电冰箱制冷系统的优化设计.pdf

《电冰箱制冷系统的优化设计.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电冰箱制冷系统的优化设计.pdf（4页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第 3卷第 4期 2 0 0 3年 8月 制 冷 与 空 调 REFRI GERATI ON AND AI R CONDI T1 0NI NG VoI 3 No 4 Au g u s t 2 0 0 3 电冰箱制冷 系统的优化设计 郭 凯 陈旭峰 张 波袁 秀玲(西安交通大学制冷系)杨 波(长岭集团(股份)有限公司)摘 要本 文通过一项 改进直冷式 双温双控 冰箱性 能的试验，提 出了一 些实 用有效 的节 能、降噪 的技术 手 段，为冰箱制冷 系统的优化设 计提供参 考。关键词 电冰箱性 能设计 oPTI M I ZED DES I GN FoR REFRI GERATI oN S YS T

2、EM oF REFRI GERAToRS GUO Ka i C HEN Xu f e n g Z HANG 1 3 o YUANG Xi u l i n g YANG 1 3 o AB S T RACT Th i s p a p e r b r i e f l y i n t r o d u c e s a n e x p e r i me n t a t i n o f i mp r o v i n g t h e p e r f o r ma n c e o f a t y p e o f d i r e c t c o o l i n g d o u b l e t e mp e r a

3、 t u r e a n d d o u b l e c o n t r o l r e f r i g e r a t o r，a n d p u t s f o r wa r d s o me p r a c t i c a b l e t e c h n o l o g y me a s u r e s t o r e d u c e p o we r c o n s u mp t i o n a n d d e c r e a s e n o i s e o f r e f r i g e r a t o r S o a s t o g i v e r e f e r e n c e

4、t o i d e a l d e s i g n o f r e f r i g e r a t o r KEY W ORDS r e f r i g e r a t o r，p e r f o r ma n c e，d e s i g n 1前 言 1 9 9 6年 国标 GB T 8 0 5 9 11 9 9 5的 施 行，对 电冰箱 的制冷性 能和能耗指标都提 出了更高的要 求。对 直冷 式 冷 藏 冷 冻 箱，中 国 国家 标 准(GB T8 0 5 9 2 1 9 9 5)对 其制 冷 性能 的要 求 为 以下 几 点：(1)储藏温度；(2)制冰能力；(3)耗 电量；(4)化霜性能

5、；(5)冷冻能力；(6)负载温度 回升时间；另外，1 9 9 7年 3月下旬，全 国家用 电器标准化技术 委员会制冷空调器具分技术委员会 在海 口召开 了 年度工作会议，关 于家用电冰箱 电耗 限定值，及能 效等级提出了征求意见稿，该文参 照欧盟标准，把 冰箱分成九个类别，详细定 出了各类别冰箱的能耗 限定值计算公式，第 一次把冷冻箱类 列入标准，而 且定 出了五个能效等级一A、B、C、D和不 合格级，这个标准要强制执 行。如何 不断提高 电冰箱 的性 能，以适应这些标 准，是 家用 电冰箱生产企业 面临 的一 大 问题。同时，为了满足不 断提高的使用性、舒适性 要 求，在原有技术的基础上不断

6、优化制冷系统 的设计 是非 常必 要 的。2 原 产 品 的介 绍 以及 分 析 B C D2 1 8 b型双温双控 电冰箱设 计于 1 9 8 7年，该产品为温带型，采用上部冷 藏室，下部冷冻 室的 结构，采用 R1 2作为制冷剂。冷冻 室容积：9 5 L，冷藏室容积：1 2 3 L；冷藏室左右侧保温层厚：3 6 5 mm，冷冻 室左 右侧保温层厚：6 0 mm；冷藏室后背保温层厚：4 5 mm，冷冻 室后 背保 温层厚：6 0 mm(和两侧相 同)。冷藏室蒸发器 为铝板热粘 D型铜 管结构，冷 冻室蒸发器为搁架式钢丝盘管结构，冷冻室蒸发器 盘管通过箱体上 的开 的一个通孔返 回压缩机。电

