對(duì)開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室性能提升技術(shù)研究

陳開松 陸 濤

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

前言

目前，大容積風(fēng)冷冰箱已經(jīng)逐步成為家用冰箱的主流。冰箱的結(jié)構(gòu)類型主要分為十字、法式、對(duì)開門與多門等結(jié)構(gòu)，具體而言，十字對(duì)開門與多門冰箱大多數(shù)均為三循環(huán)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)冷藏、變溫與冷凍間室的獨(dú)立設(shè)計(jì)，多溫區(qū)多功能可以更好地滿足用戶的多種使用需求。法式冰箱分為帶變溫室與不帶變溫室兩種，帶變溫室設(shè)計(jì)方案是市場(chǎng)認(rèn)可度較好的類型。

對(duì)開門冰箱[1]只有兩個(gè)門組成，最簡單的設(shè)計(jì)方案就是一個(gè)間室為冷藏溫區(qū)，一個(gè)間室為冷凍溫區(qū)，部分高端冰箱才具有變溫室，該變溫室分位于冷藏間室中間與底部兩種方式，置于中間的變溫室，因?yàn)樯婕暗? ℃以下溫度，需要四周很好地保溫設(shè)計(jì)，才可以確保不凝露等可靠性滿足設(shè)計(jì)要求。對(duì)于置于冷藏底部的變溫室，一種設(shè)計(jì)方案為通過冷藏蒸發(fā)器，聯(lián)合相關(guān)風(fēng)道結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)變溫功能，但此種設(shè)計(jì)方案，導(dǎo)致變溫室在高環(huán)溫下，溫度不能達(dá)到較低設(shè)計(jì)要求。另一種方案，對(duì)開門冰箱為單系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在變溫間室與冷凍間室之間開一個(gè)孔洞，孔洞中安置風(fēng)門，通過風(fēng)門開停以及冷凍風(fēng)機(jī)的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)變溫室變溫功能，實(shí)際該種方案經(jīng)過驗(yàn)證，變溫室在常溫下僅可以達(dá)到0 ℃左右，不能很好地滿足變溫需求，保鮮效果較差，同時(shí)風(fēng)門處易凝露。

基于以上存在的對(duì)開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室溫度高，保鮮效果差等問題，需要設(shè)計(jì)出對(duì)開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室溫度可以達(dá)到“一星”級(jí)室要求，且整機(jī)能耗不增加，儲(chǔ)藏溫度與化霜可靠性[2]滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，確保保鮮效果更好。

1 具體方案

以當(dāng)前典型兩款對(duì)開門風(fēng)冷冰箱為研究載體，從分析冷藏底置變溫室的性能現(xiàn)狀出發(fā)，找出存在的問題，制定出對(duì)應(yīng)的風(fēng)道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制邏輯設(shè)計(jì)，并完成性能驗(yàn)證與可靠性測(cè)試，確保滿足項(xiàng)目既定目標(biāo)要求。

1.1 對(duì)開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室現(xiàn)狀分析

對(duì)開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室的設(shè)計(jì)方案主要分為三種，下面就具體方案展開分析。

方案1：對(duì)開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室，變溫間室位于冷藏間室中間部位，冰箱為雙循環(huán)制冷系統(tǒng)，變溫室內(nèi)的冷量供給主要來源于冷藏蒸發(fā)器，通過冷藏間室內(nèi)的冷藏風(fēng)扇與風(fēng)道的組合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)變溫間室的制冷需求。具體見圖1的變溫中置于對(duì)開門冰箱（雙系統(tǒng)）冷藏間室內(nèi)的結(jié)構(gòu)。

從圖1中可以看出，該變溫室因位于冷藏間室中間位置，內(nèi)部溫度0 ℃以下，-6 ℃ 以上，故需要進(jìn)行保溫設(shè)計(jì)，變溫間室的6個(gè)面都需要保溫，才可以確保在冷藏間室高濕度的條件下，不產(chǎn)生凝露問題。因?yàn)楸卦O(shè)計(jì)要求導(dǎo)致成本投入均較高，實(shí)際的風(fēng)路系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，故該種結(jié)構(gòu)當(dāng)前很少用。

