李偉 李小紅 王一鳴 高志謙 逯兆棟

1.美的冰箱事業(yè)部 安徽合肥 230601；2.河南新科隆電器有限公司 河南新鄉(xiāng) 453002

1 引言

現(xiàn)階段，冰箱已經(jīng)是用戶家中不可或缺的電器之一，給用戶的烹飪和休閑生活帶來了很大便利。除了滿足人們?nèi)粘?duì)食品保鮮儲(chǔ)存和快速冷卻的功能外，冰箱還附帶了越來越多的屬性不斷滿足人們更多的需求，如制冰、干濕分儲(chǔ)、解凍等等，但究其根本，其最主要的功能還是制冷并保存食物。目前市場(chǎng)上冰箱的制冷類型多種多樣，如蒸氣壓縮制冷、半導(dǎo)體制冷、磁制冷、相變儲(chǔ)冷類等，但超過90%以上的冰箱制冷類型還是采用蒸汽壓縮式的制冷系統(tǒng)。其主要的4個(gè)工作流程：壓縮、冷凝、節(jié)流和蒸發(fā)，分別由冰箱內(nèi)的壓縮機(jī)、冷凝器、毛細(xì)管和蒸發(fā)器4個(gè)部件輔助來實(shí)現(xiàn)，達(dá)到持續(xù)輸出冷量對(duì)物品進(jìn)行冷卻的目的。其中蒸發(fā)器是整個(gè)制冷系統(tǒng)中承載制冷劑和間室進(jìn)行換熱的媒介。

2 冰箱用蒸發(fā)器

縱觀冰箱的發(fā)展歷程，從換熱類型角度來看，基本是沿著直冷到風(fēng)冷的路線發(fā)展。直冷的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單，故障率少，相對(duì)于風(fēng)冷保濕較好；但不足在于間室溫度均勻性比風(fēng)冷差，且需要人為干預(yù)才能進(jìn)行化霜。而風(fēng)冷的優(yōu)點(diǎn)在于可以經(jīng)由送風(fēng)較容易地實(shí)現(xiàn)多溫區(qū)，間室的溫度均勻性控制較好，除霜也可以自動(dòng)控制；但不足之處也很明顯，冰箱的開放空間容易風(fēng)干，盡管現(xiàn)階段冰箱也有各種保濕手段，但大多不外乎是制造密封空間，避免送風(fēng)直接吹掃或采用輔助加濕的方式；另外風(fēng)冷的輔助制冷部件較多，故障率也大大增加。雖然現(xiàn)在已有結(jié)合兩者優(yōu)勢(shì)的風(fēng)直冷冰箱，但種類和數(shù)量還較少，可以預(yù)測(cè)在今后一定時(shí)間內(nèi)，市場(chǎng)主流還是向風(fēng)冷冰箱發(fā)展。與之對(duì)應(yīng)，冰箱蒸發(fā)器從早期的光管纏膽、板管貼敷、吹脹板、絲管，發(fā)展到現(xiàn)在的管翅式，在滿足其功能要求的基礎(chǔ)上，蒸發(fā)器始終遵循的發(fā)展邏輯就是：成本低廉、質(zhì)量可靠、換熱優(yōu)良。

對(duì)于風(fēng)冷冰箱蒸發(fā)器類型，雖然一直有一些新類型換熱器在研究，如微通道[1]、熱管等，但都還因?yàn)榇嬖诓糠謫栴}（結(jié)霜、化霜等）未達(dá)到可應(yīng)用階段，所以現(xiàn)階段主要還是以管翅式為代表?？紤]到冰箱的運(yùn)行工況，冷凍間室制冷到-18℃，穩(wěn)定后的蒸發(fā)器工作溫度一般在-23℃左右，此工況下，間室空氣中含有的水分在循環(huán)過程中極易凝結(jié)到蒸發(fā)器、間室、風(fēng)道的表面。所以冰箱的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，除了滿足功能結(jié)構(gòu)需要外，這些表面都要求盡量平整光滑，以便結(jié)霜和化霜時(shí)融霜水可以順暢地排走，避免堆積引起的各種不良情況。因此，冰箱管翅式蒸發(fā)器的翅片一般都設(shè)計(jì)為光滑平片類型，雖然平片對(duì)換熱而言不是最佳方案，但綜合考慮性能和使用可靠性，卻是現(xiàn)階段比較好的選擇。

