摘要：  本文简述了电冰箱接水盒在冰箱中的作用、结构特点、安装位置要求、接水盒的容积计算、蒸发面积计算等，并且利用实际产品进行计算说明。

关键字：  电冰箱，  接水盒

本文简述电冰箱接水盒在冰箱中的作用、结构特点、安装位置要求、接水盒的容积计算、蒸发面积计算等，并且利用实际产品进行计算说明。

在直冷电冰箱中人们可以看到冷藏室的后背上有很多水珠或者薄薄的一层霜，这些霜层最终化成水流到冰箱的接水盒里，在接水盒里自然蒸发;依靠定时自动除霜的无霜电冰箱，其化霜水最终也是流到接水盒中自然蒸发掉，无须人工进行处理。因此，接水盒是电冰箱不可缺少的重要零件之一，如果接水盒的设计容积不够或者蒸发不彻底，都将导致霜不溢出流到地面面污染其经用具。

电冰箱的接水盒主要用来储存电冰箱冷藏室或冷冻室的化霜水，并且要求能够自然蒸发，不需要人工对化霜水进行处理;因此，电冰箱接水盒的设计主要考虑以下几个方面：①接水盒的安装位置必须低于制冷蒸发器的位置，易于使蒸发器上的化霜水能够流入接水盒;②接水盒必须有足够的容积;③接水盒最好靠近一定的热源，利用这些热源加速化霜水的自然蒸发，而不溢出;④接水盒的上方必须通风良好，蒸发的水蒸气能被带走;⑤接水盒还需有足够的蒸发面积。

1 接水盒的设计

1.1 接水盒的安装方式

在电冰箱中接水盒的安装位置通常有几种形式：①在电冰箱的底部，如图1所示。这种方式蒸发器位置较低，出水嘴位置在冰箱的正底部，接水盒只能附在冰箱底部，为了足够的热量使水蒸发，利用冷凝器散发的热量对化霜水进行加热。此外，在这种安装方式下空间较小，因此，必须考虑空气的流通路线，如图1所示，保证有足够的空气流通，通过空气流通将水蒸气带走，化霜水才能自然蒸发。②接水盒安装在压缩上部，这种方式有三种情况：一种情况是在压缩机顶部有卡位，接水盒直接装在压缩机顶部，另一种情况是接水盒直接用螺钉固定在压缩机上方的箱体底部，如图2所示，第三种情况是塑料接水盒通过压缩机后罩的安装孔插入到压缩上方。(见图1、2)

接水盒装在压缩机上方的安装方式，要求蒸发器的安装位置高于接水盒的高度，这样蒸发器上产生的化霜水才能通过出水嘴流到接水盒内，在压缩机工作温度的作用下加速水分的自然蒸发。③通过价值工程分析，对压缩机托板进行优化，使托板拉伸成型，并在安装压缩机位置拉出一定高度的平台装配压缩机，使它能够储存化霜水，接水盒与压缩机托板两个零件合并为一个零件，减少零件数量和零件的装配次数，大大优化了电冰箱的装配工艺并且达到节支降耗的效果。

普通冰箱的压缩机仓一般为封闭的结构，如图1、2所示，整个压缩机仓被压缩机后罩罩住，必须考虑化霜水的蒸发问题。为此，在压缩机后罩上方开一定的通风孔，并在接水盒的上方留足够的空气流通空间。如图3所示，在接水盒与冰箱底板间必须留有△2>10mm的间隙;与压缩机后罩的通风孔形成流通通道，以便将水蒸汽带走。(见图3)

(按照冰箱的分类分为两种即：①普通直冷电冰箱采用自然对流冷却，冷藏室的背部通常有结霜现象，依靠停机时间间隔自然化霜，化霜水流到接水盒内，而冷冻室内蒸发器表面的结霜则不能自然化霜，随时间越长越积越厚，甚至影响制冷效果，因此，需要人工定期进行除霜;②无霜冰箱则是通过风扇将被蒸发器冷却的空气强制吹入冰箱各间室进行强制冷却，霜层只结在蒸发器表面，冰箱间室内完全看不到霜，所以又叫无霜冰箱，结在冷冻室蒸发器上的霜通过加热器进行定时除霜;因此，不需要人工除霜。)

