基于TRIZ的冰箱溫度控制分析研究

李培培 劉 雷

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

1956年阿奇舒勒提出了“發明問題解決理論”，即TRIZ理論，其不僅提高了技術問題的解決能力，縮短了產品的研發周期，還使企業技術創新的方向具有可預見性，從而降低了企業技術創新的風險。目前，TRIZ不僅在工程技術領域發揮著巨大作用，成為企業創新的利器，而且已經在自然科學等多領域得到了應用[1]。

冰箱產品開發作為工程技術領域之一，涉及到材料、結構、電氣等多個學科。在做冰箱工程問題分析時，大多采用試錯法等傳統方法進行產品開發和技術研究，其效率較低且容易造成人力浪費和物力浪費。本文以兩門風冷冰箱的冷藏室上部溫度過高問題為研究課題，利用TRIZ理論方法對其進行分析改進并找出最佳解決方案，向大家展示TRIZ理論在冰箱技術領域的應用。

1 冰箱溫度控制問題簡介

對于大多數單循環系統的風冷冰箱而言，冷藏、冷凍通用一個蒸發器，冷藏室是通過電動風門的開和關來調控其間室溫度，而部分經濟型風冷冰箱則沒有電動風門，是通過冷藏風道內的風量調節裝置手工調控冷藏風量。同時因其冷藏風量相對較小，夏季時經常出現冷藏制冷效果變差和冷藏溫度偏高的問題。

以BCD-236W為例，在環境溫度為25 ℃的條件下測試，在箱體內部布置溫度測點以監測冰箱運行期間各測點的溫度變化。冰箱冷藏設定在3 擋，冷凍則設定在中檔，同時在冷藏室各層玻璃擱架上放置若干濕毛巾，以提高蒸發器結霜量和結霜速度。冰箱運行穩定后觀測各間室溫度變化，如圖1所示，從化霜后的第二個制冷周期開始冷藏室上部溫度逐漸升高直至化霜前的13 ℃為止，超出（0～10）℃的溫度范圍，不符合冰箱性能標準要求。

圖1 冰箱試驗測試曲線圖

2 利用TRIZ解決問題

2.1 工程系統及其組件

工程系統是指能夠執行一定功能的系統，一般來說，它指的是我們整體的研究對象[2]。對于本文所研究的課題來說，我們研究的對象是與冰箱制冷性能相關的物或場，故而，我們的系統名稱可以定義為“冰箱制冷循環系統”，同時，該工程系統的初始環境可以描述為：①冰箱運行在濕度較高的環境中；②空氣經過蒸發器制冷后降溫，空氣中的水分凝結在蒸發器表面，即為蒸發器結霜；③蒸發器結霜過多時，系統循環風量降低，沒有足夠的冷氣送至冷藏室上部，導致冷藏室上部溫度偏高并超出規定范圍。其工作原理可描述為：風冷冰箱運行時，壓縮機通過自身轉動使制冷劑在蒸發器管路內流動，蒸發器吸收制冷劑蒸發器釋放的冷量，同時在風機的驅動下，空氣與蒸發器對流換熱使空氣降溫后，再把冷空氣輸送到各間室，以實現冰箱冷藏、冷凍間室制冷。根據上述工程系統定義，對其系統內組件進行劃分，如表1所示，組件包括風道、壓縮機、風機、蒸發器、制冷劑，另外空氣和冷量是超系統組件。

表1 系統組件

2.2 功能分析

功能分析是一個分析問題的工具，是一種識別系統和超系統組件的功能、特點及其成本的分析工具[3]。功能分析分為三部分，即組件分析、相互作用分析和功能模型。針對上述的“冰箱制冷循環系統”定義及描述，把問題可以轉化成規范的TRIZ問題進行描述，其系統的工作原理就變成如表2的描述形式：風道導流空氣、風道固定風機、壓縮機輸送制冷劑、風機輸送空氣、蒸發器傳遞冷量、蒸發器降低風速、空氣傳輸冷量、空氣使蒸發器結霜、制冷劑釋放冷量、冷量降低氣溫。通過系統組件功能分析不難發現，系統的主要問題則可描述為風機輸送空氣及風道導流空氣的性能水平不足。

圖2 功能分析步驟

表2 功能分析表

2.3 因果鏈分析

一個工程技術問題所關聯的因素往往很多，技術人員很難快速找出關鍵因素。因果鏈分析作為TRIZ的一個重要分析工具，可以幫助我們進行更加深入的分析，全面識別工程系統缺點。對于每一個缺點，通過多次分析研究，挖掘隱藏于初始缺點背后的各種原因，將這些原因連接起來就是一個個的鏈條，故稱其為因果鏈。

圖3 功能模型圖

上述工程的初始問題是冷藏室上部溫度偏高，直接原因是環境濕度較大時，蒸發器結霜增多，蒸發器翅片間隙變小，致使風道系統風阻變大，冷藏風道出風量減小，冷藏室輸入冷量不足，最終導致冷藏室上部溫度偏高。如圖4所示，通過因果鏈分析，初始缺點是冷藏室冷量輸入不足。從初始缺點開始分析，不斷追問其背后原因和因素，最終找出一系列中間缺點和末端缺點。其中，冷藏風道出風量少、風路阻力大、風機風量小等都是個重要的中間缺點，蒸發器結霜多、冷藏風道沿程阻力大等是關鍵缺點。

圖4 因果鏈分析

最后，確定了關鍵缺點后，將關鍵缺點轉速為關鍵問題，并尋找可能的解決方案。如表3所示，對于“如何避免蒸發器結霜多”這個問題，可以采用提高門封密封效果，或優化化霜規則，做到霜多時及時啟動化霜使蒸發器恢復如初。對于“冷藏風道沿程阻力大”這個問題，則需要對冷藏風道進行結構優化設計，使其通風更加順暢，降低其風道通風阻力。對于“如何避免風道堵塞”這個問題，則需要對化霜系統進行優化設計，避免風道結霜。對于“如何避免撥桿檔位設定偏強”這個問題，可以在冷藏室內增加一個檔位設定提示標貼，提示用戶設定在合適的檔位。對于“如何避免風機額定風量小”的問題，則根據實際需要可以更換大直徑的冷凍風機，提高額定風量。

表3 關鍵問題分析表

3 總結

本文在解決冰箱冷藏室上部溫度偏高問題上，創新性的應用TRIZ理論進行分析研究。首先，使用功能分析工具識別了“冰箱制冷循環系統”組件的功能和特性；其次，通過因果鏈分析將沒有頭緒的初始問題轉換成更容易解決的關鍵問題；最后，通過解決其中一個或多個關鍵問題就順利解決了初始問題，大大提高了解決問題的有效性。