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      冰箱超小型外置冷凝模塊設(shè)計(jì)及性能研究

      2022-02-26 13:46:58鄧萍萍崔培培劉全義馬長(zhǎng)州
      日用電器 2022年1期
      關(guān)鍵詞:容積率冷凝冰箱

      鄧萍萍 崔培培 劉全義 馬長(zhǎng)州

      (長(zhǎng)虹美菱股份有限公司 合肥 230000)

      引言

      隨著消費(fèi)升級(jí)的發(fā)展,冰箱逐漸成為現(xiàn)代人類(lèi)生活中不可或缺的重要部分。自2018年開(kāi)始,用戶(hù)對(duì)大容積風(fēng)冷冰箱的關(guān)注度越來(lái)越高,以往普通的三門(mén)冰箱顯然已經(jīng)不能滿(mǎn)足人民日益增長(zhǎng)的物質(zhì)需求,大容積已然成為當(dāng)下冰箱產(chǎn)品的標(biāo)配,如何有效提升冰箱容積率成為冰箱設(shè)計(jì)中一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題,VIP板優(yōu)化設(shè)計(jì)、保溫層分布優(yōu)化設(shè)計(jì)等薄壁技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[1],但過(guò)度減薄箱體發(fā)泡層厚度會(huì)引發(fā)冰箱保溫性能變差、箱體表面凝露等問(wèn)題,在保證冰箱保溫性能的基礎(chǔ)上箱體薄壁化、壓縮機(jī)倉(cāng)小型化,是未來(lái)實(shí)現(xiàn)超大容積率的主要途徑。冰箱壓縮機(jī)倉(cāng)在行業(yè)中一般均為標(biāo)準(zhǔn)化尺寸221 mm(深)*236 mm(高),同時(shí)壓縮機(jī)倉(cāng)內(nèi)的冷凝模塊總尺寸過(guò)大[2],這一部分容積無(wú)法為用戶(hù)所使用,造成冰箱容積率較低,不能很好地滿(mǎn)足用戶(hù)的使用需求?,F(xiàn)有研究主要圍繞冰箱大尺寸外置冷凝模塊的散熱智能算法、選型分析、風(fēng)量與換熱量耦合等[3-5],涉及到超小型冷凝模塊的換熱性能研究很少,根據(jù)用戶(hù)日益增長(zhǎng)的大容積率需求,研究小壓縮機(jī)倉(cāng)下外置冷凝模塊的換熱性能顯得尤為必要。

      基于以上問(wèn)題,以一款400 L風(fēng)冷冰箱為研究載體,設(shè)計(jì)出一種具有最佳性?xún)r(jià)比的超小型外置冷凝模塊,且該模塊滿(mǎn)足170 mm(深)*200 mm(高)的壓縮機(jī)倉(cāng)尺寸要求,實(shí)現(xiàn)風(fēng)冷冰箱大容積率設(shè)計(jì),同時(shí)換熱性能滿(mǎn)足400 L載體冰箱性能要求。

      1 冷凝模塊系統(tǒng)方案

      以BCD-406 W薄壁風(fēng)冷冰箱為研究載體,壓縮機(jī)倉(cāng)尺寸為595 mm(寬)*170 mm(深)*200 mm(高),采用盒式風(fēng)機(jī)(直徑110 mm)+新設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)支架+微通道冷凝器+新結(jié)構(gòu)接水盤(pán)+蒸發(fā)管,配合側(cè)幫與后背進(jìn)、出風(fēng)道,創(chuàng)新設(shè)計(jì)出超小型外置冷凝換熱模塊,新冷凝模塊的換熱性能滿(mǎn)足400 L載體冰箱性能要求。

