家用冰箱的技术现状及发展趋势

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
双控系统比常规制冷系统多附加了二组毛细管和一个电磁换向阀,并由两个温控器分别 控制压缩机的开闭和制冷剂的流向。由于毛细管的长度根据蒸发温度的不同而不同,可以提 高冷藏室的蒸发温度,同时可以加快冷冻室的降温速度,应该说具有节能和速冻的优点。缺 点是系统复杂,冰箱控制复杂,有可能降低其可靠性。
多间室、多功能的发展方向。多间室冰箱利用风道系统中的风扇,将经过蒸发器强制对 流冷却后的冷空气,通过风道和送风口分配到各个间室,满足不同功能对温度的要求。依靠 调节冷空气流量来调节温度,可实现灵活的温度调节和控制。同时对于大容量的间室,易于 实现温度的均匀分布。此外,还可以避免除霜,取得方便用户和节能的目的,但风扇的使用 又增大了能耗,主要在国外得到应用,在我国有一定发展的潜力。
-3-
http://www.paper.edu.cn
环戊烷最大的优点是对臭氧层完全无破坏作用,并且GWP值极小,被认为可作为发泡剂 的永久性产品,在欧洲被广泛使用。唯一有争议的一点在于,它的易燃易爆性。由于理念的 差别,以美日为主的一些国家,开始寻找新的产品。
HFC-245fa(五氟丙烷)就是一例。环保性能好,对原HCFC-141b设备改动小,以致投资 小是它的优点被认为是下一代比较有前途的发泡剂。同时,一种备选替代品HFC-365mfc的研 究也在进行中。
从压缩机类型上看,冰箱主要采用全封闭往复式压缩机,一度认为旋转式可以替代往 复式结构,但随着往复式的改进提高及工艺的成熟,技术愈臻完善,而且加工成本低,使得 仍占据市场的绝对主导地位。除此之外,对新型式压缩机的研究也没有停止,如文献[4-5] 提到一种线性压缩机。新型线性压缩机通过线性电动机以电磁共振方式驱动,而不用旋转电
有人研究过一些性能较优良的替代品,如三氟甲醚(Rl43a),它 ODP 值为 0, GWP 值接 近于 0,而且大气寿命仅 1 年,从热力学的角度看,其性能系数优于 Rl2 和 Rl34a。但在可 燃性以及与润滑油的相溶性方面没有得到足够的测试。
R134a 作为制冷剂优点是 ODP 值为零、不可燃,毒性低,但它的溶水性强,要保证干燥 和清洁性。采用 R134a 后,相比 R12 电冰箱的能耗一般要增加,必须使用相应的高效的 R134a 压缩机,其次必须使用专门的昂贵的脂类油来代替矿物油作润滑剂。最关键的一点, R134a 的 GWP 值很高,在温室效应引起更大关注的情况下,也会受到限制。
1. 引言
电冰箱已成为城镇居民家庭不可缺少的必备生活用品,但随着时代的发展,冰箱的广 泛使用带来了一系列的问题:冰箱制冷工质散逸对臭氧层的破坏和温室效应的加剧,广泛普 及导致电力消耗过大,寿命期满后处置不当带来环境污染与资源浪费等等,加之人们对家用 冰箱在人性化智能化舒适化方面要求的提高,这些都要求在冰箱的生产中要使用一些新技术 和新工艺以改进之。冰箱的技术进展和改进可以从节能、环保以及人性化的设计几个方面来 阐述。
文献[16]中指出了发泡剂替代的两种主要路线,HCFC-141b和环戊烷。HCFC-141b的优点 是可以直接使用原有的发泡设备,不用改造,替代成本小,且没有爆炸的危险。但不能不强 调,相对较大的充灌量和仍然存在的对臭氧层的破坏能力,决定了它只能是一种过渡型替代 品,适合于对受国际公约限值较宽松的广大发展中国家。
文献[1]中指出,自1995 年来, 各压缩机制造厂开始相继采用各种技术降噪,把各种冰 箱压缩机的连续和不连续噪声,以及周期噪声和非周期噪声,归结为流体噪声、机械噪声和电 磁噪声。并提出了八点降噪的方法及各法的优劣;(1)加厚壳体。这种方法降噪效果明显, 但 成本压力增大;(2)加强工艺控制,提高零部件生产精度, 可以稳定噪声的离散度, 但离市 场的要求相距甚远;(3)吸排气腔结构的优化设计,有效降低气流及气流脉动噪音;(4)阀板、 阀片的优化设计,避免阀片敲击噪声;(5)内排气管结构的调整, 最大限度降低了排气管振动 的对外传递;(6)电机泵体动平衡最佳化, 提高机芯工作的稳定性;(7)外壳形状及壳内空间 的重设计, 避免机体内共鸣噪音的产生和噪音通过壳体对外的辐射。另外, 还可考虑周围敷 设吸声材料, 来减少噪音;(8)机芯支撑悬挂结构方式的改进, 可有效降低机芯振动。
