陳開松 陸 濤

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

前言

目前，大容積風冷冰箱已經(jīng)逐步成為家用冰箱的主流。冰箱的結(jié)構(gòu)類型主要分為十字、法式、對開門與多門等結(jié)構(gòu)，具體而言，十字對開門與多門冰箱大多數(shù)均為三循環(huán)制冷系統(tǒng)設(shè)計，可以實現(xiàn)冷藏、變溫與冷凍間室的獨立設(shè)計，多溫區(qū)多功能可以更好地滿足用戶的多種使用需求。法式冰箱分為帶變溫室與不帶變溫室兩種，帶變溫室設(shè)計方案是市場認可度較好的類型。

對開門冰箱[1]只有兩個門組成，最簡單的設(shè)計方案就是一個間室為冷藏溫區(qū)，一個間室為冷凍溫區(qū)，部分高端冰箱才具有變溫室，該變溫室分位于冷藏間室中間與底部兩種方式，置于中間的變溫室，因為涉及到0 ℃以下溫度，需要四周很好地保溫設(shè)計，才可以確保不凝露等可靠性滿足設(shè)計要求。對于置于冷藏底部的變溫室，一種設(shè)計方案為通過冷藏蒸發(fā)器，聯(lián)合相關(guān)風道結(jié)構(gòu)實現(xiàn)變溫功能，但此種設(shè)計方案，導致變溫室在高環(huán)溫下，溫度不能達到較低設(shè)計要求。另一種方案，對開門冰箱為單系統(tǒng)設(shè)計，在變溫間室與冷凍間室之間開一個孔洞，孔洞中安置風門，通過風門開停以及冷凍風機的運行實現(xiàn)變溫室變溫功能，實際該種方案經(jīng)過驗證，變溫室在常溫下僅可以達到0 ℃左右，不能很好地滿足變溫需求，保鮮效果較差，同時風門處易凝露。

基于以上存在的對開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室溫度高，保鮮效果差等問題，需要設(shè)計出對開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室溫度可以達到“一星”級室要求，且整機能耗不增加，儲藏溫度與化霜可靠性[2]滿足標準要求，確保保鮮效果更好。

1 具體方案

以當前典型兩款對開門風冷冰箱為研究載體，從分析冷藏底置變溫室的性能現(xiàn)狀出發(fā)，找出存在的問題，制定出對應的風道結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制邏輯設(shè)計，并完成性能驗證與可靠性測試，確保滿足項目既定目標要求。

1.1 對開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室現(xiàn)狀分析

對開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室的設(shè)計方案主要分為三種，下面就具體方案展開分析。

方案1：對開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室，變溫間室位于冷藏間室中間部位，冰箱為雙循環(huán)制冷系統(tǒng)，變溫室內(nèi)的冷量供給主要來源于冷藏蒸發(fā)器，通過冷藏間室內(nèi)的冷藏風扇與風道的組合應用，實現(xiàn)變溫間室的制冷需求。具體見圖1的變溫中置于對開門冰箱（雙系統(tǒng)）冷藏間室內(nèi)的結(jié)構(gòu)。

從圖1中可以看出，該變溫室因位于冷藏間室中間位置，內(nèi)部溫度0 ℃以下，-6 ℃ 以上，故需要進行保溫設(shè)計，變溫間室的6個面都需要保溫，才可以確保在冷藏間室高濕度的條件下，不產(chǎn)生凝露問題。因為保溫設(shè)計要求導致成本投入均較高，實際的風路系統(tǒng)設(shè)計比較復雜，故該種結(jié)構(gòu)當前很少用。

方案2：對開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室，變溫間室位于冷藏間室底部，冰箱為雙循環(huán)制冷系統(tǒng)，變溫室內(nèi)的冷量供給主要來源于冷藏蒸發(fā)器，通過冷藏間室內(nèi)的冷藏風扇與風道的組合應用，實現(xiàn)變溫間室的制冷需求。具體見圖2的變溫室底置于對開門冰箱（雙系統(tǒng)）冷藏間室內(nèi)的結(jié)構(gòu)。

