机械控制与电子控制风冷冰箱风道盖板通用设计研究

宋建存 彭红辉 彭沃平 吴俊河

（中国电器科学研究院股份有限公司 广州 510850）

引言

今年是共建“一带一路”倡议提出十周年。我司积极响应习近平主席提出的这一重大国际合作倡议，积极参与“一带一路”沿线国家家电企业的技术与经贸合作，共同研发适销当地的家电产品。

这些沿线国家的家电企业规模普遍偏小，资金压力大，在进行新产品开发时，都是本着“少花钱、多办事”的原则，希望能用有限的资源，开发出丰富的产品类型。针对这种情况，我们需要从设计源头开始考虑如何减少模具投入，达成客户的目标。

本文以我司为中东地区某客户开发的上冻下藏式两门风冷冰箱为例，探讨如何在设计上进行优化，实现“少花钱、多办事”的目标。

在我们为该客户开发电子控制上冻下藏式风冷冰箱时，该客户就有在电子控制方式的基础上，进行机械控制方式开发的后续计划，所以我们在为客户设计电子控制方式时，就开始和机械控制方式一起通盘考虑，最大程度地兼容两种不同的控制方式，以降低模具投入。

1 机械控制风冷冰箱和电子控制风冷冰箱的主要区别

1）控制方式

电子控制通常是通过电控主板收集冰箱内感温头检测传递过来的数据，进行分析判断，控制压缩机、循环风扇、电动风门、除霜加热丝等元器件的运行，将冰箱内的温度控制在用户设定的范围内。

机械控制主要是通过温控器感应冰箱内的温度，产生热胀冷缩的机械动作，控制压缩机运行回路的通断，来调节冰箱内的温度。

2）主要电器元器件

电子控制方式：控制主板（PCB 板）、显示板（PCB板）、电子感温头、电动风门、压缩机、除霜加热丝等。

机械控制方式：膨胀式温控器、风量手动调节拨杆（或旋钮）或温控器式机械风门、除霜定时器、压缩机、除霜加热丝等。

3）制冷性能

机械控制方式：温控器对温度变化的反馈比较迟缓，温度控制精度比较低，温控器开停机点的温度误差为（±1.5～±2.5）℃，而电子控制方式冰箱的感温头的精度为±1 ℃，所以机械温控方式冰箱内的温度波动范围大。

4）材料成本

同型号的冰箱，机械控制方式成本相对较低。以我们为中东的这个客户开发的电子控制方式风冷冰箱和机械控制方式风冷箱为例，机械控制方式(采用风量手动调节拨杆)的材料成本要比电子控制方式节约10 美金左右。

2 机械控制方式的选择

机械控制方式的选择同样会影响到模具的投入。机械控制目前普遍采用的方式有两种：

方式一：冷冻室：风量手动调节拨杆（或旋钮）+冷藏室：温控器

这种方式的基本工作原理是温控器检测冷藏室内的温度，控制压缩机和循环风扇的开停，将冷藏室的温度控制在设定的范围内。蒸发器一般设置在冷冻室，冷冻室风道盖板上有一风量手动调节拨杆，手动拨杆控制着冷冻室的冷风进入冷藏室通道—进风口的大小。冷风在循环风扇的驱动下，通过此进风口进入到冷藏室，经过热交换后，温度升高，变成较热空气，从回风口回流到冷冻室。手动拨杆使进风口变大，冷藏室降温速度增快，迅速达到冷藏室的设定温度，压缩机停止工作，压缩机的开启时间就会缩短，开停比减小，制冷系统提供总的制冷量会随之减少。在冷藏室获取的冷量基本上是恒定的情形下，冷冻室获取的冷量就会减少，冷冻室温度会升高。所以调节手动风门，增大进风口，冷冻室温度升高，反之减小进风口，冷冻室温度降低。

简言之 ，温控器控制冷藏室的温度，手动拨杆控制冷冻室的温度。手动调节拨杆没有接入电路，不能控制压缩机的开停，它只是通过控制冷冻、冷藏室的冷量分配，间接的影响到压缩机的开停。

方式二：冷冻室温控器+冷藏室温控器式风门

与方式一相反，温控器设置在冷冻室，而不是冷藏室。温控器检测冷冻室内的温度，控制压缩机和冷冻室内风扇的开停，将冷冻室的温度控制在设定的范围内。温控器式风门设置在冷藏室内，控制着冷冻室冷风进入冷藏室通道—进风口的开启大小，它不接入电路，不需要连接其它元器件。机械风门利用感温剂压力随温度变化而变化的特性，通过温压转换部件带动并改变风门开启的角度，控制进入冷藏室冷风量以控制其温度。温控器式风门的开合与压缩机开停没有关系，只与冷藏室温度相关，在压缩机停机阶段，若冷藏室温度升高，机械风门打开，冷风依然会从进风口进入到到冷藏室。

