3真空 隔热板 在电 冰箱隔 热保 温中应 用分 析李 刚 ,张仙平(河南纺 织高等专 科学校 , 郑州 450007)范 树林(广州冷机 股份有限 公司 , 广州 510470 )张凤林(河南新 飞电器有 限公司 , 新乡 453000)王 军(中原工学 院 , 郑州 450007)摘要 :分析 了真空隔 热板构造 及使用特 点 ,指 出了 复 合 绝 热 体 的 构 成 ,介 绍 了 研 制 BCD - 186CH S电 冰 箱 中 真空隔热板 及隔热层 厚度分布 ,进行 了聚氨酯 绝热材料 与复合绝 热体的性能 比较及在 研 制 电 冰 箱 中 应 用 时 的 漏 热 及 能耗比较 ,测试 结果表明 后者漏热 减少 12. 6% 、 能耗减 少 11. 4% 指 出 了 真 空 隔 热 板 在 电 冰 箱 隔 热 保 温 中 的 应 用方式 、 注意事项 及使用效 果 ,展望了真空 隔热板的 应用前景 关键 词 :热 工学 ,实验研 究 ,真 空隔热 ,电冰箱 ,复 合绝热体1 前言影响 电 冰 箱 耗 能 有 两 个 主 要 方 面 ,其 一 是 制 冷 系 统 优 化 设 计 ; 其 二 是 箱 体 隔 热 保 温 性 能 。
在 特 定制冷系统电 冰箱中 ,箱体隔热 保温性能 的 好 坏 ,直 接 影 响 其 能 耗 大 小 传 统 电 冰 箱 的 隔 热 层 是 聚 氨 酯 绝热材料 ,其导热 系数实际值 在 0. 03～ 0. 037W /m. k 范 围 内 ,已 接 近 其 理 论 上 的 极 限 值 要 使 聚 氨 酯 的导热系数 进一步降低 ,难度 很大 因 此 ,寻 找更低导热 系数的绝热 材料 ,是 电 冰 箱 节 能 的 关 键 因 素 之 一 项目 [ 1 ]在研制 中 采用复合 绝热体结构 使电冰箱能 耗显著下降 2 真空 隔热板构 造简介真空隔 热板剖面如 图 1所示 由特殊粉末 (如珠 光 砂 等 ) 、 透 气 性 良 好 的 牛 皮 纸 袋 、 吸 附 剂 及 镀 有铝膜的层迭 塑料薄片容 器 构 成 外 层 是 镀 有 铝 膜 的 层 叠塑料袋 ,内层 是 透 气 性 良 好 的 装 入 特 殊 粉 末 的 包 装袋 其中 ,特殊粉 末在抽真空 后 作 为 绝 热 材 料 ; 牛 皮 纸 袋盛装粉末 ,但又 要透气以便 抽 出 内 部 粉 末 中 的 气 体 , 并且保证粉 末 不 致 飞 散 ; 吸 附 剂 主 要 用 来 吸 附 袋 中 剩余空气及其 它气体 ,以保证真 空 度 及 绝 热 效 率 ;镀 有 铝膜的层迭塑 料薄片容器 由 表 层 、 隔 气 层 、 热 固 融 层 等 材料复合而成 , 可以 热熔封压 ,起到 密封及反辐 射等 作 用 。
真 空 隔 热 板 中 的 残 余 气 体 压 力 要 求 在 1. 36 ～136 Pa,由于 内外压力 差 使粉末压缩 在一起形成 平板状 图 1 真空隔 热板剖面 结构3 真空 隔热板特 点实验分 析指出 [ 2 ] ,真 空隔热板导 热系数仅为 0. 0047～ 0. 0070W /m. K,其绝 热 性 能 约 为 聚 氨 酯 的 三倍 ,被 用来作为电 冰箱绝热材 料时 ,可有效减 少隔热层厚 度或增大电 冰箱使 用 空 间 ,并 且 其 本 身 不 用 发 泡 ,要 求的真空度 也不高 ,封装材 料不要求钢 性 但由于 真空隔热板 不能承 受 外 部 机 械 压 力 和 冲 击 力 ,3 收稿日期 : 2005 - 07 - 18·73·制冷技术R efrige ra tion无法单独用 作电冰箱绝 热材料 所以 ,真空隔热板 必须和聚氨 酯材料构成 复 合 绝 热 体 作 为 电 冰 箱 的 绝热材料 ,结构示意 如图 2 示 4 复合 绝热体及 其与聚氨 酯绝热 材料性能 比较4. 1 复 合绝热体聚氨酯 绝热材料的 特点是与 金属及塑料 的粘 合 力 强 ,本 身 也 有 一定结构强 度 ,因 此它在 电 冰 箱 生 产 中 的 应 用 除 绝 热 功 能 外 ,还 有 加强结构强 度的功能 。
