冰箱內(nèi)部凝露優(yōu)化改進(jìn)分析

陳冠鋒

（長(zhǎng)虹美菱股份有限公司 合肥 230000）

引言

隨著冰箱行業(yè)的發(fā)展，家電各梯隊(duì)冰箱公司對(duì)冰箱質(zhì)量把控越來(lái)越重視。近年來(lái)風(fēng)冷冰箱銷量的提升，也帶來(lái)了在性能上的投訴，如冷藏風(fēng)道風(fēng)口結(jié)冰、冷凍抽屜面罩結(jié)霜、冷藏風(fēng)道面罩或冷凍風(fēng)道面罩凝露、及燈盒凝露等冰箱內(nèi)部凝露的性能問(wèn)題及翻轉(zhuǎn)梁、門飾條、箱體后背、線束襯盒等冰箱外部凝露問(wèn)題。

目前針對(duì)解決風(fēng)冷冰箱外部凝露研究較多，針對(duì)不同的外部凝露現(xiàn)象都有比較具體的改善方法，如優(yōu)化防凝管設(shè)計(jì)、改善門封條結(jié)構(gòu)（增加磁條寬度/改善氣囊等等）、重新確定門封條結(jié)構(gòu)、襯盒貼敷鋁箔增加熱傳導(dǎo)性、調(diào)整門箱間距等等。冰箱外部凝露理論研究也較多，陳俊[1]等。通過(guò)優(yōu)化防凝管放置槽與防凝管裝配工藝、優(yōu)化門封條結(jié)構(gòu)，改善門體與箱體間隙等方法達(dá)到了SN/N/T/ST 氣候類型無(wú)凝露的設(shè)計(jì)目標(biāo)，并詳細(xì)闡述了相關(guān)位置凝露產(chǎn)生機(jī)理；魏邦福[2]等提出減小防凝管熱阻，改善門縫密封，同時(shí)改善冰箱內(nèi)部冷風(fēng)流動(dòng)狀況等多種方案組合滿足冰箱32 ℃，85 %濕度環(huán)境的外部凝露試驗(yàn)要求；李平[3]等通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證確認(rèn)了防凝管加熱器不同安裝方式對(duì)冰箱防凝露有較大的影響；王亞運(yùn)[4]等運(yùn)用有限元溫度場(chǎng)仿真技術(shù)，確認(rèn)了線束導(dǎo)冷是開關(guān)盒體內(nèi)部產(chǎn)生凝露的關(guān)鍵原因，并通過(guò)將線束連接到開關(guān)盒體內(nèi)部之前使用膠帶或其它物料將線束與箱體之前間隔約50 mm 距離，徹底解決了該外部凝露問(wèn)題。

冰箱內(nèi)部凝露問(wèn)題研究較少，如王瑤[5]等通過(guò)研究得出冷藏間室出風(fēng)方向及出風(fēng)形式對(duì)冷藏風(fēng)罩表面產(chǎn)生凝露結(jié)冰有重要影響；吳光瑞[6]等通過(guò)調(diào)整優(yōu)化變溫間室整體負(fù)壓值，改善了凝露，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了結(jié)論的正確性等。關(guān)于內(nèi)部凝露問(wèn)題解決方案較少，且都具有自己的凝露位置和凝露特點(diǎn)，因此對(duì)我司某型號(hào)對(duì)開門冰箱關(guān)于市場(chǎng)投訴冷凍間室頂部凝露問(wèn)題只能具體問(wèn)題具體分析。

為盡快確認(rèn)并找到該型號(hào)冰箱內(nèi)部凝露原因，在確認(rèn)密封無(wú)問(wèn)題后，我司采用經(jīng)過(guò)市場(chǎng)認(rèn)可的同類型競(jìng)品冰箱進(jìn)行流場(chǎng)分析，提出改善方案，并通過(guò)數(shù)值化分析及進(jìn)一步的試驗(yàn)驗(yàn)證確定優(yōu)化方案可行性。

