李恒國，戶建波

（河南新飛電器有限公司，河南新鄉(xiāng) 453002）

0 引言

文獻[1-5]中多處介紹了節(jié)能技術(shù)：不外乎從兩個方面著手，一是制冷系統(tǒng)優(yōu)化，設(shè)計高效節(jié)能制冷回路、進行高效制冷、高效能量轉(zhuǎn)換，合理的制冷循環(huán)形式，合適分配壓縮機開停時間等；二是減少漏冷，有效地利用冷量，減少冷量損失，即提高利用率和改善絕熱，加厚絕熱層或使用真空絕熱板，使用合適的門封結(jié)構(gòu)及與箱體配合間隙最優(yōu)化設(shè)計等。優(yōu)化結(jié)構(gòu)主要方法有：優(yōu)化門封結(jié)構(gòu)，比如增加門封氣囊數(shù)，減低門封高度，采用門整體發(fā)泡技術(shù)，采用雙門封等[2]；在設(shè)計門體與箱體配合時，在保證不干涉的條件下，門體與箱體之間形成擠壓密封結(jié)構(gòu)，使兩者之間有很細長的最佳縫隙配合，最大限度地鎖住冷氣[6]。

本文通過研究冷柜門體與箱體之間配合間隙，來減少漏熱，改善性能，降低耗電量。

制冷系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計措施主要包括：

1) 對于蒸發(fā)器的優(yōu)化設(shè)計，盡量加大蒸發(fā)面積布置，增大蒸發(fā)器換熱面積可適當減小換熱溫差，提高蒸發(fā)溫度；

2) 對于冷凝器優(yōu)化設(shè)計，采用橫管布局替代豎管，減少制冷劑在冷凝器末端處于高溫高壓液體狀態(tài)，阻力增大，產(chǎn)生有害壓降，使系統(tǒng)制冷量減少；

3) 對于回氣換熱優(yōu)化設(shè)計，適當增加毛細管和回氣管的換熱長度，采用毛細管和回氣管用錫焊、鋁箔包扎增加其換熱效果；

4) 對于毛細管流量優(yōu)化設(shè)計，采用毛細管作為節(jié)流元件的制冷系統(tǒng)存在一個最佳的毛細管長度，偏離這個最佳的長度，制冷系統(tǒng)的效率將下降；

5) 對于優(yōu)化防凝露管設(shè)計，在滿足防凝露的前提下，盡量走在冷凝系統(tǒng)的末端，遠離冷凍室箱口，有效降低冷凍室內(nèi)外熱交換，減小冷量損失；

6) 使用高效壓縮機和環(huán)保制冷劑。

減少漏冷的措施主要包括：

1) 加厚箱體發(fā)泡層厚度；壓縮機倉溫度相對更高，箱體內(nèi)外溫差較大，發(fā)泡層厚度也要適當加厚；

2) 優(yōu)化門封設(shè)計，降低門封高度，設(shè)計雙重多氣囊門封；

3) 應用發(fā)泡技術(shù)（如采用HFC-245fa發(fā)泡技術(shù)），降低導熱系數(shù)；

4) 采用真空絕熱技術(shù)，科學加厚絕熱保溫層，減小漏熱量；

5) 保證門體與箱體的最佳配合間隙，最大限度地鎖住冷氣。

1 門體與箱體配合間隙對能效影響

1.1 實驗設(shè)備及裝置

實驗所采用的實驗設(shè)備及裝置為：冰箱性能實驗室、計算機溫度采集及分析系統(tǒng)、M實驗包、銅圓柱測溫點、標準測溫點等。

實驗方法：將采用各種方法做好的樣機置于冰箱性能實驗室中，環(huán)境溫度調(diào)整到需求的溫度即25℃，在冷凍室布M實驗包，冷藏室布銅圓柱測溫點，在中梁、門封、排氣管位置布標準測溫點（見圖一），將冷柜通上電源，調(diào)整溫控器檔位，保證冷凍室最熱M實驗包≤-18℃，冷藏室溫度在國標規(guī)定的范圍0℃～10℃，且連續(xù)工作24個小時并處于穩(wěn)定狀態(tài)，用計算機溫度采集即分析系統(tǒng)記錄穩(wěn)定后連續(xù)工作的溫度數(shù)據(jù)及曲線，計算出門體與箱體在有無配合間隙狀態(tài)下的耗電量，并加以分析，確定門體與箱體的最佳配合間隙。

1.2 門體與箱體之間沒有配合間隙

門體與箱體之間沒有配合間隙時，冷柜箱內(nèi)冷氣直接與門封條相通，只有門封條氣囊起到隔熱的作用，在減少漏冷的措施中提到優(yōu)化門封設(shè)計，降低門封高度，設(shè)計雙重多氣囊門封。

雖然冷柜的門封條大多設(shè)計為(3～5)個多氣囊結(jié)構(gòu)，由于門封條的截面厚度只有 0.3 mm ～ 0.5 mm，門封處的漏熱約占電冰箱總熱負荷的15%[6]，如果不考慮門體與箱體之間有配合間隙，冷氣直接與門封條接觸，這樣冷氣就會順著門封條外漏（見圖 2）。

1.3 門體與箱體之間設(shè)計配合間隙

減小門封條的厚度及使用暗藏式門封條結(jié)構(gòu)設(shè)計，縮小門體與箱體的配合間隙，在冷柜運輸、堆放、長期使用過程中，在保證門體與箱體不干涉的前提下，門體與箱體之間設(shè)計為擠壓密封結(jié)構(gòu)，使兩者之間有細長的最佳配合間隙，最大限度地鎖住冷氣，減少冷氣直接與門封條接觸而造成漏冷，同時可減少外部熱量直接通過門封條傳入箱內(nèi)，通過合理的門封條結(jié)構(gòu)設(shè)計以及合理的配合間隙，可節(jié)約能耗（見圖3）。