7、磁阀采用贵州天宁无线 电厂 D HF 2 30 8型温控 三通阀。制冷剂流程示意图如图 1所示：压缩机排 气经过冷凝器后，经过 电磁 阀后分 为两路，分别经 毛细管进入冷藏 室、冷冻室蒸发器，通过冷冻 室回 气管直接返 回压缩机。运行 中发现系统存在 以下不足：(1)制冷系统 回气有明显 的结霜现象，耗电量 比较 大；维普资讯 http:/ 第 4期 郭凯 等：电冰箱制冷 系统 的优 化设 计(2)冰箱稳定运行时噪声很大，抽检测试有时 达 到 4 5 d B(A)：(3)冷藏室内温度分布不均匀度很大，上下层 温 差 大；(4)制冷系统运行不稳定(不同工作周期平均 温度变化大，影响例行测试中的稳

8、态判定)。3性能 优 化 3 1冰箱管路布置改进 的措施 3 1 1 消除 回气结霜，提高性能系数 由于 B C D 2 1 8 b型电冰箱冷冻室在冰箱箱体下 部，距离压缩机 比较 近，因此 回气管很短。冷冻室 回气管穿过冷冻室 的保 温层，直接返 回压 缩机，运 行中存在以下不足：(a)冷冻室蒸 发器 回气管 穿过冷冻室 的保温 图 1 改进前 这样做还有降 噪的效果。原 冰箱 由于压缩机 与冷冻室蒸发器连接管路比较短，压缩机 的震动直 接传到搁架式钢丝盘管蒸发器上，容易与冷冻室搁 架上 的物品产生共振，导致压缩机运行时震动和噪 声都 比较大。增加 回气过热段之后，因为过热管埋 在冰箱的发泡

9、层 中间，再 接到压缩机上，压缩机 的 震动不会直接传到冷冻室蒸发器上，实测发现噪声 降低 了 2 3 d B(A)。同时，为了减小蒸发 器 内的流动阻力，采用 了 层，形成 了一个“冷 桥”，同 时，在 测 试 时 发 现，靠 近 回气管处的感温包温度居高不下，为了达到测试 中 规定的储藏温度，不得不增加冷冻室 的制冷量。(b)制冷剂液体 出冷冻室蒸 发器后往往 不能 1 0 0蒸发，虽然有毛细管 的过热 热量，仍 然不足 以将多余冷量平衡，导致 回气带 液，必然会 在压缩 机吸气管之前产生结霜现象。运行一段 时间后，回 气管处结霜，随着冰箱间歇运行，冰箱背后地 上积 蓄冷凝水。因此，改进时

10、在冰箱管路流程上增加一个 回气 过热段(如 图 2)。冷冻 室蒸发器 回气先经过 冷藏 室蒸发器上的一段短管，再 回压缩机。由于冷藏室 温度不会低于 0，二次蒸 发后，基本 上解 决 了回 气管结霜 问题。图 2 改进 后 大内径蒸发器盘管。实验表明，改进后，进行各种 国标测试时，冷冻 室试验 台各感温点温差降低，冷冻室 内的温度 的分 布更加合理。同时，冷冻室保温效果提高，测试 中 冷冻室温度冷却快，回升慢，试验结果显示 负载温 升 时 间增 加 1 5以上。3 1 2调整毛细管流量，改变蒸发温度 冰箱改进 时，考虑到双温双控冰箱 的冷藏室冷 冻室分别制冷的特点，改进后 的冰箱采用 了双温蒸

11、 维普资讯 http:/ 制冷与空调 第 3卷 发的模式。双温蒸发模式可 以提高整机的效率(见 文献 3 )。原冰箱虽然有两条毛细管，但是毛细管 流量相同，正常运行时节流后冷藏室与冷冻室蒸发 温度都在 一3 1；改进后 的管路如图 2，电磁 阀前 后均为毛细管，通 往冷冻室 的毛细管 比较 长，相应 流量 比较小，控制对冷冻室单独制冷时蒸发温度在 一3 1，而对冷藏室制冷 时的蒸发温度在 一2 2(冷藏室蒸发温度不能太低，是因为总流程要通 过 冷冻室)，为 了保证冷藏室制冷速度，同时不致使很 多冷量分配到冷冻室中，改进后的冰箱加大了冷藏 室蒸发器 的冷却面积。毛细管改用 锡焊，平行焊 到回气管

