冰箱冷凍溫度調(diào)節(jié)及其性能分析研究

李培培 劉 雷

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

隨著國內(nèi)家電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，風(fēng)冷冰箱類型也多種多樣，其中經(jīng)濟(jì)型風(fēng)冷冰箱數(shù)量逐年增加。該類型冰箱風(fēng)道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本相對較低，屬于經(jīng)濟(jì)型產(chǎn)品，市場銷量較多。該類型冰箱采用單循環(huán)制冷系統(tǒng)，冷藏、冷凍間室共用一個冷凍蒸發(fā)器，并通過風(fēng)道系統(tǒng)實現(xiàn)冷藏、冷凍制冷，另外，在冷藏風(fēng)道內(nèi)設(shè)置一個風(fēng)量調(diào)節(jié)撥桿人工調(diào)控冷藏送風(fēng)量，通過冷藏傳感器控制壓縮機(jī)的開停，冷凍間室隨冷藏制冷而被動制冷。風(fēng)量調(diào)節(jié)撥桿的設(shè)置影響冷藏風(fēng)量，冷藏風(fēng)量影響冷藏制冷時間，冷藏制冷時間決定冷凍間室溫度。

冷藏風(fēng)量調(diào)節(jié)撥桿屬于手動調(diào)節(jié)裝置，在用戶使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)撥桿檔位設(shè)置不當(dāng)問題。冬季時撥桿檔位設(shè)置弱檔，冷藏送風(fēng)量較大，壓縮機(jī)運(yùn)行率偏小，冷凍溫度偏高，則會影響冷凍食品儲存質(zhì)量，保鮮效果降低。夏季時撥桿檔位設(shè)置強(qiáng)檔，冷藏送風(fēng)量相對較小，壓縮機(jī)運(yùn)行率偏大時，冷凍溫度偏低，則會導(dǎo)致冰箱耗電量增加，與節(jié)能減排背道而馳。

總之，對于此類冰箱，冷藏風(fēng)冷調(diào)節(jié)撥桿必須根據(jù)季節(jié)氣溫設(shè)定在合適的位置，夏季時要加大冷藏風(fēng)量，冬季時要調(diào)小冷藏風(fēng)量，否則，必會出現(xiàn)冷凍溫度偏高或偏低問題，繼而降低了冷凍食品儲存保鮮效果或增加了冰箱運(yùn)行能耗。

對此，本文選擇兩門經(jīng)濟(jì)型風(fēng)冷冰箱BCD-200W為研究載體，通過相應(yīng)的試驗測試，分析出冰箱在不同工況下的壓縮機(jī)運(yùn)行率、冷凍溫度以及耗電量等數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，設(shè)計出新的冷凍溫度調(diào)控方法，間接控制冰箱冷凍溫度，使其控制合理范圍內(nèi)。

1 實驗測試

1.1 實驗對象

本次實驗所用樣機(jī)是型號為BCD-200W的單循環(huán)風(fēng)冷兩門冰箱，為上藏下凍結(jié)構(gòu)，冷藏、冷凍間室共用一個冷凍蒸發(fā)器，并通過風(fēng)道系統(tǒng)實現(xiàn)冷藏、冷凍制冷。冷藏室采用電子控溫，冷藏可設(shè)定檔位范圍1～5檔，并通過冷藏傳感器控制壓縮機(jī)的開停。另外，在冷藏風(fēng)道內(nèi)設(shè)置一個風(fēng)量調(diào)節(jié)撥桿人工調(diào)控冷藏送風(fēng)量，冷凍間室隨冷藏制冷而被動制冷，如圖2所示，撥桿移至最右邊，冷藏出風(fēng)量最小，壓縮機(jī)運(yùn)行率最大，冷凍溫度也最低，冷凍檔位定義為“低溫”，反之，撥桿移至最左邊， 冷凍溫度也最高，冷凍檔位定義為“高溫”；故此撥桿也是冷凍溫度調(diào)節(jié)撥桿。

圖1 冰箱結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 冷凍溫度調(diào)節(jié)撥桿

1.2 測試分析方法

本次實驗數(shù)據(jù)是在環(huán)境溫度為32 ℃和16 ℃，相對濕度為50 %的條件下取得。實驗過程中，采用銅-康銅熱電偶來測量溫度，并按GB/T 8059-2016耗電量測試要求在箱體內(nèi)部布置溫度測點，監(jiān)測冰箱運(yùn)行期間各測點的溫度變化。數(shù)據(jù)采集間隔設(shè)定為30 s；同時采用數(shù)字測試儀測量冰箱的運(yùn)行功率和耗電量。

本次試驗分別在16 ℃和32 ℃環(huán)溫下對樣機(jī)進(jìn)行性能測試，冷藏設(shè)定在3擋，冷凍分別設(shè)置在高溫檔位和低溫檔位下進(jìn)行測試，共4個測試組合，如表1所示。在每個測試組合下，待冰箱運(yùn)行到穩(wěn)定狀態(tài)后，取穩(wěn)定段測試數(shù)據(jù)：冷藏平均溫度Tm、冷凍平均溫度Td、壓縮機(jī)運(yùn)行率、穩(wěn)定段耗電量△E，如表2所示。

