冰箱冷藏溫度調(diào)節(jié)及其性能分析研究

劉 雷 李培培

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

近些年經(jīng)濟型風(fēng)冷冰箱市場銷量在逐年提高。其特點是風(fēng)道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，風(fēng)道內(nèi)無電動風(fēng)門，不能自動調(diào)節(jié)冷藏風(fēng)量，而是采用一個風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置人工調(diào)控冷藏風(fēng)量，并通過風(fēng)量變化來控制冰箱制冷時間，繼而實現(xiàn)調(diào)控冷凍溫度的目的。同時，為保證冷凍溫度在合理的范圍內(nèi)，則需要壓縮機運行率足夠大，這就決定了其冷藏風(fēng)量相對不大，易受蒸發(fā)器結(jié)霜量影響而造成冷藏制冷效果變差和冷藏溫度偏高的問題。

對于冷藏冷凍箱，冷藏室熱負(fù)荷在冰箱總熱負(fù)荷中占比在不同環(huán)溫下差別很大。環(huán)溫較低時，冷藏室熱負(fù)荷占比較小，只需較少的冷藏風(fēng)量即可滿足冷藏制冷需求，而環(huán)溫較高時，冷藏室熱負(fù)荷占比較大，亦需較多冷藏風(fēng)量才能滿足冷藏制冷需求[1]。經(jīng)濟型風(fēng)冷冰箱因其結(jié)構(gòu)設(shè)計所限制，冷藏風(fēng)量本就相對偏少。在夏季空氣濕度大，蒸發(fā)器結(jié)霜較快，風(fēng)路系統(tǒng)的風(fēng)阻快速增大，冷藏風(fēng)量衰減較快，冷藏風(fēng)道上部出風(fēng)量減弱滿足不了冷藏室制冷需求，使其上部溫度快速升高，既降低了冰箱冷藏保鮮效果，也增大了壓縮機運行時間和運行功耗。

綜上所述，對于此類冰箱冷藏送風(fēng)量相對較小，必須根據(jù)蒸發(fā)器結(jié)霜情況對其進行適當(dāng)調(diào)節(jié)冷藏風(fēng)量，確保冷藏溫度在合理范圍內(nèi)，否則必會出現(xiàn)冷藏溫度偏高，保鮮功能差的問題。

對此，本文選擇兩門風(fēng)冷冰箱BCD-239W為研究對象，通過相應(yīng)的試驗測試，分析出冰箱蒸發(fā)器結(jié)霜與壓縮機運行時間、冷藏溫度等數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，設(shè)計出新的冷藏溫度調(diào)控方法。

1 實驗測試

1.1 實驗對象

本次實驗所用樣機是型號為BCD-239W的風(fēng)冷兩門冰箱，上間室為冷藏、下間室為冷凍，冷藏、冷凍間室共用一個冷凍蒸發(fā)器，并通過風(fēng)道系統(tǒng)實現(xiàn)冷藏、冷凍制冷。如圖1所示，通過旋轉(zhuǎn)風(fēng)量調(diào)節(jié)旋鈕改變冷藏風(fēng)量，影響壓縮機的運行時間，且壓縮機運行時間長度決定冷凍溫度高低，故此風(fēng)量調(diào)節(jié)旋鈕也可叫冷凍溫度調(diào)節(jié)旋鈕。

圖1 冰箱結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 測試分析方法

本次實驗數(shù)據(jù)是在環(huán)境溫度為25 ℃的條件下取得,見表1。實驗時采用熱電偶來測量溫度，并按冰箱國標(biāo)性能測試要求在間室內(nèi)部布置溫度點，監(jiān)測冰箱各溫度測試點的溫度變化。冷藏設(shè)定在3擋，冷凍設(shè)定在中間檔位進行測試，同時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。待冰箱運行到穩(wěn)定狀態(tài)后，取一個完整化霜周期內(nèi)每個制冷周期的測試數(shù)據(jù)：開機時刻的冷藏間室上部溫度ts和冷凍溫度td、停機時刻的冷藏間室上部溫度ts′和冷凍溫度td′，蒸發(fā)器溫度tz、壓縮機運行時間Tc。

表1 原狀態(tài)試驗測試數(shù)據(jù)表

2 性能分析研究

2.1 數(shù)據(jù)分析

對表1數(shù)據(jù)進行分析發(fā)現(xiàn)，從第二個制冷周期開始的單個制冷周期內(nèi)的壓縮機運行時間在逐漸增大，這與冰箱蒸發(fā)器結(jié)霜量不斷增大有關(guān)，同時停機時刻的蒸發(fā)器溫度在逐漸下降，由最初-25 ℃下降到-30 ℃上下，究其原因同樣是與蒸發(fā)器結(jié)霜有關(guān)。如圖2所示，隨著后蒸發(fā)器運行時間增長，霜層逐漸增厚，使得換熱過程熱阻和空氣的流通阻力增加，空氣流量減小，蒸發(fā)溫度下降，蒸發(fā)器換熱性能降低[2]，同時因風(fēng)阻變大，風(fēng)道系統(tǒng)循環(huán)風(fēng)量降低，送往冷藏室的風(fēng)量減少，沒有足夠的冷風(fēng)送到冷藏室頂部。