現(xiàn)有冰箱管翅式蒸發(fā)器常用的類型為斜排（如圖1右）和直排（如圖1中）。對(duì)比兩者的優(yōu)缺點(diǎn)：斜排的制作工藝較為簡(jiǎn)單，翅片面積大，排水較為順暢，相同高度尺寸內(nèi)排布的換熱管排數(shù)相比直排多，管路中間無焊接點(diǎn)，可靠性較高；而它的不足在于管翅之間的接觸非全包形式，兩者之間的換熱有一定損失。相較而言，直排的管翅接觸換熱較好，但不足在于制作工藝相對(duì)復(fù)雜，且管排列數(shù)大于2列時(shí)，中間至少有1個(gè)連接焊點(diǎn)，密封可靠性降低；另外和斜排相比，相同管排數(shù)占用高度尺寸更大。

基于以上兩種管翅式蒸發(fā)器類型的優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)，還設(shè)計(jì)出了一種斜脹類型的管翅蒸發(fā)器（如圖1左）。其采用類似斜排的縱向管排傾斜方式，減小高度方向上管排占用尺寸，同時(shí)采用類似直排管翅之間為全包形式，用于提升兩者接觸換熱。

圖1 斜脹（左）/直排（中）/斜排（右）管翅式蒸發(fā)器

此外，近年來參考空調(diào)行業(yè)換熱器對(duì)管徑逐漸減小的研究[2,3]，各大冰箱換熱器生產(chǎn)廠家也推出了小管徑換熱器，相較于現(xiàn)階段普遍采用的8 mm管蒸發(fā)器，將管徑減小到6.35 mm。雖然現(xiàn)在冰箱廠家大批量的應(yīng)用還較少，但如果在性能上可以匹配合格，考慮到充注量和材料的減少的優(yōu)勢(shì)，在后續(xù)會(huì)有很大的應(yīng)用前景。

同時(shí)，在國外市場(chǎng)上，還有一種螺旋針刺式的蒸發(fā)器在使用，其結(jié)構(gòu)是在管上螺旋纏繞毛刷狀針型翅片，因環(huán)繞的異型毛刷狀翅片有很強(qiáng)的擾動(dòng)性，從而換熱效率相比片狀翅片更高，但相對(duì)這種類型的翅片也更容易結(jié)霜，還需要根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行評(píng)估。

綜上，現(xiàn)有冰箱管翅式蒸發(fā)器種類較多，且上述類型的管翅式蒸發(fā)器都在被設(shè)計(jì)人員使用，但現(xiàn)階段基本就是憑借工程師各自經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣選用，究竟孰優(yōu)孰劣暫時(shí)都沒有人能準(zhǔn)確的回答?；诖耍疚膶?duì)現(xiàn)階段國內(nèi)冰箱市場(chǎng)上在使用和有一定應(yīng)用前景的管翅式蒸發(fā)器進(jìn)行比較，從工藝、成本、性能（單體仿真單體換熱量測(cè)試和整機(jī)測(cè)試）、使用可靠性方面，分析各個(gè)類型蒸發(fā)器的特點(diǎn)，以及在現(xiàn)階段應(yīng)用還存在的問題，給出驗(yàn)證后的結(jié)論，為后續(xù)冰箱蒸發(fā)器的選型應(yīng)用提供參考。

3 蒸發(fā)器應(yīng)用對(duì)比

3.1 方案設(shè)計(jì)

基于上述冰箱行業(yè)內(nèi)在用管翅式蒸發(fā)器的類型，本文選取斜排、直排、斜脹和小管徑四種類型的蒸發(fā)器進(jìn)行對(duì)比。所選的四種蒸發(fā)器方案分別基于我司一款351 L風(fēng)冷冷藏箱和一款241 L風(fēng)冷冷凍箱進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證。同時(shí)，為了在相同管徑下對(duì)不同類型蒸發(fā)器進(jìn)行對(duì)比，對(duì)小管徑方案除了直排方案外，增加斜脹方案同步進(jìn)行對(duì)比，共計(jì)五種方案，具體設(shè)計(jì)參數(shù)如圖2、表1所示。

