電動風門在風冷冰箱中的設計位置探究

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，風冷冰箱已儼然成了銷售主力軍，從2019年中怡康發布的市場監測報告來看，暢銷榜單前50的冰箱中，風冷冰箱占比高達96 %。其中，500 L以下容積的風冷冰箱占比為54 %。可見，中小容積段的風冷冰箱因其較高的性價比廣受消費者青睞。

中小容積段的風冷冰箱大都采用單循環制冷系統，依靠風道設計來分配冷藏室、變溫室及冷凍室的風量，電控冰箱一般采用電動風門來控制冷藏室和變溫室的制冷開停。本文主要就僅冷藏、冷凍兩個間室的單系統電控風冷冰箱為例，對電動風門的設計位置進行探究，尋求較佳的設計效果。

1 單循環電控風冷冰箱的制冷循環原理

如圖1所示，在單循環制冷系統中，冰箱制冷時，壓縮機啟動，制冷劑經毛細血管節流后形成的低溫低壓液體進入蒸發器，經蒸發器吸熱蒸發為低溫低壓氣體，同時蒸發器吸熱后溫度降低至（-23～-30）℃。如圖2所示，單循環風冷冰箱中的風扇電機旋轉，帶動蒸發器周邊的冷空氣進行循環，一部分冷空氣經冷凍風道出風口進入冷凍室，另一部分冷空氣經冷藏室和冷凍室之間的連接風道進入冷藏風道，并通過冷藏風道的出風口進入冷藏室，從而實現冷藏、冷凍兩間室內的制冷需求[1,2]。

圖1 單循環制冷系統原理圖

圖2 單循環風冷冰箱制冷示意圖

2 步進電機電動風門在單循環電控風冷冰箱中的作用

在冷藏室的溫度達到設定值，不再需要冷氣時，一般的單循環風冷冰箱會采用電動風門來進行控制。冰箱所使用的電動風門大都為步進電機電動風門，如圖3所示，步進電機電動風門主要由齒輪箱、門板、風門支架三部分構成。齒輪箱中設有直流步進電機和齒輪傳動機構，步進電機接通電源后，經過過齒輪箱中的齒輪減速傳動機構，從而帶動門板轉動。由脈沖時序來控制電機的正向或反向轉動，實現門板實現開啟或關閉的動作，最大開啟角度為90 °[3]。

圖3 步進電機電動風門示意圖

步進電機電動風門在單循環電控風冷冰箱中的作用是控制進入冷藏風道內的冷氣流量，當冷藏室溫度高于設定值時，風門開啟，冷氣通過，實現冷藏室的溫度補償；當冷藏室溫度達到設定值后，控制部件發出指令，風門關閉，阻止冷氣進入。

3 電動風門在單循環電控風冷冰箱中的設置

3.1 電動風門置于冷凍風道內

如圖4所示，在早期的風冷冰箱設計中，電動風門置于冷凍風道靠近頂部的位置，通過冷藏、冷凍室之間的連接風道，與冷藏風道連通，形成冷氣進入冷藏室的通道。

圖4 電動風門在冷凍風道內的安裝示意圖

設計的優點在于能有效控制冷藏室的溫度，一旦冷藏室內的溫度傳感器檢測到冷藏室溫度達到設定值，立即輸出指令，控制系統關閉風門，將冷氣阻截在冷凍室內。

缺點是由于電動風門長期處于低溫的環境，一旦冷藏風道內的凝結水、風扇電機的化霜水有滴落到電動風門上的情況出現，那么電動風門就有可能出現結冰，導致門板被凍住，不能正常打開或關閉的風險；而且水汽有可能從電動風門門板轉軸、出線槽、齒輪箱蓋的縫隙進入，造成齒輪箱出現銹蝕，不能正常工作。

如果電動風門裝配在冷凍風道內，則要求風門與風扇電機要有一定的安全距離，避免風扇電機上化霜水在風扇運轉過程中會甩到風門上；其次，電動風門在裝配時應門板轉軸向上放置，門板打開時對著低溫側，減小轉軸因積水結冰被凍住的風險。另外，利用軟件來控制電動風門門板周期性地開停、在電動風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門非正常工作的風險[4]。

3.2 電動風門置于冷藏風道內

目前，在市場上大部分單系統電控風冷冰箱中，電動風門大都設置于冷藏風道內，如圖5所示。

電動風門從冷凍室內移到冷藏室后，優點是大大降低了風門被凍結的風險，對電動風門本身的密封性要求也相應降低。

但同時也帶來了新的問題。如圖5所示，即使電動風門關閉，只要冷凍室處于制冷狀態，那風門與冷藏室底部的風腔A中始終充盈著冷氣。在冷凍室風扇電機高速運轉時，流向冷藏室中的冷氣風速加快，風腔A中的風壓增大，就會有可能沖破密封海綿防線，進入冷藏室底部，造成冷藏果蔬盒底部過冷，甚至出現結冰的風險。

圖5 電動風門在冷藏風道內的安裝示意圖

電動風門放置在冷藏風道內時，冷藏風道底部的密封問題是關鍵。我司的部分產品通過在冷藏風道底部做導風臺階，并將臺階插入連接風道內的方式，并結合密封海綿的密度、回彈性、吸水性等方面綜合考慮，能有效降低漏冷的風險。

3.3 電動風門置于連接風道內

位于冷凍室到冷藏室的連接風道內，是放置電動風門的一個較佳位置。如圖6所示，電動風門放置在連接風道內，不僅降低了風門結冰的風險，而且在風門關閉時，冷藏室的制冷通道也完全關閉，有利于解決冷凍室處于強制冷時冷藏室底部溫度低于零度的風險。

圖6 電動風門在連接風道內的安裝示意圖

我司進行了相關的對比試驗：在環境溫度為10 ℃的試驗室內，分別將電動風門置于冷藏風道及連接風道中，冰箱選擇“速凍”模式，冷藏室溫度設置為2 ℃，在冷藏室底部靠近冷藏風道處設置感溫探測器。經過26 h的數據監測，電動風門置于冷藏風道中的冰箱，冷藏室底部平均溫度-2 ℃，電動風門置于連接風道中的冰箱，冷藏室平均溫度達到0 ℃左右，有效地解決了風壓較大時冷氣出現滲漏的問題。

在設計上仍然要關注冷藏風道底部與電動風門之間的密封，在冷藏室發出制冷請求，電動風門打開的狀態下，如果密封不嚴，會造成冷氣不能達到冷藏室上部，出現冷藏室上下溫差較大的情況。

對電動風門三種設計位置的綜合對比分析見表1。

表1 電動風門三種設計位置的綜合對比分析

4 總結

步進電機電動風門在單系統風冷冰箱中不僅有調節風量的作用，而且對冰箱的可靠性有較大的影響，本文針對步進電機單門板電動風門在單系統無霜冷藏冷凍箱中的設計位置進行分析和探究，提出設計中可能出現的風險點，并提供了解決問題的方向，對電動風門在風冷冰箱中的應用有較大的意義。隨著技術的進步，電動風門也在不斷的發展，不僅本文提到的單門板電動風門，能分別控制不同間室風量的雙門板電動風門在冰箱上也有了廣泛的應用。對電動風門進行深入的研究，在提升風冷冰箱的可靠性上有深遠的意義。