從圖2中可以看出，該變溫室因位于冷藏間室中間位置，內(nèi)部溫度0 ℃以下，-3 ℃ 以上，故需要進行保溫設(shè)計，變溫間室的6個面都需要保溫，才可以確保在冷藏間室高濕度的條件下，不產(chǎn)生凝露問題。實際依托冷藏間室五個面進行保溫，頂部為帶風道的保溫結(jié)構(gòu)，采用頂送風頂回風方式，回風返回至冷藏蒸發(fā)器底部再與蒸發(fā)器換熱，依托冷藏風扇完成變溫制冷循環(huán)水。因為該種依托冷藏蒸發(fā)器實現(xiàn)變溫室低溫的方案，變溫室設(shè)計溫度不能做的太低，尤其是高環(huán)溫條件下，儲藏溫度測試時，最高實驗M包溫度-3 ℃左右。

圖1 變溫室中置于對開門冰箱的結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 變溫室底置于對開門冰箱的結(jié)構(gòu)簡圖

方案3：對開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室，變溫間室位于冷藏間室底部，冰箱為單循環(huán)制冷系統(tǒng)，變溫室內(nèi)的冷量供給主要來源于冷凍室，通過冷凍間室內(nèi)的冷凍風扇與風道的組合應用，實現(xiàn)變溫間室的制冷需求。具體見圖3的冷藏底置變溫室的冰箱結(jié)構(gòu)。

從圖3中可知，變溫室內(nèi)的冷量來自于冷凍間室，在變溫室與冷凍室之間只有一個風門，在變溫室后部有一個回風口，開口較小。當變溫室需要制冷時，風門打開，冷凍制冷風機開啟，構(gòu)成一個簡易的風循環(huán)流程，給變溫室降溫。該種設(shè)計方案存在風門靠近變溫間室一側(cè)容易凝露，凝露水無法處理。同時，回風口較小，很難確保該變溫室溫度可以達到較低的溫度。

1.2 對開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室優(yōu)化設(shè)計要求與設(shè)計方案

根據(jù)以上所討論的對開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫間室的設(shè)計方案存在的不足，依托對開門冰箱載體結(jié)構(gòu)（雙循環(huán)制冷系統(tǒng)），具體改進設(shè)計要求如下：

1）采用雙循環(huán)制冷系統(tǒng)；

2）冷藏變溫間室采取底置設(shè)計；

3）變溫間室內(nèi)的溫度需滿足“一星”級設(shè)計要求；

4）整機能耗與原狀態(tài)相當；

5）可靠性滿足設(shè)計要求。

針對以上設(shè)計要求，設(shè)計出對應的技術(shù)方案，見圖4新型對開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室結(jié)構(gòu)設(shè)計簡圖。

從圖4中可知，為了滿足變溫間室內(nèi)的溫度需滿足“一星”級設(shè)計要求，采用從冷凍蒸發(fā)器引風設(shè)計，具體設(shè)計方法為：

1）進風道設(shè)計：從冷凍蒸發(fā)器引風，依托冷凍制冷風機擾流風，從蒸發(fā)器出來的冷風經(jīng)過冷凍風機，進入冷凍制冷風道，在冷凍制冷風道的中偏下位置的側(cè)面開孔與冷藏冷凍中間的保溫層開口對接，冷藏間室內(nèi)設(shè)計出獨立的進風道一端連接變溫間室進風口，另一端連接中間保溫層出口。獨立的進風道內(nèi)設(shè)有風門。變溫間室頂部保溫層內(nèi)置有風道，采用頂送風方式，后部偏下回風口設(shè)計，實現(xiàn)變溫間室制冷設(shè)計要求?；仫L口通過回風道進入冷凍蒸發(fā)器底部，經(jīng)蒸發(fā)器冷卻后再經(jīng)冷凍風機擾流進入冷凍風道中，構(gòu)成一個變溫間室制冷風道循環(huán)系統(tǒng)，達到變溫間室“一星”級設(shè)計要求。

圖3 冷藏底置變溫室的冰箱結(jié)構(gòu)簡圖

圖4 新型變溫室性能提升結(jié)構(gòu)簡圖

1.3 控制邏輯改進設(shè)計

根據(jù)最新的設(shè)計方案，設(shè)計出對應的控制邏輯，主要控制方法如下：

1）若變溫間室請求制冷，當冷藏間室與冷凍間室無制冷請求時，則僅開啟變溫風門與冷凍制冷風機，直至變溫間室達到停機溫度點，則風門關(guān)閉，冷凍制冷風機停機。

2）若變溫間室請求制冷，當冷藏間室與冷凍間室也請求制冷，制冷優(yōu)先級變溫室＞冷藏室＞冷凍室，若閥的位置處于冷藏間室制冷狀態(tài)，開啟冷藏與冷凍制冷風機，直至變溫間室達到停機溫度點，則風門關(guān)閉，冷凍制冷風機停機。若閥的位置處于冷凍間室制冷狀態(tài)，開啟冷凍制冷風機，直至變溫間室達到停機溫度點，則風門關(guān)閉。