12、 上，提 高了 两者之间的换热效率，试验表明这种方式热交换效 率比毛细管穿在回气管内部高。3 2 改变温度控制逻辑，合理调整制冷时间 原有冰箱开停控制 比较简单，运行 中压缩机开 停频繁。由于在冰箱启动过程中有可用能损失(见 参考文献 1 )，必然增加能耗。为 了使冰箱运行周 期更加合理，新冰箱 采用 MB K一1型 电脑温 度控 制器，重新设计温度控制逻辑，调整开停机温度点，使冰箱温度控制更加合理。对 于双温双控 型冰箱温控器感温点及温控参 数的选取，应遵循 以下原则：使冰箱有一个合理 的 开停周期，压缩机有足够长 的工作 时间，使平均功 率不致太高，同时也要保证期间箱内温度场不致 引 起太

13、大的波动。既要使压缩机的启动不要太频繁，又能保证蒸发器高效换热，使箱内温度满足使用的 要求。由管路系统图可以看到，新冰箱制冷工作方式 为：冷藏室制冷时，冷冻室也有很少的降温效果；冷 冻室制冷时，冷藏室不制冷。双温双控 冰箱，在冷 藏室 或冷冻 室温 度过 高 时，都要求开机，原来 的简单控制导致压缩 机频繁 开机，而在制冷 时间很短的情况，制冷效果不太好，又提高了能耗。新的控制逻辑为：在冷 藏室(或冷 冻室)需要制冷 时，开机运行，直到冷 藏室(或冷冻 室)温度达到 目标温度，然后立刻检测冷冻室(或冷 藏室)，如果冷冻室(或冷藏室)接近开机温度，则继 续为冷冻室(或冷藏室)制冷，如果满足预先设

14、定 的 温度值，可 以保证短 时间之 内不会重新开机，就停 止制冷。这样，通过合理的电脑程序控制，结合管 路特点，大大减少 了压缩机的频繁开机现象。通过 合理调整设定 的开机 的临界温度，在不影响制冷精 度条件下，有效地 将压 缩机 一次开 机 时间控制 在 2 0分钟 以上，大大改善了运行稳定性和效率。3 3 其他改进措施 3 3 1 调整冷藏室托盘的安放位置 显而易见，冷藏室 的三个测点温度越接 近(温 差越小)，储藏温度试验越容 易通 过；同时，冷 冻能 力试验 时，冷 藏室温度 最低 点也越 不容 易低 于零 度，导致试验失败；冷藏室的温度分布更加合理，对 于实际使用也是有利 的。对于

15、直冷式冰箱，冷藏室 制冷是靠贴在冷藏室后壁的蒸发器制冷，通过调整 各层塑料搁架(这 台冰箱采用平 板式搁架)距后壁 的距离，可以改变冷 藏室内 的空气流动，影响冷量 分配，经过我们不 断实验，最佳状态搁 架摆放位置 处，冷藏室温 度测试 所选取 三个 测点 的温差会 降 低，测试值 如下 表 所示(测 试 时各 感温 点 位 置不 变)：表 1 数据为三 台随机抽检 冰箱平均温 度 原冰箱 改进后冰箱 测试温度 l 6 3 2 l 6 3 2 测 点 l 7 7 7 9 7 0 7 3 测 点 2 4 7 4 8 5 1 5 2 测 点 3 2 1 1 9 2 6 2 4 由测试数据可 以看出

16、，测试中冷藏室上下温差 变小，温度分布改善效果明显。3 3 2 调整毛细管入 口位置 降低噪音 电冰箱毛细管出口处 的喷射产生的高频噪声，在整机噪声 中占很大 的比例，而双控冰箱 由于有两 个毛细管，这个问题就更不容忽视。冷藏室毛细管出口处采用常用方案，毛细管通 过平放的渐扩管接到蒸发器上，可以将 噪音减少 1 2 d B(A)；这个流程 中，冷 冻室 毛细管 出 口安装 位置可 以有 多种选择，经过多次试验，将毛细管入 口放在冷藏室 出口向下进入冷冻室的管段上，避开 下方 出现弯管段，同时在毛细管末端 扩 口 3 mm。在试验 中取得 了满意的降噪效果。3 3 3改用 新 型双 稳态 电磁

