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        超寬溫區(qū)冰箱的變溫室加熱可行性分析與探討

        2018-01-24 08:44:07劉宏宇尚殿波王冬祥胡海梅
        家電科技 2018年1期
        關鍵詞:溫區(qū)間室鋁箔

        劉宏宇 尚殿波 王冬祥 胡海梅

        合肥美菱股份有限公司 安徽合肥 230601

        1 引言

        隨著時代的發(fā)展,冰箱的功能逐步完善,帶變溫室的冰箱逐漸普及。變溫室更多是一種補充性的功能間室,可以大大增加用戶的使用性能[1]。市面上,冰箱變溫室的調(diào)節(jié)范圍大都在-18℃~10℃,基本滿足大多數(shù)食品的儲藏需求,但是對于紅酒和熱帶水果等食品,其最佳保存溫度為10℃~25℃,現(xiàn)有冰箱因保存溫度偏低,并不能滿足其儲藏需求。

        近年來,我國學者對儲藏溫度范圍更大的超寬溫區(qū)冰箱進行了研究。曹俊哲[2]等以一款BCD-273W三門風冷冰箱為研究載體,通過實驗分析了冷熱復合系統(tǒng)的可行性及設計思路,結果表明,應用冷熱復合系統(tǒng)的BCD-273W間室可實現(xiàn)-12.9℃到52.2℃、55.9℃到-9.8℃快速切換,52.2℃~55.9℃溫度區(qū)間持續(xù)43.3h,穩(wěn)定環(huán)境溫度下溫度穩(wěn)定性良好。姚南飛[3]在實用新型中提出,通過使用溫度傳感器、比較器和加熱模塊在冰箱冷藏膽內(nèi)設計了一個常溫室,提供了10℃~25℃的溫度范圍,豐富了冰箱冷藏膽的溫度范圍,滿足了多種食品不同儲存溫度的需要,提高了冰箱冷藏膽的食品保鮮能力。姚君[4]等在冰箱箱體的外側設置第一溫度傳感器,在箱體內(nèi)膽的外側設置加熱元件,由箱殼外的控制器控制加熱元件是否加熱箱體內(nèi)膽,實現(xiàn)了冰箱超寬幅變溫,增大了冰箱的溫區(qū)范圍。

        2 加熱方案介紹

        2.1 原理介紹

        冰箱變溫室加熱必然要使用到加熱裝置,因為鋼管加熱器、石英管加熱器等的表面加熱溫度均超過100℃,考慮到冰箱內(nèi)膽材質(zhì),采用了相對安全可靠的鋁箔加熱器。由于鋁箔加熱器的發(fā)熱量一般較小,相對于鋼管加熱器、鋁合金加熱器等發(fā)熱元件,鋁箔加熱器的表面溫度可以控制在60℃以下,對于冰箱變溫室內(nèi)襯而言,更具有安全性。

        鋁箔加熱器貼附在變溫室內(nèi)襯外側的表面上,形成一種上下包裹結構,鋁箔加熱器通電后發(fā)熱,熱量通過變溫室內(nèi)襯傳遞到變溫間室內(nèi),達到給變溫室加熱的目的。

        在冰箱的變溫室間室內(nèi)設置有兩個溫度傳感器,其一為變溫室溫度傳感器,反應變溫室內(nèi)空氣溫度,此傳感器應遠離有鋁箔加熱器的一面,防止受到加熱絲溫度干擾;其二為加熱器溫度傳感器,此傳感器的位置貼近加熱絲,用以反應鋁箔加熱器的實際溫度。

        2.2 加熱控制方法簡述

        冰箱內(nèi)襯采用高光HIPS材料,其熱變形溫度為80℃,使用了控制器,控制鋁箔加熱器的開關,避免間室內(nèi)部溫度與鋁箔加熱器溫度的溫差過大,導致箱體內(nèi)襯老化、開裂等問題,當加熱器傳感器的溫度到達58℃時,停止加熱,可以有效地防止內(nèi)襯被加熱到60℃以上,起到保護內(nèi)襯的作用。

        加熱器開啟加熱模式分為三段:快速加熱段、恒溫加熱段和保溫加熱段。加熱器首次開啟對冷間室進行加熱時,首先進入快速加熱段,此段采用溫差加熱法,即當加熱器開啟加熱時,當加熱器溫度高于間室內(nèi)空氣溫度30℃時,加熱器停止加熱,避免間室內(nèi)部溫度與鋁箔加熱器溫度的溫差過大,導致內(nèi)襯因應力開裂的問題,當加熱器溫度與間室內(nèi)溫度溫差降至25℃時,再次開啟加熱器。

