冰箱内部凝露优化改进分析

陈冠锋

（长虹美菱股份有限公司 合肥 230000）

引言

随着冰箱行业的发展，家电各梯队冰箱公司对冰箱质量把控越来越重视。近年来风冷冰箱销量的提升，也带来了在性能上的投诉，如冷藏风道风口结冰、冷冻抽屉面罩结霜、冷藏风道面罩或冷冻风道面罩凝露、及灯盒凝露等冰箱内部凝露的性能问题及翻转梁、门饰条、箱体后背、线束衬盒等冰箱外部凝露问题。

目前针对解决风冷冰箱外部凝露研究较多，针对不同的外部凝露现象都有比较具体的改善方法，如优化防凝管设计、改善门封条结构（增加磁条宽度/改善气囊等等）、重新确定门封条结构、衬盒贴敷铝箔增加热传导性、调整门箱间距等等。冰箱外部凝露理论研究也较多，陈俊[1]等。通过优化防凝管放置槽与防凝管装配工艺、优化门封条结构，改善门体与箱体间隙等方法达到了SN/N/T/ST 气候类型无凝露的设计目标，并详细阐述了相关位置凝露产生机理；魏邦福[2]等提出减小防凝管热阻，改善门缝密封，同时改善冰箱内部冷风流动状况等多种方案组合满足冰箱32 ℃，85 %湿度环境的外部凝露试验要求；李平[3]等通过实验验证确认了防凝管加热器不同安装方式对冰箱防凝露有较大的影响；王亚运[4]等运用有限元温度场仿真技术，确认了线束导冷是开关盒体内部产生凝露的关键原因，并通过将线束连接到开关盒体内部之前使用胶带或其它物料将线束与箱体之前间隔约50 mm 距离，彻底解决了该外部凝露问题。

冰箱内部凝露问题研究较少，如王瑶[5]等通过研究得出冷藏间室出风方向及出风形式对冷藏风罩表面产生凝露结冰有重要影响；吴光瑞[6]等通过调整优化变温间室整体负压值，改善了凝露，并通过实验验证了结论的正确性等。关于内部凝露问题解决方案较少，且都具有自己的凝露位置和凝露特点，因此对我司某型号对开门冰箱关于市场投诉冷冻间室顶部凝露问题只能具体问题具体分析。

为尽快确认并找到该型号冰箱内部凝露原因，在确认密封无问题后，我司采用经过市场认可的同类型竞品冰箱进行流场分析，提出改善方案，并通过数值化分析及进一步的试验验证确定优化方案可行性。

1 内部凝露分析

1.1 凝露原理

内部凝露产生原因一般是开关门过程中或密封泄露问题，同时冰箱内部负压更容易导致外部高温高湿气体进入冰箱内部，高温高湿气体与内部冷风接触达到气体露点即在内部物体表面析出水分形成凝露，当遭遇更低温度冷风时，达到冰点即形成结霜等性能问题。单系统风冷冰箱工作原理：在密封条件良好情况下，冰箱内部为独立的内循环系统，冷藏室空气和冷冻室空气通过回风系统经冷冻室蒸发器位置进行冷热交换，形成冷空气分别经过送风系统进入冷藏室或冷冻室，达成客户指定的制冷温度，在蒸发器位置进行冷热交换时，因为蒸发器温度最低温度一般能达到-30 ℃或-40 ℃左右，因此冷藏室和冷冻室内部水分都会在蒸发器上结冰，并在化霜时排出冰箱外部，因此各个位置水分在风场循环正常情况下，很难形成长时间凝露现场。

由上分析可知：该型号冷冻室顶部凝露长时间凝结原因可能是该位置风场流动性弱，无法尽快带走因开关门进入的高湿空气，形成的凝露。

1.2 与竞品对比仿真分析

1.2.1 我产品状态及产品问题描述

产品类型：对开门冰箱，左冷东右冷藏，其中冷冻风机采用140 mm 直径一体离心风扇，设定转速为1 200 RPM。

1.2.2 理论模型条件

该型号产品仿真模型做以下假设:

