杨春华
海信容声（广东）冰箱有限公司
摘要:随着科学技术的不断发展与进步，人们的生活水平也得到了相应的提升，电冰箱已然成为了日常生活必不可少的电器之一，电冰箱具有较高的能耗状况，所以在电冰箱普及使用的时代背景下，节能降耗是电冰箱在研发过程中的首要课题，而制冷系统就是电冰箱节能降耗的关键所在，文章针对如何进行电冰箱制冷系统优化设计提出以下几点观点，以供参考。
关键词:电冰箱；制冷系统；优化
在新时代科学技术的发展下，电冰箱的使用在家家户户已经普及，然而电冰箱具有高能耗的特性，大量使用电冰箱会使21世纪的能源危机持续加重，制冷系统是电冰箱能源消耗的根源所在，由此可见，在不断提升客户使用感受的同时，将电冰箱的制冷系统进行优化，是当下亟待解决的社会问题，节能降耗对未来经济及环境的发展具有重要意义。
一、部分类型的冰箱制冷功能在运行中存在的不足
在科技快速发展和普及的现代社会，电冰箱的广泛使用不仅造福了广大人民群众，也彰显出了我国强大的综合国力，然而在电冰箱的使用过程中还是存在许多不足之处，2017年新国标GB/T8059-2016的实施，对电冰箱的制冷功能和能源消耗指标都提出了新的要求，国家标准(GB/T8059-2016）对其制冷性能的要求为以下几点：储藏温度、制冰能力、耗电量、化霜性能、冷冻能力及负载温度回升时间[[]]。对直冷式冷藏冷冻箱,冷冻室蒸发器为搁架式钢丝盘管结构，冷藏室蒸发器是铝板热压粘铝管结构，冷藏室蒸发器回气管由压缩机仓上开孔，返回压缩机的制冷剂经压缩机压缩后，从压缩机排出，排气经过冷凝器冷却后，经过毛细管进入冷冻室和冷藏室蒸发器，再由冷藏室回气管直接返回压缩机，在此运行过程中，制冷功能普遍存在以下几点问题，第一，制冷系统在运行过程中明显有结霜的现象，这样对电量的消耗会增大；第二，电冰箱在稳定运行的情况下噪音较大；第三，冷藏室的温度在稳定使用的情况下分布不均匀，上下层温度差别较大；第四，制冷系统在运行过程中容易出现不稳定的情况。综合上述表现，直冷冰箱在能耗电和使用上的明显短板，但其结构简单，造价低适合普及，随着用户对冰箱的要求越来越高，无霜风冷冰箱得到了市场充分认可，目前主流市场由直冷冰箱转向无霜冰箱。
二、蒸发器的优化设计
制冷剂在制冷循环中过低的蒸发压力会使单位制冷量和制冷系数减小，由于传热温度不断加大，箱体的热负荷也会随之增加，从而引起能源消耗增多，在保持冰箱各间室温度一定的情况下，尽可能将蒸发压力提高，即使蒸发器与箱内的温度差距降低，据相关文献介绍，提高蒸发温度对提升电冰箱能效有着至关重要的作用，运用大内径蒸发管使阻力得以减小，同时增大蒸发器传热面积以保障箱内所需冷量充足，进而让蒸发温度能有效提高。在对蒸发器进行优化设计的同时，应当科学合理的调节冷藏、冷冻蒸发面积，将其控制在最佳点，如果蒸发面积过大，制冷剂的充注量也会随之加大，只有这样蒸发器的出口温度才能保障在正常温度范围内，而制冷剂的加大使用必然会使耗功量增加，另外，对整个系统也会产生相应的影响，以增大蒸发面积来提高蒸发温度，压缩机排量不仅增加，还会造成毛细管中流动阻力增强，进而使蒸发温度降低，与此同时，冷凝器的散热能力也限制了系统的制冷功能。除此之外，受到使用空间和安装空间的限制，还有设计成本与销售影响，蒸发面积不能过大也不能过小，应控制在最佳范围。所以在项目的研发过程中，应以以下几点为主要方向，第一，尽量将冷藏、冷冻两个蒸发器的面积比差值减小，在总面积固定的情况下加大冷藏室蒸发器的面积，以此加快冷藏室在单独制冷时的速度，或者在冷藏室达到设定温度的情况下自行关闭，保证在低温或高温的环境下具有最佳的开停比，以此保证在特定环境温度（国际上规定32/16℃为能耗测试条件）下耗电量最小；第二，致力研发高效蒸发器；第三，将蒸发器位置及制冷剂走向进行科学安排；第四，合理的在相等的外部安装位置不变的情况下，对于丝管冷冻蒸发器考虑加密钢丝布局；对于板管冷藏蒸发器在管路内容积不变的情况下，考虑增大铝板面积，将铝管压得更扁。第五，将理论与试验联合，使蒸发器与冷凝器的传热面积得到正确匹配，由此减小冰箱工作系数达到节能目的。
三、冷凝器的优化设计