1.2 接水盒容积的计算

根据前面的分析，在进行接水盒的设计中，首先考虑的是所设计的接水盒必须能容纳累计工作一定时间的一次化霜水的容积，设计计算接水盒容积的方法可分为两种，即初略估算和精确计算。

1.2.1 初略估算

由于冰箱蒸发器上结构的厚度，决定着其热交换效率，因此，当蒸发器表面结霜厚度超过一定厚度时就必须进行化霜，因此，可以按下式进行初略估算：

V≥S×δ×10-3(ml) ⑴

式中V—化霜水容积;S—蒸发器的热交换面积mm2，δ—冰箱内的结霜厚度mm。

对于直冷冰箱化霜水相对较少，一般冰箱工作时在冷藏室背部会出现均匀的霜，正常情况下不得大于5mm;即(取5mm)因此，接水盒的设计容积V可以如下式进行估算：

V≥S×5×10-3(ml) ⑵

对于风冷冰箱，它的蒸发器一般为刺片结构，按一定间距排列其热交换面积大，效率高，制冷块，要初略估算风冷冰箱接水盒容积，必须考虑冰箱在一个化霜循环周期内，蒸发器上结霜的化霜水量，因此，合理的化霜时间应由刺片上结霜的厚度决定化霜时间，这样，箱内湿度大时，化霜次数我多，湿度小的时候化霜次数就少，保证化霜加热器在需要化霜的时候进行工作，从而还可以达到节能的效果。我们利用反求法，对目前风冷冰箱的接水盒容积进行计算，然后反过来计算蒸发器表面的结霜厚度，得到风冷电冰箱中蒸发器表面结霜厚度平均一般在2.5~3mm，接水盒传热好，温度高的，取1.5mm来进行容积估算。

1.2.2 精确计算

精确计算是按照室内析水量进行计算，考虑电冰箱的使用频率、使用环境空气的相对湿度，电冰箱的使用频率即开门次数等因素进行计算，通常考虑最不利因素进行计算，我们假设冰箱在高温高潮湿的最不利环境下使用，取使用环境温度为38℃，相对湿度100%进行计算。

1.2.3 含湿量计算

冷藏室的计算按冰箱工作环境温度为38℃，环境相对湿度100%，冷藏室温度由38℃降至平均温度tm=0℃(0℃≤tm≤5℃)时的空气含湿量：

d=622Ps/(B-Ps)=622×φ×Pb/(B-φxPb) ⑶

式中：Ps—空气中水蒸气分压力(Pa);Pb—空气中饱和水蒸气分压力(Pa);d—空气含湿量(g/kg);φ—相对湿度，取φ=100%。

在标准大气压B=101325 Pa下，湿空气的热力性质：

环境温度为38℃：比容γ1=0.943(m3/kg)，饱和水蒸气分压力Pb=6609pa

环境温度为0℃：比容γ2=0.778(m3/kg)，饱和水蒸气压力Pb=610.7pa

于是有：

d38℃=622×φ×Pb/(B-φx Pb)=622×100%×6609/(101325-100%×6609)=43.4013(g/kg)

d0℃=622×φ×Pb/(B-φ×Pb)=622×100%×610.7/(101325-100%×610.7)=3.7716(g/kg)

冷冻室的计算按冰箱工作环境温度38℃，环境湿度(取φ=100%)，冷冻室温度由38℃降至平均温度tf=-18℃时的空气含湿量：

d-18℃=622×Ps/(B-Ps)=622×φ×Pb/(B-φ×Pb) ⑷

在标准大气压下，环境温度为-18℃的湿空气热力性质：比容γ3=0.7225(m3/kg)，饱和水蒸气分压力pb=125pa，于是tf=-18℃时空气含湿量：

d-18℃=622×125/(101325-100%×125)=0.76828(g/kg)