圖1 實驗包及測溫點布點圖

圖2 門體與箱體之間沒有配合間隙

圖3 門體與箱體之間設(shè)計配合間隙

1.4 實驗結(jié)果

以BCD-190H冷柜為例，通過門體與箱體之間有無配合間隙進行實驗。本實驗是在同一臺冷柜、門封條結(jié)構(gòu)以及門堵頭結(jié)構(gòu)不變的情況下進行的設(shè)計，箱體四周與空氣接觸的門堵頭與箱體的配合間隙不變，這樣門封條外表面溫度受環(huán)境溫度影響較大；如果從新設(shè)計門封條及門堵頭，應減小門封高度，縮小門堵頭與箱體的配合間隙，從而減少外部熱量直接通過門封條傳遞到箱內(nèi)，對降低能耗有更進一步的好處。

通過實驗，門封外表面中間點平均溫度為20.3℃，中梁平均溫度為7.8℃，而沒有配合間隙時門封外表面中間點平均溫度為19.2℃，中梁平均溫度為 7.5℃，溫度分別升高了 1.1℃和 0.3℃。有配合間隙和沒有配合間隙的耗電量分別為0.435 kWh/24h和 0.447 kWh/24h，耗電量降低了2.68%（見圖4、圖5和表1）。

中梁溫度變化不大，主要是由于中梁部位外部的門體、門封結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化，只是內(nèi)部變化了配合間隙，中梁溫度受環(huán)境溫度影響較大而造成的變化不大。

圖4 門體與箱體之間沒有配合間隙溫度變化曲線

圖5 門體與箱體之間設(shè)計配合間隙溫度變化曲線

表1 門體與箱體配合間隙平均溫度變化表

1.5 實驗分析

冷柜的總熱負荷中通過門封的漏熱占較大的比例，門封處的漏熱約占電冰箱總熱負荷的15%[6]，門封與箱內(nèi)空氣的換熱主要通過導熱和自然對流來實現(xiàn)。

沒有配合間隙時，箱內(nèi)冷氣直接與門封條相通,門封內(nèi)表面溫度就是箱內(nèi)溫度，這樣冷氣就很容易通過門封條傳遞到箱外，加大了門封處的漏熱。

設(shè)計配合間隙后，門內(nèi)膽和箱面框之間的間隙變窄變長，增加了導熱熱阻，因此在這個有限空間內(nèi)的自然對流換熱減弱，箱內(nèi)冷氣往外傳遞減小，同時，環(huán)境溫度通過門封條傳遞到箱內(nèi)也增加了傳導熱阻，減少了漏熱。

1.6 可靠性實驗

在冷柜運輸、堆碼、長期使用過程中，為了保證門體與箱體之間不發(fā)生干涉，門體與箱體之間設(shè)計有門支撐條（見圖6），材料采用可發(fā)性聚苯乙烯，密度不小于30 kg/m3或采用蜂窩紙板。經(jīng)過運輸、堆碼實驗，門封條會壓縮1.5 mm ～ 2 mm，門體與箱體間隙會變小2 mm左右，因此，設(shè)計時要考慮變形余量，一般留設(shè)計余量4 mm ～ 5 mm，同時要考慮各廠家的門封條質(zhì)量與硬度來留設(shè)計余量。

圖6 門體與箱體之間增加支撐條

運輸實驗：1) 三級公路，堆放高度不得超過包裝箱上所示最大堆碼層數(shù)，數(shù)量不少于5臺，按實際裝車固定方式進行固定，行駛900 km以上；2) 或按正常發(fā)貨運輸裝車，每個產(chǎn)品不少于5臺，運輸往返路程不少于2000 km（選擇具有山區(qū)路線）。

堆碼實驗：在常溫下冷柜按包裝箱標稱堆碼層數(shù)進行堆放，時間為30天。

經(jīng)過運輸、堆碼實驗后，將冷柜門體與箱體之間的門支撐條去掉，用膩子放到門體與箱體之間的間隙內(nèi)，放幾個點，然后用手輕壓門體，讓門封條與箱面框接觸，實驗后的間隙不得小于 2 mm，給以后用戶在使用過程中門封條繼續(xù)變形留一定的余量。

2 結(jié)論

通過改進門體與箱體之間的配合間隙設(shè)計，可以降低整機冷柜的耗電量2%～3%；如果改進門封及門堵頭設(shè)計，保證門體與箱體內(nèi)外都有合理的配合間隙，這樣能減少外部熱量直接通過門封條傳遞到箱內(nèi)，將進一步降低能耗。通過合理的門封條結(jié)構(gòu)設(shè)計，可節(jié)能3%～5%左右。

[1] 葉閩平. 直冷冷柜節(jié)能技術(shù)研究[J]. 制冷, 2009(3):43-45.

[2] 蔣琳, 陳俊, 戴洪波. 冰箱節(jié)能技術(shù)的實例研究[J]. 家電科技, 2011(6): 60-61.

[3] 張獻峰. 家用電冰箱超級節(jié)能技術(shù)研究[J]. 家電科技,2011(2): 76-78.

[4] 馬劍. 冰箱的節(jié)能技術(shù)發(fā)展與應用[J]. 中國科技財富,2010(16): 175.

[5] 茅紅偉, 倪繼峰, 王琪, 等. 家用電冰箱節(jié)能技術(shù)研究[J]. 家電科技, 2004(2): 149-150.

[6] 趙先美. 一種節(jié)能經(jīng)濟型電冰箱的研究與開發(fā)[J]. 家電科技, 2003(7): 43-46.