风冷冰箱外部防凝露机理及优化方法研究——上

2019-10-08 18:23

长虹美菱股份有限公司魏邦福崔培培

引言

冰箱外部凝露问题属于消费者关注度较高的问题之一。冰箱箱内温度远低于箱外温度，箱体内的冷量通过绝热层和门封条向箱体外扩散，故箱体的表面、门体的表面温度较低，遇到高温、高湿的气体就会凝结成露，在冰箱外表面产生凝露现象。

近年来冰箱市场向风冷多门方向发展趋势明显，从传热学角度分析，箱内由直冷自然对流转换为风冷强制循环后，其内部风循环的增强将削弱箱体保温和门封保温密封效果，增加外部凝露的风险。

本文以十字对开多门风冷冰箱为载体，从冰箱凝露部位的凝露机理入手，设计试验方案组合验证，通过改善载体制冷系统、保温系统、结构配合和风循环控制规则，选取工艺易实现的组合方案，解决载体冰箱外部凝露问题，提升风冷多门冰箱产品防凝露能力。

外部凝露试验

根据国标GB/T 8059-2016 《家用和类似用途制冷器具》要求，气候类型为ST和T型的冰箱产品，需满足在环境温度32℃，相对湿度75%条件下的凝露要求。随着近几年产品品质要求提升，市场上有竞争力的冰箱企业根据用户需求，均陆续采用高于GB/T 8059国家标准的外部凝露标准要求。

2.1 试验方法

2.1.1 试验条件

环境条件：环境温度32℃，相对湿度85%（温度许可范围±0.5℃；相对湿度偏差±3%）；试验电压/频率：额定电压±1%，额定频率±1%。

2.1.2 冰箱状态

（1）冰箱放置

a.冰箱按GB/T 8059-2016要求放置在试验台上，箱的搁架、抽屉等按照正常使用状态放置；

b.压缩机后盖板安装到位，冰箱后背间隙50mm。

（2）布置热电偶

a.每个间室1/2高度处布置一个铜质圆柱（冷冻室空载）；

b.中间横梁的左、右两侧各布置一个热电偶；

c.竖梁的上、下两侧各布置热电偶（距离两端10cm）；

d.冷冻门上端盖中心位置布置一个热电偶。

（3）上电运行

a.温控器设置在冰箱有正常开停机情况下的最冷档；

b.温控器档位设置应同时保证冷藏室的平均温度不低于0℃。

（4）运行时间

冰箱处于稳定状态后，运行24小时，检查箱体、门体外部、中梁、转梁、竖梁和门封条的凝露状态。

2.1.3 判定基准

各布温点在稳定状态下的运行周期内，平均温度不低于露点温度（29℃）0.5℃以上，且外表面凝露情况按表1判断。

2.2 试验载体

本文选取的一款十字对开冷藏冷冻箱BCD-451W，箱体通过横梁分为上下两部分，上部为冷藏室，温度范围2℃～8℃，两冷藏门通过翻转梁连接，下部为冷冻室，温度范围-16℃～-24℃，下部冷冻室通过竖梁分为左右两个冷冻室。横梁为整体发泡保温，竖梁采用EPS泡沫材料进行隔热。

2.3 试验结果

依据上文2.1章节外部凝露试验方法，对载体BCD-451W进行外部凝露测试，稳定运行24h后观察，凝露点主要集中在：

（1）两冷冻门竖饰条和把手内均有大片流水级凝露，根据等级划分为5级凝露，不合格；

（2）两冷冻门竖门封有较大珠状凝露，根据等级划分为5级凝露，不合格；

图1 BCD-451W十字对开冰箱外部凝露测试结果

载体冰箱原型机外部凝露情况如图1所示，载体BCD-451W冰箱各关键点运行平均温度情况见表2。

外部凝露机理分析

3.1 外部凝露校核

根据冰箱外部防凝露设计要求，首先对其外表面温度tw进行校核，核算部位的表面温度tw必须高于露点温度td，表面最低温度tw＞td+C（安全温度系数），如表3，设计凝露安全系数对应不同数值的凝露风险表。

表面温度tw按以下公式进行核算：

式中：

tw—箱体外表面温度，单位为℃；

tl—箱外空气温度，单位为℃；

t2—箱内空气温度，单位为℃；

ao—箱外空气对箱体外表面的表面传热系数，单位为W/(m2•K)，箱外自然对流，试验环境风速为v=0.1～0.15m/s时，ao取3～11W/(m2•K)；

ai—箱内空气对箱体内表面的表面传热系数，单位为W/(m2•K)，箱内为强制对流，ai取11～23W/(m2•K)；

k—传热系数，单位为W/(m2•K)；

δ—保温厚度，单位为m；

λ—保温材料导热系数，单位为W/m•℃。

3.2 门盖板凝露机理分析

如图2载体冰箱门体与箱体装配结构示意图，根据上文2.3章节试验结果，外部凝露集中在门把手和门盖板处。

图2 冰箱门装配结构示意图

冰箱门胆和箱胆通过门封吸合形成保温密封空间，两个箱胆之间通过竖梁连接。冰箱箱体内部冷空气直接作用于竖梁，在竖梁表面容易产生凝露，为了防止凝露均是在箱体内胆法兰槽内增设防凝管，借助制冷系统冷凝段的散热提高中梁表面温度。

由于两个箱胆之间的竖梁存在防凝管热源，针对门盖板外部凝露传热分析，其传热方式为箱体内冷量沿x方向经门封传递至梁和门体盖板表面，竖梁上制冷系统冷凝热一部分经门封向箱内、另一部分沿门体盖板向外侧（y方向）传递。加之门体盖板通常为非金属材料，导热性能较差，两门体之间空间相对较为窄小，通风不好，空气流通不良，门盖板面上与外界的对流换热受阻，此处容易集结高温、高湿的空气，易在此表面产生凝露。

3.3 门把手凝露机理分析

门把手处箱内冷气作用于其门体内部，同时门把手与门盖板相连，受门盖板与门体发泡层厚度δ两方面影响。一方面核算门把手处发泡层厚度，如表4，仅考虑发泡层厚度，门把手表面温度核算参数及结果。根据把手表面温度核算结果，ao箱外空气对箱体外表面的表面传热系数，试验环境风速为v=0.1～0.15m/s时，ao取3～11W/(m2•K)。由于把手深度较大，两门间距相对狭小，对流换热强度较弱，根据核算结果把手表面温度tw低于环境对应露点温度td（tw≤td）。