電冰箱輔助散熱裝置的應(yīng)用

劉遠(yuǎn)里

摘 要：傳統(tǒng)電冰箱的冷凝器主要是通過(guò)冰箱體外殼向外散熱，其效果受到箱體兩側(cè)環(huán)境溫度影響，散熱較慢。本文介紹的是一種冰箱輔助散熱裝置，它可以有效地降低冰箱兩側(cè)外殼表面的溫度，加快了散熱速度，達(dá)到提高壓縮機(jī)的工效，省電節(jié)能的效益。（專(zhuān)利號(hào)：ZL 2012 2 0398674.8）

關(guān)鍵詞：冰箱、冷凝器、輔助散熱、水冷式

電冰箱作為家用電器主力之一，已逐漸滲透到每個(gè)普通家庭當(dāng)中，其食品冷凍保鮮的功能在人們?nèi)粘Ｉ钪械牡匚灰苍絹?lái)越重要。目前，主流的電冰箱都是通過(guò)箱體內(nèi)的蒸發(fā)器吸收食品的熱量，然后通箱體兩側(cè)的冷凝器將熱量釋放到環(huán)境中去，其散熱的效果受到箱體外部環(huán)境溫度影響較大。本文介紹的冰箱輔助散熱裝置可在不改變現(xiàn)有冰箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)下，通過(guò)附加的冷水散熱裝置，有效地改善冰箱的散熱條件，增強(qiáng)制冷效果。

一、輔助散熱裝置的應(yīng)用基礎(chǔ)及理論依據(jù)

電冰箱的冷凝器是制冷系統(tǒng)中的熱交換器之一，它的工作機(jī)理是將其內(nèi)部高溫高壓的制冷劑氣體與周?chē)h(huán)境進(jìn)行熱交換后變成高溫高壓的液體，而其熱交換的形式主要有對(duì)流換熱和輻射換熱兩種，而前者是其最主要的形式，根據(jù)對(duì)流換熱公式：

Q=αA（tf-tw） （1-1）

式中 α--表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)[W/（m2·K）]

A--傳熱面積（m2）

tf--流體溫度（℃）

tw--壁面溫度（℃）

通常家用電冰箱外壁散熱溫度tw約為55～60℃，在α、A基本固定的情況下，電冰箱冷凝器換熱效果主要受到其周?chē)諝鉁囟萾f的制約，若電冰箱放置在狹小空間內(nèi)，因通風(fēng)不良，進(jìn)而使周?chē)諝鉁囟戎鸩缴仙貏e是在夏季室內(nèi)氣溫較高、箱體內(nèi)負(fù)荷又較大的情況下，冷凝器的散熱能力的下降將嚴(yán)重影響到電冰箱的制冷效果，并可能造成壓縮機(jī)排氣壓力大、功耗增加；而冷凝器一直在高溫狀態(tài)，也會(huì)造成箱體發(fā)泡層過(guò)早老化、收縮，進(jìn)而影響保溫效果。基于上述問(wèn)題而開(kāi)發(fā)的電冰箱輔助散熱裝置，主要著力于改善環(huán)境較差的電冰箱散熱條件，使冷凝器可快速降溫，縮短壓縮機(jī)工作時(shí)間，節(jié)省電能。

二、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理

如圖1所示，該電冰箱輔助散熱裝置，主要由滴水管、紗布、小磁粒、溫度控制器、集水槽、集水箱構(gòu)成。

裝置工作時(shí)，設(shè)置在冰箱外壁的溫度控制器探頭感受到冰箱外壁溫度變化，在達(dá)到設(shè)定溫度值后開(kāi)始啟動(dòng)水泵將集水箱中的水輸送到電冰箱頂部的儲(chǔ)水箱中，儲(chǔ)水箱中的水在自身重力作用下，流至滴水管，并沿著紗布均勻滲透，部分水分在流動(dòng)過(guò)程中吸收冰箱殼體熱量蒸發(fā)，多余的水沿紗布滴入集水槽，集水箱則收集從兩側(cè)集水槽流入的余水，并通過(guò)水泵再次將水輸送到儲(chǔ)水箱中循環(huán)使用。