表1 兩個(gè)型號(hào)五種方案設(shè)計(jì)參數(shù)

圖2 兩個(gè)型號(hào)五種方案圖示（上方為型號(hào)BC351，下方為型號(hào)BD241）

方案設(shè)計(jì)時(shí)為了減小干擾因素，在保證安裝的同時(shí)，所設(shè)計(jì)的各個(gè)類型蒸發(fā)器方案外形尺寸相近，要求寬度、厚度尺寸相同，高度尺寸可做部分調(diào)整。其中型號(hào)BC351因蒸發(fā)器縱向僅有6排管，主體部分高度114.3 mm，為保證足夠的除濕能力，要求在后續(xù)方案設(shè)計(jì)中，高度相差在±5 mm以內(nèi)；型號(hào)BD240蒸發(fā)器縱向有16排管，主體部分高度480 mm，因原機(jī)為直排，每排管之間的距離為30 mm，而考慮到現(xiàn)有行業(yè)內(nèi)斜排、斜脹類型模具，每排管之間的尺寸相比直排減小。因此在設(shè)計(jì)方案時(shí)，如果為了保證高度接近原機(jī)尺寸勢(shì)必會(huì)增加較多的管排數(shù)，相應(yīng)管材成本增加較多，故此型號(hào)在后續(xù)設(shè)計(jì)方案中允許減小主體部分高度，但減小高度尺寸不大于30%。此外，在樣件制作時(shí)，所設(shè)計(jì)的方案均是和蒸發(fā)器制作廠家溝通，均有現(xiàn)成模具可以加工制作，且已在市場(chǎng)上使用。同時(shí)，為了避免不同工藝影響性能，所有方案中，對(duì)性能有影響的脹管工藝相同，且均使用同一臺(tái)制造設(shè)備制作，進(jìn)一步減小誤差。

3.2 工藝對(duì)比

因本文設(shè)計(jì)的五種方案實(shí)際工藝步驟不受管徑影響，故僅需對(duì)比斜脹、直排和斜排的工藝即可，具體工藝如圖3所示。為了直觀對(duì)比，工藝是基于三種類型蒸發(fā)器相同的管排數(shù)和包接管排布。工藝流程中虛線框處沒有實(shí)際工藝步驟，后道相同的工藝在底部用線框標(biāo)明。

圖3 斜脹/直排/斜排管翅式蒸發(fā)器加工工藝對(duì)比

通過對(duì)比，從工藝步驟數(shù)量上，斜脹類型管翅式蒸發(fā)器的工藝步驟最多，直排類型次之，斜排最少；在工藝的難易程度方面，斜排類型是校直、下料和彎管一道成型，且先管路成型再整體脹管的方式，相比直排、斜脹更加簡(jiǎn)單，但對(duì)加工設(shè)備的依賴程度較高；而考慮現(xiàn)階段的工藝成熟度，直排、斜排類型的成熟度和自動(dòng)化程度較高，而斜脹類型因?yàn)槌崞姆菍?duì)稱性，在排片工藝步驟處相比較復(fù)雜，后續(xù)還需要對(duì)設(shè)備和工藝?yán)^續(xù)進(jìn)行優(yōu)化。

另外，對(duì)于較小管徑的管翅式蒸發(fā)器，雖然管徑減小后和現(xiàn)有工藝步驟相同，但部分工藝如彎管、脹管的難度會(huì)有一定程度提升，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的加工效率有一定影響。

3.3 成本對(duì)比

在成本方面，為了直觀對(duì)比，本文僅對(duì)比每種方案差異部分的成本變化。對(duì)比項(xiàng)包括因不同類型蒸發(fā)器方案使用材料不同、制作工藝不同引起的差異項(xiàng)，其余未計(jì)入。各方案差異成本對(duì)比如表2所示。

表2 兩個(gè)型號(hào)五種方案差異成本對(duì)比

經(jīng)對(duì)比，差異材料成本方面：對(duì)于同一管徑蒸發(fā)器，對(duì)比型號(hào)BC351的方案一、方案二和方案三，材料差異成本直接和管排數(shù)的多少成正比；進(jìn)一步對(duì)比型號(hào)BD241的方案一、方案二和方案三，材料差異成本直接和外形尺寸的大小成正比；對(duì)于不同管徑蒸發(fā)器而言，將兩個(gè)型號(hào)的方案四、方案五和原機(jī)方案進(jìn)行對(duì)比，使用較小管徑材料成本明顯降低，BC351降低15.7%以上，BD241降低20.3%以上。

