機械控制與電子控制風冷冰箱風道蓋板通用設計研究

宋建存 彭紅輝 彭沃平 吳俊河

（中國電器科學研究院股份有限公司 廣州 510850）

引言

今年是共建“一帶一路”倡議提出十周年。我司積極響應習近平主席提出的這一重大國際合作倡議，積極參與“一帶一路”沿線國家家電企業的技術與經貿合作，共同研發適銷當地的家電產品。

這些沿線國家的家電企業規模普遍偏小，資金壓力大，在進行新產品開發時，都是本著“少花錢、多辦事”的原則，希望能用有限的資源，開發出豐富的產品類型。針對這種情況，我們需要從設計源頭開始考慮如何減少模具投入，達成客戶的目標。

本文以我司為中東地區某客戶開發的上凍下藏式兩門風冷冰箱為例，探討如何在設計上進行優化，實現“少花錢、多辦事”的目標。

在我們為該客戶開發電子控制上凍下藏式風冷冰箱時，該客戶就有在電子控制方式的基礎上，進行機械控制方式開發的后續計劃，所以我們在為客戶設計電子控制方式時，就開始和機械控制方式一起通盤考慮，最大程度地兼容兩種不同的控制方式，以降低模具投入。

1 機械控制風冷冰箱和電子控制風冷冰箱的主要區別

1）控制方式

電子控制通常是通過電控主板收集冰箱內感溫頭檢測傳遞過來的數據，進行分析判斷，控制壓縮機、循環風扇、電動風門、除霜加熱絲等元器件的運行，將冰箱內的溫度控制在用戶設定的范圍內。

機械控制主要是通過溫控器感應冰箱內的溫度，產生熱脹冷縮的機械動作，控制壓縮機運行回路的通斷，來調節冰箱內的溫度。

2）主要電器元器件

電子控制方式：控制主板（PCB 板）、顯示板（PCB板）、電子感溫頭、電動風門、壓縮機、除霜加熱絲等。

機械控制方式：膨脹式溫控器、風量手動調節撥桿（或旋鈕）或溫控器式機械風門、除霜定時器、壓縮機、除霜加熱絲等。

3）制冷性能

機械控制方式：溫控器對溫度變化的反饋比較遲緩，溫度控制精度比較低，溫控器開停機點的溫度誤差為（±1.5～±2.5）℃，而電子控制方式冰箱的感溫頭的精度為±1 ℃，所以機械溫控方式冰箱內的溫度波動范圍大。

4）材料成本

同型號的冰箱，機械控制方式成本相對較低。以我們為中東的這個客戶開發的電子控制方式風冷冰箱和機械控制方式風冷箱為例，機械控制方式(采用風量手動調節撥桿)的材料成本要比電子控制方式節約10 美金左右。

2 機械控制方式的選擇

機械控制方式的選擇同樣會影響到模具的投入。機械控制目前普遍采用的方式有兩種：

方式一：冷凍室：風量手動調節撥桿（或旋鈕）+冷藏室：溫控器

這種方式的基本工作原理是溫控器檢測冷藏室內的溫度，控制壓縮機和循環風扇的開停，將冷藏室的溫度控制在設定的范圍內。蒸發器一般設置在冷凍室，冷凍室風道蓋板上有一風量手動調節撥桿，手動撥桿控制著冷凍室的冷風進入冷藏室通道—進風口的大小。冷風在循環風扇的驅動下，通過此進風口進入到冷藏室，經過熱交換后，溫度升高，變成較熱空氣，從回風口回流到冷凍室。手動撥桿使進風口變大，冷藏室降溫速度增快，迅速達到冷藏室的設定溫度，壓縮機停止工作，壓縮機的開啟時間就會縮短，開停比減小，制冷系統提供總的制冷量會隨之減少。在冷藏室獲取的冷量基本上是恒定的情形下，冷凍室獲取的冷量就會減少，冷凍室溫度會升高。所以調節手動風門，增大進風口，冷凍室溫度升高，反之減小進風口，冷凍室溫度降低。

簡言之 ，溫控器控制冷藏室的溫度，手動撥桿控制冷凍室的溫度。手動調節撥桿沒有接入電路，不能控制壓縮機的開停，它只是通過控制冷凍、冷藏室的冷量分配，間接的影響到壓縮機的開停。

方式二：冷凍室溫控器+冷藏室溫控器式風門

與方式一相反，溫控器設置在冷凍室，而不是冷藏室。溫控器檢測冷凍室內的溫度，控制壓縮機和冷凍室內風扇的開停，將冷凍室的溫度控制在設定的范圍內。溫控器式風門設置在冷藏室內，控制著冷凍室冷風進入冷藏室通道—進風口的開啟大小，它不接入電路，不需要連接其它元器件。機械風門利用感溫劑壓力隨溫度變化而變化的特性，通過溫壓轉換部件帶動并改變風門開啟的角度，控制進入冷藏室冷風量以控制其溫度。溫控器式風門的開合與壓縮機開停沒有關系，只與冷藏室溫度相關，在壓縮機停機階段，若冷藏室溫度升高，機械風門打開，冷風依然會從進風口進入到到冷藏室。