表1 測試環(huán)溫檔位組合表

表2 測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

2 性能分析研究

2.1 數(shù)據(jù)分析

本樣機(jī)產(chǎn)品類型是冷藏冷凍箱，冷藏室特性溫度是4 ℃，冷凍室特性溫度是-18 ℃。從表2中測試數(shù)據(jù)可以看出，4組數(shù)據(jù)的冷藏溫度相差不大，都在特性溫度4 ℃上下。然冷凍溫度卻有較大差別，“二組”和“三組”的冷凍溫度偏差相對不大。“一組”的冷凍溫度只有-13.5 ℃，遠(yuǎn)高于冷凍特性溫度-18 ℃的設(shè)計要求，“四組”的冷凍溫度-23.1 ℃，壓縮機(jī)運(yùn)行率高，冷凍溫度過低，耗電量明顯增大很多，造成不必要的電能浪費。

對于上述4組測試結(jié)果，冷凍溫度偏差很大的原因，一是與該樣機(jī)間室溫度控制方式有關(guān)，冷凍溫度不能單獨制冷，隨冷藏制冷而被動制冷，二是撥桿檔位設(shè)置在“高溫”、“低溫”，其冷藏送風(fēng)量差別較大，三是在不同環(huán)溫下，冷藏室熱負(fù)荷相差很大，其在冰箱總熱負(fù)荷中占比也有較大差別。如圖3所示，在環(huán)溫16 ℃時，冷藏室熱負(fù)荷占比較小，撥桿檔位設(shè)置在“高溫”，冷藏出風(fēng)量較大，冷藏降溫速度快，壓縮機(jī)運(yùn)行率較小，但不能滿足冷凍室熱負(fù)荷占比所對應(yīng)的制冷需求，導(dǎo)致冷凍溫度過高，影響其食品儲存保鮮質(zhì)量。如圖4所示，在環(huán)溫32 ℃時，冷藏室熱負(fù)荷占比較大，需較多冷藏風(fēng)量才能滿足冷藏制冷需求，壓縮機(jī)運(yùn)行率原本就很大，而撥桿檔位設(shè)置在“低溫”，冷藏出風(fēng)量調(diào)至最小，進(jìn)一步提升了壓縮機(jī)運(yùn)行率，冷凍溫度更低。從表2測試數(shù)據(jù)可以看出，“四組”的耗電量較“三組”高22.5 %。

圖3 一組測試曲線圖

圖4 四組測試曲線圖

2.2 冷凍溫度調(diào)節(jié)方法

對于上述經(jīng)濟(jì)型風(fēng)冷冰箱特性，冷藏風(fēng)量調(diào)節(jié)撥桿必須根據(jù)季節(jié)氣溫設(shè)定在合適的位置。夏季時要加大冷藏風(fēng)量，冬季時要調(diào)小冷藏風(fēng)量，否則，必會出現(xiàn)冷凍溫度過高或過低問題，繼而影響冷凍儲存保鮮質(zhì)量，又或增加了冰箱運(yùn)行能耗。然而在用戶使用過程中，經(jīng)常出現(xiàn)撥桿檔位設(shè)置在極端位置，導(dǎo)致冷凍溫度不是過高就是過低。對此，本文提出一個冷凍溫度調(diào)節(jié)控制方案，通過控制單元根據(jù)當(dāng)前冷藏、冷凍間室溫度判定并選擇合適的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使壓縮機(jī)運(yùn)行率在合適的范圍內(nèi)，確保冷凍溫度不會出現(xiàn)過高或過低現(xiàn)象，可解決現(xiàn)有技術(shù)的冰箱冷藏室風(fēng)量調(diào)節(jié)撥桿調(diào)節(jié)不當(dāng)致使冷凍溫度過高或過低的缺陷。

具體是，在冷凍室增加一個冷凍間室溫度傳感器，并將冷藏溫度Tm分成2個預(yù)設(shè)溫度范圍，將冷凍溫度Td分成3個預(yù)設(shè)溫度范圍，任意一個冷藏預(yù)設(shè)溫度范圍與任意一個冷凍預(yù)設(shè)溫度范圍搭配，對應(yīng)一個預(yù)設(shè)風(fēng)機(jī)運(yùn)行檔位，如表3所示。其目的就是在冷凍溫度低于一定值時，冷凍風(fēng)機(jī)采用高轉(zhuǎn)速運(yùn)行，增大冷藏室循環(huán)風(fēng)量，降低壓縮機(jī)運(yùn)行率，進(jìn)而提升冷凍溫度，避免冷凍溫度過低，冰箱耗電量過大，其次，是在冷凍溫度高于某預(yù)設(shè)值時，冷凍風(fēng)機(jī)采用低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，減小冷藏室循環(huán)風(fēng)量，提高壓縮機(jī)運(yùn)行率，進(jìn)而降低冷凍溫度，避免冷凍溫度過高，影響冷凍食品儲存質(zhì)量。

表3 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制表

采用上述冷凍溫度調(diào)節(jié)方法后，再做前文所述相同的實驗驗證，實驗結(jié)果如表4所示，“一組”的冷凍溫度較之前下降2.9 ℃，提高了冷凍食品儲存質(zhì)量；“二組”和“三組”數(shù)據(jù)較之前變化不大；“四組”的冷凍溫度較之前提高了1.8 ℃，耗電量降低了8 %。

表4 測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

3 總結(jié)

本文提供的一種冷凍溫度調(diào)節(jié)控制方法，可以有效彌補(bǔ)現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)型冰箱冷凍溫度控制不精確問題，可使冰箱在秋冬季節(jié)運(yùn)行時冷凍室有足夠低的溫度確保食品儲存質(zhì)量，同時又可避免了冰箱在夏季運(yùn)行時冷凍室溫度過低問題，杜絕了冰箱過度制冷、電能浪費問題。本文研究成果豐富了冰箱的間室溫度控制方法，為單系統(tǒng)風(fēng)冷冰箱的溫控設(shè)計改善提供重要的設(shè)計參考。