聚氨酯另 一个重要特 点是 无 孔 不 入 ,可 将 需 要填充的空 间都填满 而真空隔 热板一般仅 做成 简 单 的 板 状 结 构 , 图 2 复合绝热 体结构示 意图无法填充复 杂的边角空 间 故真 空隔热 板 在 电 冰 箱 上 的 应 用 必 须 与 聚 氨 酯 发 泡 相 结 合 构 成 复 合 绝 热体 ,由 聚氨酯泡沫 填充边角空 间及担负结 构强度责任 图 2 是真 空隔热板 与 聚 氨 酯 材 料 组 成 的 复 合 绝 热体结构示 意图 先将 真空隔热 板用粘合剂 固定在冰箱 外壳内壁 ,然后通 过 发 泡 方 式 使 聚 氨 酯 泡 沫 将 隔热板全部 覆盖 ,填满空 隙 ,保 护 隔 热 板 表 面 ,并 将 所 有 的 构 件 粘 结 在 一 起 在 这 种 复 合 绝 热 体 结 构 中 ,真 空隔热板起 主要隔热作 用 ,而聚氨酯发 泡材料主要 起保护 、 加固作用 真 空 隔 热 板 与 聚 氨 酯 泡 沫 层的厚度比 需根据真空 隔热板加 工 、 粉 末 选 用 类 型 、 复 合 结 构 的 机 械 强 度 以 及 电 冰 箱 隔 热 层 总 厚 度 等因素确定 。
项目研制中 采用真 空 隔 热 板 厚 20mm ,分 布 及 尺 寸 见 表 1 ,而 隔 热 层 总 厚 度 分 布 如 表 2 所 示 增加箱体 隔热层厚度 ,可 以 减少电冰箱 漏热量 ,但是 当隔热层厚 度达 到 一 定 值 时 ,随 着 有 效 容 积 的 减 小表 1真空 隔热板分 布 及尺寸分布部位 尺 寸 面积 总面积[ 3 ]能 耗减 小 缓 慢 对 于 以 CFC - 11、 HCFC - 141 b 及环 戊烷等为发 泡剂 的 电 冰 箱 ,其 隔 热 效 果 随 发 泡 层 厚度 增加 而 加 强 , 最 大 可 增 至 100mm[ 4 ] 另 外 , 箱 体 不 同 部位隔热层 厚度分布亦 应合理 ,根据电冰 箱箱体内冷冻 室两侧冷冻 室背面 冷冻 室门内 总 面积0. 45 ×0. 450. 45 ×0. 500. 50 ×0. 550. 203 m20. 225m20. 275m20. 406m20. 225m20. 275m20. 906m2外温差和散 热情况决定电 冰 箱 不 同 部 位 发 泡 层 的 相 对 厚 度 如 机 械 室 斜 板 部 位 、 底 部 等 考 虑 到 压 缩机 、 副 冷凝器散热 及内侧为冷 冻室 ,该处 设 计 得 较 厚 ; 箱 体 左 右 测 由 于 冷 凝 器 散 热 影 响 ,该 处 也 设 计 得 较厚 ;箱体背部由 于吸回气管 部件 、 R 室蒸发器及 排水管等 均 装 于 其 中 ,因 而 发 泡 层 应 适 当 加 厚 。
综 合 能效 、 成本和有效 容积进行优 化设计 ,项目研 制电冰箱隔 热层厚度分 布如表 2 所 示 表 2 研制电冰 箱不同部 位隔热层 厚度分布4. 2 复 合绝热体与 聚氨酯绝 热材料性能 比较4. 2. 1 漏热量比较文献 [ 5 ]指出并经 项目验证 ,复合 绝 热 体 中 真 空 隔 热 板 厚 度 δ 与 总 厚1度 δ2 关系 如图 3示 图中每条 直 线都相对于 一定单位面 积漏热量 可以看出 ,真 空 隔 热 板 的 厚 度 δ1 与 复 合 绝 热 体 结 构 的 总 厚 度 δ2 呈 线 性 关 系 ,且 δ1 愈 大 ,δ2 愈小 在同样真空 隔热板厚度 δ1 下 ,总厚度 δ2 下降时 隔热 层中的单位 面积漏热量 增加 同 时 ,在 同 样 的 复 合 结 构 总 厚 度 下 ,真 空 隔·74· 图 3 δ1 与 δ2 的 关系冷 藏室各隔 热层厚度 (mm ) 冷 冻室各隔热 层厚度 (mm )上部 后部 左右侧 门体 冷 藏冷冻之 间 下部 后部 左右侧 门体斜板 冷藏 冷冻之间80 70 75 70 80 95 90 90 90 95制冷技术R efrige ra tion热 板的厚度 δ1 下降 时漏热量增 加 。