1 內(nèi)部凝露分析

1.1 凝露原理

內(nèi)部凝露產(chǎn)生原因一般是開關(guān)門過(guò)程中或密封泄露問(wèn)題，同時(shí)冰箱內(nèi)部負(fù)壓更容易導(dǎo)致外部高溫高濕氣體進(jìn)入冰箱內(nèi)部，高溫高濕氣體與內(nèi)部冷風(fēng)接觸達(dá)到氣體露點(diǎn)即在內(nèi)部物體表面析出水分形成凝露，當(dāng)遭遇更低溫度冷風(fēng)時(shí)，達(dá)到冰點(diǎn)即形成結(jié)霜等性能問(wèn)題。單系統(tǒng)風(fēng)冷冰箱工作原理：在密封條件良好情況下，冰箱內(nèi)部為獨(dú)立的內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，冷藏室空氣和冷凍室空氣通過(guò)回風(fēng)系統(tǒng)經(jīng)冷凍室蒸發(fā)器位置進(jìn)行冷熱交換，形成冷空氣分別經(jīng)過(guò)送風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)入冷藏室或冷凍室，達(dá)成客戶指定的制冷溫度，在蒸發(fā)器位置進(jìn)行冷熱交換時(shí)，因?yàn)檎舭l(fā)器溫度最低溫度一般能達(dá)到-30 ℃或-40 ℃左右，因此冷藏室和冷凍室內(nèi)部水分都會(huì)在蒸發(fā)器上結(jié)冰，并在化霜時(shí)排出冰箱外部，因此各個(gè)位置水分在風(fēng)場(chǎng)循環(huán)正常情況下，很難形成長(zhǎng)時(shí)間凝露現(xiàn)場(chǎng)。

由上分析可知：該型號(hào)冷凍室頂部凝露長(zhǎng)時(shí)間凝結(jié)原因可能是該位置風(fēng)場(chǎng)流動(dòng)性弱，無(wú)法盡快帶走因開關(guān)門進(jìn)入的高濕空氣，形成的凝露。

1.2 與競(jìng)品對(duì)比仿真分析

1.2.1 我產(chǎn)品狀態(tài)及產(chǎn)品問(wèn)題描述

產(chǎn)品類型：對(duì)開門冰箱，左冷東右冷藏，其中冷凍風(fēng)機(jī)采用140 mm 直徑一體離心風(fēng)扇，設(shè)定轉(zhuǎn)速為1 200 RPM。

1.2.2 理論模型條件

該型號(hào)產(chǎn)品仿真模型做以下假設(shè):

1）冷凍及冷藏室內(nèi)為理想氣體且為不可壓縮氣體；

2）冰箱密封良好，無(wú)空氣泄露；

3）冰箱內(nèi)部各組件間無(wú)換熱發(fā)生；

4）箱內(nèi)氣體流動(dòng)及發(fā)展?fàn)顩r負(fù)荷湍流模型同時(shí)箱內(nèi)空氣在內(nèi)壁面上滿足無(wú)華裔邊界條件；

1.2.3 仿真結(jié)果對(duì)比

我司產(chǎn)品燈盒寬度330 mm，模擬競(jìng)品燈盒寬度130 mm，建立模型進(jìn)行分析對(duì)比，如圖1～4 所示。

圖2 冷凍頂部截

圖4 冷凍頂部下移20 mm 截面

結(jié)果分析：通過(guò)偏離冷凍中部90 mm 截面流場(chǎng)分析對(duì)比，我司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與競(jìng)品結(jié)構(gòu)（距離燈盒30 mm）相比較，冷凍室燈盒前部有更多氣流經(jīng)過(guò)，而我司產(chǎn)品冷凍前部有渦流出現(xiàn)，即若有帶有濕度較高空氣進(jìn)入該位置，水分將更難被箱內(nèi)空氣循環(huán)，充分冷干。

冷凍頂部截面圖中確認(rèn)由于競(jìng)品燈盒結(jié)構(gòu)寬度小，減少了對(duì)氣流流動(dòng)的干擾，使風(fēng)口氣流可以吹到燈盒兩側(cè)，進(jìn)而帶動(dòng)了燈盒前部空氣流動(dòng)。

