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一种 冰箱不同部位漏热负荷测试装置与方法

阅读：985发布：2020-05-11

专利汇可以提供一种冰箱不同部位漏热负荷测试装置与方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种冰箱不同部位漏热负荷测试装置与方法，该装置由计算机、数据采集器、PID 控制器、电子调压器、功率表、热电偶、热流密度传感器、电加热丝、风机及实验冰箱组成；调整电加热丝位置使冰箱内部温度均匀，根据不同位置的热阻划分冰箱壁面的测试区域；采用反向热平衡法维持实验冰箱间室的热平衡状态，在PID控制器中加热温度，考虑到PID控制器采集精度不高，PID控制器的加热温度用数据采集器采集的多点温度平均值来校正。在环境温度和内部温度稳定后，用热流密度传感器测试不同区域的热流密度值，针对门封漏热难以测试的问题，采用电加热丝的功率减去壁面漏热总热负荷获得；同时，打开风机可模拟实现强制对流状态的风冷冰箱漏热测试。，下面是一种冰箱不同部位漏热负荷测试装置与方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种冰箱不同部位漏热负荷测试装置，其特征在于：该装置包括计算机(101)、数据采集器(102)、冷冻室PID控制器(103)、冷冻室电子调压器(104)、冷冻室功率表(105)、冷藏室PID控制器(106)、冷藏室电子调压器(107)、冷藏室功率表(108)、冷冻室(109)、冷藏室(110)、调压器(111)、冷冻风机(112)、冷藏风机(113)、冷冻室电加热丝(114)、冷藏室电加热丝(115)、冷冻室壁面热流密度传感器(116)、冷藏室壁面热流密度传感器(117)、冷冻-冷藏中梁面热流密度传感器(118)、冷冻室PID控制器所连接热电偶(119)、冷藏室PID控制器所连接热电偶(120)、多个冷冻室测温热电偶(121)和多个冷藏室测温热电偶(122)；
所述测试装置分为采集装置、调控装置和实验冰箱；所述采集装置包括的部件及连接关系为：计算机(101)与数据采集器(102)相连；数据采集器(102)内采集卡含多个采集通道，分别与冷冻室功率表(105)、冷藏室功率表(108)、冷冻室壁面热流密度传感器(116)、冷藏室壁面热流密度传感器(117)、冷冻-冷藏中梁面热流密度传感器(118)、多个冷冻室测温热电偶(121)、多个冷藏室测温热电偶(122)相连接；所述调控装置包括温控装置和风控装置，温控装置中，冷冻室PID控制器(103)与冷冻室电子调压器(104)、冷冻室电加热丝(114)和冷冻室PID控制器所连接热电偶(119)相连，冷藏室PID控制器(106)与冷藏室电子调压器(107)、冷藏室电加热丝(115)和冷藏室PID控制器所连接热电偶(120)相连；风控装置中，调压器(111)分别与冷冻风机(112)和冷藏风机(113)相连；所述对应的实验冰箱包括通过中梁面连接的冷冻室(109)和冷藏室(110)；所有的风机、电加热丝、热电偶均置于冷冻室(109)和冷藏室(110)中，热流密度传感器安装于冰箱内部的中梁面或者冰箱外部壁面。
2.根据权利要求1所述的一种冰箱不同部位漏热负荷测试装置，其特征在于：为了保证冷冻室(109)、冷藏室(110)内部的温度均匀，所述冷冻室电加热丝(114)均匀布置在冷冻室(109)内腔z方向的冷藏室电加热丝(115)均匀布置在冷藏室(110)内腔z方向的且电加热丝距离前后左右壁面5cm，自制固定架用于电加热丝的布置；其中z1为实验冰箱的高度。
3.根据权利要求1所述的一种冰箱不同部位漏热负荷测试装置，其特征在于：所述冷冻室PID控制器所连接热电偶(119)布置于冷冻室(109)内腔的水平与垂直中心，坐标为冷藏室PID控制器所连接热电偶(120)布置于冷藏室(110)内腔的水平