方案2：對(duì)開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室，變溫間室位于冷藏間室底部，冰箱為雙循環(huán)制冷系統(tǒng)，變溫室內(nèi)的冷量供給主要來源于冷藏蒸發(fā)器，通過冷藏間室內(nèi)的冷藏風(fēng)扇與風(fēng)道的組合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)變溫間室的制冷需求。具體見圖2的變溫室底置于對(duì)開門冰箱（雙系統(tǒng)）冷藏間室內(nèi)的結(jié)構(gòu)。

從圖2中可以看出，該變溫室因位于冷藏間室中間位置，內(nèi)部溫度0 ℃以下，-3 ℃ 以上，故需要進(jìn)行保溫設(shè)計(jì)，變溫間室的6個(gè)面都需要保溫，才可以確保在冷藏間室高濕度的條件下，不產(chǎn)生凝露問題。實(shí)際依托冷藏間室五個(gè)面進(jìn)行保溫，頂部為帶風(fēng)道的保溫結(jié)構(gòu)，采用頂送風(fēng)頂回風(fēng)方式，回風(fēng)返回至冷藏蒸發(fā)器底部再與蒸發(fā)器換熱，依托冷藏風(fēng)扇完成變溫制冷循環(huán)水。因?yàn)樵摲N依托冷藏蒸發(fā)器實(shí)現(xiàn)變溫室低溫的方案，變溫室設(shè)計(jì)溫度不能做的太低，尤其是高環(huán)溫條件下，儲(chǔ)藏溫度測(cè)試時(shí)，最高實(shí)驗(yàn)M包溫度-3 ℃左右。

圖1 變溫室中置于對(duì)開門冰箱的結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 變溫室底置于對(duì)開門冰箱的結(jié)構(gòu)簡圖

方案3：對(duì)開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室，變溫間室位于冷藏間室底部，冰箱為單循環(huán)制冷系統(tǒng)，變溫室內(nèi)的冷量供給主要來源于冷凍室，通過冷凍間室內(nèi)的冷凍風(fēng)扇與風(fēng)道的組合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)變溫間室的制冷需求。具體見圖3的冷藏底置變溫室的冰箱結(jié)構(gòu)。

從圖3中可知，變溫室內(nèi)的冷量來自于冷凍間室，在變溫室與冷凍室之間只有一個(gè)風(fēng)門，在變溫室后部有一個(gè)回風(fēng)口，開口較小。當(dāng)變溫室需要制冷時(shí)，風(fēng)門打開，冷凍制冷風(fēng)機(jī)開啟，構(gòu)成一個(gè)簡易的風(fēng)循環(huán)流程，給變溫室降溫。該種設(shè)計(jì)方案存在風(fēng)門靠近變溫間室一側(cè)容易凝露，凝露水無法處理。同時(shí)，回風(fēng)口較小，很難確保該變溫室溫度可以達(dá)到較低的溫度。

1.2 對(duì)開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室優(yōu)化設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)方案

根據(jù)以上所討論的對(duì)開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫間室的設(shè)計(jì)方案存在的不足，依托對(duì)開門冰箱載體結(jié)構(gòu)（雙循環(huán)制冷系統(tǒng)），具體改進(jìn)設(shè)計(jì)要求如下：

1）采用雙循環(huán)制冷系統(tǒng)；

2）冷藏變溫間室采取底置設(shè)計(jì)；

3）變溫間室內(nèi)的溫度需滿足“一星”級(jí)設(shè)計(jì)要求；

4）整機(jī)能耗與原狀態(tài)相當(dāng)；

5）可靠性滿足設(shè)計(jì)要求。

針對(duì)以上設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的技術(shù)方案，見圖4新型對(duì)開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡圖。

從圖4中可知，為了滿足變溫間室內(nèi)的溫度需滿足“一星”級(jí)設(shè)計(jì)要求，采用從冷凍蒸發(fā)器引風(fēng)設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)方法為：

