間冷冰箱蒸發(fā)器的綠色改進設(shè)計

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作者簡介：楊學(xué)賓(1977-,男，講師，碩士研究生，主要從事制冷過程與設(shè)備研究。間冷冰箱蒸發(fā)器的綠色改進設(shè)計楊學(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)計的理念，提出了間冷冰箱蒸發(fā)器的改進設(shè)計方案，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，取消儲液器。通過對改進前后蒸發(fā)器的比較與分析，證明了改進的可行性。實驗結(jié)果表明，采用改進蒸發(fā)器冰箱的性能符合設(shè)計和使用要求。關(guān)鍵詞：熱工學(xué)；綠色設(shè)計；性能實驗&quo

2、t;句冷冰箱；蒸發(fā)器；歐盟WEEE指令Greendesignofimprovedevaporatorforfrost-freerefrigerator-freezersYangXuebin1,ChuYuxia1,CuiTiansheng(1.SchoolofCivilEngineering&Architecture,JiaxingUniversity,JiaxingChina;2.Xi'anJiaotongUniversity,Xi'anAbstract:Basedontheideaofgreendesign,thispaperpresentsimpscherefrig

3、erator-freezersevapora2tor,includingcopperboilingtubebeingconvertedintoaluminumconductingdefrosterbeingconvertedintoquartztuberadiatingdefrosterandremovingaccu.Byorwiththeoriginalone,ithasbeenprovedthattheimproveddesignisfeasible.Thetherefrigerator-freezersutilizingimprovedevaporatormeetdesignandope

4、ratingrequirements.chargereaches30%to40%byweight.Furthermore,thegreendesignhasresultedindecreasinggenerateofwaste,spotwelds,dramaticallyfacilitatingbeingreused,recoveredandrecycledfortheimprovedevaporatorwithoutelectrophoreticcoating.Keywords:Pyrology,Greendesign,Performancetest,Frost-freerefrigerat

5、or-freezers,Evaporator,EuropeanUniondirectiveonWEEE1 前言綠色設(shè)計由防止廢棄物產(chǎn)生和改良產(chǎn)品壽命結(jié)束后的處理兩個互補的目標組成。綠色產(chǎn)品在其生命全過程中，符合特定的環(huán)境保護要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極小，資源利用率極高，能源消耗最低1。綠色家電已成為本世紀家電市場的主導(dǎo)產(chǎn)品，設(shè)計者在設(shè)計時必須引入綠色設(shè)計的概念。歐盟WEEE指令2已經(jīng)規(guī)定，自2005年8月13日起，對于在歐盟市場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起支付報廢產(chǎn)品回收費用的責任。我國是世界上冰箱的重要生產(chǎn)基地，出口到歐盟的冰箱中，間冷冰箱占相當大的比重。本文旨在對

6、原有問冷冰箱的蒸發(fā)器進行綠色設(shè)計改進，以滿足以后出口至歐盟及其它國家的需要。2 現(xiàn)有蒸發(fā)器存在的問題間冷冰箱，采用強制空氣循環(huán)冷卻方式，冷凍室不需要人工除霜。目前問冷冰箱的蒸發(fā)器多采用離散翅片管式，具空氣側(cè)換熱系數(shù)優(yōu)于連續(xù)翅片管式303 .1銅材料的蒸發(fā)管制作工藝較復(fù)雜,且電泳時易產(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)有儲液器。蒸發(fā)管和儲液器均為銅材料，為了避免在長期使用過程中被氧化，需要在整個蒸發(fā)器的表面進行電泳處理。電泳工藝會產(chǎn)生含種污染物。原來的銅蒸發(fā)管，直管與彎管由銅連接環(huán)連接，并采用排焊工藝。如圖1所示，需要對10個銅連接環(huán)進行焊接。2.2導(dǎo)熱式化霜系統(tǒng)容易引起