与垂直中心，坐标为多个冷冻室测温热电偶(121)分别布置于冷
冻室(109)内腔，坐标为
多个冷藏室测温热电偶(122)分别布置于冷藏
室(110)内腔，坐标为
其中：x1为冷冻室长度，x2为实验冰
箱总长度，y1为实验冰箱宽度。
4.根据权利要求1所述的一种冰箱不同部位漏热负荷测试装置，其特征在于：所述冷冻室(109)和冷藏室(110)分别安装了冷冻风机(112)和冷藏风机(113)，根据传热系数计算公式其中K是总传热系数，W/(m2·K)；是内表面对流传热
系数，W/(m2·K)；δ是实验冰箱壁面厚度，m；λ是实验冰箱壁面材料导热系数，W/(m·K)；
2
是外表面对流传热系数，W/(m·K)；冷冻风机(112)和冷藏风机(113)开启时，间室内部壁面强制对流传热，对流换热系数增大，能够近似模拟风冷冰箱的漏热情况；冷冻风机(112)和冷藏风机(113)关闭时，间室内部壁面自然对流传热，能够近似模拟直冷冰箱的漏热情况。
5.权利要求1至4任一项所述的冰箱不同部位漏热负荷测试装置的测试方法，其特征在于：采用工程上常用的反向热平衡法维持实验冷冻室(109)、冷藏室(110)的热平衡状态，在对应冷冻室PID控制器(103)、冷藏室PID控制器(106)中设置加热温度，在环境温度和间室内部温度稳定后，冻室壁面热流密度传感器(116)轮流安装于冷冻室(109)外壁面的不同区域，冷藏室壁面热流密度传感器(117)轮流安装于冷藏室(110)外壁面的不同区域，冷冻-冷藏中梁面热流密度传感器(118)轮流安装于冷冻室(109)与冷藏室(110)之间中梁面的不同区域，在冷冻侧或冷藏侧；根据q＝ΔT/(δ/λ)，q是热流密度值，W/m2；ΔT是内外壁面温差，℃；δ是实验冰箱壁面厚度，m；λ是实验冰箱壁面材料导热系数，W/(m·K)；通过温度控制保持冷冻室(109)和冷藏室(110)内外壁面温差一致的前提下，测量点的热流密度值与该点的壁面厚度和材料类型有关；因此，测试区域的划分总体原则为综合考虑壁厚和材料差距，划分方法如下：
1)考虑到发泡材料加工时受到重力作用，上中下位置的发泡材料密度不一样，因此将冰箱壁面分为上、中、下测试区；
2)冷冻室(109)和冷藏室(110)间中梁接触的外壁面单独划分测试区域，考虑到冷冻室(109)和冷藏室(110)设定温度与环境的温差分别为43℃、20℃，所测试热负荷的2/3算为冷冻室漏热，1/3算为冷藏室漏热；
3)控制板、壁面边缘门体、压缩机仓壁面结构、材料不同，需要单独划分区域测量；
测试完成后，各个测试区域的漏热负荷按照Qi＝qi×si计算，其中qi是各个测试区域的热流密度值，W/m2；si是各个测试区域的面积，m2；计算完成后，根据测试区域所处位置，按照门体、后壁、侧壁、中梁、顶壁、底壁、门封7个类型归纳冰箱的冷冻室(109)、冷藏室(110)热负荷；门封漏热难以直接测试，采用电加热丝功率与各个测试区域漏热总负荷之差近似表示为门封漏热，即其中Qgasket是门封漏热负荷，W；Qheater是电加热丝
功率，W；Qi是某一测试区域漏热负荷，W。
6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于：冷冻室PID控制器(103)、冷藏室PID控制器(106)温度采集精度不如专门的数据采集器(102)，二者存在一定偏差，但是PID控制器必须采集自身所连接热电偶的温度作为控制的依据；因此，用PID控制器采集的温度数据乘以一个校正系数ε，采用公式推算ε，其中Tpid是PID控制器所连接热电偶温度，℃；Ti是数据采集器所连接、布置在冰箱内部各个位置的热电偶温度，平均温度值作为设定温度，℃。

