析表Tab . 3 Feasibility analysis of i m p r oved evaporat or改進(jìn)內(nèi)容 對(duì)制造過(guò)程及回收過(guò)程的影響 經(jīng)濟(jì)與可靠性效益 直

15、管和彎管不需焊接 , 可直接彎曲成型工藝簡(jiǎn)化 ; 制造成本降低銅蒸發(fā)管焊點(diǎn)減少 , 漏點(diǎn)減少 可靠性提高改為鋁蒸 不需電泳 , 避免廢物廢氣產(chǎn)生 工藝簡(jiǎn)化 ; 制造成本降低 ; 滿足環(huán)保要求發(fā)管 全鋁蒸發(fā)器 , 可一次回收回收成本降低 質(zhì)量減輕 原材料成本降低鋁質(zhì)管導(dǎo) 鋁翅片結(jié)構(gòu)變簡(jiǎn)單工藝簡(jiǎn)化 ; 制造成本降低熱化霜改 石英管比鋁塑料加熱管更易回收回收成本降低 為石英管 裝配工藝變簡(jiǎn)單 , 更省時(shí)工藝簡(jiǎn)化 ; 制造成本降低輻射化霜 不會(huì)有較大的冰塊落入接水槽 , 排水管不易堵住可靠性提高 制冷劑充注量減少 原材料成本降低 ; 滿足環(huán)保要求取消 節(jié)省了原材料 原材料成本降低儲(chǔ)液器減少了兩個(gè)焊點(diǎn)

16、工藝簡(jiǎn)化 ; 滿足環(huán)保要求有利于壓縮機(jī)回油圖 3 BCD -138W 冰箱的制冷劑最佳充注量試驗(yàn)圖Fig . 3 D iagra m of op ti m al charge a mount of HFC -R134a in BCD-138W refrigerat or對(duì) 5HFC -134a 制冷劑 , 4, 使用改進(jìn)后的蒸發(fā)器 , 充注量減少 30%40%。 4. 2 冰箱性能試驗(yàn)按照澳洲能耗測(cè)試標(biāo)準(zhǔn) , 對(duì) 4臺(tái) BCD -218W 的 冰箱在更換蒸發(fā)器前后進(jìn)行性能試驗(yàn) 。由圖 4可以看出 , 采用更新蒸發(fā)器后 , 冰箱的冷藏室平均溫度下降了 0. 2 , 冷凍室平均溫度升高了 1.4

17、, 平均耗電量降低了 0. 03k W h /24h,壓縮機(jī)開(kāi)停比 降低了 1%。圖 4 蒸發(fā)器更換前后的冰箱性能比較圖Fig . 4 Comparis ons of perf or mance para meters bet w een original and i m p r oved evaporat ors 261 制冷技術(shù) Refrigerati on 第 2期表 4 蒸發(fā)器更換前后不同型號(hào)冰箱的最佳充注量試驗(yàn)結(jié)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型號(hào) BC D -108WBC D -138WBCD -168WBCD -188WBC D -218W BC D -248W采用原蒸發(fā)器時(shí) , g 90959595120125采用改進(jìn)蒸發(fā)器時(shí) , g 555560608080減少率 , %38. 942. 136. 836. 833. 3366 結(jié)論使用改進(jìn)后蒸發(fā)器的間冷冰箱原有風(fēng)道結(jié)構(gòu) 不變 , 風(fēng)量分配仍能達(dá)到使用要求 。與使用原蒸發(fā)器 時(shí)相比較 , 冷藏室溫度略有降低 , 冷凍溫度小幅上升 (約

19、 8. 5%左右 , 平均耗電量減少 2. 6%左右 。 改進(jìn)后的冰箱制冷劑充注量減少 30%40%左右 。 無(wú)論對(duì)環(huán)保要求 , 還是對(duì)降低成本 ,意義 。, , 廢物 廢氣排放量減少 , , 制作成本和回收成本 大大降低 , 較原蒸發(fā)器更能滿足綠色設(shè)計(jì)要求 。 因取消儲(chǔ)液器 , 制冷劑最佳充注量試驗(yàn)時(shí) , 冰 箱性能對(duì)制冷劑的充注量較以前敏感 , 在用于不同測(cè) 試條件 6或不同目標(biāo)市場(chǎng)時(shí) , 仍需做進(jìn)一步的研究 , 否則 , 會(huì)造成較大的耗電量或整機(jī)的性能不能滿足使 用要求 。參考文獻(xiàn)1 別正業(yè) . 綠色制造技術(shù)在家電產(chǎn)品中的應(yīng)用 . 家電科技 , 2003, (12 :45-47.2 D

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