冷柜门体与箱体配合间隙对能耗的影响

李恒国，户建波

（河南新飞电器有限公司，河南新乡 453002）

0 引言

文献[1-5]中多处介绍了节能技术：不外乎从两个方面着手，一是制冷系统优化，设计高效节能制冷回路、进行高效制冷、高效能量转换，合理的制冷循环形式，合适分配压缩机开停时间等；二是减少漏冷，有效地利用冷量，减少冷量损失，即提高利用率和改善绝热，加厚绝热层或使用真空绝热板，使用合适的门封结构及与箱体配合间隙最优化设计等。优化结构主要方法有：优化门封结构，比如增加门封气囊数，减低门封高度，采用门整体发泡技术，采用双门封等[2]；在设计门体与箱体配合时，在保证不干涉的条件下，门体与箱体之间形成挤压密封结构，使两者之间有很细长的最佳缝隙配合，最大限度地锁住冷气[6]。

本文通过研究冷柜门体与箱体之间配合间隙，来减少漏热，改善性能，降低耗电量。

制冷系统优化设计措施主要包括：

1) 对于蒸发器的优化设计，尽量加大蒸发面积布置，增大蒸发器换热面积可适当减小换热温差，提高蒸发温度；

2) 对于冷凝器优化设计，采用横管布局替代竖管，减少制冷剂在冷凝器末端处于高温高压液体状态，阻力增大，产生有害压降，使系统制冷量减少；

3) 对于回气换热优化设计，适当增加毛细管和回气管的换热长度，采用毛细管和回气管用锡焊、铝箔包扎增加其换热效果；

4) 对于毛细管流量优化设计，采用毛细管作为节流元件的制冷系统存在一个最佳的毛细管长度，偏离这个最佳的长度，制冷系统的效率将下降；

5) 对于优化防凝露管设计，在满足防凝露的前提下，尽量走在冷凝系统的末端，远离冷冻室箱口，有效降低冷冻室内外热交换，减小冷量损失；

6) 使用高效压缩机和环保制冷剂。

减少漏冷的措施主要包括：

1) 加厚箱体发泡层厚度；压缩机仓温度相对更高，箱体内外温差较大，发泡层厚度也要适当加厚；

2) 优化门封设计，降低门封高度，设计双重多气囊门封；

3) 应用发泡技术（如采用HFC-245fa发泡技术），降低导热系数；

4) 采用真空绝热技术，科学加厚绝热保温层，减小漏热量；

5) 保证门体与箱体的最佳配合间隙，最大限度地锁住冷气。

1 门体与箱体配合间隙对能效影响

1.1 实验设备及装置

实验所采用的实验设备及装置为：冰箱性能实验室、计算机温度采集及分析系统、M实验包、铜圆柱测温点、标准测温点等。

实验方法：将采用各种方法做好的样机置于冰箱性能实验室中，环境温度调整到需求的温度即25℃，在冷冻室布M实验包，冷藏室布铜圆柱测温点，在中梁、门封、排气管位置布标准测温点（见图一），将冷柜通上电源，调整温控器档位，保证冷冻室最热M实验包≤-18℃，冷藏室温度在国标规定的范围0℃～10℃，且连续工作24个小时并处于稳定状态，用计算机温度采集即分析系统记录稳定后连续工作的温度数据及曲线，计算出门体与箱体在有无配合间隙状态下的耗电量，并加以分析，确定门体与箱体的最佳配合间隙。

1.2 门体与箱体之间没有配合间隙

门体与箱体之间没有配合间隙时，冷柜箱内冷气直接与门封条相通，只有门封条气囊起到隔热的作用，在减少漏冷的措施中提到优化门封设计，降低门封高度，设计双重多气囊门封。

虽然冷柜的门封条大多设计为(3～5)个多气囊结构，由于门封条的截面厚度只有 0.3 mm ～ 0.5 mm，门封处的漏热约占电冰箱总热负荷的15%[6]，如果不考虑门体与箱体之间有配合间隙，冷气直接与门封条接触，这样冷气就会顺着门封条外漏（见图 2）。

1.3 门体与箱体之间设计配合间隙

减小门封条的厚度及使用暗藏式门封条结构设计，缩小门体与箱体的配合间隙，在冷柜运输、堆放、长期使用过程中，在保证门体与箱体不干涉的前提下，门体与箱体之间设计为挤压密封结构，使两者之间有细长的最佳配合间隙，最大限度地锁住冷气，减少冷气直接与门封条接触而造成漏冷，同时可减少外部热量直接通过门封条传入箱内，通过合理的门封条结构设计以及合理的配合间隙，可节约能耗（见图3）。