说明书全文

一种冰箱不同部位漏热负荷测试装置与方法

技术领域

[0001] 本发明属于冰箱热负荷测试领域，具体涉及一种冰箱不同部位漏热负荷测试装置与方法。

背景技术

[0002] 冰箱作为传统家用电器，家庭保有量持续增长，耗电量占据全国家电总耗电的10％左右，节能、环保是冰箱未来的发展方向。冰箱的电量消耗主要用于制取冷量以抵消其稳定运行时的漏热负荷，漏热负荷的大小与冰箱的保温性能直接相关，准确地测试冰箱不同部位的漏热负荷是冰箱保温性能优化提升的基础，该测试装置与方法可为冰箱开发企业在漏热负荷测试上提供一定的参考。

[0003] 目前，冰箱漏热负荷的获得方法包括：理论公式计算、CFD仿真和实验测试。前面两种方法为降低计算难度，通常简化了实际边界条件，较难准确地反映真实情况，可作为设计参考。

[0004] 实验测试具有较高的可信度，工程上常用反向热平衡法测试冰箱漏热负荷，相比冰箱正常启停控制温度波动，反向热平衡法可以较好地维持冰箱温度场的稳定状态。但是现有测试人员对冰箱不同部位漏热负荷的测试重复性难以保证，究其原因：一是冰箱内部温度难以保证均匀，即不同部位的内外温差不一样，造成测量误差；二是测试区域的划分具有一定随机性，未能按照q＝ΔT/R考虑划分区域，测量结果不准确；三是常采用手动控制调压器的方式调节内部温度，是个繁琐的过程，或者利用PID控制器所采集的温度数据作为最终设定值，采集精度不高；四是未加风机，不能模拟风冷冰箱的漏热情况。因此，急需一种比较准确、合理地测试装置与方法测试冰箱漏热负荷。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于针对现有冰箱热负荷测试技术中存在的不足，提供一种冰箱不同部位漏热负荷测试装置与方法，该测试装置和方法测试结果合理、准确度较高。

[0006] 为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：

[0007] 一种冰箱不同部位漏热负荷测试装置，该装置包括计算机101、数据采集器102、冷冻室PID控制器103、冷冻室电子调压器104、冷冻室功率表105、冷藏室PID控制器106、冷藏室电子调压器107、冷藏室功率表108、冷冻室109、冷藏室110、调压器111、冷冻风机112、冷藏风机113、冷冻室电加热丝114、冷藏室电加热丝115、冷冻室壁面热流密度传感器116、冷藏室壁面热流密度传感器117、冷冻-冷藏中梁面热流密度传感器118、冷冻室PID控制器所连接热电偶119、冷藏室PID控制器所连接热电偶120、多个冷冻室测温热电偶121和多个冷藏室测温热电偶122；

[0008] 所述测试装置分为采集装置、调控装置和实验冰箱；所述采集装置包括的部件及连接关系为：计算机101与数据采集器102相连；数据采集器102内采集卡含多个采集通道，分别与冷冻室功率表105、冷藏室功率表108、冷冻室壁面热流密度传感器116、冷藏室壁面热流密度传感器117、冷冻-冷藏中梁面热流密度传感器118、多个冷冻室测温热电偶121、多个冷藏室测温热电偶122相连接；所述调控装置包括温控装置和风控装置，温控装置中，冷冻室PID控制器103与冷冻室电子调压器104、冷冻室电加热丝114和冷冻室PID控制器所连接热电偶119相连，冷藏室PID控制器106与冷藏室电子调压器107、冷藏室电加热丝115和冷藏室PID控制器所连接热电偶120相连；风控装置中，调压器111分别与冷冻风机112和冷藏风机113相连；所述对应的实验冰箱包括通过中梁面连接的冷冻室109和冷藏室110；所有的风机、电加热丝、传感器和热电偶均置于冷冻室109和冷藏室110中。

[0009] 为了保证冷冻室109、冷藏室110内部的温度均匀，所述冷冻室电加热丝114均匀布置在冷冻室109内腔z方向的冷藏室电加热丝115均匀布置在冷藏室110内腔z方向的且电加热丝距离前后左右壁面5cm，自制固定架用于电加热丝的布置；
其中z1为实验冰箱的高度。