差異工藝成本方面：對(duì)比兩個(gè)型號(hào)的方案一、方案二和方案三，斜排類型蒸發(fā)器的差異工藝成本最低，直排次之，斜脹最高（相比斜排，成本增加在8.5%以上），究其根本，和斜脹類型蒸發(fā)器工藝更復(fù)雜有很大關(guān)系。

總計(jì)差異部分成本方面：對(duì)于型號(hào)BC351，總成本最低的為方案二直排類型，相比原機(jī)降低17.9%，接著是管徑較小的方案四和方案五，相比原機(jī)分別降低11.4%和9.5%，最高的是方案三斜脹類型，相比原機(jī)增加2%。進(jìn)一步對(duì)比可知BC351型號(hào)方案二直排類型管排數(shù)減小33.3%，材料降幅較大而工藝成本增加較少，故總成本降幅較大。對(duì)于型號(hào)BD241，總成本較低的是管徑較小的方案四和方案五，相比原機(jī)分別降低16.7%和15.8%，接著是方案三斜脹類型，相比原機(jī)降低12.7%，最高的是方案一斜排類型，相比原機(jī)上升5.6%。進(jìn)一步對(duì)比可知BD241型號(hào)方案一總成本較高是因?yàn)楣芘艛?shù)相比原機(jī)增加較多，從而導(dǎo)致總成本增幅較大。

3.4 性能對(duì)此

性能方面，本文是從單體仿真、單體換熱量測(cè)試和整機(jī)測(cè)試角度進(jìn)行了對(duì)此。

3.4.1 單體仿真

單體仿真部分采用軟件Coil Designer在給定相同的進(jìn)口空氣側(cè)和制冷劑側(cè)條件下，對(duì)以上方案進(jìn)行仿真模擬。因僅作對(duì)比，故管內(nèi)選用制冷工質(zhì)為水，在給定條件無相變發(fā)生。各方案的單體仿真結(jié)果如表3，主要的仿真步驟如圖4，給定的仿真計(jì)算條件如下：

表3 兩個(gè)型號(hào)五種方案單體仿真對(duì)比

圖4 單體仿真步驟

（1）入口處空氣壓力0.1 Mpa，溫度25℃，空氣相對(duì)濕度50%，空氣流量50 m3/h；

（2）管內(nèi)采用水工質(zhì)，入口水壓力0.35 Mpa，溫度50℃，水流量60 L/h；

（3）換熱器計(jì)算關(guān)聯(lián)式均選用Wang-Chi-Chang Plate Fin，其余參數(shù)采用默認(rèn)設(shè)置；

（4）考慮到直排、斜脹類型蒸發(fā)器的換熱管和翅片之間采用全包接觸的形式，熱阻較小。故仿真時(shí)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取管翅之間的接觸熱阻為0 m2·K/W，斜排類型蒸發(fā)器換熱管和翅片之間為非全包接觸的形式，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取管翅之間的接觸熱阻為0.001 m2·K/W。

經(jīng)對(duì)比，流阻方面：對(duì)比兩個(gè)型號(hào)的方案一、方案二和方案三，在同一管徑下，管排數(shù)和流阻的增加成正比；對(duì)比型號(hào)BC351的方案三和方案五，在相同管排數(shù)下，6.35 mm管流阻相比8 mm管類型蒸發(fā)器大幅增加，型號(hào)BC351增加2.7倍，型號(hào)BD241增加3.2倍。

換熱量方面：在同一管徑下，對(duì)比兩個(gè)型號(hào)的方案一、方案二和方案三，就蒸發(fā)器的類型而言，在管排數(shù)相差不大情況下直排、斜脹類型蒸發(fā)器的換熱量?jī)?yōu)于斜排類型（型號(hào)BC351提升5.4%以上，型號(hào)BD241提升9.58%以上）；進(jìn)一步對(duì)比兩個(gè)型號(hào)的方案四和方案五，直排和斜脹類型兩者在相同尺寸、管排數(shù)時(shí)，換熱量相差不超過3%；在同一蒸發(fā)器類型不同管徑下，對(duì)比兩個(gè)型號(hào)的方案二和方案四，方案三和方案五，采用較小管徑的蒸發(fā)器相比較大管徑換熱量均有提升。