      1.1 冷凝模塊選型

      冷凝模塊結(jié)構(gòu)主要由冷凝風(fēng)機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)管和接水盤(pán)等組成,如圖1所示。本方案選用的冷凝風(fēng)機(jī)為125*125小尺寸盒式風(fēng)機(jī),額定轉(zhuǎn)速均為1750RPM。通過(guò)風(fēng)量測(cè)試臺(tái)測(cè)試結(jié)果表明,小尺寸盒式風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為目前行業(yè)中廣泛應(yīng)用的150*150一體式冷凝風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的1.7~1.8倍時(shí),風(fēng)量相當(dāng),滿(mǎn)足小尺寸、低噪音、大風(fēng)量的設(shè)計(jì)要求。冷凝器設(shè)計(jì)選型主要依托仿真軟件,設(shè)計(jì)出外形尺寸為140 mm(長(zhǎng))*140 mm(高)*25.4 mm(厚)的微通道冷凝器,其中每英寸翅片數(shù)量由理論計(jì)算得出的換熱量確定,考慮實(shí)際使用過(guò)程中翅片密度大會(huì)導(dǎo)致積灰影響換熱等問(wèn)題,本項(xiàng)目方案選用每英寸翅片數(shù)量為8個(gè)的微通道冷凝器設(shè)計(jì)方案。接水盤(pán)實(shí)現(xiàn)大容積率創(chuàng)新設(shè)計(jì),改變?cè)酗L(fēng)機(jī)裝配方式,同時(shí)減小冷凝器底座占據(jù)空間,新方案接水盤(pán)容積能做到1.47 L,容積率高達(dá)79 %。

      圖1 冷凝模塊結(jié)構(gòu)圖

      1.2 冷凝風(fēng)循環(huán)設(shè)計(jì)

      基于壓縮機(jī)倉(cāng)小型化設(shè)計(jì)條件,選用的盒式風(fēng)機(jī)風(fēng)量較我司常規(guī)冷凝風(fēng)機(jī)偏小,為確保該款超小型冷凝模塊滿(mǎn)足400 L載體冰箱性能要求,采用冰箱載體側(cè)幫與壓縮機(jī)后蓋板均開(kāi)孔的組合設(shè)計(jì)方案,提升風(fēng)道效果,確保技術(shù)方案的可行性,冷凝風(fēng)循環(huán)圖詳見(jiàn)圖2。冰箱壓縮機(jī)倉(cāng)風(fēng)循環(huán)方案主要包括低溫氣流從冰箱右側(cè)和冰箱背部右面進(jìn)入壓縮機(jī)倉(cāng),高溫氣流由冰箱左側(cè)和冰箱背部左面排出。

      圖2 冷凝風(fēng)循環(huán)圖

      2 性能驗(yàn)證分析

      2.1 整機(jī)能耗

      根據(jù)新國(guó)標(biāo)GB 12021.2-2015的能效測(cè)試要求,分別在(16±0.5)℃和(32±0.5)℃兩種環(huán)溫下進(jìn)行耗電量試驗(yàn),測(cè)得的冰箱穩(wěn)態(tài)時(shí)的整機(jī)能耗對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表1。在同等熱負(fù)荷條件下,壓縮機(jī)倉(cāng)越小對(duì)應(yīng)的冷凝模塊尺寸越小,要達(dá)到與原型機(jī)同樣的性能,則要求冷凝模塊單位體積下的換熱性能及換熱效率提升。由表1可以看出,當(dāng)壓縮機(jī)倉(cāng)變小并使用超小型冷凝模塊方案后,16℃耗電量測(cè)試條件下可通過(guò)調(diào)整壓縮機(jī)和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速達(dá)到比原型機(jī)節(jié)能,32℃穩(wěn)態(tài)耗電量略微增加,標(biāo)準(zhǔn)能效指數(shù)與原型機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)能效指數(shù)相當(dāng),均滿(mǎn)足一級(jí)能效。同時(shí)使用小尺寸壓縮機(jī)倉(cāng)后冷凍室容積可增加約為6 L,冰箱整機(jī)的容積率提升1.5 %。