[0010] 所述冷冻室PID控制器所连接热电偶119布置于冷冻室109内腔的水平与垂直中心，坐标为冷藏室PID控制器所连接热电偶120布置于冷藏室110内腔的水平与垂直中心，坐标为多个冷冻室测温热电偶121分别布置
于冷冻室109内腔，坐标为
多个冷藏室测温热电偶122分别布置于冷藏室110内腔，坐标为
其中：x1为冷冻室厚度，x2为实验冰箱总厚度，y1为实验冰箱宽
度。

[0011] 所述冷冻室109和冷藏室110分别安装了冷冻风机112和冷藏风机113，根据传热系数计算公式其中K是总传热系数，W/(m2·K)；是内表面对流传热系数，W/(m2·K)；δ是实验冰箱壁面厚度，m；λ是实验冰箱壁面材料导热系数，W/(m·K)；是外表面对流传热系数，W/(m2·K)；冷冻风机112和冷藏风机113开启时，间室内部壁面强制对流传热，对流换热系数增大，能够近似模拟风冷冰箱的漏热情况；冷冻风机112和冷藏风机113关闭时，间室内部壁面自然对流传热，能够近似模拟直冷冰箱的漏热情况。

[0012] 所述的冰箱不同部位漏热负荷测试装置的测试方法，其特征在于：冷冻室壁面热流密度传感器116轮流安装于冷冻室109外壁面的不同区域，冷藏室壁面热流密度传感器117轮流安装于冷藏室110外壁面的不同区域，冷冻-冷藏中梁面热流密度传感器118轮流安装于冷冻室109与冷藏室110之间中梁面的不同区域，在冷冻侧或冷藏侧；根据q＝ΔT/(δ/λ)，q是热流密度值，W/m2；ΔT是内外壁面温差，℃；δ是实验冰箱壁面厚度，m；λ是实验冰箱壁面材料导热系数，W/(m·K)；通过温度控制保持冷冻室109和冷藏室110内外壁面温差一致的前提下，测量点的热流密度值与该点的壁面厚度和材料类型有关；因此，测试区域的划分总体原则为综合考虑壁厚和材料差距，划分方法如下：

[0013] 1)考虑到发泡材料加工时受到重力作用，上中下位置的发泡材料密度不一样，因此将冰箱壁面分为上、中、下测试区；

[0014] 2)冷冻室109和冷藏室110间中梁接触的外壁面单独划分测试区域，考虑到冷冻室109和冷藏室110设定温度与环境的温差分别为43℃、20℃，所测试热负荷的2/3算为冷冻室漏热，1/3算为冷藏室漏热；

[0015] 3)控制板、壁面边缘门体、压缩机仓壁面结构、材料不同区域需要划分测量；

[0016] 测试完成后，各个测试区域的漏热负荷按照Qi＝qi×si计算，其中qi是各个测试区域的热流密度值，W/m2；si是各个测试区域的面积，m2。计算完成后，根据测试区域所处位置，按照门体、后壁、侧壁、中梁、顶壁、底壁、门封7个类型归纳冰箱冷冻室(109)、冷藏室(110)热负荷；门封漏热难以直接测试，采用电加热丝功率与各个测试区域漏热总负荷之差近似表示为门封漏热，即其中Qgasket是门封漏热负荷，W；Qheater是电加热丝功率，W；Qi是某一测试区域漏热负荷，W。

[0017] 冷冻室PID控制器103、冷藏室PID控制器106温度采集精度不如专门的数据采集器102，二者存在一定偏差，但是PID控制器必须采集自身所连接热电偶的温度作为控制的依据；因此，用PID控制器采集的温度数据乘以一个校正系数ε，采用公式推
算ε，其中Tpid是PID控制器所连接热电偶温度，℃；Ti是数据采集器所连接、布置在冰箱内部各个位置的热电偶温度，平均温度值作为设定温度，℃。

