双稳态电磁阀控制的高效制冷循环

　　电冰箱节能从两个方面进行考虑，一是如何有效地利用冷量，减少冷量损失，即提高利用率和改善绝热，包括使用高效压缩机、加厚绝热层或使用真空隔热板，使用合适的门封结构及与箱体配合间隙*优化等；二是如何进行高效能量转换，即设计高效节能制冷回路、进行高效制冷，如合理的制冷循环形式，蒸发器及冷凝器优化设计，合适的压缩机开、停时间等。项目研制中综合考虑各种因素，研制的BCD- 188CHS电冰箱*大负荷日耗电0.39度，节能状态下达0. 31度。

　　2制冷系统优化设计2. 1蒸发器的优化设计项目研制中采用以下措施。**，设计高效蒸发器。冷冻室蒸发器采用由从上到下依次排列的换热层片和连接所有换热层片的连接管组成，换热层片由多个并列S型制冷盘管组成，换热层片在其制冷盘管管壁外侧固定套装翅片，如所示，该设计增加了制冷盘管与周围空气间接触面积，使蒸发面积大大增加，增加冷冻室内顶部和底部两个高温区制冷量。该设计已获国家专利。冷藏室蒸发器采用导热粘接胶膜将压扁铜管紧紧粘在传热铝板上，并通过高粘合双面胶粘贴在冷藏室内胆上，增强传热效果。第二，合理安排蒸发器位置和制冷剂流向，采用逆流式换热。毛细管和回气管采用较长的并行锡焊或热塑工艺等实现回热循环，以提高换热效果。第三，合理匹配蒸发器与冷凝器的传热面积，避免过低蒸发压力和过高冷凝压力，达到节能目的。

　　2. 2冷凝器优化设计（ 1）设计横、竖盘管混排结构蒸发冷凝器：冷凝器内为制冷剂气液两相状态，为加强流体扰动，采用横、竖盘管混排结构提高冷凝器换热效果，同时降低压缩机开停造成的能耗及制冷剂流动噪声。

　　一般情况下，冷凝器垂直布置时在弯管的底部有液态制冷剂而形成液封，制冷剂流动困难，而且流量出现波动，增加耗电量。为了使开机时制冷剂能够通过冷凝器快速回到蒸发器，在冷凝器后部采用了水平布管，干燥过滤器垂直布置，以便制冷剂快速通过，减少能耗。

　　（ 2）防凝露管节能设计：不同制冷剂压缩机排气温度不同。项目采用制冷剂HC- 600a，由于排气温度较低，约55左右，将压缩机排出的高压气体先进门边防露管，再进主、副冷凝器，这样即使条件变化，门边防露管末端对应温度也高于*高环境温度，既可保证加热门框、提高防露效果，同时，在管路布置时尽量使防露管远离箱体内腔，又可减小热量向箱内传递，实现节能之目的，系统图如所示。

　　2. 3软冷冻及变温技术设计目前，传统电冰箱的两个温区， R室5 ， F室为- 18 ，而且F室相对较大， F室内冻结物很难在短时间内用刀进行切削处理，在食用前必须解冻，此举一耗费时间，二造成营养成分流失。项目尝试将F室划分成两区域，其一温度仍保持- 18 ，其二温度为- 10 （软冷冻室）。将F室分离出- 10温区，既可使鱼、肉等食品在- 7 - 10低温下冻结，又能达到短时间内用刀进行切削处理的目的，同时，根据使用需要，可将软冷冻室温度设定为R室温度5或F室温度- 18 （即按冷藏室或冷冻室使用），甚至关闭该室制冷剂流动，此即所谓软冷冻及变温技术。

　　如所示为双稳态电磁阀控制的软冷冻及变温技术设计制冷系统示意图。制冷剂经压缩机压缩，在冷凝器冷凝后流经干燥过滤器和毛细管，系统分为两个支路。支路一：制冷剂经变温室蒸发器、冷冻室蒸发器、冷藏室蒸发器、贮液器和回气换热器后回到压缩机，形成循环回路。支路二：制冷剂经双稳态电磁阀1、冷冻室蒸发器、冷藏室蒸发器、贮液器和回气换热器后回到压缩机，形成循环回路。工作过程见文中3. 2节介绍，能耗实测数据

