CN104596178A - 节能均温冰箱 - Google Patents

Abstract

节能均温冰箱包括冷冻室、冷藏室、压缩机、蒸发器、冷凝器和毛细管，冷藏室的室壁内和冷冻室的室壁内均分别填充聚氨酯发泡材料，所述冷冻室位于上部，冷藏室位于冷冻室的下部；除冷冻室门和与冷藏室之间的分隔壁外的冷冻室的顶部、背部和两个侧壁内分别设有环形热管机构；所述环形热管机构由导热板和一根环形热管组成，环形热管的冷凝段嵌设在导热板上，所述聚氨酯发泡材料包裹在导热板和环形热管的冷凝段上；环形热管的蒸发段位于冷藏室内，取代现有冰箱冷藏室的蒸发器，将冷冻室的一部分冷量转移到冷藏室中，用于冷藏室制冷。本发明环形热管换热过程的频繁启停可以有效降低冰箱冷藏室内温度波动幅度，同时降低冰箱冷冻室向环境传导的冷量损失。

Description

节能均温冰箱

技术领域

本发明属于家电类冰箱技术领域，具体地说是一种具有冷藏室精确控温功能的节能冰箱。

背景技术

在冰箱节能技术的应用方面，由于冰箱冷冻箱内温度与室温相差较大，通过强化冰箱隔热层隔热效果来减少冰箱冷量损失一直是被重点研究的方向之一。通过增加冷藏冷冻室聚氨酯发泡层厚度或者在聚氨酯发泡层内增加真空隔热板的方式都可以明显强化冰箱隔热层的隔热效果，降低冰箱能耗，但是过厚的发泡层会严重影响冰箱的美观，减小冰箱冷藏冷冻室储物空间，增加冰箱的生产成本；真空隔热板在冰箱内的装配过程中易造成板损坏、空泡、侧板空鼓而影响到保温效果，还存在贴覆不牢固、固定困难等问题，也同样会明显增加冰箱的生产成本。

传统直冷式单循环非变频冰箱只有一个蒸发温度，由冷冻室决定，其运行过程中，当压缩机工作时冷藏室内温度降低，压缩机停止工作后冷藏室内温度升高，冰箱压缩机启停周期直接影响冰箱冷藏室内温度波动范围。压缩机功耗和寿命问题限制其启停频率不可过高，导致了冰箱冷藏室内温度存在较大波动，难以实现精确控温。

环形热管是一种具有优良的传热能力，能够通过相变传热实现远距离传输热量或冷量的元件。其中重力型即自然循环式的环形热管仅靠系统本身的压差即可自动运行，不需要外部辅助能源的消耗，且运行过程无噪声，尤为重要的是环形热管的铜管可以合理改变形状，其自动传热过程可以随时中断并及时恢复，其蒸发段和冷凝段结构还可以按照需求作相应的调整。

发明内容

为了解决冰箱隔热层隔热技术、冰箱冷藏室精确控温技术中的不足，本发明提供一种节能均温冰箱。

节能均温冰箱包括冷冻室、冷藏室、压缩机、蒸发器、冷凝器和毛细管，冷藏室的室壁内和冷冻室的室壁内均分别填充着聚氨酯发泡材料，所述冷冻室位于上部，冷藏室位于冷冻室的下部；除冷冻室门和与冷藏室之间的分隔壁外的冷冻室的顶部、背部和两个侧壁内分别设有环形热管机构；所述环形热管机构由导热板和一根环形热管组成，环形热管的冷凝段嵌设在导热板上，并呈蛇形弯管状均布；所述聚氨酯发泡材料包裹在导热板和环形热管的冷凝段上；环形热管的蒸发段位于冷藏室内，将冷冻室的一部分冷量转移到冷藏室中，用于冷藏室制冷；环形热管的蒸发段取代了现有冰箱冷藏室的蒸发器。