其中，滴水管是一端封閉的圓形管，上面均勻開(kāi)有6個(gè)小圓孔，前三個(gè)孔的直徑比后三個(gè)孔的直徑小，保證從儲(chǔ)水箱輸送的水能均勻滲入紗布。小磁粒用于使紗布貼緊電冰箱的外壁，從而使兩者有足夠的接觸面積，能更好的進(jìn)行熱交換。

三、制冷性能的理論分析

根據(jù)公式1-1可知，在傳統(tǒng)電冰箱的冷凝器散熱中，tf起到了決定性的作用，實(shí)際就是冷凝器外部空氣的溫度，而空氣的導(dǎo)熱率λ（273K時(shí)）僅有0.0243 W/（m·K），即便是在通風(fēng)良好的情況下，空氣仍稱(chēng)不上是一種良好的導(dǎo)熱體。在使用輔助散熱裝置后，產(chǎn)生了類(lèi)似水冷的效果，經(jīng)水滲透后的紗布，相當(dāng)于在冷凝器表面附上了一層水簾，同樣在273K時(shí)水的導(dǎo)熱率λ可達(dá)到0.552 W/（m·K），是空氣的22.7倍，即在同樣的時(shí)間內(nèi)，采用輔助散熱裝置所吸收的熱量是普通對(duì)流換流的22.7倍。而這部分被紗布層中的水吸收的熱量，一部分通過(guò)與空氣接觸而散失到空氣中去（顯熱部分），另一部分則是使紗布層的水分大量蒸發(fā)，從而帶走大部分的熱量（潛熱部分），通常在一定大氣壓力和溫度下，汽化潛熱是顯熱的8～12倍，由此突顯出使用輔助散熱裝置后冷凝器能快速散熱的優(yōu)勢(shì)。在穩(wěn)定性方面，常規(guī)的對(duì)流散熱形式，空氣的溫度常常受到氣溫變化的影響散熱效果不穩(wěn)定，而水的比熱容較大，溫度的變化受氣溫影響較小，穩(wěn)定性能優(yōu)越。

在單級(jí)蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)的壓焓圖（圖2）中，2-3的過(guò)程為等壓冷凝的過(guò)程，其焓值分別為h2、h3，4-1為等壓蒸發(fā)的過(guò)程，其焓值分別為h4、h1，在進(jìn)行理論熱力計(jì)算時(shí)，可知制冷偱環(huán)的制冷系數(shù)ε為：

從公式1-2中可以知道，在蒸發(fā)條件沒(méi)有變化的情況下，h2的大小對(duì)制冷系數(shù)的影響最大，當(dāng)冷凝溫度下降時(shí)，其所對(duì)應(yīng)的焓值也相應(yīng)下降，即h2減小，而制冷系數(shù)ε增大。因此在采用了輔助散熱裝置后電冰箱，冷凝器的散熱能力得到了很大的改善，加快了散熱速度，可使電冰箱兩壁的溫度從55～60℃降至到45～50℃之間，降低了冷凝的溫度，提高了制冷系數(shù)，大大降低了壓縮機(jī)的功耗。

在電冰箱日益普及的今天，人們對(duì)冰箱的要求已超出單純制冷的功能，對(duì)節(jié)能環(huán)保方面有了更高的追求，本文所述的電冰箱的輔助散熱裝置并不改變電冰箱的任何結(jié)構(gòu)，而是通過(guò)改善電冰箱運(yùn)行環(huán)境達(dá)到改善制冷偱環(huán)和節(jié)能的目的，對(duì)于制冷負(fù)荷大、制冷速度要求高的電冰箱、冰柜等有著積極意義和實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]尉遲斌 實(shí)用制冷與空調(diào)工程手冊(cè) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004