上冻下藏冰箱可靠性性能研究

陶 凯 张 波

（长虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

在欧美地区，人们基本上把速冻食品当作家常便饭，冰箱冷冻室的使用频率较高，所以上冷冻下冷藏的冰箱形式多见于海外出口产品中。近年来海外以风冷冰箱为主的高端产品占比持续增长，销量迅速提升，但风冷冰箱在性能可靠性方面的市场投诉率和质量问题明显高于直冷冰箱，主要体现在高温高湿地区冷冻室的调节拨杆结冰、冷藏/冷冻风口结冰、冷藏/冷冻面罩凝露/结冰、冷藏制冷效果差、风扇周围结冰等问题。

CFD 作为目前指导风冷冰箱性能设计的重要手段之一，在新品设计初期及老品后期的优化设计中都得到了很好的应用。在基于CFD 技术的大容量风冷冰箱流场分析及改进设计[1]一文中，利于CFD 技术指导大容积风冷冰箱新品开发设计，在基于CFD 技术的小容积风冷冰箱流场分析及改进设计[2]一文中，是借用CFD 仿真技术对现有的一款小容积风冷冰箱进行分析，结合仿真结果并提出优化设计方案。借用CFD 仿真手段在新品设计初期模具开模之前进行分析，不仅缩短了开发周期同时也降低了开发成本；借用CFD 仿真手段对老产品进行分析，为优化设计指明方向。本文通过利用CFD 仿真技术、优化结构设计，并结合试验测试验证优化方案的可行性。

1 原型机概述

本文以一款两门上冷冻下冷藏风冷冰箱作为研究对象，通过CFD 仿真工作对该冰箱整机风路系统进行流场仿真模拟分析[3]，整机外形图如图1所示。

图1 整机示意图

该类型冰箱冷冻风机、蒸发器位于冰箱上部，冷藏室的风量需回到冷冻间室，所以为便于回风，通常将冷藏室的回风口置于冷藏室的顶部；冷藏室的风量通过在冷冻风道中设置的水平调节拨杆来调节，如图2所示。由于冷冻室的使用频率较高，所以就会进去大量湿气，造成水平调节拨杆结冰、冷冻风罩表面有结冰的现象，如图3所示，用户在使用过程中由于存放物品的无序及品类的繁多，会存在不同程度的结冰现象。

图2 水平调节拨杆结构三维和实物图

图3 冷冻风罩结冰情况

2 风道仿真及优化设计

提取出的原型机的整机空气域仿真三维，以及仿真计算后的整机流场图如图4所示。

图4 原型机仿真三维模型和仿真流场图

结合仿真分析结果，冷藏室的回风位于间室的顶部，容易造成间室风量循环短路，现提出将正面出风改为侧出风，即冷藏风道一侧送风、一侧回风，取消原顶部回风，通过调整风路循环形式优化冷藏间室的循环风路。

冷冻风罩内外表面出风口的设计存在问题，优化方案：取消原风道模型冷冻出风口的飞边，风口与面罩平齐，水珠不易在风口边缘凝结，如图5所示。

图5 冷藏风罩和冷冻风道出风口调整

原调节拨杆为水平方向左右拨动，拨杆表面极易积水结冰，造成其失去功能。将原冷冻风道挡片式调节杆更改为旋钮式调节杆，旋钮外侧设计一圈凸起翻边，高度>3 mm，防止面罩上的水珠流到旋钮导致旋钮冻堵，将冷冻面罩旋钮处的表面做磨砂处理，防止在旋钮附近形成珠状水滴。旋钮式风量调节结构细节：风道面罩内表面设计底座结构，用于装配调节杆与旋钮，建议底座高度>10 mm；底座结构呈菱形设计，上下锐角，面罩表面的水滴流到底座处不易凝结；调节杆与面罩内表面筋条的间隙设计>3 mm。

在冷冻风扇下部设计一挡水结构，将风扇的化霜水引流至两排排水槽内。

将原冷冻面罩底部回风道外凸式结构调整为内凹式结构，使面罩表面水沿面罩流入接水盘内，并保证内凹深度大于等于外凸式结构深度。

冷冻风道组件三维结构如图6所示。

图6 优化后的冷冻风道三维

优化后的冷藏风道温度场、速度矢量仿真分析如下图7所示。

图7 优化后冷藏风道侧出风设计

3 试验测试

为验证优化后的方案是否可行，选择较为严格的高温高湿可靠性试验进行测试，试验要求如下：

环境温度：35 ℃、90 %Rh（开门段，模拟白天），25 ℃、90 %Rh（不开门段，模拟夜晚）。

放包方法：

1）冷冻室每层搁架的左半部分放负载包，且每层搁架的负载包顶部各放1 个M 包。右半部分放冰盒，冰盒里面加水。

2）冷藏室每层搁架上放两个水盒，每个盒子中加入1.8 L 水，并在3/4H,1/2H,1/3H 处各布置1 个铜质圆柱。

开门方法：

1）冷藏门：每45 min 开一次，共20 次，每次开门维持40 s。

2）冷冻门：每90 min 开一次，共10 次，每次开门维持20 s。

实验周期：7+2 天（开关门7 天，不开门2 天）。

经上述可靠性试验测试：优化后的冷藏侧出风风道，风罩表面温度有明显提升，风口周围凝水结水现象有明显改善，冷藏室底部无积水；冷冻风道风口处无积水结冰，面罩表面无积水结冰；开门阶段，冷冻风道的旋钮微动，用力可拨动；在恢复阶段，旋钮旋转通畅。经试验判定可靠性试验合格。

4 结论

本文主要通过对现有市场反馈上冷冻下冷藏类型的风冷冰箱存在的可靠性问题进行分析，对相关的冷藏风罩组件、冷冻风罩组件的结构进行调整，主要体现为以下几点：

1）冷藏风道的循环风路形式，由原来的顶部回风改为一侧出风一侧回风；

2）将原冷冻风道挡片式调节杆更改为旋钮式调节杆，旋钮外侧设计一圈凸起翻边，高度>3 mm，防止面罩上的水珠流到旋钮导致旋钮冻堵，将冷冻面罩旋钮处的表面做磨砂处理，防止在旋钮附近形成珠状水滴；风道面罩内表面设计底座结构，用于装配调节杆与旋钮，建议底座高度>10 mm；底座结构呈菱形设计，上下锐角，面罩表面的水滴流到底座处不易凝结；调节杆与面罩内表面筋条的间隙设计>3 mm。

3）在冷冻风扇下部设计一挡水结构，将风扇的化霜水引流至两排排水槽内；

4）将原冷冻面罩底部回风道外凸式结构调整为内凹式结构，使面罩表面水沿面罩流入接水盘内，并保证内凹深度大于等于外凸式结构深度。

优化后的风道经高温高湿可靠性试验验证，冷藏风道改善了原冷藏间室风量短路的情况，降低了冷藏面罩表面的温度，风口周围凝水结水现象有明显改善，冷藏室底部无积水。冷冻风道风口无积水结冰；面罩表面无积水结冰；开门阶段，旋钮微动，用力可拨动；在恢复阶段，旋钮旋转通畅。经试验判定可靠性试验合格。