圖2 原狀態(tài)試驗數(shù)據(jù)分析圖

如圖3所示，冷藏室頂部溫度隨冰箱運行時間加長，其溫度在逐步上升，由最初6.2 ℃上升到12.8 ℃，已然超出了冷藏溫度設(shè)計范圍，影響了冰箱冷藏保鮮質(zhì)量。不難看出，在一個化霜周期內(nèi)隨著蒸發(fā)器結(jié)霜量的增加，風(fēng)道系統(tǒng)風(fēng)循環(huán)阻力逐漸增大，風(fēng)道內(nèi)風(fēng)壓降低，沒有足夠動力使冷風(fēng)送到冷藏室頂部，導(dǎo)致冷藏頂部溫度逐漸升高。當(dāng)冷藏頂部溫度升到一定值時，則說明蒸發(fā)器結(jié)霜量過多，視為蒸發(fā)器霜堵。反之，根據(jù)冷藏頂部空間的溫度變化，也能間接反映出冰箱蒸發(fā)器是否出現(xiàn)霜堵。

圖3 原狀態(tài)試驗測試曲線圖

2.2 冷藏溫度調(diào)節(jié)方法

對于上述經(jīng)濟型風(fēng)冷冰箱特性，蒸發(fā)器結(jié)霜使其換熱效率降低，風(fēng)道系統(tǒng)風(fēng)阻增大，導(dǎo)致冷藏頂部溫度逐漸升高。冷藏頂部溫度升高是果，蒸發(fā)器結(jié)霜是因。然而在實際操作中無法直接判斷蒸發(fā)器結(jié)霜多少，進而經(jīng)常出現(xiàn)冷藏室頂部溫度偏高或冰箱頻繁化霜的問題。對此，本文提出一個冰箱冷藏間室溫度調(diào)控方案，即根據(jù)當(dāng)前冷藏間室上部空間溫度來判斷冰箱是否需要運行防風(fēng)堵模式或啟動蒸發(fā)器除霜，并制定出冰箱在防風(fēng)堵模式下制冷控制方法，確保冷藏間室溫度在合理范圍內(nèi)，滿足基本制冷保鮮功能，解決了現(xiàn)有技術(shù)中冷藏風(fēng)量衰減致使冷藏上部溫度偏高的缺陷，既保證了制冷保鮮效果，又避免了電能浪費。

冷藏溫度調(diào)節(jié)控制方案具體包括以下步驟：

圖4 冷藏溫度調(diào)節(jié)控制流程圖

步驟1、定義：Tc1是第一冷藏溫度，在冷藏風(fēng)道中部，其值控制壓縮機開停；Tc2是第二冷藏溫度，在冷藏室頂部，用來探測冷藏頂部溫度值；Ts1是第一預(yù)設(shè)溫度，Ts2是第二預(yù)設(shè)溫度，且Ts1值小于Ts2值；Ts2是第二預(yù)設(shè)溫度，Ts3是第三預(yù)設(shè)溫度，Ts2值小于Ts3值；t1為第一時間，是指Tc2值大于Ts2所持續(xù)的時間；t2為第二時間，是指Tc2值大于Ts3值所持續(xù)的時間。

步驟2、冰箱正常制冷時，采集第一冷藏傳感器溫度和第二冷藏傳感器溫度，確定當(dāng)前Tc1、Tc2值；冰箱根據(jù)當(dāng)前Tc1值控制壓縮機、風(fēng)機開停；判斷當(dāng)前Tc2值是否小于Ts1，若是，則返回執(zhí)行步驟1，同時冰箱關(guān)閉防風(fēng)堵運行模式，否則，執(zhí)行步驟3；

步驟3、判斷當(dāng)前Tc2值是否大于第二預(yù)設(shè)溫度Ts2，若是，這執(zhí)行步驟4，否則，返回執(zhí)行步驟1；

步驟4、監(jiān)測Tc2值大于Ts2所持續(xù)的時間t1值，同時判斷當(dāng)前Tc2值是否大于第三預(yù)設(shè)溫度Ts3，若是，則執(zhí)行步驟6，否則，返回執(zhí)行步驟1；

步驟5、判斷t1值是否大于第一預(yù)設(shè)時間ts1，若是，則冰箱啟動防風(fēng)堵運行模式，否則，返回執(zhí)行步驟1。冰箱啟動防風(fēng)堵運行模式后，壓縮機運行轉(zhuǎn)速和風(fēng)機運行轉(zhuǎn)速均做相應(yīng)提高，旨在提高冰箱制冷效果，提高冷藏室頂部出箱風(fēng)道，達到降低冷藏室頂部溫度的效果。

步驟6、監(jiān)測Tc2值大于Ts3所持續(xù)的時間t2值，并判斷t2值是否大于第二預(yù)設(shè)時間ts2，若是，則冰箱啟動化霜并關(guān)閉防風(fēng)堵運行模式，否則，返回執(zhí)行步驟1。

實驗樣機采用上述冷藏溫度調(diào)控方案后，再做相同的實驗，驗證結(jié)果如表2所示，在冰箱啟動化霜時刻，冷藏頂部溫度只上升到6.1 ℃，與之前的12.8 ℃相比較，降低了6.7 ℃，使冷藏溫度控制理想的范圍內(nèi)。其次，冰箱的化霜周期由之前的810 min下降到435 min，使冰箱化霜更及時、更準(zhǔn)確。

表2 改進后試驗測試數(shù)據(jù)表

3 總結(jié)

本文提供的一種冷藏溫度調(diào)節(jié)控制方法，通過壓縮機和風(fēng)機運行轉(zhuǎn)速控制，可有效解決因蒸發(fā)器結(jié)霜所造成的冷藏風(fēng)量衰減使冷藏上部溫度過高的問題。另外，通過有效的化霜控制，使蒸發(fā)器化霜更及時，確保其結(jié)霜量控制在合理水平，避免了因蒸發(fā)器霜堵使冷藏上部溫升過高，保證了冷藏室的基本制冷保鮮功能。