兩種控制方式的主要差別：

1）控溫精確程度

方式一只有冷藏室有溫度檢測裝置，冷凍室沒有，只是靠手動風門調節冷凍冷藏兩個間室冷量分配，進行模糊控制。方式二冷凍室和冷藏室都有溫度檢測的裝置，能夠比較好的控制冷凍冷藏兩個間室的溫度。方式二控溫精確程度要高于方式一。

2）結構復雜程度

方式一的手動調節風門是一個或多個簡單的塑料件組成，結構簡單，體積小。方式二的機械風門體積大，結構復雜，與之匹配的冷藏室風道蓋板、EPS 風道泡沫都需要為之留有足夠的裝配空間。考慮到電動風門體積小，結構簡單，與溫控器式風門差異甚大，若機械控制方式采用方式二，電子控制方式式冷藏室風道蓋板與機械控制方式要通用起來，就困難很多。

3）原材料成本

方式一只需要一個溫控器，方式二需要兩個溫控器類零件，從冰箱整機成本角度考慮，方式一更有優勢。

綜上考慮，我們選擇方式一作為機械控制冰箱的控制方式。

3 冷藏室風道部件和冷凍室風道部件的通用設計

機械控制與電子控制風冷冰箱的結構差異主要在冷藏室風道組件和冷凍室風道組件上，如圖1所示。

圖1 電子控制方式與機械控制方式風道蓋板的差異

其他小的零件，如手動風門撥叉、溫控器旋鈕、除霜定時器安裝盒、溫控器阻燃保護金屬盒等因其體積很小，所需要投入的注塑、鈑金模具費用比較少，本文不做討論。

因為兩者之間的差異，按照通常的做法，機械控制和電子控制風冷冰箱會各自開一套冷凍風道蓋板和一套冷藏風道蓋板注塑模具。這兩個塑料零件體積都很大，所需要的注塑模具價格不菲。

通過分析對比電子控制方式和機械控制方式的冷藏/冷凍風道蓋板，我們發現電子控制方式風道和機械控制方式風道外觀面除了局部特征有差異外，大部分的結構是一樣的。

根據上述特點，我們可以通過以下兩條原則，實現用同一套注塑模具生產兩個不同控制方式的風道蓋板：

1）在用戶看不到內部表面，我們可以將機械和電子兩種控制方式風道蓋板需要的特征都集成上去，我們只需要考慮在集成兩種特征時合理布局，避免出現干涉。

2）在外觀表面，通過更換注塑模具鑲件的方式，來實現兩種控制方式風道蓋板之間的切換。

兩種冷凍室風道蓋板的主要差異是電子式有電子感溫頭的安裝卡扣和透風的格柵，而機械式有風量調節撥片的安裝卡扣和撥片滑動導向的長圓形卡槽。我們現在將它們兩者獨有的特征集成到一起，就如圖2 所示。

圖2 電子控制方式與機械控制方式冷凍室風道蓋板的特征集成后的結構

在用戶看不到的內觀表面，可以按集成后的結構，將兩種風道蓋板的獨有特征都包含進去。而對于用戶可以看到的外觀表面，則只保留各自風道蓋板本身所需要的特征。如圖3 所示。

圖3 重新構造后的電子式和機械式冷凍室風道蓋板

采用與冷凍室風道蓋板相同的方法我們對冷藏室風道蓋板的結構也進行重新構造。相對于電子式，機械式的結構多了一個可以安裝溫控器旋鈕的沉臺和限位溫控器的筋。

由于電子式冷藏風道蓋板沒有獨有的特征，所以機械式的冷藏室風道蓋板就相當于是電子式和機械式冷藏風道蓋板的集成。根據和冷凍室風道蓋板一樣的兩個重新構造的原則，對電子式和機械式冷藏風道蓋板進行重新構造，如圖4 所示。

圖4 重新構造后的電子式和機械式冷藏室風道蓋板

冷藏/冷凍風道蓋板重新構造后，機械控制和電子控制方式可以通過更換模具鑲件的形式，用同一套模具來進行生產。從而我們節省了一個冷藏風道蓋板和一個冷凍風道蓋板共兩個注塑模具。

此方案雖然能夠節約模具投入，但是有兩個缺點：

1）機械控制方式和電子控制方式的風道蓋板進行生產切換時，需要更換模具鑲件，比較麻煩，采用此種方式需要考慮是否會影響產能。

2）由于有前模鑲件的存在，在冷凍室風道蓋板和冷藏室風道蓋板的正面，會有一圈由可更換模具鑲件產生的分型線，對風道蓋板的外觀有一定的影響，采用此種方式需要考慮客戶和當地市場用戶的接受度。

4 總結

通過分析機械控制和電子控制風冷冰箱的差異、機械風冷兩種常用控制方式的區別，最大程度將機械式和電子式風道蓋板的特征統一，再通過更換模具鑲件的方式，實現了兩種不同控制方式的風道蓋板用同一套冷凍/冷藏風道蓋板注塑模具進行生產。

這種通用設計的方案同時存在一定的缺陷，需要根據生產和市場的情況做出靈活選擇。