1.4 可靠性驗證

為了實現(xiàn)對開門冰箱冷藏內(nèi)置變溫室可以滿足“一星”級室的設(shè)計要求，設(shè)計出新型制冷循環(huán)風道結(jié)構(gòu)，由于該結(jié)構(gòu)的回風道與蒸發(fā)器底部相連，需要進行化霜可靠性驗證。

化霜可靠性依據(jù)企業(yè)標準進行可靠性驗證，確保風冷冰箱化霜可靠性滿足設(shè)計要求。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 變溫風道新結(jié)構(gòu)與樣機結(jié)果

根據(jù)風道設(shè)計要求，設(shè)計出一個新型風道結(jié)構(gòu)，如圖5所示，從該結(jié)構(gòu)件可以知道，在冷凍與冷藏間室之間發(fā)泡層中的進、回風道設(shè)計為一體式結(jié)構(gòu)，確保結(jié)構(gòu)間室，便于生產(chǎn)線的量產(chǎn)需求。

樣機試制結(jié)果，如圖6所示。

圖5 新型風道結(jié)構(gòu)件

圖6 樣機試制圖

從圖6（a）中可以看出，該種新型風道結(jié)構(gòu)，置于冷藏與冷凍間室之間，通過膠帶密封，在通過聚氨酯發(fā)泡料進行發(fā)泡保溫。同時，新型風道結(jié)構(gòu)的四個對接口分別與冷凍內(nèi)膽孔與冷藏內(nèi)膽孔完成對接，見圖6（b）與圖6（c），接口對接較好，不會出現(xiàn)漏液等問題。

同時，修改冷凍風道結(jié)構(gòu)見圖7所示，線框框中為去變溫間室設(shè)計的導風結(jié)構(gòu)，確保去變溫間室的風量滿足變溫間室溫區(qū)的設(shè)計要求。

變溫間室頂部風道結(jié)構(gòu)設(shè)計，見圖8。

進風口具有風門，頂部出風方式，確保變溫間室的抽屜內(nèi)可以冷量均勻，實現(xiàn)“一星”級室設(shè)計要求。

2.2 整機性能結(jié)果

新國標下，新型樣機在16 ℃與32 ℃兩種環(huán)溫下完成整機耗電量測試，具體測試參數(shù)結(jié)果如表1所示。

從測試數(shù)據(jù)結(jié)果來看，配新設(shè)計結(jié)構(gòu)與控制邏輯方案的冰箱載體能耗可以達到一級能效指數(shù)設(shè)計要求，與原狀態(tài)能耗相當。

儲藏溫度測試：38 ℃環(huán)溫下，儲藏溫度測試曲線見圖9。從測試曲線可以看出， -10.3 ℃，-10.1 ℃，-9.8 ℃與-9.5 ℃，實際儲溫實驗中實驗包標準要求最高溫度做到-6 ℃以下即可，實際測試結(jié)果遠優(yōu)于標準值，故儲藏溫度測試結(jié)果為合格。

圖7 新型冷凍風道結(jié)構(gòu)

2.3 化霜可靠性結(jié)果

將對開門冰箱載體置于化霜可靠性測試實驗室，見圖10。完成樣機固定與開關(guān)門的裝置固定，設(shè)定好既定的開關(guān)門控制邏輯，完成可靠性測試驗證。

按照企業(yè)標準完成可靠性測試，測試結(jié)果見圖11。該圖從左到右依次為冷凍蒸發(fā)器、變溫間室進風口與回風口，霜與冰均化的比較干凈，化霜水也排的比較順暢，故化霜可靠性滿足設(shè)計要求。

圖8 變溫頂部風道圖

表1 耗電量測試結(jié)果

圖9 儲藏溫度測試曲線

圖10 化霜可靠性測試臺位展示

圖11 可靠性測試結(jié)果

3 結(jié)論

通過對對開門風冷冰箱載體的風道結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，控制邏輯的改進設(shè)計，確保冷藏底置變溫間室可以達到“一星”級設(shè)計要求，整機能耗與常規(guī)狀態(tài)相當，化霜可靠性滿足設(shè)計要求，更低溫區(qū)的變溫間室可以更好地滿足用戶的食品保鮮使用要求。