電動(dòng)風(fēng)門在風(fēng)冷冰箱中的設(shè)計(jì)位置探究

李 琳 戴勝萍 秦姚琴 姚成年

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

近年來，在家用冰箱市場上，風(fēng)冷冰箱已儼然成了銷售主力軍，從2019年中怡康發(fā)布的市場監(jiān)測報(bào)告來看，暢銷榜單前50的冰箱中，風(fēng)冷冰箱占比高達(dá)96 %。其中，500 L以下容積的風(fēng)冷冰箱占比為54 %?？梢?，中小容積段的風(fēng)冷冰箱因其較高的性價(jià)比廣受消費(fèi)者青睞。

中小容積段的風(fēng)冷冰箱大都采用單循環(huán)制冷系統(tǒng)，依靠風(fēng)道設(shè)計(jì)來分配冷藏室、變溫室及冷凍室的風(fēng)量，電控冰箱一般采用電動(dòng)風(fēng)門來控制冷藏室和變溫室的制冷開停。本文主要就僅冷藏、冷凍兩個(gè)間室的單系統(tǒng)電控風(fēng)冷冰箱為例，對電動(dòng)風(fēng)門的設(shè)計(jì)位置進(jìn)行探究，尋求較佳的設(shè)計(jì)效果。

1 單循環(huán)電控風(fēng)冷冰箱的制冷循環(huán)原理

如圖1所示，在單循環(huán)制冷系統(tǒng)中，冰箱制冷時(shí)，壓縮機(jī)啟動(dòng)，制冷劑經(jīng)毛細(xì)血管節(jié)流后形成的低溫低壓液體進(jìn)入蒸發(fā)器，經(jīng)蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)為低溫低壓氣體，同時(shí)蒸發(fā)器吸熱后溫度降低至（-23～-30）℃。如圖2所示，單循環(huán)風(fēng)冷冰箱中的風(fēng)扇電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)蒸發(fā)器周邊的冷空氣進(jìn)行循環(huán)，一部分冷空氣經(jīng)冷凍風(fēng)道出風(fēng)口進(jìn)入冷凍室，另一部分冷空氣經(jīng)冷藏室和冷凍室之間的連接風(fēng)道進(jìn)入冷藏風(fēng)道，并通過冷藏風(fēng)道的出風(fēng)口進(jìn)入冷藏室，從而實(shí)現(xiàn)冷藏、冷凍兩間室內(nèi)的制冷需求[1,2]。

圖1 單循環(huán)制冷系統(tǒng)原理圖

圖2 單循環(huán)風(fēng)冷冰箱制冷示意圖

2 步進(jìn)電機(jī)電動(dòng)風(fēng)門在單循環(huán)電控風(fēng)冷冰箱中的作用

在冷藏室的溫度達(dá)到設(shè)定值，不再需要冷氣時(shí)，一般的單循環(huán)風(fēng)冷冰箱會采用電動(dòng)風(fēng)門來進(jìn)行控制。冰箱所使用的電動(dòng)風(fēng)門大都為步進(jìn)電機(jī)電動(dòng)風(fēng)門，如圖3所示，步進(jìn)電機(jī)電動(dòng)風(fēng)門主要由齒輪箱、門板、風(fēng)門支架三部分構(gòu)成。齒輪箱中設(shè)有直流步進(jìn)電機(jī)和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)接通電源后，經(jīng)過過齒輪箱中的齒輪減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而帶動(dòng)門板轉(zhuǎn)動(dòng)。由脈沖時(shí)序來控制電機(jī)的正向或反向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)門板實(shí)現(xiàn)開啟或關(guān)閉的動(dòng)作，最大開啟角度為90 °[3]。

圖3 步進(jìn)電機(jī)電動(dòng)風(fēng)門示意圖

步進(jìn)電機(jī)電動(dòng)風(fēng)門在單循環(huán)電控風(fēng)冷冰箱中的作用是控制進(jìn)入冷藏風(fēng)道內(nèi)的冷氣流量，當(dāng)冷藏室溫度高于設(shè)定值時(shí)，風(fēng)門開啟，冷氣通過，實(shí)現(xiàn)冷藏室的溫度補(bǔ)償；當(dāng)冷藏室溫度達(dá)到設(shè)定值后，控制部件發(fā)出指令，風(fēng)門關(guān)閉，阻止冷氣進(jìn)入。