7、冷凍室的大面積結(jié)冰為防止加熱時溫度過高，鋁質(zhì)管導(dǎo)熱式化霜器的內(nèi)部設(shè)計有塑料材料。鋁管加熱時，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，部分冰塊會堵在排水管的入口處，而且在下次制冷時，未及時排出的化霜水會與冰塊重°新結(jié)冰，完全堵住排水管入口。導(dǎo)致接下來的化霜水不能排出，而外溢到冷凍室，造成冷凍室底部大面積結(jié)冰的現(xiàn)象I1FiminiimifiiiiniiiiiiiiiimlimnE3K3ESS：pgeiu:川川IIIHWIIIIIWIWMMIIIHllllliiijiiijiiiiiiiiiniLiiiiiiiiiiiiiiiiuiiiiiifiiF

8、m11liiiT111Imi11iTimfin1111111111111111111111111111151.儲液器；2.鋁翅片；3.銅蒸發(fā)管；4.擋板；5.鋁質(zhì)管導(dǎo)熱化霜器；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.1Discretealuminumfinsandcoppertubesevaporator.miiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii_IIIIlliHIIU1I11111111III11111.nunmuwitha2luminum-tubeconductingdefroster1. 鋁翅片；2.鋁蒸發(fā)管；3.擋板；4.擋水板；5.石英管輻

9、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.2Discretealuminumfinsandaluminumtubesevaporatorwithquartztuberadiatingdefroster2. 3儲液器的存在可能導(dǎo)致壓縮機回油困難，壓縮機工作可靠性降低儲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，儲液器中存有的液態(tài)制冷劑或潤滑油會封住蒸發(fā)管出口，致使蒸發(fā)后的飽和氣體進入儲液器時會因宜泡”現(xiàn)象而產(chǎn)生噪音。因此在設(shè)計時，出口管通常要伸入到儲液器的中部并且在儲液器外圍涂一層柔軟的瀝青塊以降低噪音。長期使用后，由于蒸發(fā)器出口管伸入儲液器過多，導(dǎo)致儲液器內(nèi)部積聚大量的潤

10、滑油不能回到壓縮機。3主要改進內(nèi)容及可行性分析針對上述存在的問題，對現(xiàn)有蒸發(fā)器的改進已經(jīng)迫在眉睫。3. 1蒸發(fā)器材料的改進蒸發(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. ,改進后蒸發(fā)管的傳熱系數(shù)會減小。但是，采用鋁管后質(zhì)量減輕，按市場上銅管28,000元/噸，連續(xù)擠壓鋁管25,000元/噸5計算，價格可降低38.4%。表1銅、鋁蒸發(fā)管的比較Tab.1Comparisonsofparametersbetweencopperandaluminumboilingtube蒸發(fā)管材料導(dǎo)熱系數(shù)W/(mK外徑餐厚mmXmm總長度mm總質(zhì)量g價格元銅3848X

11、0.353204122.73.442048X0.71367484. 685. 1286. 2改變化霜方式化霜方式改為石英管輻射式。原來配用鋁質(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indefrostingprocessbetweenaluminum-tubeconductingtypeandquartztuberadiatingtype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)熱由內(nèi)到外冰塊，水滴石英管輻射由外到內(nèi)水滴87. 3取消儲液器取消儲液器后，壓縮機的潤滑油可以隨氣體排出蒸發(fā)器，回到壓縮機，從而保證了壓縮機的正常

12、潤滑。對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，取消儲液器后仍可以達到使用要求（詳見4部分的試驗結(jié)果。88. 采用改進蒸發(fā)器的冰箱試驗蒸發(fā)器更換后，需對冰箱重新做制冷劑最佳充注量試驗，確定出充注量后，方可進行冰箱的性能試驗。4.1制冷劑最佳充注量試驗蒸發(fā)器進出口溫度差（To-Ti基本不變時，對應(yīng)的制冷劑充注量設(shè)計為冰箱的最小制冷劑充注量；回氣管溫度（回氣管接壓縮機端露出泡層150mm處的溫度急劇下降前的充注量設(shè)計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。參見圖3,以HFC-134a制冷劑為例，To-Ti基本不變時的充注量為50g,回氣溫度急劇