　　3设计高效制冷循环3. 1电冰箱五种典型制冷循环主要特点的定性比较电冰箱五种典型制冷循环主要特点的定性比较。其中双路循环制冷系统既使各室温得到较好控制又节能降耗，且系统简单、成本较低。但它存在频繁开、停机问题。

　　3. 2双稳态电磁阀控制的高效制冷循环项目采用双稳态电磁阀控制的双路循环系统。如所示，根据软冷冻室温度设定控制两个双稳态电磁阀的通、断特性，实现两个支路（见2. 3）的运行。当电冰箱启动运行时，电磁阀1、2处于通电状态，系统按照支路二形成的循环回路运行，同时软冷冻室的温度传感器检测变温室的温度。软冷冻室温度若在其设定温度范围内，系统按照支路二形成的循环回路继续运行。若检测到温度高于软冷冻室设定值上限，电冰箱的控制装置使双稳态电磁阀1处于断电状态，而双稳态电磁阀2仍通电，系统按照支路一形成的循环回路运行，直到温度传感器感应到温度低于软冷冻室的温度设定值下限时，双稳态电磁阀1执行通电操作，而双稳态电磁阀2断电，系统又按支路二循环回路运行。此时冷冻室和冷藏室温度继续下降，直到冷藏室温度达到标准后，压缩机停机，系统如此往复循环。

　　（压缩机制冷量Q O，电冰箱热负荷Q T）

　　这种设计，控制压缩机启停的是冷藏室温度，而软冷冻室温度的设定及变化仅控制双稳态电磁阀的通断，以切换制冷剂流向，并不直接控制压缩机的运行，故可较好解决双路循环系统存在的频繁开、停机现象，既使压缩机及其附件寿命延长，又减少启动功率，耗电量也随之降低（该设计已获国家专利

　　），与同样大小固定冷冻室容积的电冰箱相比，此变温技术既满足消费者对冰箱温区的多方需求，又节能降耗。为能耗实测数据。可以看出，单独调高冷冻室温度（将变温室作为软冷冻室或冷藏室）可以节能，单独关闭软冷冻室更加节能。

　　4高效压缩机及环保制冷剂使用4. 1高效压缩机使用选用不同型号的压缩机，其吸、排气量不同，制冷能力不同。压缩机制冷量对电冰箱运行影响如所示。！压缩机制冷量较小时，电机输入功率较小，在一定的开停机温差下，单位时间开机次数少，启动消耗的功率减小，因此总的耗电量较低。另外，压缩机的功率小，压缩机的振动和噪音也较低。但是，压缩机的制冷量过小时，开机率会提高，耗电量反而增大。同时压缩机的寿命也受到影响。压缩机制冷量过大时，电机的输入功率增大，而且压缩机开停机频繁，启动消耗的功率增大，总的耗电量增大。另外，压缩机启动时，产生较大的抖动和很大的冲击电流，因此，频繁启动可能导致压缩机连接管路断裂、减震弹簧疲劳损坏、电机绝缘破坏等故障。此外，压缩机制冷量过大，造价较高，冷凝器面积要适当增加。

　　压缩机应满足电冰箱*大热负荷要求，同时选用较小功率为原则。项目采用NBM III6Y高效压缩机的COP值达到1. 75，功率90W.

　　4. 2使用环保制冷剂在开发、使用制冷剂时，必须考虑其对环境的影响，对臭氧层消耗、温室效应影响及对流层臭氧的产生。对新一代环保制冷剂的需求特点为：高的能效、ODP值为零、低的GWP及POCP值以及无毒不可燃等。项目在研制过程中综合各种因素，对比分析各种环保制冷剂，*终采用环戊烷作发泡剂， HC- 600a作制冷剂，研制的电冰箱不仅环保，而且能耗较少.

　　5降低漏热的措施5. 1改变箱体隔热层厚度增加箱体隔热层厚度，可以减少电冰箱漏热量，但是当隔热层厚度达到一定值时，随着有效容积的减小，能耗减小缓慢。对于以CFC- 11、HCFC- 141b及环戊烷等为发泡剂的电冰箱，其隔热效果随发泡层厚度增加而加强，*大可增至100mm。另外，箱体不同部位隔热层厚度分布亦应合理，根据电冰箱箱体内外温差和散热情况，决定电冰箱不同部位发泡层的相对厚度。如机械室斜板部位、底部等考虑到压缩机、副冷凝器散热及内侧为冷冻室，该处设计得较厚；箱体左右侧由于冷凝器散热影响，该处也设计得较厚；箱体背部由于吸回气管部件、R室蒸发器及排水管等均装于其中，因而发泡层应适当加厚。综合能效、成本和有效容积进行优化设计，项目研制电冰箱隔热层厚度分布如所示。

