基于TRIZ的冰箱溫度控制分析研究

李培培 劉 雷

（長(zhǎng)虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

1956年阿奇舒勒提出了“發(fā)明問(wèn)題解決理論”，即TRIZ理論，其不僅提高了技術(shù)問(wèn)題的解決能力，縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，還使企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的方向具有可預(yù)見(jiàn)性，從而降低了企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的風(fēng)險(xiǎn)。目前，TRIZ不僅在工程技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著巨大作用，成為企業(yè)創(chuàng)新的利器，而且已經(jīng)在自然科學(xué)等多領(lǐng)域得到了應(yīng)用[1]。

冰箱產(chǎn)品開(kāi)發(fā)作為工程技術(shù)領(lǐng)域之一，涉及到材料、結(jié)構(gòu)、電氣等多個(gè)學(xué)科。在做冰箱工程問(wèn)題分析時(shí)，大多采用試錯(cuò)法等傳統(tǒng)方法進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和技術(shù)研究，其效率較低且容易造成人力浪費(fèi)和物力浪費(fèi)。本文以兩門風(fēng)冷冰箱的冷藏室上部溫度過(guò)高問(wèn)題為研究課題，利用TRIZ理論方法對(duì)其進(jìn)行分析改進(jìn)并找出最佳解決方案，向大家展示TRIZ理論在冰箱技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 冰箱溫度控制問(wèn)題簡(jiǎn)介

對(duì)于大多數(shù)單循環(huán)系統(tǒng)的風(fēng)冷冰箱而言，冷藏、冷凍通用一個(gè)蒸發(fā)器，冷藏室是通過(guò)電動(dòng)風(fēng)門的開(kāi)和關(guān)來(lái)調(diào)控其間室溫度，而部分經(jīng)濟(jì)型風(fēng)冷冰箱則沒(méi)有電動(dòng)風(fēng)門，是通過(guò)冷藏風(fēng)道內(nèi)的風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置手工調(diào)控冷藏風(fēng)量。同時(shí)因其冷藏風(fēng)量相對(duì)較小，夏季時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)冷藏制冷效果變差和冷藏溫度偏高的問(wèn)題。

以BCD-236W為例，在環(huán)境溫度為25 ℃的條件下測(cè)試，在箱體內(nèi)部布置溫度測(cè)點(diǎn)以監(jiān)測(cè)冰箱運(yùn)行期間各測(cè)點(diǎn)的溫度變化。冰箱冷藏設(shè)定在3 擋，冷凍則設(shè)定在中檔，同時(shí)在冷藏室各層玻璃擱架上放置若干濕毛巾，以提高蒸發(fā)器結(jié)霜量和結(jié)霜速度。冰箱運(yùn)行穩(wěn)定后觀測(cè)各間室溫度變化，如圖1所示，從化霜后的第二個(gè)制冷周期開(kāi)始冷藏室上部溫度逐漸升高直至化霜前的13 ℃為止，超出（0～10）℃的溫度范圍，不符合冰箱性能標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖1 冰箱試驗(yàn)測(cè)試曲線圖

2 利用TRIZ解決問(wèn)題

2.1 工程系統(tǒng)及其組件

工程系統(tǒng)是指能夠執(zhí)行一定功能的系統(tǒng)，一般來(lái)說(shuō)，它指的是我們整體的研究對(duì)象[2]。對(duì)于本文所研究的課題來(lái)說(shuō)，我們研究的對(duì)象是與冰箱制冷性能相關(guān)的物或場(chǎng)，故而，我們的系統(tǒng)名稱可以定義為“冰箱制冷循環(huán)系統(tǒng)”，同時(shí)，該工程系統(tǒng)的初始環(huán)境可以描述為：①冰箱運(yùn)行在濕度較高的環(huán)境中；②空氣經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器制冷后降溫，空氣中的水分凝結(jié)在蒸發(fā)器表面，即為蒸發(fā)器結(jié)霜；③蒸發(fā)器結(jié)霜過(guò)多時(shí)，系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)量降低，沒(méi)有足夠的冷氣送至冷藏室上部，導(dǎo)致冷藏室上部溫度偏高并超出規(guī)定范圍。其工作原理可描述為：風(fēng)冷冰箱運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)通過(guò)自身轉(zhuǎn)動(dòng)使制冷劑在蒸發(fā)器管路內(nèi)流動(dòng)，蒸發(fā)器吸收制冷劑蒸發(fā)器釋放的冷量，同時(shí)在風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，空氣與蒸發(fā)器對(duì)流換熱使空氣降溫后，再把冷空氣輸送到各間室，以實(shí)現(xiàn)冰箱冷藏、冷凍間室制冷。根據(jù)上述工程系統(tǒng)定義，對(duì)其系統(tǒng)內(nèi)組件進(jìn)行劃分，如表1所示，組件包括風(fēng)道、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、蒸發(fā)器、制冷劑，另外空氣和冷量是超系統(tǒng)組件。