一种优化的结构是：位于冷冻室背部的环形热管机构由导热板和一根环形热管组成，环形热管的冷凝段嵌设在导热板上，并呈蛇形弯管状均布，环形热管的蒸发段位于冷藏室内；位于冷冻室两个侧壁内的环形热管机构分别由导热板和一根环形热管组成，每侧环形热管机构的一根环形热管的冷凝段嵌设在导热板上，并呈蛇形弯管状均布，环形热管的蒸发段位于冷藏室内；两个侧壁内的环形热管机构的环形热管的冷凝段分别延伸进入冷冻室顶部，并均布在位于冷冻室顶部的导热板上构成冷冻室顶部的环形热管机构。位于冷冻室背部的环形热管机构的环形热管的蒸发段和位于冷冻室两个侧壁内的环形热管机构的蒸发段共同作用取代了现有冰箱冷藏室7的蒸发器。

位于冷藏室内的环形热管的蒸发段上设有温控阀，精确控制冷藏室的温度。

所述导热板和冷冻室的内侧壁之间的间距为冷冻室壁厚的八分之一到三分之一。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

（1）本发明中冰箱冷冻室使用环形热管机构输送部分冷量到冰箱冷藏室去，通过减小隔热层中导热板与冰箱外壳间的导热温差，减少冰箱冷冻室向环境传导而损失的冷量,降低冰箱能耗。将导热板位于内腔外表面到冰箱外壳间隔处的具体位置在设定范围内作一定的调整，则可以相应地合理控制热管机构输送到冰箱冷藏室冷量的大小；

（2）本发明中冰箱冷冻室使用环形热管机构输冷量到冰箱冷藏室去，这一股稳定输送的冷量可以部分替代冰箱冷藏室蒸发器释放出的冷量，热管的蒸发段铜管可以设计为类似于传统直冷式单循环非变频冰箱内冷藏室蒸发器盘管的结构，取代冰箱冷藏室蒸发器。热管换热过程启停周期直接影响冰箱冷藏室内温度波动范围,将温控阀调节为较高的精度，热管换热过程的频繁启停，可以降低冰箱冷藏室的温度波动幅度，避免压缩机的频繁启停，解决现有非变频冰箱冷藏室温度波动大的难题，达到了精确控温的目的，为食物提供更优良的保鲜环境。

因此本发明使用环形热管机构将冰箱冷冻室的一部分冷量转移到冷藏室中用于冷藏室制冷和精确控制冷藏室温度，并且降低冰箱冷冻室向环境传导的冷量损失。在没有明显增加冰箱成本和制造难度的基础上，实现了家用普通冰箱节能和冷藏室精确控温的目的。

附图说明

图1为冰箱正面剖视图。

图2为冷冻室侧壁单面导热板结构图。

图3为当导热板和冷冻室的内侧壁之间的间距为冷冻室壁厚的四分之一时的冷冻室侧壁隔热层侧视剖视图。

图4为冰箱冷冻室隔热层温度分布和冷量损失分析图。

上图中序号：聚氨酯发泡材料1、冷凝段2、蒸发段3、温控阀4、导热板5、冷冻室6、冷藏室7、压缩机8、冷凝器9、蒸发器10、毛细管11。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。

实施例1

参见图1，节能均温冰箱包括冷冻室6、冷藏室7、压缩机8、冷凝器9、蒸发器10、毛细管11，冷冻室6的室壁内和冷藏室7的室壁内均分别填充着聚氨酯发泡材料1；冷冻室6位于上部，冷藏室7位于冷冻室6的下部。除冷冻室门和与冷藏室之间的分隔壁外的冷冻室的顶部、背部和两个侧壁内分别安装有环形热管机构。