1）冷冻及冷藏室内为理想气体且为不可压缩气体；

2）冰箱密封良好，无空气泄露；

3）冰箱内部各组件间无换热发生；

4）箱内气体流动及发展状况负荷湍流模型同时箱内空气在内壁面上满足无华裔边界条件；

1.2.3 仿真结果对比

我司产品灯盒宽度330 mm，模拟竞品灯盒宽度130 mm，建立模型进行分析对比，如图1～4 所示。

图2 冷冻顶部截

图4 冷冻顶部下移20 mm 截面

结果分析：通过偏离冷冻中部90 mm 截面流场分析对比，我司产品结构与竞品结构（距离灯盒30 mm）相比较，冷冻室灯盒前部有更多气流经过，而我司产品冷冻前部有涡流出现，即若有带有湿度较高空气进入该位置，水分将更难被箱内空气循环，充分冷干。

冷冻顶部截面图中确认由于竞品灯盒结构宽度小，减少了对气流流动的干扰，使风口气流可以吹到灯盒两侧，进而带动了灯盒前部空气流动。

通过冷冻顶部截面向下移动10 mm、20 mm 是的流场分析图，由于灯盒高度原因，越往下，灯盒对内部气流干扰越小，无论是我司产品还是竞品灯盒前部气流流动均得到加强，其中竞品灯盒前部气流流动变化最明显。

结论：通过以上分析根据竞品灯盒宽度减小，无论是从气流流动及单系统冰箱内部凝露原因来分析均可改善冷冻前部凝露问题。

2 改善前后仿真对比分析

我司现有产品冷冻灯盒宽度230 mm， 高度15 mm；根据前面竞品对比结果分析最优方案是对灯盒高度和宽度均减少，对灯盒前部气流流动改善更加明显，结合我司对冷冻室照明亮度要求确定的LED 灯尺寸及在我司其它型号通用性要求，选择冷冻灯盒宽度140 mm，高度9.9 mm 的结构优化方案，如图5～8 所示。

图5 冷冻中部垂直截面

图8 冷冻顶部水平截面下移20 mm

仿真分析：对比仿真结果显示优化后灯盒结构，对灯盒前部的空气流动有改善作用，同时风口气流明显通过了优化后灯盒两侧及灯盒下部，进而影响灯盒前部上下空间的空气流动，从而理论上有助于该处湿度较高空气经箱内空气循环在蒸发器位置析出水分，解决该处的凝问题。

3 凝露试验验证

3.1 试验条件

环境温度32 ℃，环境湿度85 %RH，试验电压220 V，频率50 HZ。

3.2 试验方法

按我司要求每个间室布置一个铜质圆柱，中梁的左、右两侧各布置热电偶，冻门上饰条中心位置布置一个热点偶，后背几何中心位置布置一个热电偶，回气管处布置一个热电偶。按我司要求冰箱整理后，稳定运行24 h 后，开门检查各处，主要是冷冻室灯盒前部凝露情况，如图9～11 所示。

图9 冷冻及冷藏室凝露确认

图10 冷冻门把手凝露确认

图11 冷藏门把手凝露确认

凝露试验结果表明，冷冻室及冷藏室内无凝露发生，其中外部等各关键点均无凝露情况发生，本次改善重点冷冻室灯盒前部凝露问题已得到解决。

4 结论

本文通过分析对开门冷冻室内部灯盒前部部凝露问题，进一步确认了内部凝露发生机理，在冰箱密封良好情况下，接近开关门等易接触到外部高温高湿空气时，如果某些部位无法形成空气循环，造成高湿空气堆积在冷量辐射到该位置后就容易产生凝露，严重的产生结霜结冰现象。现在各家电企业提出的冰箱保湿等新功能，更增加了对内部防凝露的难度，因此在冰箱保湿和为了防凝露增加空气流动除湿之间需研究人员找到一种平衡，做更深入的研究。