减少电 冰箱箱体热 负荷 是 研 发 节 能 电 冰 箱 的 重 要 环 节 为 了 获 得项目研制电 冰箱箱体漏 热数据 ,研制中 首 先 切 断 电 冰 箱 的 电 源 ,然 后 在 冷 冻 室 和 冷 藏 室 放 入 各 自 的 加 热器 加热 器的电源 通 过调压器 来调整 在 环境温度 25 ℃ 条 件下 ,模拟电冰箱 正常运转时 的传热温 度 差 ,冷 藏室温度调 整为 45 ℃, 冷冻室 温 度 调 整 为 68 ℃ 通 过 调 压 器 输 出 端 对 电 加 热 的 功 率 进 行 测 试 , 分别得到了 冷冻室和冷 藏室的热 负 荷 电 冰 箱 漏 热 是 两 个 热 负 荷 之 和 项 目 原 机 型 采 用 聚 氨 酯 绝 热 材料基础漏 热测试结果 见表 3表 3 原机型 箱体基础 漏热测试结 果 表 4 研 制电冰箱 漏热测试结 果 ( 环 境温度 25℃ )环 境温度 25 ℃ 采 用复合绝 热体结构冷 藏室有效 容积冷 冻室有效 容积 冷 藏室加热 温度冷 冻室加热 温度两间室 传热温差 比 冷藏室漏 热冷冻室漏 热 两间 室漏热比 箱体总漏 热120L66L45℃ (Δt = 20 ℃ )68 ℃ (Δt = 43℃ )43 /20 = 2. 1516. 4W24. 1W24. 1 /16. 4 = 1. 4740. 5W冷藏 室有效容 积冷冻 室有效容 积 冷藏 室加热温 度冷冻 室加热温 度两 间室传热 温差比 冷 藏室漏热冷 冻室漏热 两间室漏 热比 箱 体总漏热120 L66 L45℃ (Δt = 20 ℃ )68 ℃ (Δt = 43℃ )43 /20 = 2. 1516. 2W19. 2W19. 2 /16. 2 = 1. 1935. 4W通过改 变电冰 箱 箱 体 隔 热 层 结 构 ,采 用 复 合 绝 热 体 代 替 聚 氨 酯 绝 热材 料等措施 ,研制 BCD - 186CH S电冰箱 漏热测 试 结 果 见 表 4。
对 比 表 3、4可知 ,采用 复 合绝热体后 漏热减少 12. 6 %.4. 2. 2 耗电量比较实验指 出 ,在 相同的隔热 层厚度下 ,采 用 复 合 绝 热 体 结 构 与 用 单 一 聚 氨酯绝热材 料时能 耗 比 较 如 图 4 示 从 图 中 可 以 看 出 ,采 用 复 合 绝 热 体结构的能耗 随隔热 层 厚 度 的 增 加 而 大 幅 减 少 ,且 能 耗 减 少 百 分 率 与 电 冰箱隔热层厚 度呈曲线关 系 表 5 是 研 制 BCD - 186CH S直 冷 电 冰 箱 采 用 聚 氨 酯 材 料 与 采 用 真 空 隔热板的复 合绝热体能 耗对比情 况 可以看 出 ,后 者耗电降低 11. 4 % 表 5 BCD - 186CH S电 冰箱采用 聚氨酯及 复合绝热 体能耗对比图 4 采用 复 合 绝 热 体 结 构 与 采 用单 一聚氨 酯 绝热结 构 的能耗比 较(真空隔热板与 聚氨 酯 材 料 厚 度 比 1 ∶ 1 ,聚氨酯导热系数 0. 0338w /m. k,真 空 隔 热 板 导 热系数 0. 007w /m. k)5 真空 隔热板在 电冰箱应 用中的 几个问题5. 1 应 用方式真 空隔 热板在电 冰 箱生产中的 应用 主 要 有 两 种 选 择 ,一 是 不 改 变 电 冰 箱 设 计 和 内 部 。