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。（專利號：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钪械牡匚灰苍絹碓街匾?。目前，主流的電冰箱都是通過箱體內(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圍環(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圍空氣溫度tf的制約，若電冰箱放置在狹小空間內(nèi)，因通風(fēng)不良，進(jìn)而使周圍空氣溫度逐步上升，特別是在夏季室內(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)，也會造成箱體發(fā)泡層過早老化、收縮，進(jìn)而影響保溫效果?；谏鲜鰡栴}而開發(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)定溫度值后開始啟動水泵將集水箱中的水輸送到電冰箱頂部的儲水箱中，儲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，部分水分在流動過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，并通過水泵再次將水輸送到儲水箱中循環(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。在穩(wěn)定性方面，常規(guī)的對流散熱形式，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。

在單級蒸氣壓縮式理論制冷循環(huán)的壓焓圖（圖2）中，2-3的過程為等壓冷凝的過程，其焓值分別為h2、h3，4-1為等壓蒸發(fā)的過程，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)條件沒有變化的情況下，h2的大小對制冷系數(shù)的影響最大，當(dāng)冷凝溫度下降時(shí)，其所對應(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，人們對冰箱的要求已超出單純制冷的功能，對節(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 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004