表1 系統(tǒng)組件

2.2 功能分析

功能分析是一個(gè)分析問(wèn)題的工具，是一種識(shí)別系統(tǒng)和超系統(tǒng)組件的功能、特點(diǎn)及其成本的分析工具[3]。功能分析分為三部分，即組件分析、相互作用分析和功能模型。針對(duì)上述的“冰箱制冷循環(huán)系統(tǒng)”定義及描述，把問(wèn)題可以轉(zhuǎn)化成規(guī)范的TRIZ問(wèn)題進(jìn)行描述，其系統(tǒng)的工作原理就變成如表2的描述形式：風(fēng)道導(dǎo)流空氣、風(fēng)道固定風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)輸送制冷劑、風(fēng)機(jī)輸送空氣、蒸發(fā)器傳遞冷量、蒸發(fā)器降低風(fēng)速、空氣傳輸冷量、空氣使蒸發(fā)器結(jié)霜、制冷劑釋放冷量、冷量降低氣溫。通過(guò)系統(tǒng)組件功能分析不難發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)的主要問(wèn)題則可描述為風(fēng)機(jī)輸送空氣及風(fēng)道導(dǎo)流空氣的性能水平不足。

圖2 功能分析步驟

表2 功能分析表

2.3 因果鏈分析

一個(gè)工程技術(shù)問(wèn)題所關(guān)聯(lián)的因素往往很多，技術(shù)人員很難快速找出關(guān)鍵因素。因果鏈分析作為TRIZ的一個(gè)重要分析工具，可以幫助我們進(jìn)行更加深入的分析，全面識(shí)別工程系統(tǒng)缺點(diǎn)。對(duì)于每一個(gè)缺點(diǎn)，通過(guò)多次分析研究，挖掘隱藏于初始缺點(diǎn)背后的各種原因，將這些原因連接起來(lái)就是一個(gè)個(gè)的鏈條，故稱其為因果鏈。

圖3 功能模型圖

上述工程的初始問(wèn)題是冷藏室上部溫度偏高，直接原因是環(huán)境濕度較大時(shí)，蒸發(fā)器結(jié)霜增多，蒸發(fā)器翅片間隙變小，致使風(fēng)道系統(tǒng)風(fēng)阻變大，冷藏風(fēng)道出風(fēng)量減小，冷藏室輸入冷量不足，最終導(dǎo)致冷藏室上部溫度偏高。如圖4所示，通過(guò)因果鏈分析，初始缺點(diǎn)是冷藏室冷量輸入不足。從初始缺點(diǎn)開(kāi)始分析，不斷追問(wèn)其背后原因和因素，最終找出一系列中間缺點(diǎn)和末端缺點(diǎn)。其中，冷藏風(fēng)道出風(fēng)量少、風(fēng)路阻力大、風(fēng)機(jī)風(fēng)量小等都是個(gè)重要的中間缺點(diǎn)，蒸發(fā)器結(jié)霜多、冷藏風(fēng)道沿程阻力大等是關(guān)鍵缺點(diǎn)。

圖4 因果鏈分析

最后，確定了關(guān)鍵缺點(diǎn)后，將關(guān)鍵缺點(diǎn)轉(zhuǎn)速為關(guān)鍵問(wèn)題，并尋找可能的解決方案。如表3所示，對(duì)于“如何避免蒸發(fā)器結(jié)霜多”這個(gè)問(wèn)題，可以采用提高門封密封效果，或優(yōu)化化霜規(guī)則，做到霜多時(shí)及時(shí)啟動(dòng)化霜使蒸發(fā)器恢復(fù)如初。對(duì)于“冷藏風(fēng)道沿程阻力大”這個(gè)問(wèn)題，則需要對(duì)冷藏風(fēng)道進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其通風(fēng)更加順暢，降低其風(fēng)道通風(fēng)阻力。對(duì)于“如何避免風(fēng)道堵塞”這個(gè)問(wèn)題，則需要對(duì)化霜系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，避免風(fēng)道結(jié)霜。對(duì)于“如何避免撥桿檔位設(shè)定偏強(qiáng)”這個(gè)問(wèn)題，可以在冷藏室內(nèi)增加一個(gè)檔位設(shè)定提示標(biāo)貼，提示用戶設(shè)定在合適的檔位。對(duì)于“如何避免風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量小”的問(wèn)題，則根據(jù)實(shí)際需要可以更換大直徑的冷凍風(fēng)機(jī)，提高額定風(fēng)量。

表3 關(guān)鍵問(wèn)題分析表

3 總結(jié)

本文在解決冰箱冷藏室上部溫度偏高問(wèn)題上，創(chuàng)新性的應(yīng)用TRIZ理論進(jìn)行分析研究。首先，使用功能分析工具識(shí)別了“冰箱制冷循環(huán)系統(tǒng)”組件的功能和特性；其次，通過(guò)因果鏈分析將沒(méi)有頭緒的初始問(wèn)題轉(zhuǎn)換成更容易解決的關(guān)鍵問(wèn)題；最后，通過(guò)解決其中一個(gè)或多個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題就順利解決了初始問(wèn)題，大大提高了解決問(wèn)題的有效性。