13、下降前的充注量為60g,因此可確定制冷劑的最佳充注量為55go?161?第2期制冷技術(shù)Refrigeration表3蒸發(fā)器改進后的可行性分析表Tab.3Feasibilityanalysisofimprovedevaporator改進內(nèi)容對制造過程及回收過程的影響經(jīng)濟與可靠性效益直管和彎管不需焊接，可直接彎曲成型工藝簡化；制造成本降低銅蒸發(fā)管焊點減少，漏點減少可靠性提高改為鋁蒸不需電泳，避免廢物廢氣產(chǎn)生工藝簡化；制造成本降低；滿足環(huán)保要發(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)變簡單工藝簡化；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

14、管裝配工藝變簡單，更省時工藝簡化；制造成本降低輻射化霜不會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液器減少了兩個焊點|胴UhindkNNlul七1就tF<M1MPvtHhnhiflgHw*t.Allnffet*iftMW4,一一冷藏溫度一o一冷凍溫度一一為力一一回氣溫度工藝簡化；滿足環(huán)保要求有利于壓縮機回油圖3BCD-138W冰箱的制冷劑最佳充注量試驗圖Fig.3DiagramofoptimalchargeamountofHFC-R134ainBCD-138Wrefrigerator對5HFC-134a制

15、冷劑，4,使用改進后的蒸發(fā)器，充注量減少30%40%。4.2冰箱性能試驗按照澳洲能耗測試標準，對4臺BCD-218W的冰箱在更換蒸發(fā)器前后進行性能試驗。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0.2C,冷凍室平均溫度升高了1.4 c ,平均耗電量降低了 0. 03kWh/24h,壓縮機開停比降低了1%圖4蒸發(fā)器更換前后的冰箱性能比較圖Fig.4Comparisonsofperformanceparametersbetweenoriginalandimprovedevaporators制冷技術(shù)?261?Refrigeration第2期表4蒸發(fā)器更換前后不同型號冰箱的最佳充注量

16、試驗結(jié)果Tab.4Testingresultsofoptimumrefrigerantchargewithoriginalandimprovedevaporatorinseveraltypesofhouseholdre2frigerator-freezers型號BCD-108WBCD-138WBCD-168WBCD-188WBCD-218WBCD-248W采用原蒸發(fā)器時，g9095959512012睬用改進蒸發(fā)器時，g555560608080減少率,%38.942.136.836.833.3366結(jié)論使用改進后蒸發(fā)器的間冷冰箱原有風道結(jié)構(gòu)不變，風量分配仍能達到使用要求。與使用原蒸發(fā)器時相比較，

17、冷藏室溫度略有降低，冷凍溫度小幅上升（約8.5%左右，平均耗電量減少2.6%左右。改進后的冰箱制冷劑充注量減少30%40%左右。無論對環(huán)保要求，還是對降低成本，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)計要求。因取消儲液器，制冷劑最佳充注量試驗時，冰箱性能對制冷劑的充注量較以前敏感，在用于不同測試條件6或不同目標市場時，仍需做進一步的研究，否則，會造成較大的耗電量或整機的性能不能滿足使用要求。參考文獻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 Directive2002/96/ECoftheEuropeanPar

18、liamentandoftheCouncilof27January20030nwasteelectricalandelectronice2quipment(WEEE.OfficialJournaloftheEuropeanUnion,2003,L37:24-38.3 Tae-HeeLee,Jang-SeokLee,Se-YoonOh,etal.Com2parisonofAir-SideHeatCoefficientsofSeveralTypesofEvaporatorsoforsNinthInter2onaloningConferenceatPur2R165.4,等.間冷冰箱三維氣固耦合傳熱與

19、流動.上海交通大學(xué)學(xué)報,1998,32(7:23-27.5 童蕾，陳超敏，陳清坤.對冰箱換熱器使用的管道材料的分析.制冷學(xué)報，2004,(4:60-63.6 LloydHarrington.AComparativeAssessmentofRefrigeratorTestMethods.EuropeanCouncilforanEnergy-EfficientE2conomy(ECEEE2001SummerStudyProceedings.2001,5(194.(上接第146頁10 YangRT.Hydrogenstoragebyalkali-dopedcarbonnano2tubes-revisited.Carbon,2000,38:623-626.11 LiuC,FanYY,LiuM,etal.DresselhausMS.Hydrogenstorageinsingle-walledcarbonnanotubesatroomtemperature.