1）進(jìn)風(fēng)道設(shè)計(jì)：從冷凍蒸發(fā)器引風(fēng)，依托冷凍制冷風(fēng)機(jī)擾流風(fēng)，從蒸發(fā)器出來的冷風(fēng)經(jīng)過冷凍風(fēng)機(jī)，進(jìn)入冷凍制冷風(fēng)道，在冷凍制冷風(fēng)道的中偏下位置的側(cè)面開孔與冷藏冷凍中間的保溫層開口對(duì)接，冷藏間室內(nèi)設(shè)計(jì)出獨(dú)立的進(jìn)風(fēng)道一端連接變溫間室進(jìn)風(fēng)口，另一端連接中間保溫層出口。獨(dú)立的進(jìn)風(fēng)道內(nèi)設(shè)有風(fēng)門。變溫間室頂部保溫層內(nèi)置有風(fēng)道，采用頂送風(fēng)方式，后部偏下回風(fēng)口設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)變溫間室制冷設(shè)計(jì)要求?；仫L(fēng)口通過回風(fēng)道進(jìn)入冷凍蒸發(fā)器底部，經(jīng)蒸發(fā)器冷卻后再經(jīng)冷凍風(fēng)機(jī)擾流進(jìn)入冷凍風(fēng)道中，構(gòu)成一個(gè)變溫間室制冷風(fēng)道循環(huán)系統(tǒng)，達(dá)到變溫間室“一星”級(jí)設(shè)計(jì)要求。

圖3 冷藏底置變溫室的冰箱結(jié)構(gòu)簡圖

圖4 新型變溫室性能提升結(jié)構(gòu)簡圖

1.3 控制邏輯改進(jìn)設(shè)計(jì)

根據(jù)最新的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)出對(duì)應(yīng)的控制邏輯，主要控制方法如下：

1）若變溫間室請(qǐng)求制冷，當(dāng)冷藏間室與冷凍間室無制冷請(qǐng)求時(shí)，則僅開啟變溫風(fēng)門與冷凍制冷風(fēng)機(jī)，直至變溫間室達(dá)到停機(jī)溫度點(diǎn)，則風(fēng)門關(guān)閉，冷凍制冷風(fēng)機(jī)停機(jī)。

2）若變溫間室請(qǐng)求制冷，當(dāng)冷藏間室與冷凍間室也請(qǐng)求制冷，制冷優(yōu)先級(jí)變溫室＞冷藏室＞冷凍室，若閥的位置處于冷藏間室制冷狀態(tài)，開啟冷藏與冷凍制冷風(fēng)機(jī)，直至變溫間室達(dá)到停機(jī)溫度點(diǎn)，則風(fēng)門關(guān)閉，冷凍制冷風(fēng)機(jī)停機(jī)。若閥的位置處于冷凍間室制冷狀態(tài)，開啟冷凍制冷風(fēng)機(jī)，直至變溫間室達(dá)到停機(jī)溫度點(diǎn)，則風(fēng)門關(guān)閉。

1.4 可靠性驗(yàn)證

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室可以滿足“一星”級(jí)室的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)出新型制冷循環(huán)風(fēng)道結(jié)構(gòu)，由于該結(jié)構(gòu)的回風(fēng)道與蒸發(fā)器底部相連，需要進(jìn)行化霜可靠性驗(yàn)證。

化霜可靠性依據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行可靠性驗(yàn)證，確保風(fēng)冷冰箱化霜可靠性滿足設(shè)計(jì)要求。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 變溫風(fēng)道新結(jié)構(gòu)與樣機(jī)結(jié)果

根據(jù)風(fēng)道設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)出一個(gè)新型風(fēng)道結(jié)構(gòu)，如圖5所示，從該結(jié)構(gòu)件可以知道，在冷凍與冷藏間室之間發(fā)泡層中的進(jìn)、回風(fēng)道設(shè)計(jì)為一體式結(jié)構(gòu)，確保結(jié)構(gòu)間室，便于生產(chǎn)線的量產(chǎn)需求。