3 電動(dòng)風(fēng)門在單循環(huán)電控風(fēng)冷冰箱中的設(shè)置

3.1 電動(dòng)風(fēng)門置于冷凍風(fēng)道內(nèi)

如圖4所示，在早期的風(fēng)冷冰箱設(shè)計(jì)中，電動(dòng)風(fēng)門置于冷凍風(fēng)道靠近頂部的位置，通過冷藏、冷凍室之間的連接風(fēng)道，與冷藏風(fēng)道連通，形成冷氣進(jìn)入冷藏室的通道。

圖4 電動(dòng)風(fēng)門在冷凍風(fēng)道內(nèi)的安裝示意圖

設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于能有效控制冷藏室的溫度，一旦冷藏室內(nèi)的溫度傳感器檢測到冷藏室溫度達(dá)到設(shè)定值，立即輸出指令，控制系統(tǒng)關(guān)閉風(fēng)門，將冷氣阻截在冷凍室內(nèi)。

缺點(diǎn)是由于電動(dòng)風(fēng)門長期處于低溫的環(huán)境，一旦冷藏風(fēng)道內(nèi)的凝結(jié)水、風(fēng)扇電機(jī)的化霜水有滴落到電動(dòng)風(fēng)門上的情況出現(xiàn)，那么電動(dòng)風(fēng)門就有可能出現(xiàn)結(jié)冰，導(dǎo)致門板被凍住，不能正常打開或關(guān)閉的風(fēng)險(xiǎn)；而且水汽有可能從電動(dòng)風(fēng)門門板轉(zhuǎn)軸、出線槽、齒輪箱蓋的縫隙進(jìn)入，造成齒輪箱出現(xiàn)銹蝕，不能正常工作。

如果電動(dòng)風(fēng)門裝配在冷凍風(fēng)道內(nèi)，則要求風(fēng)門與風(fēng)扇電機(jī)要有一定的安全距離，避免風(fēng)扇電機(jī)上化霜水在風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會甩到風(fēng)門上；其次，電動(dòng)風(fēng)門在裝配時(shí)應(yīng)門板轉(zhuǎn)軸向上放置，門板打開時(shí)對著低溫側(cè)，減小轉(zhuǎn)軸因積水結(jié)冰被凍住的風(fēng)險(xiǎn)。另外，利用軟件來控制電動(dòng)風(fēng)門門板周期性地開停、在電動(dòng)風(fēng)門門板背面增加加熱器、齒輪箱拼縫處加膠密封等方式也能降低風(fēng)門非正常工作的風(fēng)險(xiǎn)[4]。

3.2 電動(dòng)風(fēng)門置于冷藏風(fēng)道內(nèi)

目前，在市場上大部分單系統(tǒng)電控風(fēng)冷冰箱中，電動(dòng)風(fēng)門大都設(shè)置于冷藏風(fēng)道內(nèi)，如圖5所示。

電動(dòng)風(fēng)門從冷凍室內(nèi)移到冷藏室后，優(yōu)點(diǎn)是大大降低了風(fēng)門被凍結(jié)的風(fēng)險(xiǎn)，對電動(dòng)風(fēng)門本身的密封性要求也相應(yīng)降低。

但同時(shí)也帶來了新的問題。如圖5所示，即使電動(dòng)風(fēng)門關(guān)閉，只要冷凍室處于制冷狀態(tài)，那風(fēng)門與冷藏室底部的風(fēng)腔A中始終充盈著冷氣。在冷凍室風(fēng)扇電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，流向冷藏室中的冷氣風(fēng)速加快，風(fēng)腔A中的風(fēng)壓增大，就會有可能沖破密封海綿防線，進(jìn)入冷藏室底部，造成冷藏果蔬盒底部過冷，甚至出現(xiàn)結(jié)冰的風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 電動(dòng)風(fēng)門在冷藏風(fēng)道內(nèi)的安裝示意圖