1.2.4 析水量的计算

冷藏室析水量，冷藏室容积V冷藏(L)，箱内温度为38℃的空气质量：

m38℃=V冷藏/γ1 (5)

其中，空气中水蒸气含量m1= m38℃×d38℃/(1000+d38℃) (6)

箱内温度为0℃的空气质量m0℃的空气质量m0℃=V冷藏/γ2 (7)

其中，空气中水蒸气含量m2= m0℃×d0℃/(1000+ d0℃) (8)

于是，从38℃降至0℃后的析水量为△m;

△m=m1+m2 (9)

按照日本标准中耗量量测试的规定，冷藏室每天的开门次数为50次，假设每次开关门过程中箱内空气全部被置换，那么总析水量为M冷藏=△m×50

同上按公式(5)—(9)推出冷冻室析水量，冷冻室容积V冷冻(L)，箱内平均温度为-18℃的空气质量：

m38℃=V冷冻/γ1 (10)

其中，空气中水蒸气含量m1= m38℃×d38℃/(1000+d38℃) (11)

箱内温度为-18℃的空气质m-18℃=V冷冻/γ3 (12)

其中，空气中水蒸气含量m2= m-18℃×d-18℃/(1000+d-18℃) (13)

从38℃降至-18℃后的析水量为△m'：

△m'= m1+m2 (14)

按照日本标准中耗电量测试的规定，冷冻室每天开门次数为15次，假设每次开门过程中箱内空气全部被置换，那么总析水量为：

M冷冻=△m×15 (15)

如果是冷冻冷藏箱，而且都是无霜冰箱，那么，总析水量就为上述折水量的总合，即

M=M冷藏+M冷冻

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电冰箱接水盒设计方案探讨(二)

hc360慧聪网家电行业频道 2004-07-21 12:19:15

2 计算实例

以348L冰箱为例(其中冷冻室90L，冷藏室260L)进行计算如下：

2.1 冷藏室析水量

冷藏室容积V冷藏=260L，箱内温度为3℃的空气质量：

m38℃=V冷藏/γ1=260×103/0.943=0.2757(kg)

其中，空气中水蒸气含量m1= m38℃×d38℃/(1000+d38℃)=0.011468(kg)

箱内温度为0℃的空气质量m0℃=V冷藏/γ2 =260×103/0.778=0.33419(kg)

其中，空气中水蒸气含量m2= m0℃×d0℃/(1000+ d0℃)=0.0012557(kg)

于是，从38℃降至0℃后的析水量为△m：△m= m1- m2=0.0102123(kg)

2.2 冷冻室析水量

冷冻室容积V冷冻=90L，箱内平均温度为-18℃的空气质量：

m38℃=V冷冻/γ1=90×103/0.943≈0.09544(kg)

其中，空气中水蒸气含量m1= m38℃×d38℃/(1000+d38℃)=0.00397(kg)

箱内温度为-18℃的空气质量m-18℃=V冷冻/γ3=90×103/0.7225=0.12457(kg)

其中，空气中水蒸气含量m2= m-18℃×d-18℃/(1000+ d-18℃)=9.5631×10-5(kg)

从38℃降至-18℃后的析水量为△m'：△m'= m1+m2= 3.8744×10-3(kg)

按照日本标准中耗电量测试的规定各间室每天开门次数考虑，则析水量：

M冷藏=△m×50=0.51065(kg)

M冷冻 =△m'×15=58.116×10-3(kg)

