淺析如何減薄冰箱冷凍風道

吳 峰 馬小軍

（惠而浦（中國）股份有限公司 合肥 231283）

引言

隨著消費升級，整體式家居逐漸成為主流趨勢，冰箱作為一個大型家電，需要完美融入整體式家居環(huán)境。一方面需要提升冰箱容積，同時也要減小其占地面積，超薄冰箱在這樣背景下應運而生。風冷冰箱的冷凍風道組件位于冰箱內(nèi)部，占據(jù)了冰箱很大的內(nèi)部空間，需要除去繁冗和不合理的部分，讓其所占空間減小，增加冰箱容積率，提升用戶房屋的空間利用率。

一般風冷冰箱冷凍風道放置于冷凍室，安裝在箱膽后背，其組成零部件包括蒸發(fā)器、后風道蓋板保溫層、后風道后蓋板、風機、風腔、前風道蓋板保溫層、前風道蓋板等，其工作原理為通過蒸發(fā)器制冷得到冷空氣，風機通過風腔把冷氣送到間室各個部分，帶動箱內(nèi)空氣循環(huán)。近年來隨著離心風機在冰箱上的應用普及，逐漸替代了傳統(tǒng)的軸流風機，風道厚度因此減薄了（20 ～30）mm。

然而配備離心風機的冷凍風道組件厚度依然在（90 ～120）mm 之間不等，對于大容量冰箱來說，其占據(jù)容積多大（40 ～60）L，依然存在很大的壓縮空間，對于冰箱減薄，提升容積率來說意義重大。

冷凍風道組件作為冰箱重要制冷部件，對冰箱制冷性能影響較大。如何將冷凍風道組件厚度減薄而不影響冰箱整機制冷性能，需要化整為零，從冰箱風道組件每個零部件上著手，分析其子部件減薄可能性，探討整個冷凍風道組件減薄可能性。本文以我司單系統(tǒng)十字對開門BCD-603W 冷凍風道為例，如圖1，探討普遍適用的減薄冰箱風道方法。其中圖1 上各個零部件編號對應的名稱如表1 所示。

表1 當前冷凍風道各零部件減薄匯總

圖1 為當前冷凍風道示意圖

1 方案設計

如表1 為當前冷凍風道各零部件，圖1 展示出了當前風道各個零部件布局，我們根據(jù)風道布局，逐個探討在厚度方向上其有無減薄可能。

首先是蒸發(fā)器，其厚度通常為（60 ～75）mm 之間，三排的蒸發(fā)器厚度為75 mm，雙排的蒸發(fā)器厚度為60 mm，通常一般冰箱使用雙斜排的蒸發(fā)器就可以滿足冰箱制冷要求。然而普通工藝蒸發(fā)器管路和翅片之間有縫隙，不能良好接觸，導致?lián)Q熱能力不能充分釋放出來。近年來隨著技術的更新迭代，雙斜排蒸發(fā)器可以通過脹管工藝制作，脹管工藝先把翅片碼放整齊，然后脹管，最后扭成蒸發(fā)器樣式，如此工藝能保證翅片和管路之間充分接觸，沒有縫隙，蒸發(fā)器換熱能力被充分挖掘，大概提高5 %左右。總的來說蒸發(fā)器厚度50 mm 換熱能力和普通工藝的60 mm 厚的蒸發(fā)器基本相當，升級后蒸發(fā)器在原來基礎上管路分布不變，僅對翅片進行減薄，蒸發(fā)器整體厚度減薄10 mm，可以直接對風道厚度減薄作10 mm 貢獻。

再次是后風道蓋板保溫層，其位于后風道蓋板和蒸發(fā)器之間，蒸發(fā)器在工作的時候，其表面溫度-30 ℃以下，與其接觸位置需要增加保溫，否則后風道蓋板處會大量結霜而造成風腔里層形成霜堵，這會導致風腔內(nèi)空氣循環(huán)不暢。蒸發(fā)器表面翅片一般不會太平整，此處保溫層表面不能太硬。另外此處距離鋼管加熱器比較近，鋼管加熱器表面溫度（300 ～400）℃之間，保溫層上需要作一定防火處理。綜上因素通用的保溫層為帶鋁箔的5 mm厚的保溫棉，作為最佳方案。此處預留裝配泡棉的厚度采用過盈配合，留出空間一般小于5 mm，所以此處厚度不能減薄。

緊接著是風道里面過風結構，此處稱為風腔。其位于風道前風道蓋板保溫層和后風道蓋板之間。風機把蒸發(fā)器冷氣吸收過來后，通過風腔把風送到各個抽屜，其充當冷氣循環(huán)通道。傳統(tǒng)冷凍風道組件的風腔放置于蒸發(fā)器前面，實際上其效過風通道較窄，其他厚度都被無效結構占據(jù)。如果蒸發(fā)器寬度收窄，充分利用蒸發(fā)器兩側空間，把蒸發(fā)器兩側空間用于過風，這樣蒸發(fā)器正面就只需要一個保溫層和塑料件就可以，這樣相比當前風道布局，其風腔被放置于蒸發(fā)器正面可以省去一個風腔厚度，此處風道厚度可以進一步壓縮12 mm 左右。此時只需要保證蒸發(fā)器換熱效率和能力是否可以滿足冰箱制冷要求就可以采取該方案。

最后是前風道蓋板保溫層，其位于風腔和前風道蓋板之間。風腔里面循環(huán)的冷空氣溫度-30 ℃，而前風道蓋板有時候會面對帶濕氣的食品或環(huán)境，如果不增加保溫層，前風道蓋板會形成一定結霜而造成用戶投訴。通常現(xiàn)在用15 mm 左右厚EPS，然而冷凍室長期處于低溫，開門次數(shù)少，且冷凍濕度較低，可以嘗用成5 mm 厚泡棉作為保溫層。此時只需要保證表面不會形成結霜即可考慮該方案，此處冷凍風道整體厚度可以減小10 mm 左右。