冷凝压力太高也会引起制冷量减小、耗功增加，因而导致制冷系数减小，与此同时传热温差增大，导致箱体热负荷指数上升，能耗也会随之增加。根据相关文献介绍，箱外环境温度一定的情况下，将冷凝器与箱外环境的换热温差减小，并在此基础上适当增加冷凝面积，这样不仅可以降低排气压力，还能提高深冷程度，有利于减小系统能耗、提升制冷系数[[]]。在优化冷凝器的设计中除了要适当的增大冷凝面积以外，还需考虑以下几点，第一，采用D型截面的丝管式冷凝器，D型面与冰箱侧板接触比传统的圆管式线接触在面积上有所增加，丝管式冷凝器本身散热效果极佳，制冷循环效率就会相对提高，能耗因此减小。第二，外挂式冷凝器虽然不够美观，但其散热效果相较于内藏式冷凝器要好很多，有利于降低冷凝温度和过冷温度，从而达到节能降耗的目的。第三，可采用微通道冷凝器外加低功率直流风扇，进行强制散热，散热效果极好，对冰箱节能起到很大的作用，一般超级节能冰箱采用。第四，防露管节能设计，在电冰箱系统中制冷剂蒸汽的冷却、冷凝及再冷三个过程分别对应的设备是，副冷凝器、主冷凝器及门边防露管，不同厂家在生产时对这三部分的设计及管路布置走向各有不同，而这对系统能耗有着直接的影响，在管路设置时尽量使防露管远离箱体内腔，可以有效减小热量向箱内传播，实现节能的目的[[]]。
四、毛细管优化设计
毛细管的流量控制，对制冷系统起到非常重要的影响，尤其是直冷冰箱。 当流量过大时，可能冰箱达不到要求的温度，反之，流量过小，则出现流量不足，制冷速度慢。另外，在冰箱系统中，毛细管与回气管通过铝箔包裹在一起，作为简易的回热装置，毛细管长度也要有一定的要求，太短回热效率差，且回气管出箱部分会出现结霜现象，太长成本增加明显，且太长回热效果逐步下降。最佳的毛细管流量和足够的回热长度，对冰箱的节能起着非常重要的作用。一般厂家会有初始经验长度和流量值的基准毛细管，再通过理论与实验相结合进行多种规格的毛细管进行实际测试比较确认。找到即可满足储温要求，又能满足能耗电最低的最佳流量值与长度，当长度范围和流量值确定，则毛细管确定。
五、冷冻及变温技术设计
冰箱箱内温度过低会直接影响能耗，箱内环境温度过低会使传热温差增大，且降低了制冷系统的循环效率，可能会导致压缩机开机时间延长，从而使能耗增加。部分生产厂家在电冰箱设计中一味追求创意，制造一些没必要的功能，反而使其成为电冰箱节能降耗的阻碍，因此，在符合消费者需求的同时，又要让电冰箱达到节能降耗的目的，冷冻及变温设计就显得极为重要了。在电冰箱的设计结构当中，由上至下可分为冷藏室、变温室、冷冻室，各间室均具备独立的蒸发器，变温室蒸发器合理设计，使之可以成为冷藏室、软冷冻室使用。将冷冻室的一部分空间转移至变温室，温度最低的冷冻室空间减少，而分出来的变温室温度得到提高，极大的降低耗电，同时还能丰富产品功能。
使用时通过设置在变温室和冷藏室的温度传感器将温度信号传送到电冰箱的控制装置中，控制装置根据温度设定值对双稳态电磁阀的通路实现切换。整个系统包括两个制冷回路，变温制冷回路和冷藏制冷回路。在变温制冷回路中，变温毛细管经过变温蒸发器后与冷冻蒸发器进行串联；在冷藏制冷回路中，冷藏毛细管经过冷藏蒸发器后与冷冻蒸发器进行串联；变温回路与冷藏回路并联设计，由电磁阀选择切换哪个回路进行制冷，每个回路制冷同时都会串联冷冻蒸发器，使冷冻室一直处于制冷状态，变温回路与冷藏回路进行并联设计，避免冷藏室与变温室的制冷需求不同步时，都可满足两间室的设定温度，不会出现严重过冷或过热的现象。整个系统的串并联设计，在满足温度要求的同时，两个回路同时串联冷冻制冷，进一步实现了耗电的下降。
结束语
在科学技术不断发展的进程中，电冰箱的使用范围愈加广泛，同时节能减排的社会问题也逐步增加，通过优化电冰箱的蒸发器、冷凝器、选配更佳的毛细管及配置冷冻及变温技术，可以改善电冰箱在使用过程中带来的能源消耗问题，使电冰箱在满足社会多样化需求的情况下，还能实现节能降耗，为实现环境的可持续发展尽一份绵薄之力。
参考文献
[1] 马迪, 毕海波, 朱莉. 通过间歇化霜控制对无霜冰箱制冷系统的优化[J]. 家电科技, 2019, 000(001):68-69.
[2] 韦刚, 祝家付, 刘殿,等. 浅析风冷冰箱防凝露系统优化设计[J]. 日用电器, 2020, No.173(05):71-74.
[3] 黄鑫风, 刘楚芸, 赵明峰,等. 冰箱制冷系统性能优化[J]. 流体机械, 2004(02):54-55+53.