冰箱冷藏温度调节及其性能分析研究
时间：2023-06-02 10:45:22 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
刘 雷 李培培
（长虹美菱股份有限公司 合肥 230601）
近些年经济型风冷冰箱市场销量在逐年提高。其特点是风道系统结构简单，风道内无电动风门，不能自动调节冷藏风量，而是采用一个风量调节装置人工调控冷藏风量，并通过风量变化来控制冰箱制冷时间，继而实现调控冷冻温度的目的。同时，为保证冷冻温度在合理的范围内，则需要压缩机运行率足够大，这就决定了其冷藏风量相对不大，易受蒸发器结霜量影响而造成冷藏制冷效果变差和冷藏温度偏高的问题。
对于冷藏冷冻箱，冷藏室热负荷在冰箱总热负荷中占比在不同环温下差别很大。环温较低时，冷藏室热负荷占比较小，只需较少的冷藏风量即可满足冷藏制冷需求，而环温较高时，冷藏室热负荷占比较大，亦需较多冷藏风量才能满足冷藏制冷需求[1]。经济型风冷冰箱因其结构设计所限制，冷藏风量本就相对偏少。在夏季空气湿度大，蒸发器结霜较快，风路系统的风阻快速增大，冷藏风量衰减较快，冷藏风道上部出风量减弱满足不了冷藏室制冷需求，使其上部温度快速升高，既降低了冰箱冷藏保鲜效果，也增大了压缩机运行时间和运行功耗。
综上所述，对于此类冰箱冷藏送风量相对较小，必须根据蒸发器结霜情况对其进行适当调节冷藏风量，确保冷藏温度在合理范围内，否则必会出现冷藏温度偏高，保鲜功能差的问题。
对此，本文选择两门风冷冰箱BCD-239W为研究对象，通过相应的试验测试，分析出冰箱蒸发器结霜与压缩机运行时间、冷藏温度等数据之间的关系，设计出新的冷藏温度调控方法。
1.1 实验对象
本次实验所用样机是型号为BCD-239W的风冷两门冰箱，上间室为冷藏、下间室为冷冻，冷藏、冷冻间室共用一个冷冻蒸发器，并通过风道系统实现冷藏、冷冻制冷。如图1所示，通过旋转风量调节旋钮改变冷藏风量，影响压缩机的运行时间，且压缩机运行时间长度决定冷冻温度高低，故此风量调节旋钮也可叫冷冻温度调节旋钮。
图1 冰箱结构示意图
1.2 测试分析方法
本次实验数据是在环境温度为25 ℃的条件下取得,见表1。实验时采用热电偶来测量温度，并按冰箱国标性能测试要求在间室内部布置温度点，监测冰箱各温度测试点的温度变化。冷藏设定在3挡，冷冻设定在中间档位进行测试，同时在冷藏室各层玻璃搁架上放置若干湿毛巾，以提高蒸发器结霜量和结霜速度。待冰箱运行到稳定状态后，取一个完整化霜周期内每个制冷周期的测试数据：开机时刻的冷藏间室上部温度ts和冷冻温度td、停机时刻的冷藏间室上部温度ts′和冷冻温度td′，蒸发器温度tz、压缩机运行时间Tc。
表1 原状态试验测试数据表
2.1 数据分析
对表1数据进行分析发现，从第二个制冷周期开始的单个制冷周期内的压缩机运行时间在逐渐增大，这与冰箱蒸发器结霜量不断增大有关，同时停机时刻的蒸发器温度在逐渐下降，由最初-25 ℃下降到-30 ℃上下，究其原因同样是与蒸发器结霜有关。如图2所示，随着后蒸发器运行时间增长，霜层逐渐增厚，使得换热过程热阻和空气的流通阻力增加，空气流量减小，蒸发温度下降，蒸发器换热性能降低[2]，同时因风阻变大，风道系统循环风量降低，送往冷藏室的风量减少，没有足够的冷风送到冷藏室顶部。
图2 原状态试验数据分析图
