淺析一種勻冷冰箱的應用

王文娟 邱新春 李信普

惠而浦（中國）股份有限公司 安徽合肥 230088

1 引言

目前主流的直冷冰箱，為了做到成本與效益的最優(yōu)化，冷凍蒸發(fā)器直接安裝在冷凍室內，與冷凍抽屜直接接觸，這樣做的優(yōu)點是可以迅速制冷，食物不易風干；缺點是制冷溫度不均勻，主要集中在蒸發(fā)器表面附近，并且在冷凍室內四周存在有制冷死角，嚴重影響了冰箱的平均制冷性能，同時霜層易于聚集在層架式蒸發(fā)器上，使得用戶在使用直冷冰箱一段時間后必須手工除霜。

勻冷冰箱正是為克服此缺點而做的技術更新。其繞管方式的變更，不僅使冷凍室的制冷效果得以進一步提高，加快了除霜速度，并由外露式改為隱藏式，更進一步擴大了可用空間，美化了內部環(huán)境。

2 勻冷冰箱的主要技術內容

2.1 技術方案

勻冷冰箱的設計主要是冷凍蒸發(fā)器的安裝方式，普通直冷冰箱蒸發(fā)器主要安裝于冷凍室頂層和抽屜層架上，這樣的安裝方式雖然可以快速制冷，但是蒸發(fā)器表面會因溫度過低而快速結霜，箱體四周也會出現(xiàn)溫度不均的現(xiàn)象。

勻冷冰箱改變了傳統(tǒng)的蒸發(fā)器設計造型和安裝方式，主要以繞管的形式均勻分布安裝于冷凍箱膽的外部，深藏在發(fā)泡層內，通過冰箱電腦主板的控制，與冷凍室頂層的蒸發(fā)器同時制冷。通過繞管均勻分布在箱膽四周，從而達到均勻制冷的效果。此方式可以減少直冷冰箱蒸發(fā)器四周容結冰死角的形成，同時結霜的速度和厚度也得到控制，可以達到快速除霜的目的。

基于此，針對冷凍室初步設計了蒸發(fā)器管路附著于冷凍室箱膽的方案，即從箱膽正面看蒸發(fā)器管路沿箱膽四周纏繞，繞管一端口與冷凍室頂部蒸發(fā)器連接，另一端口與毛細管連接，制冷劑經(jīng)壓縮機壓縮后，流經(jīng)毛細管、冷凍繞管、冷凍頂部蒸發(fā)器至冷藏箱膽蒸發(fā)器，最后經(jīng)回流管再次回到壓縮機形成一個回路，具體方案設計圖如圖1、圖2和圖3。

2.2 方案驗證試驗

為驗證此種設計的化霜效果，針對勻冷的溫差和化霜時間做了一系列驗證試驗，以確保快速化霜但又不會影響冰箱正常的冷凍制冷效果。

2.2.1 快速化霜試驗

（1）測試目的：考察在蒸發(fā)器設計改善后化霜效率。

（2）測試條件：環(huán)溫30℃，濕度85%。

（3）改善方法：

a. 增加EPS，減少蒸發(fā)器與濕冷空氣接觸面積；

b. 調整蒸發(fā)器交換通道面積；

圖1 總成截面圖

c. 改善加熱器的分布。

（4）測試方法：在冰箱五個穩(wěn)定的運行周期后，通過主控板啟動自動化霜程序，觀察冷凍箱體內部結霜的化霜情況。

因所處環(huán)境是低溫環(huán)境，不能選用大功率電加熱，以免熱量過高影響冷凍室溫度，因此我們選用了低功率電加熱；兩側增加EPS鋁箔墊塊的目的是為了使低功率電加熱熱量聚集，縮短化霜時間，減少電加熱工作的時間，以免在化霜時對冷凍室溫度擾動過大。

實驗結果如圖4，蒸發(fā)器改善前化霜完成需要45分鐘，改善后僅需要25分鐘即可完成化霜。同時可以看出，化霜過程中在不同時段，兩種方式的化霜速度和化霜率差別明顯。

2.2.2 箱體內部溫差試驗

（1）實驗目的：考察冷凍室最大溫差（制冷均勻性測試）。

（2）布點：同一高度最少放置2個測試點，上下放置3個測試點。

（3）采樣：在溫度穩(wěn)定時采集數(shù)據(jù)。

本實驗對比的對象均為勻冷冰箱設計樣機，一方為冷凍室只有繞管的冰箱，一方為冷凍室有繞管+頂層蒸發(fā)器的冰箱，其他配置和參數(shù)均相同，在相同運行環(huán)境和運行條件下，測試冰箱穩(wěn)定時冷凍箱內上中下三個測試點位溫度，測試結果數(shù)據(jù)如表1。

參照技術審核溫差要求，最大溫差必須控制在2℃之內方為合格，由表1數(shù)據(jù)可以看出，單繞管方案中同層溫差較小，表現(xiàn)優(yōu)異，但是上下溫差已經(jīng)達到3.13℃，超過上限56.5%；而增加頂層蒸發(fā)器以后，上下溫差和同層溫差均控制在范圍內。

2.2.3 試驗小結

通過實驗可以看出，蒸發(fā)器改善前，正常工作條件下化霜完成需要至少45分鐘，且彎角位置蒸發(fā)器功能薄弱處化霜問題明顯，大大延長了化霜時間；蒸發(fā)器改善后，整個化霜過程只需25分鐘，僅占改善前時間的56%，彎角處化霜也比改善前更徹底，而且增加蒸發(fā)器后，可以進一步改善箱體內部溫差問題，提高制冷效果的穩(wěn)定性。

2.3 技術難點

此勻冷冰箱設計的技術難點在于冷凍蒸發(fā)器的處理方式，因常規(guī)直冷冰箱結霜主要出現(xiàn)在蒸發(fā)器四周溫度過低的區(qū)域，從而造成霜層厚難清理的難題。勻冷冰箱的設計打破常規(guī)蒸發(fā)器思維模式，改盤管為繞管，改內置為外繞模式，不僅解決了結霜層厚的問題，而且優(yōu)化了冷凍室的可用容積。繞管后的薄弱區(qū)域在于箱體頂部結霜化霜效率，在無頂部蒸發(fā)器情況下，箱體內部上下溫差過大（溫差3.13℃，技術審核要求溫差在2℃以內）而且能耗超標（標稱0.49kw/h，實際0.57kw/h），增加頂部蒸發(fā)器后，溫差縮小到1.1℃，能耗也降低到0.52kw/h，完全符合要求，可以解決以上所有問題。因此，頂部蒸發(fā)器是此設計中必不可少的一部分。

表1 兩種改進條件下溫差測試數(shù)據(jù)

圖2 繞管截面圖

圖3 冷凍箱膽繞管示意圖

圖4 蒸發(fā)器改善前后化霜能力時間對比

此外，因箱膽材質與厚度的原因，管路環(huán)繞時不能過緊，否則成型后箱膽內部會出現(xiàn)繞管凹痕，影響美觀，但是繞管過松又不符合工藝要求。為解決這個問題，本勻冷冰箱在箱膽容易出現(xiàn)凹痕的外壁四周添加導熱鋁板，希望通過增加受力面積從而消除繞管造成的凹痕難題。

3 總結

勻冷冰箱的創(chuàng)新設計，解決了傳統(tǒng)直冷冰箱的除霜難問題，優(yōu)勢在于在冰箱主控板的智能控制下，可以協(xié)助用戶快速手動除霜，同時優(yōu)化了冷凍室的空間利用率，大大提高了冰箱的用戶體驗度。