綜上所述我們可以得出三個有效行動方案，分別為把蒸發(fā)器厚度從60 mm 減小到50 mm、風腔的位置從正面改兩側、前風道蓋板保溫層從EPS 泡沫改成泡棉。這三個行動方案，對冰箱整機性能有一定影響，需要逐一分析需要驗證其可靠性。

首先蒸發(fā)器厚度從60 mm 減小到50 mm，雖然管路長度不變，但是翅片前后面均減薄，會影響蒸發(fā)器換熱能力，如果蒸發(fā)器換熱能力下降，冰箱制冷能力便下降，有可能在外界氣溫高的時候制冷速度和維持箱內(nèi)溫度能力不能得到保證。儲藏溫度實驗就是模擬用戶在特定外界氣溫冰箱箱內(nèi)溫度能否維持在一定溫度以下。拉低溫實驗是模擬用戶制冷速度的實驗。因此需要儲藏溫度、拉低溫兩個項目來驗證該方案，見表2。

表2 方案及驗證項目

風腔的位置從正面改兩側，需要把蒸發(fā)器縮窄50 mm 左右，蒸發(fā)器換熱能力會下降，同時出風位置變化，其換熱效率可能有影響，換熱效率變化影響冰箱運行效率，用戶使用耗電量有可能會提高。換熱能力下降有可能在外界氣溫高的時候制冷速度和維持箱內(nèi)溫度能力不能得到保證。綜上需要驗證耗電量、高溫儲藏溫度、拉低溫三個項目。綜合方案1 和方案2 驗證方案，可以把兩個方案放在一起驗證。

前風道蓋板保溫層從EPS 泡沫改成泡棉，前風道蓋板的保溫層厚度減薄，其保溫能力下降，表面結霜風險提高，可能會造成市場投訴，需要進行化霜類測試驗證其可靠性。我司現(xiàn)有模擬該類驗證為7 天長時間內(nèi)部化霜實驗，其通過在高外界氣溫下，頻繁開關冰箱門來模擬用戶惡劣氣候使用時風道及蒸發(fā)器表面結霜情況。如果方案3 能通過該實驗，說明在用戶正常使用過程中也不會形成結霜。

2 驗證及分析

2.1 制冷性能驗證

2.1.1 能耗實驗測試地點：冰箱性能實驗室

測試方法：依據(jù)GB/T 8059-2016（測試方法引用參考文獻[1]）。

從表3 可以看出，經(jīng)過方案 1 和方案 2 改進后的風道能耗測試結果比傳統(tǒng)風道要差，換熱效率有一定下降，但是同樣可以達到國標能效1 級，符合企業(yè)要求，可以進行改進升級。

表3 能耗實驗數(shù)據(jù)對比

2.1.2 儲藏溫度實驗

測試地點：冰箱型式實驗室。

測試方法及條件：依據(jù)GB/T 8059-2016（測試方法引用參考文獻1）。

從表4 和表5 可以看出，經(jīng)過方案1 和方案2 改進后風道制冷能力要比傳統(tǒng)風道要稍差，說明其換熱能力存在下降，但43 ℃儲藏溫度和43 ℃無負載下拉實驗是可以滿足要求，改進后風道是可以滿足用戶使用要求的。

表4 儲藏溫度實驗數(shù)據(jù)對比

表5 43 ℃無負載下拉實驗數(shù)據(jù)對比

2.2 長時間內(nèi)部化霜驗證

測試地點：冰箱性能實驗室

測試方法及條件：依據(jù)WHP-QB-08-102 惠而浦（中國）冰箱7 天長時間內(nèi)部化霜技術標準，測試環(huán)境溫度：32 ℃，85 %相對濕度，測試電壓：額定電壓的0.85 倍電壓,額定頻率測試。

測試方法簡述（測試方法引用參考文獻[2]）：

冷藏溫度：3 ℃；冷凍溫度：-18 ℃。

開門方法：

每個階段冷藏開20 次，冷凍開5 次，每個階段時間安排如圖2。

圖2 開關門安排

開門角度75 °到90 °之間。冷藏室開門頻次為3 min 一次。冷藏室保持門開20 s，然后關2 min 40 s。冷凍室開門頻次為12 min 一次。冷凍室保持門開20 s，然后關門11 min 40 s。

檢查要求：重復7 天開關門，在第七天完成開關門后，強制化一次霜后檢查，要求蒸發(fā)器及其周圍無實冰。

從表6 看出，經(jīng)過方案3 改進后的風道符合企業(yè)標準要求，通過高濕環(huán)境下，頻繁開關門模擬沒有大量表面結霜現(xiàn)象，說明在用戶使用過程中也不會出現(xiàn)結霜而投訴。

表6 化霜測試結果對比

綜上，通過上述驗證，經(jīng)過三個方案改進，冰箱整體雖然制冷性能有一定下降，但是符合國標和企業(yè)標準要求，且不會造成用戶投訴，是可以用于輕薄冰箱上，當然制冷性能降低后續(xù)需要更進一步優(yōu)化，提升超薄風道的制冷效率。

3 結論

本文主要以實際工作案例來闡述如何對帶離心風機冷凍風道降低其厚度，通過調(diào)整蒸發(fā)器厚度，風腔的位置調(diào)整、保溫層材料更換可以降低風道厚度，但仍存在進一步優(yōu)化的空間。隨著科技的進步，技術的更新迭代，相信未來有更多降低風道厚度的方案，冰箱可以進一步做薄。