冰箱冷藏溫度調節及其性能分析研究

劉 雷 李培培

（長虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

近些年經濟型風冷冰箱市場銷量在逐年提高。其特點是風道系統結構簡單，風道內無電動風門，不能自動調節冷藏風量，而是采用一個風量調節裝置人工調控冷藏風量，并通過風量變化來控制冰箱制冷時間，繼而實現調控冷凍溫度的目的。同時，為保證冷凍溫度在合理的范圍內，則需要壓縮機運行率足夠大，這就決定了其冷藏風量相對不大，易受蒸發器結霜量影響而造成冷藏制冷效果變差和冷藏溫度偏高的問題。

對于冷藏冷凍箱，冷藏室熱負荷在冰箱總熱負荷中占比在不同環溫下差別很大。環溫較低時，冷藏室熱負荷占比較小，只需較少的冷藏風量即可滿足冷藏制冷需求，而環溫較高時，冷藏室熱負荷占比較大，亦需較多冷藏風量才能滿足冷藏制冷需求[1]。經濟型風冷冰箱因其結構設計所限制，冷藏風量本就相對偏少。在夏季空氣濕度大，蒸發器結霜較快，風路系統的風阻快速增大，冷藏風量衰減較快，冷藏風道上部出風量減弱滿足不了冷藏室制冷需求，使其上部溫度快速升高，既降低了冰箱冷藏保鮮效果，也增大了壓縮機運行時間和運行功耗。

綜上所述，對于此類冰箱冷藏送風量相對較小，必須根據蒸發器結霜情況對其進行適當調節冷藏風量，確保冷藏溫度在合理范圍內，否則必會出現冷藏溫度偏高，保鮮功能差的問題。

對此，本文選擇兩門風冷冰箱BCD-239W為研究對象，通過相應的試驗測試，分析出冰箱蒸發器結霜與壓縮機運行時間、冷藏溫度等數據之間的關系，設計出新的冷藏溫度調控方法。

1 實驗測試

1.1 實驗對象

本次實驗所用樣機是型號為BCD-239W的風冷兩門冰箱，上間室為冷藏、下間室為冷凍，冷藏、冷凍間室共用一個冷凍蒸發器，并通過風道系統實現冷藏、冷凍制冷。如圖1所示，通過旋轉風量調節旋鈕改變冷藏風量，影響壓縮機的運行時間，且壓縮機運行時間長度決定冷凍溫度高低，故此風量調節旋鈕也可叫冷凍溫度調節旋鈕。

圖1 冰箱結構示意圖

1.2 測試分析方法

本次實驗數據是在環境溫度為25 ℃的條件下取得,見表1。實驗時采用熱電偶來測量溫度，并按冰箱國標性能測試要求在間室內部布置溫度點，監測冰箱各溫度測試點的溫度變化。冷藏設定在3擋，冷凍設定在中間檔位進行測試，同時在冷藏室各層玻璃擱架上放置若干濕毛巾，以提高蒸發器結霜量和結霜速度。待冰箱運行到穩定狀態后，取一個完整化霜周期內每個制冷周期的測試數據：開機時刻的冷藏間室上部溫度ts和冷凍溫度td、停機時刻的冷藏間室上部溫度ts′和冷凍溫度td′，蒸發器溫度tz、壓縮機運行時間Tc。

表1 原狀態試驗測試數據表

2 性能分析研究

2.1 數據分析

對表1數據進行分析發現，從第二個制冷周期開始的單個制冷周期內的壓縮機運行時間在逐漸增大，這與冰箱蒸發器結霜量不斷增大有關，同時停機時刻的蒸發器溫度在逐漸下降，由最初-25 ℃下降到-30 ℃上下，究其原因同樣是與蒸發器結霜有關。如圖2所示，隨著后蒸發器運行時間增長，霜層逐漸增厚，使得換熱過程熱阻和空氣的流通阻力增加，空氣流量減小，蒸發溫度下降，蒸發器換熱性能降低[2]，同時因風阻變大，風道系統循環風量降低，送往冷藏室的風量減少，沒有足夠的冷風送到冷藏室頂部。

