卧式冷柜中梁设计方法综述

卧式冷柜中梁设计方法综述

张宏闯1李凌2

（海信容声（广东）冷柜有限公司广东佛山528303）

摘要：采用多门设计的卧式冷柜，为了减少门体间间隙漏冷，需要增加中梁结构。本文总结目前卧式冷柜产品常见的中梁设计方法，包括中空腔体，保温材料腔体，加热中梁等，并对比各方法的优劣势，供冷柜设计人员参考选用。

关键词：卧式冷柜；中梁；中空腔体；保温腔体；加热中梁；

1、引言

大容积卧式冷柜产品，为了开门的便利性，通常采用双门或多门设计。几个门体并排安装于箱体上。为满足每个门都能独立开闭的要求，每两门间需要留有间隙，如图一所示。

从图一可以知道，两门间的间隙连通了柜内和柜外的空间，柜内和柜外空气会通过此间隙进行对流，会影响柜内的储藏温度，导致柜内温度上升，能耗增加等，因此，需设计相应的结构——中梁——安装在箱体上，减少柜内冷量流失。中梁通常安装在间隙向下对应的箱体部位，门体上安装的门封与中梁紧压接触，形成密封空间，从而避免箱内冷量从两门之间装配间隙直接流失。

2、中梁设计方法

卧式冷柜中梁通常采用塑料或金属挤出件，通过模具挤出一段具有一定截面的型材，单独或和其他结构配合，通过螺钉固定在箱框上。但根据成本、性能等不同要求，又有不同的设计方法。

2.1单层挤出设计

采用该设计方法的中梁，挤出截面通常非常简单，只有一层壁厚和一些加强筋组成，图图二。

采用这种方法的优点是结构简单，成本低，因此很多低端采用。但该方法的缺点也非常明显。柜内冷空气和柜外热空气紧靠挤出型材的板厚隔绝，隔热系数高，隔热效果很差。会导致中梁上表面温度低，空气中的水蒸气在此凝露，结冰，冰将门封和中梁粘连，造成门开启困难，关闭时门封磕碰在冰块上，损坏门封，长时间与冰块接触的门封，弹性差，密封效果弱，用户需经常清理结冰。客户投诉很多，因此目前该方法在慢慢被淘汰。

2.2中空腔体设计

由于2.1中单层挤出的方法隔热效果太差，为了改善隔热效果，因此更改挤出截面，采用带有中空腔体的截面，挤出后腔内充满空气，如图三，挤出件再配合其他结构固定在箱框上。

该方法是靠借用空腔内空气导热性差的特点来隔热。空气的导热系数为0.023W/(m•K)，比塑料件的导热系数低很多，因此隔热效果比第一种方法强很多，在一般的使用环境下可以解决表面凝露，结冰问题。同时，该结构相对结构简单，成本也较低，因此目前在很多产品上使用。但是，该方法要求中空腔必须严格密封，以实现空气隔热，这在实际生产中是很难保证。且随着产品使用时间的增加，两端的也经常出现密封不良。当密封不良时，冷空气可以从两端密封不严的地方出入到腔体内，使空气的隔热效果失效，带来凝露及结冰问题。在夏季时，箱体内外温差最大可达40℃，在如此高的温差下，露点温度通常较低，而仅仅依靠空气隔热的中梁的上表面的温度较低，所以还是无法避免中梁顶部上表面凝露和结冰。

图三

2.3带保温材料的中空腔体设计。

我们可以看出，在2.2的设计方法中，主要的问题是中空腔不好密封，容易漏冷气，导致隔热效果不好。因此，我们可以进一步改进，在中梁的空腔内填充保温材质，如EPS发泡泡沫，或聚氨基甲酸脂硬质泡沫（发泡），如图四所示。不依靠空气隔热，而是依靠保温材料隔热。EPS泡沫的导热系数是0.041，聚氨基甲酸脂硬质泡沫（发泡）的导热系数是0.020，相比较于空气的导热系数更低，因此该方法比2.2设计中的中梁隔热效果更好。同时，空腔内因填充了材料，冷气也难以进度到空腔内，进一步提高了隔热效果。因此，该方法在防凝露方面有明显改善。但该方法的缺点是成本相对较高，且生产、装配工艺较复杂，所以目前主要在大品牌产品上使用。

但是，该方法在极端的使用环境下，仍存在缺陷。主要原因是中梁的泡层厚度和宽度受成本和产品有效容积限制，不能设计的太宽、太厚。导致中梁内腔容积有限，保温材料充注不足，隔热效果不能进一步提升。因此，在极端的使用环境下，如南方的梅雨季节，空气中的湿度很大，可以达到95%以上，在此环境下，因露点温度很低，本设计方法的中梁表面温度受柜内温度影响，很容易达到露点温度，因此表面的凝露、结冰的问题仍然比较明显。

图四

2.4加热中梁设计。

在2.3的设计中，因隔热效果还不能达到最好，因此无法完全杜绝中梁表面的凝露和结冰问题。但隔热层的厚度受到柜内空间限制，不能做得太厚。同时，保温材料的性能受限，也不能无限提升。因此，需要考虑采用其他方法提高中梁表面的温度。比如，中梁上表面内侧粘贴电加热丝，或者引冷凝器管到中梁上表面内侧，利用冷凝器管的热量对中梁进行加热。

下面介绍其中电加热的设计[1]。在2.3的基础上，在中梁的中空腔内壁上贴附电加热装置，然后再注入保温材料，如图五。通过加热丝加热，强制提高中梁上表面的温度，使达到露点温度以上，防止凝露产生。此方法在根本上解决了凝露的产生，因此使用效果最好，经过测试，在32℃，85%的测试环境下，表面没有任何凝露产生。同时，该方法结合环温传感器，湿度传感器等使用，可以实现自动加热，自动除露等功能。

但是，该设计方法的劣势很明显。主要有：1、成本高；2、设计复杂，需要考虑加热丝如何粘贴，如何走线等问题；3、加工复杂，相比较于其他方法，增加了很多工序；4、电气安全问题，因加热丝埋在保温材料中，因此需要设计上考虑电气安全、阻燃等要求；5、带来整机耗电量上升。根据2016年新发布的GB/T8059，此类加热器如果不是通过感环温和湿度自动加热，则在测试耗电量时需要将加热丝打开，因此会带来耗电量上升[2]。正是因为上述这些劣势，虽然加热中梁的除露效果最好，但是目前国内冷柜产品很少使用，仅有海信、容声等极少数公司产品上采用。

3、结束语

通过第二部分对中梁各种设计方法的介绍，对比，我们可以知道，中梁主要是解决柜内冷量泄漏的问题。而中梁设计的要点是避免中梁上表面凝露、结冰问题。各自设计方法中，有的设计简单、成本低，但凝露问题严重；有的可以完全解决凝露问题，但成本高，设计复杂。因此各公司需要根据各自产品的定位，成本压力，市场策略等，选择最适合自己公司、产品的设计方法。

参考文献：

[1]吴安.用于制冷设备的中梁和具有其的制冷设备[P]中国专利：CN201310432705.6，2013-12-25

[2]GB/T8059-2016家用和类似用途制冷器具[S]

作者简介：

张宏闯（1986-），男，工程师，主要从事冷柜结构设计开发工作。