参见图1和图2，冷冻室6的顶部、背部和两个侧壁内的环形热管机构的结构如下：

位于冷冻室6背部的环形热管机构由导热板5和一根环形热管组成，环形热管的冷凝段嵌设在导热板5上，并呈蛇形弯管状均布，环形热管的蒸发段3位于冷藏室7内。

位于冷冻室6两个侧壁内的环形热管机构分别由导热板5和一根环形热管组成，导热板5和冷冻室6的内侧壁之间的间距为冷冻室6壁厚的四分之一；每侧环形热管机构的一根环形热管的冷凝段嵌装在导热板5上，并呈蛇形弯管状均布，环形热管的蒸发段3位于冷藏室7内；两个侧壁内的环形热管机构的环形热管的冷凝段2分别延伸进入冷冻室6顶部，并均布在位于冷冻室6顶部的导热板5上构成冷冻室6顶部的环形热管机构。

冷冻室6顶部、背部和两个侧壁内的环形热管机构将冷冻室的一部分冷量转移到冷藏室中7，用于冷藏室7制冷；位于冷冻室6背部的环形热管机构的环形热管的蒸发段和位于冷冻室6两个侧壁内的环形热管机构的蒸发段形状、大小都和普通直冷式冰箱冷藏室蒸发器相似，三个环形热管蒸发段3铜管均呈蛇形弯管状均布贴附于冰箱冷藏室7箱体内壁，所述三个环形热管蒸发段3共同作用取代了现有冰箱冷藏室7的蒸发器，为冰箱冷藏室提供冷量。

各个环形热管机构中位于冷藏室7的环形热管的蒸发段上均安装有温控阀4，精确控制冷藏室7的温度。

实施例2

所述导热板5和冷冻室6的内侧壁之间的间距为冷冻室6壁厚的八分之一处，其它结构同实施例1。

实施例3

所述导热板5和冷冻室6的内侧壁之间的间距为冷冻室6壁厚的三分之一处，其它结构同实施例1。

本发明的工作原理说明如下：

参见图1，冷藏室7温度较高时，温控阀4打开，多根环形热管管道中的工质在环形热管蒸发段3受热蒸发变成气态，气体上升进入环形热管冷凝段，与导热板5换热冷却成液态，冷凝后的液态工质再依靠毛细力作用和重力作用回流到环形热管蒸发段3完成循环，同时工质将冷冻室6的冷量传递到冷藏室7中，降低其温度；冷藏室7温度较低时，温控阀4关闭，环形热管工质不能循环流动，冷冻室6的冷量不能传递到冷藏室7中，则冷藏室7温度缓慢回升，直到温度较高时温控阀4再次打开。多根环形热管高频率地间断工作以维持冰箱冷藏室7温度较为稳定。

参见图1和图2，冷藏室7温度较高时，温控阀4打开，冰箱的冷冻室6使用环形热管机构输送部分冷量到冰箱冷藏室7去，通过减小隔热层中导热板与冰箱外壳间的导热温差，减少冰箱的冷冻室6向环境传导而损失的冷量；冷藏室7温度较低时，温控阀4关闭，冷冻室6的冷量不能传递到冷藏室7中，这时冰箱的冷冻室6向环境传导而损失的冷量与原冰箱相似。

当冰箱稳定运行，环形热管机构也在运行时，考虑到冷冻室6隔热层内壁与外壁存在较大温差，可以忽略冷冻室6隔热层内壁与外壁的温度变化，将其温差△T=                                                -视为定值，并且将冷冻室6隔热层内的导热过程视为稳态导热。

将聚氨酯发泡材料1导热系数视为定值λ，可以进一步将冷冻室6隔热层内传热问题简化为一维稳态导热问题。

导热板2的温度理论上应随冷藏室7内温度变化而变化，考虑到冷量传递阻力和滞后性，将导热板2的温度视为冷藏室7内平均温度。

则可以作如下理论分析计算：

参见图3，导热板位于内腔外表面到冰箱外壳间隔距离的四分之一处时为例：

        

参见图4, 当导热板位于内腔外表面到冰箱外壳间隔距离的x（1/8<x<1/3）处时为例：

         