3.4.2 單體換熱量測(cè)試

單體換熱量測(cè)試部分采用的換熱器測(cè)試臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試臺(tái)基本原理為熱平衡法?？紤]到制冷劑工質(zhì)換熱器單體測(cè)試臺(tái)的操作較為復(fù)雜且資源較少，故此部分測(cè)試采用的是水工質(zhì)的換熱器測(cè)試臺(tái)進(jìn)行。所選用的測(cè)試臺(tái)其工作量程為風(fēng)量10～250 m3/h，循環(huán)水量10～100 L/h，循環(huán)水溫30～80℃，換熱量測(cè)試范圍30～800 W。測(cè)試臺(tái)的所有儀表（包括流量計(jì)、各傳感器等）已經(jīng)過標(biāo)定合格，相關(guān)準(zhǔn)確度滿足：空氣干球溫度±0.1℃，水溫±0.1℃；測(cè)量空氣壓力的壓力變送器其準(zhǔn)確度在讀數(shù)值的1%范圍內(nèi)；當(dāng)測(cè)量壓力小于100 Pa時(shí)，最小分度為1 Pa；用于測(cè)量試驗(yàn)環(huán)境大氣壓的氣壓計(jì)其測(cè)定值準(zhǔn)確到100 Pa?？諝饬髁坎捎脟娮鞙y(cè)量，其測(cè)量方法符合JG/T 21-1999《空氣冷卻器與空氣加熱器性能試驗(yàn)方法》[4]的規(guī)定，并能保證所測(cè)的空氣流量準(zhǔn)確度不低于測(cè)定值的1%；測(cè)量水流量的液體流量計(jì)其準(zhǔn)確度不低于測(cè)定值的1%，滿足此次測(cè)試需求。

測(cè)試前按照兩個(gè)型號(hào)的設(shè)計(jì)方案分別制作對(duì)應(yīng)樣件，如圖5所示。測(cè)試臺(tái)及其樣件安裝、操作控制界面如圖6所示，給定的測(cè)試條件如下：

圖5 兩個(gè)型號(hào)五種方案樣件（上方為型號(hào)BC351，下方為型號(hào)BD241）

圖6 單體換熱量測(cè)試臺(tái)

（1）入口處空氣壓力0.1 Mpa，溫度25±0.3℃，空氣相對(duì)濕度（45±5）%，空氣流量選取三組分別為50、60、（70±0.3）m3/h；

（2）管內(nèi)循環(huán)水量選擇（60±0.3）L/h，入口水溫（50±0.3）℃；

（3）溫度、流量和壓力傳感器按照要求布置，各設(shè)置參數(shù)按照PID控制；

（4）測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)的取值，是在設(shè)置參數(shù)運(yùn)行穩(wěn)定后，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)連續(xù)5 min波動(dòng)不超過±1%，且空氣側(cè)和水側(cè)換熱量相差不大于5%時(shí)程序自動(dòng)采集。

各方案單體換熱量測(cè)試結(jié)果如圖7所示。通過對(duì)比，在同一管徑下，對(duì)比兩個(gè)型號(hào)的方案一、方案二和方案三，8 mm管直排類型的蒸發(fā)器單體換熱量在相同流量、不同風(fēng)量情況下均優(yōu)于斜排類型，和單體仿真結(jié)果相符，但斜脹的單體測(cè)試換熱量最小，相較單體仿真結(jié)果降低6%以上；進(jìn)一步對(duì)比兩個(gè)型號(hào)的方案四和方案五，同樣可以看出在三個(gè)不同風(fēng)量下6.35 mm管蒸發(fā)器斜脹類型蒸發(fā)器的單體換熱量也小于直排類型，相較單體的仿真結(jié)果降低13%以上。

