兩門簡(jiǎn)易風(fēng)冷冰箱性能設(shè)計(jì)和匹配

劉 雷 李培培

（長(zhǎng)虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

近些年直冷冰箱逐漸被風(fēng)冷冰箱所替代，其中經(jīng)濟(jì)型簡(jiǎn)易風(fēng)冷冰箱因其成本相對(duì)較低，市場(chǎng)銷量在逐年提高。所謂簡(jiǎn)易風(fēng)冷冰箱是一種雙溫單控、可自動(dòng)化霜的冰箱，其特點(diǎn)是冷凍跟隨冷藏制冷而被動(dòng)制冷，并通過(guò)手工調(diào)節(jié)冷藏風(fēng)量實(shí)現(xiàn)調(diào)控冷凍溫度。對(duì)于這類型的冰箱來(lái)說(shuō)，冷藏風(fēng)量的匹配設(shè)計(jì)至關(guān)重要。冷藏風(fēng)量偏多時(shí)，則冬季會(huì)出現(xiàn)冷凍溫度偏高問(wèn)題，冷藏風(fēng)量偏少時(shí)，則夏季會(huì)出現(xiàn)冷藏制冷效果差問(wèn)題。故要求冷藏風(fēng)量設(shè)計(jì)匹配要適中，風(fēng)量不多不少才能確保冰箱在不同季節(jié)下的基本制冷保鮮功能。對(duì)此，本文選擇兩門風(fēng)冷冰箱BCD-236W為研究對(duì)象，詳細(xì)論述了冰箱的間室溫度設(shè)計(jì)、冷藏溫度調(diào)節(jié)、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速及化霜控制等方面設(shè)計(jì)匹配所遇到的問(wèn)題和解決方案，為對(duì)后續(xù)類似產(chǎn)品開發(fā)與制冷匹配提供指導(dǎo)意見。

1 研究對(duì)象

本文選擇兩門風(fēng)冷冰箱BCD-236W為研究對(duì)象，上藏下凍結(jié)構(gòu)，冷凍蒸發(fā)器為兩排斜插翅片蒸發(fā)器，在冷凍風(fēng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下空氣和蒸發(fā)器強(qiáng)制對(duì)流換熱，并通過(guò)風(fēng)道系統(tǒng)把冷風(fēng)輸送到冷藏和冷凍間室以實(shí)現(xiàn)冷藏制冷和冷凍制冷。如圖1所示，通過(guò)旋轉(zhuǎn)風(fēng)量調(diào)節(jié)旋鈕改變冷藏風(fēng)量，進(jìn)而影響冷藏間室制冷速度，達(dá)到調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間的目的，且壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)度決定著冷凍溫度高低，故此旋鈕稱為冷凍溫度調(diào)節(jié)旋鈕。當(dāng)旋鈕調(diào)到最右側(cè)時(shí)，旋鈕處通風(fēng)截面最大，冷藏風(fēng)道出風(fēng)量最大，冷藏制冷速度快，壓縮機(jī)運(yùn)行率最低，此時(shí)冷凍溫度最高，視為冷凍弱檔。當(dāng)旋鈕調(diào)到最左側(cè)時(shí)，旋鈕處通風(fēng)截面最小，冷藏風(fēng)量最小，壓縮機(jī)開機(jī)率最大，冷凍溫度最低，視為冷凍強(qiáng)檔。

圖1 冰箱結(jié)構(gòu)示意圖

2 制冷劑灌注量調(diào)試

制冷系統(tǒng)中制冷劑灌注量的匹配與優(yōu)化是冰箱設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，直接影響到冰箱的性能質(zhì)量[1]。制冷劑偏多時(shí)，會(huì)造成冰箱運(yùn)行能耗高、回氣管結(jié)霜等問(wèn)題。制冷劑偏少時(shí)，則冰箱制冷效果差。制冷劑灌注量偏多或偏少，對(duì)冰箱正常制冷都是不利的。如圖2所示，該產(chǎn)品采用蒸汽壓縮式制冷系統(tǒng)，接水盤換熱管至過(guò)濾器為高壓側(cè)散熱部件，蒸發(fā)器為低壓側(cè)吸熱部件，并有回?zé)嵫b置回氣管總成。在環(huán)境溫度32 ℃的恒溫室內(nèi)，做制冷劑灌注量調(diào)試試驗(yàn)，壓縮機(jī)始終保持3 000 rpm轉(zhuǎn)速不變，冰箱按照國(guó)標(biāo)要求空載測(cè)試。在冷藏室、冷凍室、回氣管出箱端等重要位置用熱電偶布置溫度測(cè)試點(diǎn)。若表1所示，制冷劑灌注量從（33～42）g，蒸發(fā)器進(jìn)和蒸發(fā)器出溫度點(diǎn)的溫度差值在1 ℃以內(nèi)，其差值較小，說(shuō)明蒸發(fā)器制冷劑充足，故（33～42）g范圍為制冷劑灌注量的可選范圍，故本產(chǎn)品選擇制冷劑R600a的灌注量為39 g。