電動(dòng)風(fēng)門放置在冷藏風(fēng)道內(nèi)時(shí)，冷藏風(fēng)道底部的密封問題是關(guān)鍵。我司的部分產(chǎn)品通過在冷藏風(fēng)道底部做導(dǎo)風(fēng)臺階，并將臺階插入連接風(fēng)道內(nèi)的方式，并結(jié)合密封海綿的密度、回彈性、吸水性等方面綜合考慮，能有效降低漏冷的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 電動(dòng)風(fēng)門置于連接風(fēng)道內(nèi)

位于冷凍室到冷藏室的連接風(fēng)道內(nèi)，是放置電動(dòng)風(fēng)門的一個(gè)較佳位置。如圖6所示，電動(dòng)風(fēng)門放置在連接風(fēng)道內(nèi)，不僅降低了風(fēng)門結(jié)冰的風(fēng)險(xiǎn)，而且在風(fēng)門關(guān)閉時(shí)，冷藏室的制冷通道也完全關(guān)閉，有利于解決冷凍室處于強(qiáng)制冷時(shí)冷藏室底部溫度低于零度的風(fēng)險(xiǎn)。

圖6 電動(dòng)風(fēng)門在連接風(fēng)道內(nèi)的安裝示意圖

我司進(jìn)行了相關(guān)的對比試驗(yàn)：在環(huán)境溫度為10 ℃的試驗(yàn)室內(nèi)，分別將電動(dòng)風(fēng)門置于冷藏風(fēng)道及連接風(fēng)道中，冰箱選擇“速凍”模式，冷藏室溫度設(shè)置為2 ℃，在冷藏室底部靠近冷藏風(fēng)道處設(shè)置感溫探測器。經(jīng)過26 h的數(shù)據(jù)監(jiān)測，電動(dòng)風(fēng)門置于冷藏風(fēng)道中的冰箱，冷藏室底部平均溫度-2 ℃，電動(dòng)風(fēng)門置于連接風(fēng)道中的冰箱，冷藏室平均溫度達(dá)到0 ℃左右，有效地解決了風(fēng)壓較大時(shí)冷氣出現(xiàn)滲漏的問題。

在設(shè)計(jì)上仍然要關(guān)注冷藏風(fēng)道底部與電動(dòng)風(fēng)門之間的密封，在冷藏室發(fā)出制冷請求，電動(dòng)風(fēng)門打開的狀態(tài)下，如果密封不嚴(yán)，會造成冷氣不能達(dá)到冷藏室上部，出現(xiàn)冷藏室上下溫差較大的情況。

對電動(dòng)風(fēng)門三種設(shè)計(jì)位置的綜合對比分析見表1。

表1 電動(dòng)風(fēng)門三種設(shè)計(jì)位置的綜合對比分析

4 總結(jié)

步進(jìn)電機(jī)電動(dòng)風(fēng)門在單系統(tǒng)風(fēng)冷冰箱中不僅有調(diào)節(jié)風(fēng)量的作用，而且對冰箱的可靠性有較大的影響，本文針對步進(jìn)電機(jī)單門板電動(dòng)風(fēng)門在單系統(tǒng)無霜冷藏冷凍箱中的設(shè)計(jì)位置進(jìn)行分析和探究，提出設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，并提供了解決問題的方向，對電動(dòng)風(fēng)門在風(fēng)冷冰箱中的應(yīng)用有較大的意義。隨著技術(shù)的進(jìn)步，電動(dòng)風(fēng)門也在不斷的發(fā)展，不僅本文提到的單門板電動(dòng)風(fēng)門，能分別控制不同間室風(fēng)量的雙門板電動(dòng)風(fēng)門在冰箱上也有了廣泛的應(yīng)用。對電動(dòng)風(fēng)門進(jìn)行深入的研究，在提升風(fēng)冷冰箱的可靠性上有深遠(yuǎn)的意義。