對開門冰箱冷藏內置變溫室性能提升技術研究

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逐步成為家用冰箱的主流。冰箱的結構類型主要分為十字、法式、對開門與多門等結構，具體而言，十字對開門與多門冰箱大多數均為三循環制冷系統設計，可以實現冷藏、變溫與冷凍間室的獨立設計，多溫區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，最簡單的設計方案就是一個間室為冷藏溫區，一個間室為冷凍溫區，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計，才可以確保不凝露等可靠性滿足設計要求。對于置于冷藏底部的變溫室，一種設計方案為通過冷藏蒸發器，聯合相關風道結構實現變溫功能，但此種設計方案，導致變溫室在高環溫下，溫度不能達到較低設計要求。另一種方案，對開門冰箱為單系統設計，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變溫室變溫功能，實際該種方案經過驗證，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置變溫室溫度高，保鮮效果差等問題，需要設計出對開門冰箱冷藏內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狀出發，找出存在的問題，制定出對應的風道結構設計、控制邏輯設計，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 對開門冰箱冷藏內置變溫室現狀分析

對開門冰箱冷藏內置變溫室的設計方案主要分為三種，下面就具體方案展開分析。

方案1：對開門冰箱冷藏內置變溫室，變溫間室位于冷藏間室中間部位，冰箱為雙循環制冷系統，變溫室內的冷量供給主要來源于冷藏蒸發器，通過冷藏間室內的冷藏風扇與風道的組合應用，實現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）冷藏間室內的結構。

從圖1中可以看出，該變溫室因位于冷藏間室中間位置，內部溫度0 ℃以下，-6 ℃ 以上，故需要進行保溫設計，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，不產生凝露問題。因為保溫設計要求導致成本投入均較高，實際的風路系統設計比較復雜，故該種結構當前很少用。

方案2：對開門冰箱冷藏內置變溫室，變溫間室位于冷藏間室底部，冰箱為雙循環制冷系統，變溫室內的冷量供給主要來源于冷藏蒸發器，通過冷藏間室內的冷藏風扇與風道的組合應用，實現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）冷藏間室內的結構。

從圖2中可以看出，該變溫室因位于冷藏間室中間位置，內部溫度0 ℃以下，-3 ℃ 以上，故需要進行保溫設計，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構，采用頂送風頂回風方式，回風返回至冷藏蒸發器底部再與蒸發器換熱，依托冷藏風扇完成變溫制冷循環水。因為該種依托冷藏蒸發器實現變溫室低溫的方案，變溫室設計溫度不能做的太低，尤其是高環溫條件下，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構簡圖

圖2 變溫室底置于對開門冰箱的結構簡圖

方案3：對開門冰箱冷藏內置變溫室，變溫間室位于冷藏間室底部，冰箱為單循環制冷系統，變溫室內的冷量供給主要來源于冷凍室，通過冷凍間室內的冷凍風扇與風道的組合應用，實現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構。

從圖3中可知，變溫室內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，構成一個簡易的風循環流程，給變溫室降溫。該種設計方案存在風門靠近變溫間室一側容易凝露，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 對開門冰箱冷藏內置變溫室優化設計要求與設計方案

根據以上所討論的對開門冰箱冷藏內置變溫間室的設計方案存在的不足，依托對開門冰箱載體結構（雙循環制冷系統），具體改進設計要求如下：

1）采用雙循環制冷系統；

2）冷藏變溫間室采取底置設計；

3）變溫間室內的溫度需滿足“一星”級設計要求；

4）整機能耗與原狀態相當；

5）可靠性滿足設計要求。

針對以上設計要求，設計出對應的技術方案，見圖4新型對開門冰箱冷藏內置變溫室結構設計簡圖。

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

1）進風道設計：從冷凍蒸發器引風，依托冷凍制冷風機擾流風，從蒸發器出來的冷風經過冷凍風機，進入冷凍制冷風道，在冷凍制冷風道的中偏下位置的側面開孔與冷藏冷凍中間的保溫層開口對接，冷藏間室內設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。獨立的進風道內設有風門。變溫間室頂部保溫層內置有風道，采用頂送風方式，后部偏下回風口設計，實現變溫間室制冷設計要求?；仫L口通過回風道進入冷凍蒸發器底部，經蒸發器冷卻后再經冷凍風機擾流進入冷凍風道中，構成一個變溫間室制冷風道循環系統，達到變溫間室“一星”級設計要求。

圖3 冷藏底置變溫室的冰箱結構簡圖

圖4 新型變溫室性能提升結構簡圖

1.3 控制邏輯改進設計

根據最新的設計方案，設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，開啟冷藏與冷凍制冷風機，直至變溫間室達到停機溫度點，則風門關閉，冷凍制冷風機停機。若閥的位置處于冷凍間室制冷狀態，開啟冷凍制冷風機，直至變溫間室達到停機溫度點，則風門關閉。

1.4 可靠性驗證

為了實現對開門冰箱冷藏內置變溫室可以滿足“一星”級室的設計要求，設計出新型制冷循環風道結構，由于該結構的回風道與蒸發器底部相連，需要進行化霜可靠性驗證。

化霜可靠性依據企業標準進行可靠性驗證，確保風冷冰箱化霜可靠性滿足設計要求。

2 試驗結果分析

2.1 變溫風道新結構與樣機結果

根據風道設計要求，設計出一個新型風道結構，如圖5所示，從該結構件可以知道，在冷凍與冷藏間室之間發泡層中的進、回風道設計為一體式結構，確保結構間室，便于生產線的量產需求。

樣機試制結果，如圖6所示。

圖5 新型風道結構件

圖6 樣機試制圖

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

同時，修改冷凍風道結構見圖7所示，線框框中為去變溫間室設計的導風結構，確保去變溫間室的風量滿足變溫間室溫區的設計要求。

變溫間室頂部風道結構設計，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可以冷量均勻，實現“一星”級室設計要求。

2.2 整機性能結果

新國標下，新型樣機在16 ℃與32 ℃兩種環溫下完成整機耗電量測試，具體測試參數結果如表1所示。

從測試數據結果來看，配新設計結構與控制邏輯方案的冰箱載體能耗可以達到一級能效指數設計要求，與原狀態能耗相當。

儲藏溫度測試：38 ℃環溫下，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，實際測試結果遠優于標準值，故儲藏溫度測試結果為合格。

圖7 新型冷凍風道結構

2.3 化霜可靠性結果

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門的裝置固定，設定好既定的開關門控制邏輯，完成可靠性測試驗證。

按照企業標準完成可靠性測試，測試結果見圖11。該圖從左到右依次為冷凍蒸發器、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計要求。

圖8 變溫頂部風道圖

表1 耗電量測試結果

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 可靠性測試結果

3 結論

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