如图3所示，冷藏室顶部温度随冰箱运行时间加长，其温度在逐步上升，由最初6.2 ℃上升到12.8 ℃，已然超出了冷藏温度设计范围，影响了冰箱冷藏保鲜质量。不难看出，在一个化霜周期内随着蒸发器结霜量的增加，风道系统风循环阻力逐渐增大，风道内风压降低，没有足够动力使冷风送到冷藏室顶部，导致冷藏顶部温度逐渐升高。当冷藏顶部温度升到一定值时，则说明蒸发器结霜量过多，视为蒸发器霜堵。反之，根据冷藏顶部空间的温度变化，也能间接反映出冰箱蒸发器是否出现霜堵。
图3 原状态试验测试曲线图
2.2 冷藏温度调节方法
对于上述经济型风冷冰箱特性，蒸发器结霜使其换热效率降低，风道系统风阻增大，导致冷藏顶部温度逐渐升高。冷藏顶部温度升高是果，蒸发器结霜是因。然而在实际操作中无法直接判断蒸发器结霜多少，进而经常出现冷藏室顶部温度偏高或冰箱频繁化霜的问题。对此，本文提出一个冰箱冷藏间室温度调控方案，即根据当前冷藏间室上部空间温度来判断冰箱是否需要运行防风堵模式或启动蒸发器除霜，并制定出冰箱在防风堵模式下制冷控制方法，确保冷藏间室温度在合理范围内，满足基本制冷保鲜功能，解决了现有技术中冷藏风量衰减致使冷藏上部温度偏高的缺陷，既保证了制冷保鲜效果，又避免了电能浪费。
冷藏温度调节控制方案具体包括以下步骤：
图4 冷藏温度调节控制流程图
步骤1、定义：Tc1是第一冷藏温度，在冷藏风道中部，其值控制压缩机开停；
Tc2是第二冷藏温度，在冷藏室顶部，用来探测冷藏顶部温度值；
Ts1是第一预设温度，Ts2是第二预设温度，且Ts1值小于Ts2值；
Ts2是第二预设温度，Ts3是第三预设温度，Ts2值小于Ts3值；
t1为第一时间，是指Tc2值大于Ts2所持续的时间；
t2为第二时间，是指Tc2值大于Ts3值所持续的时间。
步骤2、冰箱正常制冷时，采集第一冷藏传感器温度和第二冷藏传感器温度，确定当前Tc1、Tc2值；
冰箱根据当前Tc1值控制压缩机、风机开停；
判断当前Tc2值是否小于Ts1，若是，则返回执行步骤1，同时冰箱关闭防风堵运行模式，否则，执行步骤3；
步骤3、判断当前Tc2值是否大于第二预设温度Ts2，若是，这执行步骤4，否则，返回执行步骤1；
步骤4、监测Tc2值大于Ts2所持续的时间t1值，同时判断当前Tc2值是否大于第三预设温度Ts3，若是，则执行步骤6，否则，返回执行步骤1；
步骤5、判断t1值是否大于第一预设时间ts1，若是，则冰箱启动防风堵运行模式，否则，返回执行步骤1。冰箱启动防风堵运行模式后，压缩机运行转速和风机运行转速均做相应提高，旨在提高冰箱制冷效果，提高冷藏室顶部出箱风道，达到降低冷藏室顶部温度的效果。
步骤6、监测Tc2值大于Ts3所持续的时间t2值，并判断t2值是否大于第二预设时间ts2，若是，则冰箱启动化霜并关闭防风堵运行模式，否则，返回执行步骤1。
实验样机采用上述冷藏温度调控方案后，再做相同的实验，验证结果如表2所示，在冰箱启动化霜时刻，冷藏顶部温度只上升到6.1 ℃，与之前的12.8 ℃相比较，降低了6.7 ℃，使冷藏温度控制理想的范围内。其次，冰箱的化霜周期由之前的810 min下降到435 min，使冰箱化霜更及时、更准确。
表2 改进后试验测试数据表
本文提供的一种冷藏温度调节控制方法，通过压缩机和风机运行转速控制，可有效解决因蒸发器结霜所造成的冷藏风量衰减使冷藏上部温度过高的问题。另外，通过有效的化霜控制，使蒸发器化霜更及时，确保其结霜量控制在合理水平，避免了因蒸发器霜堵使冷藏上部温升过高，保证了冷藏室的基本制冷保鲜功能。
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