-2-
http://www.paper.edu.cn
3. 环保方面
在人们的意识中,冰箱的环保仍然局限在制冷剂一方面,本文将冰箱运行中的噪声和冰 箱寿命期完毕之后的回收利用都归结到“大环保”概念中来。
3.1 制冷剂的更替
冰箱上制冷剂过去使用的 R12 性能好,制冷效果佳,但由于对臭氧层的破坏以及引起温 室效应已经被限期取消使用。
R600a 的 ODP 为零,对臭氧层无破坏,GWP 值近于零,温室效应小,能效比比 R12 稍好。 但其属于易燃易爆物质,对其使用和操作必须遵守规范。而实际 200 升左右冰箱中 R600a 的充注量只有 60 克左右,使用得当,完全可以采用。
另一种HC类物质CN-01也被研制成功,实验表明,CN-01 由天然的烃类(丙、丁烷) 物质 精心配制而成,不含任何卤元素,0DP值为0,GWP值为0,具有优越的环保特性。在同样的环境状 态下和相等的时间里,CN - 01 使冰箱冷冻室的温度降得更快更低,比R12的低出3℃以上,而 且节能达7%左右。可以说它是一种节能的环保制冷剂。
关于制冷剂的替代,已经进行了深入的研究。文献[8-15]中详细介绍了在制冷剂替代品 方面的探索。有各种混和工质,如 R134a/R152a,R290/R600a,R22/R502,纯质包括 R209, Rl43a 等,但在当前的使用上主要集中于 R134a 和 R600a。
混和工质曾经流行于发展中国家,在数年前我国也曾有很大一部分产销量。但它或多或 少都含有 HCFC 物质,只能是一种过渡产品,在我国市场渐微。
冰箱换热器主要从结构上去完善,如管路的布置,减小管内外导热热阻等方法。新型换 热器创新虽步子不大,但也有进展,如中科院理化所研究了一种冰箱用“蓄冷(热)不间断 工作冷凝器,蒸发器”,通过加装“蓄冷(热)液”技术来储存压缩机工作时的能量,压缩 机停机时继续释放出热(冷)量,以此保证不间断工作。
当前也有从加强管内工质冷凝放热系数入手,利用微细管路换热的研究新进展[6],来开 发新式冷凝器。
当前,以美国、日本为主国家采用R134a, 而以德国为主的欧洲采用R600a。有资料表明, 我国家用冰箱制冷剂R600a的使用已从以前很少量到如今占国内产量的45%。寻找新型环保 而热力性能又好制冷剂的步伐并没有停止。
3.2 发泡剂的改进
冰箱用以制备聚氨脂硬泡的发泡剂,起初主要是R11, 它具有不燃烧、无腐蚀性、沸 点适宜、蒸汽热导率及毒性都很低等特点,曾被广泛应用于冰箱、冰柜、保温管道等行业 中。但却具有与R12同样的对大气层臭氧层的破坏能力,因而已被限期使用。
http://www.paper.edu.cn
家用冰箱的技术现状及发展趋势
摘要 关键词
宋鹏 , 李红旗
北京工业大学环境与能源工程学院 (100022)
Email: songpeng@emails.bjut.edu.cn
介绍了当前我国家用电冰箱在节能、环保、人性化方面技术的应用和进展,并指 出了电冰箱的发展趋势和冰箱企业的努力方向。 冰箱 技术 发展趋势
-1-
http://www.paper.edu.cn
动机通过机械连接方式驱动压缩机,摩擦大大减少,使效率提高 30%以上,制冷量增加, 并具有多种调节方式,在冰箱上将有广阔的应用前景。
2.2 高效换热器的开发和使用
家用冰箱上的蒸发器主要有管板式、吹胀式、单脊翅片管式和冷却排管式,冷凝器主要 有丝管式、翅片式和内置管板式,虽然名称复杂多样,但也各有其优缺点,都有在特定情况 下最好的一种选择。
3.3 噪声的控制
长期以来,噪声和振动始终是评价冰箱的一个重要因素。随着我国居民生活水平的提高, 较好的居住环境状况对低噪声冰箱的需求,以及我国《家用和类似用途电器噪声限值》于 2005 年的强制实施,相关各方更加强了对降低冰箱噪声的研究,实际上主要从压缩机和制 冷管路两方面来改进。
压缩机降噪。作为冰箱系统中唯一有动力运动部件的压缩机是冰箱的主要噪声源,因而 冰箱厂家着重从采用低噪压缩机方面着手控制冰箱的噪声。