樣機(jī)試制結(jié)果，如圖6所示。

圖5 新型風(fēng)道結(jié)構(gòu)件

圖6 樣機(jī)試制圖

從圖6（a）中可以看出，該種新型風(fēng)道結(jié)構(gòu)，置于冷藏與冷凍間室之間，通過膠帶密封，在通過聚氨酯發(fā)泡料進(jìn)行發(fā)泡保溫。同時(shí)，新型風(fēng)道結(jié)構(gòu)的四個(gè)對(duì)接口分別與冷凍內(nèi)膽孔與冷藏內(nèi)膽孔完成對(duì)接，見圖6（b）與圖6（c），接口對(duì)接較好，不會(huì)出現(xiàn)漏液等問題。

同時(shí)，修改冷凍風(fēng)道結(jié)構(gòu)見圖7所示，線框框中為去變溫間室設(shè)計(jì)的導(dǎo)風(fēng)結(jié)構(gòu)，確保去變溫間室的風(fēng)量滿足變溫間室溫區(qū)的設(shè)計(jì)要求。

變溫間室頂部風(fēng)道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，見圖8。

進(jìn)風(fēng)口具有風(fēng)門，頂部出風(fēng)方式，確保變溫間室的抽屜內(nèi)可以冷量均勻，實(shí)現(xiàn)“一星”級(jí)室設(shè)計(jì)要求。

2.2 整機(jī)性能結(jié)果

新國標(biāo)下，新型樣機(jī)在16 ℃與32 ℃兩種環(huán)溫下完成整機(jī)耗電量測(cè)試，具體測(cè)試參數(shù)結(jié)果如表1所示。

從測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果來看，配新設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與控制邏輯方案的冰箱載體能耗可以達(dá)到一級(jí)能效指數(shù)設(shè)計(jì)要求，與原狀態(tài)能耗相當(dāng)。

儲(chǔ)藏溫度測(cè)試：38 ℃環(huán)溫下，儲(chǔ)藏溫度測(cè)試曲線見圖9。從測(cè)試曲線可以看出， -10.3 ℃，-10.1 ℃，-9.8 ℃與-9.5 ℃，實(shí)際儲(chǔ)溫實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)包標(biāo)準(zhǔn)要求最高溫度做到-6 ℃以下即可，實(shí)際測(cè)試結(jié)果遠(yuǎn)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)值，故儲(chǔ)藏溫度測(cè)試結(jié)果為合格。

圖7 新型冷凍風(fēng)道結(jié)構(gòu)

2.3 化霜可靠性結(jié)果

將對(duì)開門冰箱載體置于化霜可靠性測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，見圖10。完成樣機(jī)固定與開關(guān)門的裝置固定，設(shè)定好既定的開關(guān)門控制邏輯，完成可靠性測(cè)試驗(yàn)證。

按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)完成可靠性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖11。該圖從左到右依次為冷凍蒸發(fā)器、變溫間室進(jìn)風(fēng)口與回風(fēng)口，霜與冰均化的比較干凈，化霜水也排的比較順暢，故化霜可靠性滿足設(shè)計(jì)要求。

圖8 變溫頂部風(fēng)道圖

表1 耗電量測(cè)試結(jié)果

圖9 儲(chǔ)藏溫度測(cè)試曲線

圖10 化霜可靠性測(cè)試臺(tái)位展示

圖11 可靠性測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

通過對(duì)對(duì)開門風(fēng)冷冰箱載體的風(fēng)道結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，控制邏輯的改進(jìn)設(shè)計(jì)，確保冷藏底置變溫間室可以達(dá)到“一星”級(jí)設(shè)計(jì)要求，整機(jī)能耗與常規(guī)狀態(tài)相當(dāng)，化霜可靠性滿足設(shè)計(jì)要求，更低溫區(qū)的變溫間室可以更好地滿足用戶的食品保鮮使用要求。