17、阀 新冰箱采用电冰箱专用(双稳态)电磁 阀代替 原有 的老式 D HF 2 30 8型电磁阀。新型 阀耗 电 量很小，工作时是 以脉 冲电流控制 阀门开闭，只在 开闭瞬 间耗 电(启 闭 阀门一 次耗 电 0 20 5焦 耳)，正常工作周期不耗电，可 以达到比老式电磁阀 每 天 节 电 0 1 度 左 右 的效 果。4改进 前后 的 试验 参 数对 匕 维普资讯 http:/ 第 4期 郭凯等：电冰箱制 冷系统 的优化设计 表 2 三台 随机 抽检冰 箱改进前后 的平均 温度 改进前 改进后 耗 电量 k Wh 2 4 h 1 4 1 1 1 5 噪声 d B(A)4 3 1 3 9 4 开机

18、 频繁，不 稳定 比较稳定 由测试结果对 比可 以看 出，经过对制冷系统以 及结构上进行设计改进后 冰箱耗 电比原来耗 电减 少 1 8 4，噪声减少 3 7 d B(A)，温度分布更加合 理，总体性能得到 了很 大的提高，达到 了预期 的改 进 目的。进一步的节能措施，可以从采用高效压缩机 以 及新型制冷剂，优化 箱体保温设计，选用新型节能 门封，采用高效节 能发泡剂，采用 神经元模糊控制 改善控制方法等方面着手。参 考文 献 1 陈诒春，郑贤德 等 家 用电冰箱 制冷系统启 动过程研 究 制 冷学报，1 9 9 7，4 2 林 镝，李文林 双 温冰箱节能 的新途径 低温工 程，1 9 9

19、5，4 3 方徐君 电冰 箱制冷 系统 的合理 配置 制 冷。1 9 9 8，3 (上接第 7 2页)3 3 5空调计费系统实施方案 根据 当地 电价、建筑物房屋 的出租率、公共 区 域所 占总 面积 的 比例，确定标 准室 内机(通常为 1 匹机)在额定工况下，满 负载运转 1小 时所耗用的 电费。使用检测器检测室内机的累计运转(只记录 制冷和制热 的运转时间，送风以及制冷或制热达到 设定温度后的运转 时间被忽略)时 间数据，作为计 费的依据。并根据室 内机 能力(匹数)和是否采用 波峰波谷分时 电价，确定 计费修正 系数，最终根据 室内机的累计运转时间和修正系数，将室外机的运 行维护费用分

20、摊给各室内机 的用户。相关系数 含分 时计 费系数、室 内机 能力 系数 等。标准单价=空调总运行 费 计费室内机 的计时 当量总和。计时当量为室内机的单 位运 行时间，通常为 1 小 时。3 3 6 系统主要性能参数 名称 规格 数据集中器与电脑l R S 2 3 2 通讯方式 数据集中器与管理器 l R S 4 8 5 检测器与管理器 l R S 4 8 5 存储 方式 循环 累计 系统 容量 1 0 2 4点(基本 结构模式)电源 2 2 0 V，1 P H，5 0 Hz(系统采用集 中供 电模式)管理器对检测器 l 1 拖3 2 通讯规模 数据集中器对管理器 l 1 拖3 2 电脑对数

21、据集中器I 1 拖1 工作环 境温度 0 5 0 工作环境 相对湿度 9 5 3 3 7 系统软件 功能介绍 该系统配套 的软件具 有数据采集、统计、管理 和控制 功能。可运 行 于 wI ND owS 9 5 9 8 T 平 台上。具有以下具体功能：(1)有查询统计功能，可查询、检索、打 印用户 每 日、每月计费清单或设定时段 内计费清单。(a)可以设定时计费时段起止 日期；(b)可根据检测器地址、用户名称、用户编号、费用等进行查询；(c)可根据检测器地址、用户名称、用 户编号、费用等进行排序，分升序和降序两种序列；(d)具有计 费总表和各用 户计费单等 多种报 表类 型。(2)以对检测器、用户 的各种信息进行方便地 设定、查询。(3)可对欠费用户进行停机处理。(4)根据用 电波峰、波谷，可分时段设定不 同 的用 电单价。(5)具有 自诊断功能，定时对系统的运行状态 进行检测，如发生剪线故障可 自动报警。(6)可对数据进行智能判断，对用量异常的用 户单独列表，进行检查。(7)在软件 中设 置多级密码，规定 使用权 限，确保 系统数据 的安全。综上所述，独立计 费系统在海 尔 CMR V 中 央空调 中的成功应用，解决 了许多中央空调用户需 要独立计费、分 户分区计量 的技 术难题，也 为一拖 多空调领域的发展提供 了新的发展方向。维普资讯 http:/