通過(guò)冷凍頂部截面向下移動(dòng)10 mm、20 mm 是的流場(chǎng)分析圖，由于燈盒高度原因，越往下，燈盒對(duì)內(nèi)部氣流干擾越小，無(wú)論是我司產(chǎn)品還是競(jìng)品燈盒前部氣流流動(dòng)均得到加強(qiáng)，其中競(jìng)品燈盒前部氣流流動(dòng)變化最明顯。

結(jié)論：通過(guò)以上分析根據(jù)競(jìng)品燈盒寬度減小，無(wú)論是從氣流流動(dòng)及單系統(tǒng)冰箱內(nèi)部凝露原因來(lái)分析均可改善冷凍前部凝露問(wèn)題。

2 改善前后仿真對(duì)比分析

我司現(xiàn)有產(chǎn)品冷凍燈盒寬度230 mm， 高度15 mm；根據(jù)前面競(jìng)品對(duì)比結(jié)果分析最優(yōu)方案是對(duì)燈盒高度和寬度均減少，對(duì)燈盒前部氣流流動(dòng)改善更加明顯，結(jié)合我司對(duì)冷凍室照明亮度要求確定的LED 燈尺寸及在我司其它型號(hào)通用性要求，選擇冷凍燈盒寬度140 mm，高度9.9 mm 的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，如圖5～8 所示。

圖5 冷凍中部垂直截面

圖8 冷凍頂部水平截面下移20 mm

仿真分析：對(duì)比仿真結(jié)果顯示優(yōu)化后燈盒結(jié)構(gòu)，對(duì)燈盒前部的空氣流動(dòng)有改善作用，同時(shí)風(fēng)口氣流明顯通過(guò)了優(yōu)化后燈盒兩側(cè)及燈盒下部，進(jìn)而影響燈盒前部上下空間的空氣流動(dòng)，從而理論上有助于該處濕度較高空氣經(jīng)箱內(nèi)空氣循環(huán)在蒸發(fā)器位置析出水分，解決該處的凝問(wèn)題。

3 凝露試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 試驗(yàn)條件

環(huán)境溫度32 ℃，環(huán)境濕度85 %RH，試驗(yàn)電壓220 V，頻率50 HZ。

3.2 試驗(yàn)方法

按我司要求每個(gè)間室布置一個(gè)銅質(zhì)圓柱，中梁的左、右兩側(cè)各布置熱電偶，凍門上飾條中心位置布置一個(gè)熱點(diǎn)偶，后背幾何中心位置布置一個(gè)熱電偶，回氣管處布置一個(gè)熱電偶。按我司要求冰箱整理后，穩(wěn)定運(yùn)行24 h 后，開門檢查各處，主要是冷凍室燈盒前部凝露情況，如圖9～11 所示。

圖9 冷凍及冷藏室凝露確認(rèn)

圖10 冷凍門把手凝露確認(rèn)

圖11 冷藏門把手凝露確認(rèn)

凝露試驗(yàn)結(jié)果表明，冷凍室及冷藏室內(nèi)無(wú)凝露發(fā)生，其中外部等各關(guān)鍵點(diǎn)均無(wú)凝露情況發(fā)生，本次改善重點(diǎn)冷凍室燈盒前部凝露問(wèn)題已得到解決。

4 結(jié)論

本文通過(guò)分析對(duì)開門冷凍室內(nèi)部燈盒前部部凝露問(wèn)題，進(jìn)一步確認(rèn)了內(nèi)部凝露發(fā)生機(jī)理，在冰箱密封良好情況下，接近開關(guān)門等易接觸到外部高溫高濕空氣時(shí)，如果某些部位無(wú)法形成空氣循環(huán)，造成高濕空氣堆積在冷量輻射到該位置后就容易產(chǎn)生凝露，嚴(yán)重的產(chǎn)生結(jié)霜結(jié)冰現(xiàn)象?，F(xiàn)在各家電企業(yè)提出的冰箱保濕等新功能，更增加了對(duì)內(nèi)部防凝露的難度，因此在冰箱保濕和為了防凝露增加空氣流動(dòng)除濕之間需研究人員找到一種平衡，做更深入的研究。