圖2 制冷原理及溫度布點(diǎn)示意圖

表1 灌注量調(diào)試溫度統(tǒng)計(jì)表

3 間室溫度設(shè)計(jì)

對(duì)于冷藏冷凍箱來(lái)說(shuō)，冰箱制冷就是指通過(guò)制冷循環(huán)裝置把冷藏、冷凍等間室內(nèi)熱量轉(zhuǎn)移到箱體外部。從冷藏間室所移除的熱量為冷藏?zé)嶝?fù)荷，從冷凍間室所移除的熱量為冷凍熱負(fù)荷。在冬季時(shí)冷藏?zé)嶝?fù)荷占比較小，只需少量的制冷量即可滿足冷藏制冷需求。若冷藏風(fēng)量偏多時(shí)，壓縮機(jī)運(yùn)行率偏低，則會(huì)出現(xiàn)冷凍溫度偏高問(wèn)題。反之，在夏季時(shí)冷藏?zé)嶝?fù)荷占比較大，冷藏制冷需要較多的制冷量。若冷藏風(fēng)量偏少時(shí)，則冷藏制冷效果會(huì)變差。故冷藏風(fēng)道及風(fēng)量匹配設(shè)計(jì)直接決定著冰箱各間室的溫度大小和制冷保鮮效果。換言之，冷藏和冷凍溫度大小也直接反映了冷藏風(fēng)道設(shè)計(jì)匹配是否合理。如表2所示，環(huán)溫16 ℃時(shí)，冷藏設(shè)定中檔、冷凍設(shè)定強(qiáng)檔，冷凍溫度要在（-19～21）℃范圍內(nèi)，而冷凍設(shè)定弱檔時(shí)，冷凍溫度要在（-14～16）℃范圍內(nèi)；同理，環(huán)溫32 ℃時(shí)，冷凍溫度則相對(duì)降低（2～3）℃。冰箱間室溫度如此設(shè)計(jì)，才能保證冰箱各項(xiàng)性能測(cè)試項(xiàng)目合格，制冷性能穩(wěn)定可靠。

表2 間室設(shè)計(jì)溫度一覽表

4 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制

如上文所述，夏季時(shí)冰箱制冷需要較多的冷藏風(fēng)量，冬季時(shí)冰箱制冷需要較小的冷藏風(fēng)量，否則，必會(huì)出現(xiàn)冰箱間室溫度偏高或偏低問(wèn)題，繼而影響儲(chǔ)存食品保鮮質(zhì)量。然而在用戶使用過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)撥桿檔位設(shè)置在極端位置，導(dǎo)致冰箱間室溫度不是過(guò)高就是過(guò)低[2]。對(duì)此，本文提出一個(gè)冰箱間室溫度調(diào)控方案，即根據(jù)當(dāng)前環(huán)溫和冷凍溫度選配合適的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并通過(guò)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，影響冷藏風(fēng)道出風(fēng)量和冷藏制冷速度，間接調(diào)控壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間，使冰箱間室溫度在合理范圍內(nèi)。