 式中：

为普通冰箱冷冻室隔热层单位面积损失的冷量，

为导热板位于内腔外表面到冰箱外壳间隔距离的四分之一处时隔热层单位面积向冷藏室传递的冷量，

为导热板位于内腔外表面到冰箱外壳间隔距离的四分之一处时隔热层单位面积损失的冷量，

为当导热板位于内腔外表面到冰箱外壳间隔距离的x处时隔热层单位面积向冷藏室传递的冷量，

为当导热板位于内腔外表面到冰箱外壳间隔距离的x处时隔热层单位面积损失的冷量，

λ为聚氨酯发泡材料导热系数，

L为普通冰箱冷冻室隔热层聚氨酯发泡材料厚度，

为冷冻室隔热层外壁温度，

为冷冻室隔热层内壁温度，为冷藏室内平均温度。

若以冷冻室隔热层外壁温度为20℃，冷冻室隔热层内壁温度为-20℃，冷藏室内平均温度为5℃的理想情况为例作简单分析，导热板位于内腔外表面到冰箱外壳间隔距离的四分之一处时其=2.5，=0.5。理想状况下，当导热板位于内腔外表面到冰箱外壳间隔距离的x处时，导热板在冷冻室隔热层中的位置越靠近冷冻室内腔外表面（即x越小）环形热管机构输送到冰箱冷藏室的冷量越多，冰箱冷冻室向环境传导而损失的冷量就越小，节能的效果越好。以导热板位于内腔外表面到冰箱外壳间隔距离的x取四分之一处为例，具有环形热管机构的冰箱冷冻室隔热层单位面积损失的冷量减小为原值的二分之一，十分明显地降低了冰箱冷冻室的冷量损失；冷冻室通过四个具有导热板的箱体壁面向冷藏室传递的冷量为10，考虑到家用普通冰箱冷藏室与冷冻室冷损量相似，环形热管机构完全能够满足冷藏室的冷量需求。

Claims (4)

1.节能均温冰箱，包括冷冻室、冷藏室、压缩机、蒸发器、冷凝器和毛细管，冷藏室的室壁内和冷冻室的室壁内均分别填充着聚氨酯发泡材料，所述冷冻室位于上部，冷藏室位于冷冻室的下部，其特征在于：除冷冻室门和与冷藏室之间的分隔壁外的冷冻室的顶部、背部和两个侧壁内分别设有环形热管机构；所述环形热管机构由导热板和一根环形热管组成，环形热管的冷凝段嵌设在导热板上，并呈蛇形弯管状均布；所述聚氨酯发泡材料包裹在导热板和环形热管的冷凝段上；环形热管的蒸发段位于冷藏室内，将冷冻室的一部分冷量转移到冷藏室中，用于冷藏室制冷；环形热管的蒸发段取代了现有冰箱冷藏室的蒸发器。

2.根据权利要求1所述的节能均温冰箱，其特征在于：位于冷冻室背部的环形热管机构由导热板和一根环形热管组成，环形热管的冷凝段均布嵌设在导热板上，并呈蛇形弯管状均布,环形热管的蒸发段位于冷藏室内；

位于冷冻室两个侧壁内的环形热管机构分别由导热板和一根环形热管组成，每侧环形热管机构的一根环形热管的冷凝段均布嵌设在导热板上，并呈蛇形弯管状均布,环形热管的蒸发段位于冷藏室内；两个侧壁内的环形热管机构的环形热管的冷凝段分别延伸进入冷冻室顶部，并均布在位于冷冻室顶部的导热板上构成冷冻室顶部的环形热管机构；位于冷冻室背部的环形热管机构的环形热管的蒸发段和位于冷冻室两个侧壁内的环形热管机构的蒸发段共同作用取代了现有冰箱冷藏室的蒸发器。

3.根据权利要求1或2所述的节能均温冰箱，其特征在于：位于冷藏室内的环形热管的蒸发段上设有温控阀，精确控制冷藏室的温度。

4.根据权利要求1或2所述的节能均温冰箱，其特征在于：所述导热板和冷冻室的内侧壁之间的间距为冷冻室壁厚的八分之一到三分之一。