        當加熱器溫度第一次到達58℃時,進入恒溫加熱段,保持加熱器在較小溫度變化范圍內(nèi)進行加熱,加熱器的開停只根據(jù)加熱器溫度而定,當加熱器溫度為58℃時停止加熱,當加熱器溫度低于55℃時,開啟加熱。

        當間室溫度達到用戶的設定溫度時,進入保溫加熱段,維持間室內(nèi)溫度在設定范圍內(nèi)合理波動。

        3 試驗結果

        3.1 樣機試驗

        根據(jù)上述理論,在BCD-271W載體上制作超寬溫區(qū)冰箱。如圖2,鋁箔加熱器貼附于變溫室內(nèi)襯外側的上表面和下表面,之后冰箱正常完成組裝、發(fā)泡等工序。

        將樣機放置在環(huán)境溫度25℃的實驗室內(nèi),在變溫室的上層抽屜和下層抽屜中心位置布置了兩個熱電偶,冷藏室設定5℃,冷凍室設定-18℃,變溫室設定-12℃,穩(wěn)定運行24小時。此時設定變溫室加熱溫度45℃,變溫室此時停止制冷,加熱器按上述控制方法開始工作。

        從圖3中可以看出,在快速加熱段,從平均溫度-12℃加熱到45℃耗時42分鐘,溫差控制在最大30℃,加熱速度較為平穩(wěn);在恒溫加熱段,溫度波動小于5℃,且內(nèi)襯溫度控制在了60℃以內(nèi),對于冰箱而言具有很好的安全性;在保溫加熱段,可以維持在45℃左右內(nèi)波動,波動范圍不超過3℃,穩(wěn)定性良好。

        3.2 仿真模擬

        使用仿真軟件對冰箱變溫室進行建模并加載加熱溫度,分別截取快速加熱段和保溫加熱段的瞬時溫度場分布圖形。

        圖4所示為快速加熱段時,間室內(nèi)平均溫度達到30℃時的溫度場分布圖,冰箱變溫室內(nèi)襯溫度在50℃左右,由于熱空氣上浮的作用,變溫室上部溫度略高于下部溫度,間室內(nèi)部空氣溫度最大溫差在5℃左右,均溫性較好。

        圖5所示為保溫加熱段時,間室內(nèi)溫度達到平衡時的溫度場分布,變溫室內(nèi)襯溫度在50℃左右,間室內(nèi)整體溫度趨于均勻,最大溫差在3℃左右。仿真結果與實際試驗的測試結果基本相符。

        圖1 鋁箔加熱器安裝示意圖

        圖2 安裝有鋁箔加熱器的變溫室內(nèi)襯

        圖3 樣機試驗曲線

        圖4 快速加熱段溫度場分布圖

        圖5 保溫加熱段溫度場分布圖

        4 結論

        通過CFD仿真以及樣機試驗摸底,驗證了超寬溫區(qū)冰箱的間室加熱的可行性,加熱過程分為快速加熱段、恒溫加熱段和保溫加熱段,因為鋁箔加熱器的表面加熱溫度較低,很好的保護了冰箱的內(nèi)襯,防止冰箱內(nèi)襯材料發(fā)生開裂、老化等問題。

        通過試驗表明使用鋁箔加熱器對變溫室進行加熱時,變溫室內(nèi)空氣溫度均勻性好、溫差小、穩(wěn)定性較優(yōu),驗證了超寬溫區(qū)冰箱的間室加熱可行性,具備-18℃至45℃之間調(diào)溫的條件。如果冰箱內(nèi)襯采用不銹鋼等耐溫耐熱材質(zhì),變溫室內(nèi)空氣可以加熱到更高溫度。

        [1] 賈守濤,黃永壽,劉雷等.冰箱溫度跨溫區(qū)調(diào)整的控制[J].日用電器.2015.39(12):39-41.

        [2] 曹俊哲,王雙,許明.冷熱復合系統(tǒng)在風冷冰箱中的可行性實驗研究[A].2016年中國家用電器技術大會論文集[C].2016.

        [3] 姚南飛.冰箱冷藏膽及冰箱[P].中國專利:205897654,2017-01-18.

        [4] 姚君,耿秀華.冰箱箱體及冰箱[P].中國專利:204478621,2015-07-15.

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