电动风门在风冷冰箱中的设计位置探究

李 琳 戴胜萍 秦姚琴 姚成年

（长虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

近年来，在家用冰箱市场上，风冷冰箱已俨然成了销售主力军，从2019年中怡康发布的市场监测报告来看，畅销榜单前50的冰箱中，风冷冰箱占比高达96 %。其中，500 L以下容积的风冷冰箱占比为54 %。可见，中小容积段的风冷冰箱因其较高的性价比广受消费者青睐。

中小容积段的风冷冰箱大都采用单循环制冷系统，依靠风道设计来分配冷藏室、变温室及冷冻室的风量，电控冰箱一般采用电动风门来控制冷藏室和变温室的制冷开停。本文主要就仅冷藏、冷冻两个间室的单系统电控风冷冰箱为例，对电动风门的设计位置进行探究，寻求较佳的设计效果。

1 单循环电控风冷冰箱的制冷循环原理

如图1所示，在单循环制冷系统中，冰箱制冷时，压缩机启动，制冷剂经毛细血管节流后形成的低温低压液体进入蒸发器，经蒸发器吸热蒸发为低温低压气体，同时蒸发器吸热后温度降低至（-23～-30）℃。如图2所示，单循环风冷冰箱中的风扇电机旋转，带动蒸发器周边的冷空气进行循环，一部分冷空气经冷冻风道出风口进入冷冻室，另一部分冷空气经冷藏室和冷冻室之间的连接风道进入冷藏风道，并通过冷藏风道的出风口进入冷藏室，从而实现冷藏、冷冻两间室内的制冷需求[1,2]。

图1 单循环制冷系统原理图

图2 单循环风冷冰箱制冷示意图

2 步进电机电动风门在单循环电控风冷冰箱中的作用

在冷藏室的温度达到设定值，不再需要冷气时，一般的单循环风冷冰箱会采用电动风门来进行控制。冰箱所使用的电动风门大都为步进电机电动风门，如图3所示，步进电机电动风门主要由齿轮箱、门板、风门支架三部分构成。齿轮箱中设有直流步进电机和齿轮传动机构，步进电机接通电源后，经过过齿轮箱中的齿轮减速传动机构，从而带动门板转动。由脉冲时序来控制电机的正向或反向转动，实现门板实现开启或关闭的动作，最大开启角度为90 °[3]。

图3 步进电机电动风门示意图

步进电机电动风门在单循环电控风冷冰箱中的作用是控制进入冷藏风道内的冷气流量，当冷藏室温度高于设定值时，风门开启，冷气通过，实现冷藏室的温度补偿；当冷藏室温度达到设定值后，控制部件发出指令，风门关闭，阻止冷气进入。

3 电动风门在单循环电控风冷冰箱中的设置

3.1 电动风门置于冷冻风道内

如图4所示，在早期的风冷冰箱设计中，电动风门置于冷冻风道靠近顶部的位置，通过冷藏、冷冻室之间的连接风道，与冷藏风道连通，形成冷气进入冷藏室的通道。

图4 电动风门在冷冻风道内的安装示意图

设计的优点在于能有效控制冷藏室的温度，一旦冷藏室内的温度传感器检测到冷藏室温度达到设定值，立即输出指令，控制系统关闭风门，将冷气阻截在冷冻室内。

缺点是由于电动风门长期处于低温的环境，一旦冷藏风道内的凝结水、风扇电机的化霜水有滴落到电动风门上的情况出现，那么电动风门就有可能出现结冰，导致门板被冻住，不能正常打开或关闭的风险；而且水汽有可能从电动风门门板转轴、出线槽、齿轮箱盖的缝隙进入，造成齿轮箱出现锈蚀，不能正常工作。

如果电动风门装配在冷冻风道内，则要求风门与风扇电机要有一定的安全距离，避免风扇电机上化霜水在风扇运转过程中会甩到风门上；其次，电动风门在装配时应门板转轴向上放置，门板打开时对着低温侧，减小转轴因积水结冰被冻住的风险。另外，利用软件来控制电动风门门板周期性地开停、在电动风门门板背面增加加热器、齿轮箱拼缝处加胶密封等方式也能降低风门非正常工作的风险[4]。

3.2 电动风门置于冷藏风道内

目前，在市场上大部分单系统电控风冷冰箱中，电动风门大都设置于冷藏风道内，如图5所示。

电动风门从冷冻室内移到冷藏室后，优点是大大降低了风门被冻结的风险，对电动风门本身的密封性要求也相应降低。

但同时也带来了新的问题。如图5所示，即使电动风门关闭，只要冷冻室处于制冷状态，那风门与冷藏室底部的风腔A中始终充盈着冷气。在冷冻室风扇电机高速运转时，流向冷藏室中的冷气风速加快，风腔A中的风压增大，就会有可能冲破密封海绵防线，进入冷藏室底部，造成冷藏果蔬盒底部过冷，甚至出现结冰的风险。

图5 电动风门在冷藏风道内的安装示意图

电动风门放置在冷藏风道内时，冷藏风道底部的密封问题是关键。我司的部分产品通过在冷藏风道底部做导风台阶，并将台阶插入连接风道内的方式，并结合密封海绵的密度、回弹性、吸水性等方面综合考虑，能有效降低漏冷的风险。

3.3 电动风门置于连接风道内

位于冷冻室到冷藏室的连接风道内，是放置电动风门的一个较佳位置。如图6所示，电动风门放置在连接风道内，不仅降低了风门结冰的风险，而且在风门关闭时，冷藏室的制冷通道也完全关闭，有利于解决冷冻室处于强制冷时冷藏室底部温度低于零度的风险。

图6 电动风门在连接风道内的安装示意图

我司进行了相关的对比试验：在环境温度为10 ℃的试验室内，分别将电动风门置于冷藏风道及连接风道中，冰箱选择“速冻”模式，冷藏室温度设置为2 ℃，在冷藏室底部靠近冷藏风道处设置感温探测器。经过26 h的数据监测，电动风门置于冷藏风道中的冰箱，冷藏室底部平均温度-2 ℃，电动风门置于连接风道中的冰箱，冷藏室平均温度达到0 ℃左右，有效地解决了风压较大时冷气出现渗漏的问题。

在设计上仍然要关注冷藏风道底部与电动风门之间的密封，在冷藏室发出制冷请求，电动风门打开的状态下，如果密封不严，会造成冷气不能达到冷藏室上部，出现冷藏室上下温差较大的情况。

对电动风门三种设计位置的综合对比分析见表1。

表1 电动风门三种设计位置的综合对比分析

4 总结

步进电机电动风门在单系统风冷冰箱中不仅有调节风量的作用，而且对冰箱的可靠性有较大的影响，本文针对步进电机单门板电动风门在单系统无霜冷藏冷冻箱中的设计位置进行分析和探究，提出设计中可能出现的风险点，并提供了解决问题的方向，对电动风门在风冷冰箱中的应用有较大的意义。随着技术的进步，电动风门也在不断的发展，不仅本文提到的单门板电动风门，能分别控制不同间室风量的双门板电动风门在冰箱上也有了广泛的应用。对电动风门进行深入的研究，在提升风冷冰箱的可靠性上有深远的意义。