如果是直冷冰箱，38℃度时水的比容γ=0.001007m3/kg，则析出水的容积为：

V= M冷藏×γ=0.000514189m3≈514.2ml

在设计接水盒时，接水盒的容积必须大于析出来的容积即：

V接水盒>514.2ml

如果是无霜冰箱，38℃度时水的比容γ=0.001007 m3/kg ，则析出水的容积为：

V= M冷藏×γ+ M冷冻×γ=0.0005727m3≈572.1ml

而560系列压缩机托板接水盒的设计容积为677.7ml，因此，设计合理。

2.3 蒸发量的确定

冰箱在一定工作环境温度，环境湿度下，按照估算或者精确计算后得出了电冰箱的化霜水容积后，还需计算在相同环境条件下，接水盒的蒸发面积，参照《实用供热空调设计手册》敞开水槽表面散湿量的计算式确定蒸发量：

W=β×(Pqb-Pq)×F×B/B'(kg/s) ⒄

式中Pqb—相应于水表面温度下的饱和空气的水蒸气分压力(Pa);Pq—空气中水蒸气分压力(Pa);β—蒸发系数[kg/(N.s)]，按下式确定：

β=(a+0.00363v)10-5

B—标准大气压，其值为101325Pa;B'—当地实际大气压(Pa)。

从下页表可以看出，蒸发量与接水盒内水的温度、接水盒周围温度、以空气流动速度以及当地的实际大气压与标准大气压之比有关，按照《实用供热空调设计手册》中民用建筑厨房空气流速推荐值取流速v=0.25m/s，在设计中必须考虑压缩机仓有良好的通风效果;使得化霜水在接水盒中24h内的蒸发量大于24h冰箱冷藏室内的析水量，沿海地区通常为高温、高湿环境，因此按沿海地区计算，在计算中取B/B'=1，按照压缩机托板与接水盒一体化的接水盒结构如图4所示，计算如下：

表 不同水温下的扩散系数

①接水盒的蒸发面积为S=181.2×340.8=61.75×10-3m2

②根据电冰箱压缩机工作时测出相关部位的温度取值如下：压缩机仓的平均温度取Tm仓=45℃，托板中水平均温度为Tm水=42℃。环境温度为38℃空气中饱和水蒸气分压力Pb=6609(Pa)，相应于水表面温度下的饱和空气的水蒸气分压力Pq.b=7400(Pa)

β=(0.0063+0.00363×0.25)10-5=0.0071×10-5

W=β(Pq.b- Pq)FB/B=0.0071×10-5×(7400-6609) ×61.751×10-3=347.16×10-8(kg/s)

38℃度时水的比容γ=0.001007m3/kg，则蒸发量：

W1=W×γ=0.349×10-8(m/s)

24h的析水量V=△m×γ=0.000154189m3

W2=V/3600=154.18/(3600×24)=0.17×10-8(m/s)

按上述分析：24h内接水盒的蒸发量W1>冷藏室的析水量W2，因此，不会出现化霜水溢出接水盒的现象。

3 接水盒的结构

通过前面的分析与计算，接水盒中化霜水的蒸发速度仅与接水盒中水的表面积和接水盒周围温度有关;而接水盒周围温度取决于压缩机或者加热管的工作温度，因此，接水盒的蒸发速度最终只与接水盒中水表面积、压缩机或者加热管工作时的温度有关，在设计中接水盒不仅要有容纳一次化霜水的容积，还需敞开面积尽量上面通风效果良好，并且尽量接近热源。因此，接水盒的结构要求外壳有充分的换热面积和通风量，例如装在压缩机上方的接水盒，设计成与压缩机弧度一致，增加受热面积，深度不宜过深，如果储水量过深应增加隔条使化霜水在接水盒中的深度均匀，不至于造成接水盒底部过深的积水，尤其是热传导低的接水盒材料，有条件的还应增加通风孔，提高空气的流通性，如图5，如果接水盒面积过大，可能影响空气流通，因此，在接水盒的中间开通风孔，如图6，在结构受限制、蒸发面积不够的情况下，可以提高接水盒表面的蒸发温度来解决。