高環境溫度下冰箱運行可靠性分析

吳 峰 楊洪濤 廖自敏

（惠而浦（中國）股份有限公司 合肥 231283）

引言

隨著人民生活水平提高，對物質生活條件要求越來越高，對于生活中不可或缺的冰箱產品而言，擁有卓越的產品品質才能贏得消費者的青睞。冰箱無論在什么惡劣的環境條件下運行，需要能給用戶帶來一個恒定的箱內溫度來保持產品的新鮮度，然而高的環境溫度下，冰箱會出現各種可靠性問題，如何提高高環境溫度下運行可靠性成為了冰箱開發者研究重要課題。

在高環境溫度下冰箱運行負荷增大，一些壓縮機廠家會設置保護機制，防止因冰箱負荷過大，燒壞壓縮機及其相關附件。此時若壓縮機發生跳機，冰箱制冷便終止，表現出來的是制冷效果差，用戶會發現在炎熱的夏季家里的冰箱箱內不夠涼。目前考慮冰箱成本及定位等因素，內置箱壁式冷凝器設計成為主流。內置箱壁式冷凝器主流設計形式為冷凝鋁管盤旋放置于兩側板鋁箔貼附固定，該方式因冷凝器散熱都集中在側板上，在環境溫度較高情況下，箱內負荷不斷累積，會出現側壁，梁等位置溫度偏高超過人體能接受的溫度范圍，然而在實際使用冰箱過程中，側壁和梁等位置人體是接觸到的，如果其表面溫度過高，會出現燙傷人的風險。

上述現象會導致用戶體驗變差，造成用戶投訴，如何規避這些問題，下面以實際工作中案例進行闡述。探討冰箱在高的環境溫度下運行可靠的普遍方法。

1 實驗驗證及分析

1.1 樣機描述

本文研究的對象為我司單系統全風冷出口北美地區的十字對開門冰箱W5，冷藏室340 L，冷凍室208 L，該產品為一款電控產品，可以在顯示板調節每個間室溫度。

1.2 通電降幅驗證

1）測試地點：冰箱型式實驗室。

2）測試方法及條件：依據WHP-QB-08-106 惠而浦（中國）冰箱43 ℃無負載降溫技術標準，測試環境溫度為（43±0.5）℃。電壓頻率均為額定值。

測試方法簡述：

將冰箱開門放置在規定的實驗室環境溫度下平衡超過12 h，通電后冰箱設置最冷檔位，讓其能夠連續運行，通電6 h 冰箱降幅是否達標，其中表1、圖1 分別為冰箱通電后的降幅測試數據和曲線，由于沒有冰箱所處的環境溫度較高，冰箱負荷大，通電后壓縮機保護機制啟動，通電6 h 箱內溫度降幅沒有達標，在用戶看來，就會表現出在炎熱的夏季冰箱制冷效果差。

表1 高環境溫度下通電數據

圖1 高環境溫度下通電后曲線

冰箱之所以反復跳機是因為初期冰箱運行負荷大，

冷凝端壓力增大，導致壓縮機電流增大，如何緩解冷凝端壓力呢？我們可以嘗試降低蒸發端壓力，或者強制性降低壓縮機功率等措施避免跳機，表2 為可供參考的解決方案。

表2 避免跳機方案總結

2 方案1 驗證

2.1 行動措施

1）壓縮機轉速控制

開機前20 min 壓縮機轉速為2 800 r/min；20～90 min壓縮機轉速為最高檔位轉速，90 min 按照正常控制邏輯運行 。

2）風扇開停控制

冷凍風機按照停/開=15 / 5 min 進行，先停后開，持續90 min，90 min 后按照正常風機控制進行

3）限制時間

90 min 后按照正常控制邏輯運行即可。

2.2 降溫實驗數據

從表3 和圖2 可以看，采用方案1 降幅是符合要求的，這種交替制冷，可以降低蒸發器溫度，降低了蒸發壓力，可以有效緩解冷凝端的壓力，從而降低冰箱負荷，讓冰箱能正常運行，與此同時需要驗證該方案下冰箱表面溫度是否過高。

表3 方案1 降溫實驗數據

圖2 方案1 降溫曲線

2.3 表面溫度測試

測試方法同2.2，另外在箱體表面人可能接觸的地方布置熱電偶，例如豎梁、橫梁、左右側壁等位置，而且熱電偶的布點位置應盡可能選擇具有最高溫度的點。

從表4 可得知，方案1 可以解決高環境溫度下冰箱通電運行負荷大跳機的問題，但是由于壓縮機一直連續運行，冰箱表面溫度一直在累積，其最熱溫度超出標準要求，對燙傷用戶存在一定風險。

表4 方案1 箱體表面溫度數據

3 方案2 驗證

3.1 行動措施

1）壓縮機、風扇轉速控制：

壓縮機按照正常控制邏輯運行，變頻板的軟件上設置功率保護，當功率超過200 W 壓縮機跳機，跳機8 min后壓縮機再次嘗試開機 ，無硬件保護。

2）風扇開停控制：按照正常風機控制進行。

3）限制時間：無時間限制。

3.2 降溫實驗數據（見表5）

表5 方案2 降溫實驗數據

3.3 表面溫度實驗數據（見表6）

從表6 得知方案2 在通電后表面溫度是符合要求的，但從表5 和圖3 可以看出通電后6 h 內有過多的開停機，冰箱通電后制冷時間縮短，導致最終降幅不能滿足要求。

圖3 方案2 通電降幅曲線

表6 方案2 表面溫度實驗數據

4 方案3 驗證

4.1 行動措施

1）壓縮機、風扇轉速控制：

壓縮機按照正常控制邏輯運行，變頻板上的軟件設置功率保護，軟件保護優于保護器硬件保護，當軟件保護功率185 W，超過185 W，壓縮機無極降低轉速，但壓縮機持續運行，保持壓機不停機，低轉速運行。

2）風扇開停控制：按照正常風機控制進行。

3）時間限制：無時間限制。

4.2 降溫實驗數據（見表7 和圖4）

4.3 表面溫度實驗數據（見表8）

從表7 和表8，以及圖4 可看，方案3 通過強制降低壓縮機運行功率，保持高環境溫度運行下冰箱負荷維持較低水平，使得制冷降幅符合標準要求。而且高環境溫度下運行，由于壓縮機轉速低，冰箱表面溫度上升慢，其最熱溫度符合要求，降低了燙傷用戶的風險。

表7 方案3 降溫實驗數據

圖4 方案3 通電降幅曲線

表8 方案3 表面溫度實驗數據

5 方案驗證總結（見表9）

6 結論

本文主要闡述在高環境溫度下，如何讓冰箱保證好的制冷效果、維持較低表面溫度，從實驗中我們可以得知，在冰箱通電后，限制壓縮機運行功率讓其保持在較低運行功率，既能保證在通電后冰箱有良好的制冷效果，而且能維持較低的表面溫度，不出現燙傷人，如此冰箱可在高環境溫度下能可靠性大大提高。

表9 方案驗證總結