圖7 兩個(gè)型號(hào)五種方案單體換熱量測(cè)試對(duì)比（上方為型號(hào)BC351，下方為型號(hào)BD241）

對(duì)于試驗(yàn)和仿真結(jié)果相差較大的現(xiàn)象，分析原因?yàn)椋阂虼舜沃谱鳂蛹榱藴p小工序?qū)蛹阅艿挠绊懀袠蛹桨傅拿浌芄に嚲捎猛环N，考慮到在制作6.35 mm管徑內(nèi)徑較小，常用的8 mm管穿芯脹管方式較難實(shí)現(xiàn)，故脹管工序采用的為液壓脹管工藝。雖然液壓脹管可以調(diào)節(jié)內(nèi)部流體壓力，但由于管材各點(diǎn)的受力情況有差異，為了保證良品率，液壓脹管的壓力不宜過大[5]，相較穿芯脹管的方式，液壓脹管后管翅的接觸緊密程度相比機(jī)械脹管的方式有所降低；此外，對(duì)于斜脹類型蒸發(fā)器，雖然脹管本身采用的是和直排相同的工藝參數(shù)，但在多頭彎管工藝后，需要再進(jìn)行扭斜工藝，此時(shí)靠近兩側(cè)彎頭處的管會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，而翅片僅是在左右方向上移動(dòng)，導(dǎo)致?lián)Q熱管和翅片之間不可避免發(fā)生旋轉(zhuǎn)位移，造成管翅之間接觸松動(dòng)，而因?yàn)檩^小管徑管翅之間接觸面積更小，松動(dòng)對(duì)換熱的影響會(huì)更大。接著檢查此次的測(cè)試樣件，發(fā)現(xiàn)從端板到寬度四分之一處的翅片，在手動(dòng)拉拽時(shí)，翅片在管壁上明顯有一定晃動(dòng)現(xiàn)象，且有越靠近端板處越明顯的趨勢(shì)；分析正是由于這種管翅松動(dòng)情況的存在，管翅之間的接觸熱阻大幅增加，才導(dǎo)致蒸發(fā)器單體的換熱量變差。隨后按照單體測(cè)試結(jié)果的衰減程度重新校核仿真數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在對(duì)8 mm管斜脹類型蒸發(fā)器增加接觸熱阻為0.0019 m2·K/W，6.35 mm管增加接觸熱阻0.0031 m2·K/W時(shí)，斜脹類型的單體仿真結(jié)果才可以和此次單體測(cè)試的結(jié)果相匹配?？梢钥闯觯泵涱愋驼舭l(fā)器實(shí)際的制作質(zhì)量相較理論管翅接觸熱阻和直排相同的情況還存在一定差異，需要在生產(chǎn)工藝中進(jìn)一步優(yōu)化。

而對(duì)于同一類型，對(duì)比兩個(gè)型號(hào)方案四和方案二，采用6.35 mm管徑的蒸發(fā)器的換熱量相比8 mm管徑蒸發(fā)器的換熱量有所提升，型號(hào)BC351提升6.49%以上，型號(hào)BD241提升4.39%，和單體仿真的結(jié)果相近。

此外，綜合對(duì)比每個(gè)型號(hào)的方案一、方案二和方案四，可以看出在設(shè)計(jì)的這些方案中，換熱量最高均為方案四小管徑直排方案，相比原機(jī)方案，型號(hào)BC351提升17.46%，型號(hào)BD241提升4.39%。

3.4.3 整機(jī)測(cè)試

此部分兩個(gè)型號(hào)的測(cè)試方案是綜合上述各方案在成本，單體仿真、測(cè)試對(duì)比的結(jié)果，選取在成本和換熱量?jī)煞矫嬲純?yōu)勢(shì)的方案，最終篩選的兩個(gè)型號(hào)整機(jī)測(cè)試的方案分別為：BC351——方案一、方案二和方案四；BD241——方案二和方案四。

整機(jī)測(cè)試是在標(biāo)準(zhǔn)焓差室實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，所用設(shè)備的量程和精度符合GB/T 8059-2016標(biāo)準(zhǔn)要求。測(cè)試時(shí)每個(gè)型號(hào)驗(yàn)證的方案均在同一臺(tái)冰箱上，僅更換蒸發(fā)器進(jìn)行驗(yàn)證，以排除不同樣機(jī)引起的測(cè)試誤差。在每種類型蒸發(fā)器確定完合適的灌注量后分別進(jìn)行PD和耗電量實(shí)驗(yàn)的對(duì)比。PD實(shí)驗(yàn)可以對(duì)比出每種蒸發(fā)器的制冷速率和最大制冷能力，耗電量實(shí)驗(yàn)可以對(duì)比出每種蒸發(fā)器的使用能耗，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)基本可以覆蓋蒸發(fā)器實(shí)際各工況正常使用情況。兩個(gè)型號(hào)各方案的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試照片如圖8所示，測(cè)試條件及結(jié)果如表4所示。