      表1 冷凝模塊系統(tǒng)方案對(duì)比測(cè)試結(jié)果

      2.2 接水盤(pán)溢水實(shí)驗(yàn)

      現(xiàn)有風(fēng)冷冰箱的化霜水存放于冰箱壓縮機(jī)倉(cāng)室內(nèi)的接水盤(pán)內(nèi),接水盤(pán)內(nèi)存放的化霜水蒸發(fā)速度需要大于化霜水排放速度,以保證接水盤(pán)內(nèi)的化霜水不會(huì)逐漸積累增多而導(dǎo)致溢出接水盤(pán);接水盤(pán)化霜水蒸發(fā)能力與接水盤(pán)的表面積、連接管散熱能力、接水盤(pán)容積、冰箱化霜周期等悉悉相關(guān)。從市場(chǎng)上用戶(hù)投訴信息收集分析,冰箱接水盤(pán)時(shí)常會(huì)出現(xiàn)化霜水無(wú)法及時(shí)蒸發(fā)而導(dǎo)致的蒸發(fā)水從接水盤(pán)中溢出的現(xiàn)象,發(fā)生該現(xiàn)象的原因與冰箱壓縮機(jī)倉(cāng)內(nèi)接水盤(pán)化霜水蒸發(fā)能力不足以保證化霜水及時(shí)蒸發(fā)有關(guān),最終化霜水過(guò)多,從接水盤(pán)中溢出,引起用戶(hù)的投訴。對(duì)于風(fēng)冷冰箱而言,在冰箱開(kāi)關(guān)門(mén)條件下,室外高溫高濕的空氣進(jìn)入冰箱內(nèi)引起結(jié)霜量變大,化霜水較多,確保接水盤(pán)在運(yùn)行時(shí)不溢水顯得尤為重要。表2為測(cè)得的冰箱在開(kāi)關(guān)門(mén)過(guò)程中的接水盤(pán)內(nèi)水量結(jié)果。

      由表2可以看出,超小型冷凝模塊方案的接水盤(pán)在冰箱開(kāi)關(guān)門(mén)過(guò)程中均未出現(xiàn)水溢出現(xiàn)象,滿(mǎn)足整機(jī)可靠性要求。

      表2 接水盤(pán)水量結(jié)果

      2.3 冷凝模塊噪音

      對(duì)于風(fēng)冷變頻冰箱而言,風(fēng)扇是冰箱噪音生成的一個(gè)重要來(lái)源,同時(shí)風(fēng)機(jī)、冷凝器的安裝方式與壓縮機(jī)倉(cāng)管路設(shè)計(jì)都能在一定程度上影響整機(jī)的噪音值。超小型冷凝模塊方案通過(guò)優(yōu)化管路設(shè)計(jì)減弱箱體共振、優(yōu)化風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速等降噪方式,根據(jù)冰箱整機(jī)噪聲測(cè)試方法得到不同冷凝風(fēng)扇轉(zhuǎn)速下超小型冷凝模塊的噪音結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可以看出,超小型冷凝模塊的噪音均小于39 dB(A),滿(mǎn)足方案設(shè)計(jì)要求。

      表3 冷凝模塊噪聲值

      3 結(jié)論

      對(duì)于風(fēng)冷變頻冰箱產(chǎn)品,采用超小型冷凝模塊可使得冷凍間室容積增大,同時(shí)也能增大冰箱容積率,提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。本文設(shè)計(jì)出的超小型冷凝模塊,通過(guò)對(duì)比分析原型機(jī)外置冷凝模塊與超小型冷凝模塊的換熱性能,完成冰箱整機(jī)能耗、接水盤(pán)溢水實(shí)驗(yàn)、噪聲等試驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果可知,超小型冷凝模塊方案的冰箱載體各項(xiàng)主要性能均合格,可作為實(shí)現(xiàn)冰箱容積率提升、同時(shí)整機(jī)性能不降低的主要實(shí)現(xiàn)途徑之一。

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