ICES—40雪花制冰机D型蒸发器结构设计及优化

管建峰　瞿生鹏

摘 要：通过简要介绍ICES-40雪花制冰机D型蒸发器的主要技术参数和整体结构设计，提出了优化D型蒸发器的设计方案。该方案既满足了产品需求，又降低了制造成本。

关键词：雪花制冰机；蒸发器；螺杆轴；冷却液

中图分类号：TH69 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.21.060

蒸发器是制冰机重要的组成部分。传统蒸发器的工作原理为：当制冷剂经过蒸发器外壁时，通过蒸发带走水的热量，使水的温度逐渐降到冰点。这时在蒸发器的内壁上会结出冰晶。刮冰轴缓慢转动，将冰晶从蒸发器内壁刮下，刮下的屑片冰随着螺杆向上输送。随着温度的进一步降低和螺杆叶片的持续挤压，屑片冰最后从机头挤出，形成碎形冰块。工作中，冷却剂在腔中流动时存在死角（冷却液流动未经过的地方）且流动不均匀，影响制冰效率。

1 主要技术参数

ICES-40雪花制冰机D型蒸发器的主要技术参数如下：

制冰量：40 kg/24 h；耗水量（L/h）：≤1.6；制冷剂：进口无氟/R134a；输入功率：26 W；冰型：不规则细盐状的雪花碎冰。

2 蒸发器整体结构设计

ICES-40雪花制冰机D型蒸发器的组成结构如图1所示。

2.1 蒸发器螺杆轴的设计

本次设计所使用的蒸发器是螺杆式立式蒸发器。蒸发器正常工作时，螺杆完全浸泡在水（或冰）中，因此在选取螺杆轴时，要充分考虑轴的抗生锈能力和抗腐蚀能力。经综合考虑，选用300系列铬-镍，型号为316的奥氏体不锈钢比较合理。

2.1.1 螺杆轴直径的计算

本次设计选择电动机功率为P=40 W，转速为N=1 350 rpm的单相电动机。经过二级减速器的作用，输出功率为P0=26 W，转速为N0=50 rpm。

当工作温度低于20 ℃时，316奥氏体不锈钢的许用应力为τ=40 MPa，联轴器的效率为η1=0.98.

轴的扭转强度条件为：

由式（3）可得轴的直径为：

式（5）中：s为螺杆轴的螺距，mm；n为螺杆的转速；

代入相关数据可得：0.005=47×0.042×s×50×0.85×0.4.

解得：s=25.4 mm。

2.2 蒸发器圆筒材料的选取

为了达到较好的制冷效果，需要考虑三个要素，即冷却液的性能、圆筒的壁厚和圆筒的材料。选择圆筒材料时，既要考虑材料的性能，又要考虑材料的经济性。为了达到较好的制冷效果，圆筒材料需要具备较高的热导率。常用的几种材料的热导率如表1所示。

考虑到材料的性能和经济性，此次设计选用了黄铜材质的圆筒材料。

3 UG结构造型

经过计算，设计出蒸发器的结构外形，并用UG 三维软件绘出蒸发器的UG外形图和蒸发器的内部结构图，分别如图2和图3所示。

4 蒸发器D型管的设计

D型管是由普通铜管经过轧制形成截面形状为“D”形的构件，且铜管只轧制中间部分，两端保留圆形截面，以方便联接。如图1所示，将D型管紧密地缠绕在刮冰筒进水口与出冰口之间，采用铜纤维作为焊接材料。焊接时，需将焊接材料充分填充到铜管之间，以保证良好的导热性。

5 D型蒸发器的优化分析

相比于现有的螺杆式蒸发器的螺旋形容腔，本设计采用的D型管不仅能够改善冷却液的分布形式，提高冷却液的吸热效果以及蒸发器的制冷效果，从而提高制冰量，还能够简化结构，改善蒸发器的制造工艺。

刮冰轴的铰刀距挂冰筒内壁0.05～0.1 mm。这样既能增强蒸发器的制冰效果，又能保证蒸发器内壁的加工精度。

6 结论

本设计采用的D型蒸发器在工作时冷却液是沿着铜管流动的。相比于现有的螺杆式蒸发器，D型蒸发器的冷却液能够均匀地在铜管中流动。这样便增强了制冰效果，提高了制冰效率，克服了传统制冰机效率低的缺点。

本设计采用轧成D型的铜管作为冷却液的通道。相比于现有刮冰筒腔体的螺旋结构，本设计不必制造腔体的螺旋结构，只需购买一定规格的铜管，经过轧制形成截面形状为“D”形的管道，然后缠绕在挂冰筒外圈，焊接固定即可，从而简化了结构且加工简单，同时节省了刮冰筒的材料，降低了制造成本。

参考文献

[1]刘强，黄新友.材料物理性能[M].北京：化学工业出版社，2009：52-56.

〔编辑：刘晓芳〕