图1 实验包及测温点布点图

图2 门体与箱体之间没有配合间隙

图3 门体与箱体之间设计配合间隙

1.4 实验结果

以BCD-190H冷柜为例，通过门体与箱体之间有无配合间隙进行实验。本实验是在同一台冷柜、门封条结构以及门堵头结构不变的情况下进行的设计，箱体四周与空气接触的门堵头与箱体的配合间隙不变，这样门封条外表面温度受环境温度影响较大；如果从新设计门封条及门堵头，应减小门封高度，缩小门堵头与箱体的配合间隙，从而减少外部热量直接通过门封条传递到箱内，对降低能耗有更进一步的好处。

通过实验，门封外表面中间点平均温度为20.3℃，中梁平均温度为7.8℃，而没有配合间隙时门封外表面中间点平均温度为19.2℃，中梁平均温度为 7.5℃，温度分别升高了 1.1℃和 0.3℃。有配合间隙和没有配合间隙的耗电量分别为0.435 kWh/24h和 0.447 kWh/24h，耗电量降低了2.68%（见图4、图5和表1）。

中梁温度变化不大，主要是由于中梁部位外部的门体、门封结构没有发生变化，只是内部变化了配合间隙，中梁温度受环境温度影响较大而造成的变化不大。

图4 门体与箱体之间没有配合间隙温度变化曲线

图5 门体与箱体之间设计配合间隙温度变化曲线

表1 门体与箱体配合间隙平均温度变化表

1.5 实验分析

冷柜的总热负荷中通过门封的漏热占较大的比例，门封处的漏热约占电冰箱总热负荷的15%[6]，门封与箱内空气的换热主要通过导热和自然对流来实现。

没有配合间隙时，箱内冷气直接与门封条相通,门封内表面温度就是箱内温度，这样冷气就很容易通过门封条传递到箱外，加大了门封处的漏热。

设计配合间隙后，门内胆和箱面框之间的间隙变窄变长，增加了导热热阻，因此在这个有限空间内的自然对流换热减弱，箱内冷气往外传递减小，同时，环境温度通过门封条传递到箱内也增加了传导热阻，减少了漏热。

1.6 可靠性实验

在冷柜运输、堆码、长期使用过程中，为了保证门体与箱体之间不发生干涉，门体与箱体之间设计有门支撑条（见图6），材料采用可发性聚苯乙烯，密度不小于30 kg/m3或采用蜂窝纸板。经过运输、堆码实验，门封条会压缩1.5 mm ～ 2 mm，门体与箱体间隙会变小2 mm左右，因此，设计时要考虑变形余量，一般留设计余量4 mm ～ 5 mm，同时要考虑各厂家的门封条质量与硬度来留设计余量。

图6 门体与箱体之间增加支撑条

运输实验：1) 三级公路，堆放高度不得超过包装箱上所示最大堆码层数，数量不少于5台，按实际装车固定方式进行固定，行驶900 km以上；2) 或按正常发货运输装车，每个产品不少于5台，运输往返路程不少于2000 km（选择具有山区路线）。

堆码实验：在常温下冷柜按包装箱标称堆码层数进行堆放，时间为30天。

经过运输、堆码实验后，将冷柜门体与箱体之间的门支撑条去掉，用腻子放到门体与箱体之间的间隙内，放几个点，然后用手轻压门体，让门封条与箱面框接触，实验后的间隙不得小于 2 mm，给以后用户在使用过程中门封条继续变形留一定的余量。

2 结论

通过改进门体与箱体之间的配合间隙设计，可以降低整机冷柜的耗电量2%～3%；如果改进门封及门堵头设计，保证门体与箱体内外都有合理的配合间隙，这样能减少外部热量直接通过门封条传递到箱内，将进一步降低能耗。通过合理的门封条结构设计，可节能3%～5%左右。

[1] 叶闽平. 直冷冷柜节能技术研究[J]. 制冷, 2009(3):43-45.

[2] 蒋琳, 陈俊, 戴洪波. 冰箱节能技术的实例研究[J]. 家电科技, 2011(6): 60-61.

[3] 张献峰. 家用电冰箱超级节能技术研究[J]. 家电科技,2011(2): 76-78.

[4] 马剑. 冰箱的节能技术发展与应用[J]. 中国科技财富,2010(16): 175.

[5] 茅红伟, 倪继峰, 王琪, 等. 家用电冰箱节能技术研究[J]. 家电科技, 2004(2): 149-150.

[6] 赵先美. 一种节能经济型电冰箱的研究与开发[J]. 家电科技, 2003(7): 43-46.