　　5. 2双重门封的应用

　　在电冰箱冷冻室设计 U ？型双重门封，**重门封外层是磁条和箱体壳紧密吸合，内层是气囊与内胆相挤合，阻断箱壳向外传热，使冷量不能外溢至门封处进行热交热。第二重门封减少了**重门封两侧的传热温差，进一步阻隔冷量的泄漏，减少门封漏热对冷冻室上层温度的影响。同时，保证门体与箱体的*佳配合间隙，*大限度地锁住冷气。

　　5. 3采用门一体发泡技术可使门内胆与门面板之间均匀充满聚氨酯发泡材料，既提高了门体隔热性能，省电节能，又可加强门内胆强度，防止门搁架储物过重导致门内胆变形，同时省去门衬板、螺钉及相应工序，且可适当减薄内胆厚度，有效降低产品成本。

　　5. 4复合绝热体设计先将真空隔热板用粘合剂固定在电冰箱外壳内壁，然后通过发泡方式使聚氨酯泡沫将隔热板全部覆盖，填满空隙，保护隔热板表面，并将所有的构件粘结在一起。在这种复合绝热体结构中，真空隔热板起主要隔热作用，而聚氨酯发泡材料主要起保护、加固作用。真空

　　隔热板与聚氨酯泡沫层的厚度比需根据真空隔热板加工、粉末选用类型、复合结构的机械强度以及电冰箱隔热层总厚度等因素确定。项目研制中采用真空隔热板厚20mm，分布及尺寸，而隔热层总厚度分布如所示。

　　项目研制电冰箱冷冻室、冷藏室采用不同隔热方式。由于冷冻室的绝热要求较高，采用真空隔热板与聚氨酯的复合绝热体结构，尺寸及分布见、。而冷藏室由于室内外温差相对较小，故仍采用聚氨酯绝热材料，尺寸见表3.压缩机部位由于尺寸太小，用两块真空隔热板太浪费，做成 L？形状成本又很高，因此该处

　　减少电冰箱箱体热负荷是研发节能电冰箱的重要环节。项目原机型采用聚氨酯绝热材料及复合绝热体设计漏热测试结果见。可以看出，采用复合绝热体后漏热减少12. 6%.而采用聚氨酯材料及复合绝热体能耗对比情况见，可以看出，采用复合绝热体后耗电降低11. 4%.6结论6. 1能耗依次累加试验结果通过优化换热器结构，设计高效制冷循环，使用HC- 600a高效压缩机，采用复合绝热体及双重门封设计等节能措施的实施，依次累加后的能耗示。

　　6. 2节能指标分别计算变温室不同设定温度条件下的耗电限定值，再根据计算能效指数及加级能效指数，尽而判定能效等级，如示。项目研制的节能电冰箱，其能效指数低于我国1级能效等级对应的能效指数，达23. 7% 28.6% ，与欧洲A + +能效等级对应的能效指数30相比，仍低5. 3 9. 3.6. 3回收期计算

　　4结论通过对不同井水进出口温差下对换热面积的匹配，从夏季工况和冬季工况两个方面研究其对系统运行特性的影响，定性、定量分析了地下水源热泵系统的运行特性。得到以下几点结论： （ 1）通过对冷凝器的匹配可以看出：在大的井水进出口温差下，由于井水流量减小导致换热量不足，造成冷凝压力升高和温度升高，机组效率下降，故冷凝器面积应该大于按照5井水进出口温差选择的冷凝器面积。（ 2）通过对蒸发器面积的匹配可以看出：夏季工况与常规工况相同，影响不大，冬季工况时，蒸发器面积对系统影响较小，当温差不是很大时，可以仍按照5井水进出口温差选择蒸发器面积；当进出水温差较大时，蒸发器面积应适当增大。（ 3）通过实验与分析可以看出，冷凝器的匹配对系统影响大于蒸发器。适当增大冷凝器面积即可提高机组性能有可避免在冬季工况时冷凝压力过高，保证机组稳定可靠的运行，因此冷凝器合理匹配具有更重要的意义。