BCD-236W冰箱在冷凍室設(shè)置有一個(gè)冷凍間室溫度傳感器和箱體頂部設(shè)置一個(gè)環(huán)境溫度傳感器，負(fù)責(zé)采集當(dāng)前冷凍間室溫度和當(dāng)前環(huán)境問(wèn)題。如表3所示，將環(huán)境溫度Ht分成5個(gè)溫度區(qū)間，將冷凍溫度td分成3個(gè)溫度區(qū)間，Ht和td任意一個(gè)溫度區(qū)間的組合對(duì)應(yīng)一個(gè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行檔位。該方案有以下好處：一是避免冷凍溫度偏高或偏低。在冷凍溫度較低時(shí)風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行，增大冷藏風(fēng)量，減小壓縮機(jī)開機(jī)率，防止冷凍溫度過(guò)低，反之，冷凍溫度偏高時(shí)，冰箱的風(fēng)機(jī)采用低速運(yùn)行，降低了冷藏制冷速凍，升高了壓縮機(jī)開機(jī)率，達(dá)到降低冷凍溫度的作用。二是根據(jù)環(huán)境溫度調(diào)控冷藏風(fēng)量，使冰箱制冷運(yùn)行率更加合理。高溫環(huán)境的冷藏?zé)嶝?fù)荷大，需要較多的冷藏風(fēng)量才能滿足其制冷需求，此時(shí)風(fēng)機(jī)高速運(yùn)行，即滿足了冷藏制冷需求，又減小了壓縮機(jī)開機(jī)率，降低了運(yùn)行功耗。環(huán)溫較低時(shí)，冷藏?zé)嶝?fù)荷小，冷藏僅需少量的冷藏風(fēng)量即可滿足其制冷需求，此時(shí)冷凍風(fēng)機(jī)低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，升高了壓縮機(jī)運(yùn)行率，避免了冷凍溫度過(guò)高，達(dá)到調(diào)節(jié)冷凍溫度的作用。

表3 冷凍風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速選擇一覽表

5 冷藏溫度調(diào)節(jié)方法

在產(chǎn)品性能匹配時(shí)做濕度負(fù)荷運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，在冷藏室內(nèi)放置若干濕毛巾，以模擬用戶高濕運(yùn)行工況。如圖3所示，隨著冰箱運(yùn)行，冷藏室頂部溫度在逐步上升并超出了冷藏溫度設(shè)計(jì)范圍。此現(xiàn)象與蒸發(fā)器霜堵，系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)阻增大，循環(huán)風(fēng)量減少有關(guān)。隨著冰箱的運(yùn)行，蒸發(fā)器結(jié)霜量逐漸增多，風(fēng)阻越來(lái)越大，冷藏風(fēng)量越來(lái)越少，冷風(fēng)無(wú)法送到冷藏室頂部，導(dǎo)致頂部溫度過(guò)高。反之，冷藏室頂部溫度越高，也可間接反映出冰箱蒸發(fā)器結(jié)霜量多少。根據(jù)此原理，產(chǎn)品開發(fā)項(xiàng)目組設(shè)計(jì)出一個(gè)冰箱冷藏間室溫度調(diào)控方案應(yīng)用在BCD-236W冰箱上。如圖4所示，在冷藏室上部位置新增一個(gè)冷藏溫度傳感器Tc2，并根據(jù)當(dāng)前Tc2溫度值間接來(lái)判斷冰箱蒸發(fā)器結(jié)霜了多少，并以此來(lái)判定是提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速以增加冷藏風(fēng)道出風(fēng)量，還是啟動(dòng)化霜使蒸發(fā)器恢復(fù)如初。該方案實(shí)施后，冰箱做濕度負(fù)荷運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，冷藏室上部溫度改善明顯，溫度上升值最高不超過(guò)10 ℃，滿足了冰箱基本制冷保鮮需求。

圖3 冰箱運(yùn)行曲線圖

圖4 冷藏溫度調(diào)節(jié)流程圖

6 總結(jié)

對(duì)于簡(jiǎn)易風(fēng)冷冰箱的匹配設(shè)計(jì)工作來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)確調(diào)試制冷劑灌注量是制冷匹配設(shè)計(jì)的前提，合理設(shè)計(jì)風(fēng)道系統(tǒng)和風(fēng)量匹配是產(chǎn)品性能匹配的根本。本文所介紹的冰箱制冷匹配方法涉及到從制冷劑灌注量調(diào)試、風(fēng)道設(shè)計(jì)、間室溫度調(diào)節(jié)、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制等方面內(nèi)容，詳細(xì)論述了在冰箱的制冷設(shè)計(jì)匹配過(guò)程所需要的問(wèn)題和解決方案，對(duì)后續(xù)類似產(chǎn)品開發(fā)和性能匹配具有一定的指導(dǎo)意義。