圖2 原狀態試驗數據分析圖

如圖3所示，冷藏室頂部溫度隨冰箱運行時間加長，其溫度在逐步上升，由最初6.2 ℃上升到12.8 ℃，已然超出了冷藏溫度設計范圍，影響了冰箱冷藏保鮮質量。不難看出，在一個化霜周期內隨著蒸發器結霜量的增加，風道系統風循環阻力逐漸增大，風道內風壓降低，沒有足夠動力使冷風送到冷藏室頂部，導致冷藏頂部溫度逐漸升高。當冷藏頂部溫度升到一定值時，則說明蒸發器結霜量過多，視為蒸發器霜堵。反之，根據冷藏頂部空間的溫度變化，也能間接反映出冰箱蒸發器是否出現霜堵。

圖3 原狀態試驗測試曲線圖

2.2 冷藏溫度調節方法

對于上述經濟型風冷冰箱特性，蒸發器結霜使其換熱效率降低，風道系統風阻增大，導致冷藏頂部溫度逐漸升高。冷藏頂部溫度升高是果，蒸發器結霜是因。然而在實際操作中無法直接判斷蒸發器結霜多少，進而經常出現冷藏室頂部溫度偏高或冰箱頻繁化霜的問題。對此，本文提出一個冰箱冷藏間室溫度調控方案，即根據當前冷藏間室上部空間溫度來判斷冰箱是否需要運行防風堵模式或啟動蒸發器除霜，并制定出冰箱在防風堵模式下制冷控制方法，確保冷藏間室溫度在合理范圍內，滿足基本制冷保鮮功能，解決了現有技術中冷藏風量衰減致使冷藏上部溫度偏高的缺陷，既保證了制冷保鮮效果，又避免了電能浪費。

冷藏溫度調節控制方案具體包括以下步驟：

圖4 冷藏溫度調節控制流程圖

步驟1、定義：Tc1是第一冷藏溫度，在冷藏風道中部，其值控制壓縮機開停；Tc2是第二冷藏溫度，在冷藏室頂部，用來探測冷藏頂部溫度值；Ts1是第一預設溫度，Ts2是第二預設溫度，且Ts1值小于Ts2值；Ts2是第二預設溫度，Ts3是第三預設溫度，Ts2值小于Ts3值；t1為第一時間，是指Tc2值大于Ts2所持續的時間；t2為第二時間，是指Tc2值大于Ts3值所持續的時間。

步驟2、冰箱正常制冷時，采集第一冷藏傳感器溫度和第二冷藏傳感器溫度，確定當前Tc1、Tc2值；冰箱根據當前Tc1值控制壓縮機、風機開停；判斷當前Tc2值是否小于Ts1，若是，則返回執行步驟1，同時冰箱關閉防風堵運行模式，否則，執行步驟3；

步驟3、判斷當前Tc2值是否大于第二預設溫度Ts2，若是，這執行步驟4，否則，返回執行步驟1；

步驟4、監測Tc2值大于Ts2所持續的時間t1值，同時判斷當前Tc2值是否大于第三預設溫度Ts3，若是，則執行步驟6，否則，返回執行步驟1；

步驟5、判斷t1值是否大于第一預設時間ts1，若是，則冰箱啟動防風堵運行模式，否則，返回執行步驟1。冰箱啟動防風堵運行模式后，壓縮機運行轉速和風機運行轉速均做相應提高，旨在提高冰箱制冷效果，提高冷藏室頂部出箱風道，達到降低冷藏室頂部溫度的效果。

步驟6、監測Tc2值大于Ts3所持續的時間t2值，并判斷t2值是否大于第二預設時間ts2，若是，則冰箱啟動化霜并關閉防風堵運行模式，否則，返回執行步驟1。

實驗樣機采用上述冷藏溫度調控方案后，再做相同的實驗，驗證結果如表2所示，在冰箱啟動化霜時刻，冷藏頂部溫度只上升到6.1 ℃，與之前的12.8 ℃相比較，降低了6.7 ℃，使冷藏溫度控制理想的范圍內。其次，冰箱的化霜周期由之前的810 min下降到435 min，使冰箱化霜更及時、更準確。

表2 改進后試驗測試數據表

3 總結

本文提供的一種冷藏溫度調節控制方法，通過壓縮機和風機運行轉速控制，可有效解決因蒸發器結霜所造成的冷藏風量衰減使冷藏上部溫度過高的問題。另外，通過有效的化霜控制，使蒸發器化霜更及時，確保其結霜量控制在合理水平，避免了因蒸發器霜堵使冷藏上部溫升過高，保證了冷藏室的基本制冷保鮮功能。