圖8 BC351和BD241蒸發(fā)器方案整機(jī)測(cè)試

經(jīng)測(cè)試，對(duì)比兩個(gè)型號(hào)的方案四和其余方案，冰箱的灌注量方面，6.35 mm管徑蒸發(fā)器方案相比8 mm管徑，會(huì)有一定程度減小，型號(hào)BC351減小3.4%，型號(hào)BD241減小15.1%；進(jìn)一步對(duì)比兩項(xiàng)試驗(yàn)，6.35 mm管徑蒸發(fā)器方案相比8 mm管徑，PD實(shí)驗(yàn)6.35 mm管徑蒸發(fā)器的拉溫時(shí)間增加，增加幅度在1.3%～3.03%之間，而耗電量實(shí)驗(yàn)項(xiàng)6.35 mm管徑蒸發(fā)器占優(yōu)，耗電量降低1.6%～2.64%，對(duì)于PD實(shí)驗(yàn)拉溫時(shí)間增加，分析可能的原因?yàn)椋狠^小的管徑在較大負(fù)荷工況時(shí)的冷量有一定程度衰減。

此外，對(duì)比型號(hào)BC351的方案一和方案二，在此型號(hào)中直排類型的蒸發(fā)器方案不管PD還是耗電量實(shí)驗(yàn)均優(yōu)于斜排方案，PD拉溫時(shí)間優(yōu)化1.3%，耗電優(yōu)化0.99%。

3.5 可靠性

在使用可靠性方面，方案一、方案二和方案三因均采用現(xiàn)有常規(guī)8 mm管，除方案三新增一道扭斜工藝需再進(jìn)一步優(yōu)化外，其余工藝已應(yīng)用多年，其中存在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)基本已有應(yīng)對(duì)方案，故不再贅述。而對(duì)于方案四和方案五，可以總結(jié)為使用較小管徑蒸發(fā)器給冰箱的使用帶來的一些風(fēng)險(xiǎn)，歸納主要有以下幾點(diǎn)需要加以關(guān)注：

（1）使用較小管徑蒸發(fā)器，管內(nèi)流阻增加，導(dǎo)致系統(tǒng)壓比有一定程度增加，需關(guān)注對(duì)冰箱高、低電壓?jiǎn)?dòng)性能的影響；同時(shí)阻力的變化還會(huì)改變管內(nèi)流速，進(jìn)一步影響蒸發(fā)器運(yùn)行的噪音，需對(duì)整機(jī)運(yùn)行噪音進(jìn)行關(guān)注；

（2）使用較小管徑蒸發(fā)器，第一次開機(jī)后制冷速率會(huì)有一定程度上的衰減，需關(guān)注標(biāo)準(zhǔn)限值的要求，針對(duì)此情況，通過適當(dāng)增大毛細(xì)管流量，經(jīng)驗(yàn)證確認(rèn)有一定改善，可以參考；

（3）較小管徑蒸發(fā)器因?yàn)閮?nèi)表面積和體積的減小，對(duì)于使用同樣的壓縮機(jī)，如制冷系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的壓縮機(jī)潤滑油量相同，殘留的潤滑油可能對(duì)較小管徑蒸發(fā)器的換熱影響更大，后續(xù)需對(duì)此情況進(jìn)一步研究；

（4）使用較小管徑蒸發(fā)器，為了在空間上占據(jù)優(yōu)勢(shì)，需要更小的彎管半徑及更高的工藝要求來實(shí)現(xiàn)。另外，常規(guī)如輕微幅度的磕碰、癟管、彎管處的變形等對(duì)較小管徑蒸發(fā)器的影響更大，因此，安裝前對(duì)外觀質(zhì)量的要求也更高。