文献[7]提出,采用强化传热技术,可使冰箱的冷凝器和蒸发器传热系数增加,传热温 差降低,但任何传热设备都必须存在一定的温差,如何确定这一温差应从能效、经济性等方 面综合考虑,存在最佳值。
2.3 合理的系统设计
文献[7]中介绍了多种制冷循环和系统。双回路制冷循环,这种循环的冷藏室保存温度 以及冷冻室的保存温度完全由两个独立的制冷循环来实现。特点是:各储藏室能维持其最佳 的蒸发温度,使循环效率提高,除霜量减小,以此达到节能的目的。
国家有关部门起草的《废旧家电及电子产品回收处理管理条例》已通过审查,即将由
-4-
http://www.paper.edu.cn
国家发改委正式公布。它的核心是生产者责任制。明令要求家电生产企业应该采用有利于回 收和再利用的材料生产家电,同时承担废旧家电回收的责任。
在这种情况下,就要求冰箱企业在设计和生产时即应考虑到利于以后的回收,有人指 出了两个方面:(1)材料的同一性原则。冰箱上使用的材料有多种,包括各种塑料和金属,要 完全将各种不同材料区分和分离很困难,这就要求最优化的设计方案,尽量减少使用材料的 种类,并尽可能在材料上标示名称,以使Hale Waihona Puke Baidu本尽可能地低。(2)可拆卸性原则:包括选择通 用结构;采用螺钉等可拆卸联接,不用焊接或铆接;连接处不用或少用过盈配合等。
文献[17]总结了以下几点,如增加整体刚性以提高共振频率并降低振动幅度, 避免壳 体弧线的急剧变化,移去高刚性部位支撑用的弹簧,减少传递到壳体的振动能量,尽可能减 少平面的出现等。
管路降噪。制冷剂在管路流动过程中,由于局部的真空,以及弯头的布置导致“咕咕” 声不断,这不是主要噪声源,实际上做到的多是将竖直蛇管改为水平蛇管,以减小弯头处出 现的真空。同时,在加强管路与压缩机吸气消声器匹配,以及减小毛细管出口喷射噪声方面 都有改进价值[18]。
2.4 新型节能工质的应用
制冷工质的热力性能优劣,也关系到压缩机的能耗和制冷循环的效率。但由于一般涉 及到制冷剂主要着眼点是其在环保方面,因此在下文详述。
2.5 减少冷量损失
冰箱的漏热是除了储物热之外热负荷的主要来源,主要通过采用导热系数小隔热效果好 的材料,使用先进的微孔发泡技术,开发和应用真空发泡板,以及改进门封和设计合理的箱 体结构等一系列措施来减少冷量损失。
2.节能方面
据统计,家用电冰箱在我国城市居民生活用电量比重曾一度接近 50%,现今也稳定在 20% 左右,加之世界和我国能源需求和开发的状况,最大程度地节能就成了必然。我国也制定了 新的关于冰箱能耗的国家标准《家用电冰箱耗电量限定值及能源效率等级》 (GB12021.2—2003),此标准的出台,将会强制性地要求在冰箱上进行技术改进和创新, 以更加节能。当前业内已经而且仍然在从冰箱制冷系统的各个环节采取措施,来达此目的。
2.1 采用高效压缩机。
压缩机是冰箱的心脏,也是冰箱的主要耗能部件。为了减小冰箱的耗电量,生产厂家 采取的最为简单有效的措施就是使用高效压缩机。当前,冰箱用压缩机主要集中于全封闭往 复式压缩机。文献[1-3]详细介绍了提高压缩机效率的一些方法,包括新型气阀的设计,进 气方式的改进,减小进气过热,增大输气系数,通过使用低粘度润滑油、减小压缩机摩擦功 率来提高电机效率等待,基本考虑到了方方面面,现在 COP 值达到 1.5 左右的压缩机已被广 泛地采用,而且以及开发出超高效节能压缩机,COP 值达 1.70-1.75,耗电更省。文献[3] 提 到了变频调速压缩机,采用直流永磁无刷电动机。该电机的转速在控制装置作用下随热负荷 的变化而作相应的调整,使冰箱一直处于最优状态,最大化节能就有了可能。
3.4 有利于回收
家用电冰箱的普及率逐年提高,但随之而来也使废旧电冰箱的数量急剧增加。文献[19] 总结了废旧电冰箱过多出现的问题,如废旧冰箱压缩机中的润滑油如不妥善处理,将造成空 气、土壤和水体的严重污染,废旧冰箱中许多有用的资源,有色金属、塑料、玻璃、焊锡、 碳等都是可以回收再利用。为有利于回收,从节约资源,减小对环境的污染等方面提出要加 强回收的意义。
相关文档
最新文档