两种控制方式的主要差别：

1）控温精确程度

方式一只有冷藏室有温度检测装置，冷冻室没有，只是靠手动风门调节冷冻冷藏两个间室冷量分配，进行模糊控制。方式二冷冻室和冷藏室都有温度检测的装置，能够比较好的控制冷冻冷藏两个间室的温度。方式二控温精确程度要高于方式一。

2）结构复杂程度

方式一的手动调节风门是一个或多个简单的塑料件组成，结构简单，体积小。方式二的机械风门体积大，结构复杂，与之匹配的冷藏室风道盖板、EPS 风道泡沫都需要为之留有足够的装配空间。考虑到电动风门体积小，结构简单，与温控器式风门差异甚大，若机械控制方式采用方式二，电子控制方式式冷藏室风道盖板与机械控制方式要通用起来，就困难很多。

3）原材料成本

方式一只需要一个温控器，方式二需要两个温控器类零件，从冰箱整机成本角度考虑，方式一更有优势。

综上考虑，我们选择方式一作为机械控制冰箱的控制方式。

3 冷藏室风道部件和冷冻室风道部件的通用设计

机械控制与电子控制风冷冰箱的结构差异主要在冷藏室风道组件和冷冻室风道组件上，如图1所示。

图1 电子控制方式与机械控制方式风道盖板的差异

其他小的零件，如手动风门拨叉、温控器旋钮、除霜定时器安装盒、温控器阻燃保护金属盒等因其体积很小，所需要投入的注塑、钣金模具费用比较少，本文不做讨论。

因为两者之间的差异，按照通常的做法，机械控制和电子控制风冷冰箱会各自开一套冷冻风道盖板和一套冷藏风道盖板注塑模具。这两个塑料零件体积都很大，所需要的注塑模具价格不菲。

通过分析对比电子控制方式和机械控制方式的冷藏/冷冻风道盖板，我们发现电子控制方式风道和机械控制方式风道外观面除了局部特征有差异外，大部分的结构是一样的。

根据上述特点，我们可以通过以下两条原则，实现用同一套注塑模具生产两个不同控制方式的风道盖板：

1）在用户看不到内部表面，我们可以将机械和电子两种控制方式风道盖板需要的特征都集成上去，我们只需要考虑在集成两种特征时合理布局，避免出现干涉。

2）在外观表面，通过更换注塑模具镶件的方式，来实现两种控制方式风道盖板之间的切换。

两种冷冻室风道盖板的主要差异是电子式有电子感温头的安装卡扣和透风的格栅，而机械式有风量调节拨片的安装卡扣和拨片滑动导向的长圆形卡槽。我们现在将它们两者独有的特征集成到一起，就如图2 所示。

图2 电子控制方式与机械控制方式冷冻室风道盖板的特征集成后的结构

在用户看不到的内观表面，可以按集成后的结构，将两种风道盖板的独有特征都包含进去。而对于用户可以看到的外观表面，则只保留各自风道盖板本身所需要的特征。如图3 所示。

图3 重新构造后的电子式和机械式冷冻室风道盖板

采用与冷冻室风道盖板相同的方法我们对冷藏室风道盖板的结构也进行重新构造。相对于电子式，机械式的结构多了一个可以安装温控器旋钮的沉台和限位温控器的筋。

由于电子式冷藏风道盖板没有独有的特征，所以机械式的冷藏室风道盖板就相当于是电子式和机械式冷藏风道盖板的集成。根据和冷冻室风道盖板一样的两个重新构造的原则，对电子式和机械式冷藏风道盖板进行重新构造，如图4 所示。

图4 重新构造后的电子式和机械式冷藏室风道盖板

冷藏/冷冻风道盖板重新构造后，机械控制和电子控制方式可以通过更换模具镶件的形式，用同一套模具来进行生产。从而我们节省了一个冷藏风道盖板和一个冷冻风道盖板共两个注塑模具。

此方案虽然能够节约模具投入，但是有两个缺点：

1）机械控制方式和电子控制方式的风道盖板进行生产切换时，需要更换模具镶件，比较麻烦，采用此种方式需要考虑是否会影响产能。

2）由于有前模镶件的存在，在冷冻室风道盖板和冷藏室风道盖板的正面，会有一圈由可更换模具镶件产生的分型线，对风道盖板的外观有一定的影响，采用此种方式需要考虑客户和当地市场用户的接受度。

4 总结

通过分析机械控制和电子控制风冷冰箱的差异、机械风冷两种常用控制方式的区别，最大程度将机械式和电子式风道盖板的特征统一，再通过更换模具镶件的方式，实现了两种不同控制方式的风道盖板用同一套冷冻/冷藏风道盖板注塑模具进行生产。

这种通用设计的方案同时存在一定的缺陷，需要根据生产和市场的情况做出灵活选择。