4 結(jié)論

基于對(duì)以上兩個(gè)型號(hào)、不同管徑的五種類型蒸發(fā)器方案進(jìn)行理論分析及測(cè)試，可以得到以下結(jié)論：

從工藝角度選擇：對(duì)于常規(guī)8 mm管徑翅片蒸發(fā)器，斜排的工藝步驟最少，加工更簡(jiǎn)單，且現(xiàn)有工藝及設(shè)備成熟度也較好，其次是直排和斜脹；而對(duì)于較小管徑的6.35 mm蒸發(fā)器，管徑減小后雖然和現(xiàn)有工藝步驟相同，但部分同樣的工藝，如脹管、彎管等難度有一定程度提升，對(duì)加工效率會(huì)有一定影響，仍需提升；

從成本角度選擇：對(duì)于同一管徑蒸發(fā)器而言，材料成本直接和管排數(shù)的多少、外形尺寸的大小成正比，所以使用較小管徑的翅片蒸發(fā)器材料成本更低；而對(duì)于同一管徑蒸發(fā)器，斜排類型蒸發(fā)器的工藝成本最低，直排次之，斜脹最高（究其根本，這和斜脹類型蒸發(fā)器工藝更復(fù)雜有關(guān)）；

從單體性能角度選擇：對(duì)于同一管徑，在管排數(shù)相差不大情況下，直排和斜脹類型蒸發(fā)器仿真的換熱量均優(yōu)于斜排類型。但在單體測(cè)試對(duì)比時(shí)，因斜脹類型換熱器樣件在實(shí)際制作過程中，因脹管后的扭斜工藝導(dǎo)致管翅之間松動(dòng)、接觸熱阻增大，使得換熱性能衰減，單體測(cè)試換熱量反而最小，導(dǎo)致仿真和實(shí)際測(cè)試換熱量不相符，所以在今后斜脹類型蒸發(fā)器的生產(chǎn)中需對(duì)這部分工藝再進(jìn)行優(yōu)化。而對(duì)比同一類型蒸發(fā)器，采用6.35 mm管徑的蒸發(fā)器相比8 mm管徑換熱量在單體仿真和單體測(cè)試的結(jié)果上均有提升；

從整機(jī)應(yīng)用性能角度選擇：對(duì)于同一管徑，直排類型的蒸發(fā)器方案不管PD還是耗電量實(shí)驗(yàn)均優(yōu)于斜排方案；而對(duì)比不同管徑，6.35 mm管徑蒸發(fā)器相比8 mm管徑，冰箱的灌注量會(huì)有一定程度減小；PD實(shí)驗(yàn)項(xiàng)，6.35 mm管徑蒸發(fā)器的拉溫時(shí)間有所增加，分析可能是由于較小的管徑在較大負(fù)荷工況時(shí)的冷量有一定程度衰減；而耗電量實(shí)驗(yàn)項(xiàng)，6.35 mm管徑蒸發(fā)器相比8 mm管徑對(duì)整機(jī)的能耗有所改善。

從可靠性角度選擇：對(duì)于同一管徑，考慮到工藝成熟度和復(fù)雜程度，斜排的可靠性最好，依次是直排和斜脹；而對(duì)比不同管徑，6.35 mm管徑相比8 mm管內(nèi)徑減小，對(duì)冰箱的啟動(dòng)，運(yùn)行噪音，以及制冷系統(tǒng)內(nèi)潤滑油量對(duì)較小管徑系統(tǒng)運(yùn)行的影響等還有待進(jìn)一步研究。

最后，雖然本文只對(duì)上述三個(gè)類型，總計(jì)五種管翅式蒸發(fā)器進(jìn)行比較，但并不限定今后冰箱用管翅類型蒸發(fā)器只有以上幾種類型。隨著技術(shù)的進(jìn)步及借鑒行業(yè)內(nèi)其他類型換熱器的發(fā)展，后續(xù)冰箱用管翅式蒸發(fā)器也可更多地嘗試從翅片端進(jìn)行優(yōu)化，搭配現(xiàn)有涂層、材料技術(shù)的研究，進(jìn)一步改善翅片的親水、疏水性，提高翅片的傳熱效率，從而使用更高效的異型翅片，如開縫、開窗、縱向渦等翅片類型，實(shí)現(xiàn)換熱效率和成本的最優(yōu)解。