[0018] 与已有的冰箱漏热负荷测试装置相比，本发明通过不断调整加热丝的布置位置，最终确定将电加热丝均匀布置在冰箱间室底部的1/20～1/6高度，可实现冰箱内部各处温度的基本均匀；利数据采集器测试的多点温度平均值校正PID所采集的控制温度，提高温度控制的准确性；内置了直流风机，可模拟对比测试直冷冰箱和风冷冰箱的漏热情况；为了更准确地测试不同部位的冰箱漏热，根据q＝ΔT/(δ/λ)，在使冰箱内外表面温差基本一致的前提下，根据材料、壁面厚度划分测试区域，以获得能更精确表征冰箱漏热负荷的测试数据。与现有按照经验随机划分测试区域相比，做到测试区域划分有据可依。本发明所提的测试装置与方法是一种准确度较高的热负荷测试方法，也可适用于单温冰箱，具有一定的实用价值。附图说明

[0019] 图1为本发明冰箱内部电加热丝的布置图。

[0020] 图2为本发明冰箱的测试区域划分，其中：图2(a)为冰箱总体结构的测试区域划分，图2(b)为门体的测试区域划分，图2(c)为后壁面的测试区域划分，图2(d)为冷冻侧壁的测试区域划分，图2(e)为冷藏侧壁的测试区域划分，图2(f)为顶壁的测试区域划分，图2(g)为底壁的测试区域划分。

具体实施方式

[0021] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚简明，以下结合附图及一种实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0022] 实施例

[0023] 如图1所示，一种冰箱不同部位漏热负荷测试装置，包括计算机101、数据采集器102、冷冻室PID控制器103、冷冻室电子调压器104、冷冻室功率表105、冷藏室PID控制器
106、冷藏室电子调压器107、冷藏室功率表108、冷冻室109、冷藏室110、调压器111、冷冻风机112、冷藏风机113、冷冻室电加热丝114、冷藏室电加热丝115、冷冻室壁面热流密度传感器116、冷藏室壁面热流密度传感器117、冷冻-冷藏中梁面热流密度传感器118、冷冻室PID控制器所连接热电偶119、冷藏室PID控制器所连接热电偶120、多个冷冻室测温热电偶121和多个冷藏室测温热电偶122。

[0024] 制作了适应于冰箱冷藏室、冷冻室空间的电加热丝固定架，通过不断调整电加热丝的布置方式，最后确定将电加热丝均匀布置在间室高度的1/20～1/6位置时，间室上中下温差在1℃以内，实验环境平均温度19.0℃，冷藏室平均温度38.56℃：上中下分别为38.29℃、38.42℃、38.96℃，冷冻室平均温度61.4℃：上中下分别为61.6℃、61.4℃、61.75℃。

[0025] 如图2中图2(a)、图2(b)、图2(c)、图2(d)、图2(e)、图2(f)和图2(g)所示，一种较高精度的冰箱不同部位漏热负荷测试方法，根据冰箱内部结构和材料的差异，各个壁面均划分了测试区域1-43，可以看到门体、后壁面、左壁面、右壁面均分为上中下三个部分，这是考虑到发泡过程中，发泡料受重力作用容易沉积在下部。同时考虑到中梁接触面同时受到冷冻室、冷藏室加热，控制板和壁面边缘门体的材料和厚度明显不同，单独划分测量区域。未开风机工况下，测试结果如表1：

[0026] 表1实施案例冰箱壁面漏热负荷测试结果

[0027]

[0028]

[0029] 注：计算壁面总漏热时，因39、40、41为冷冻室通过中梁面传至冷藏室的，故不计算在内，在单独计算不同间室漏热时，39、40、41的传热量为冷冻室的漏热负荷、冷藏室的加热负荷；通过整理可得到，冰箱不同部位漏热负荷：

[0030] 表2实施案例冰箱不同部位漏热负荷

[0031]冷冻室热负荷/W 占比冷藏室热负荷/W 占比
电加热丝 37.84 100.00％电加热丝 13.13 64.57％
门体 7.22 19.09％门体 4.27 21.02％
侧壁 6.58 17.39％侧壁 4.86 23.89％
后壁 6.48 17.12％后壁 5.35 26.32％
中梁 7.20 19.04％中梁 -7.20 \
顶壁 2.65 7.01％顶壁 1.99 9.81％
底壁 1.76 4.65％底壁 1.12 5.51％
门封 5.94 15.70％门封 2.74 13.46％
合计 37.84 100.00％合计 20.33 100.00％

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