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Articles论文 27家电科技 Vol.4 2023 Issue 423冰箱取消箱体侧板VIP板性能提升研究Research on performance improvement of VIP board of refrigerator box李婷婷 杨志鹏 刘新LI Tingting YANG Zhipeng LIU Xin长虹美菱股份有限公司 安徽合肥 230601Changhong Meiling Co.,Ltd.Hefei 230601摘 要：目前，市场上推出的高端薄壁冰箱大多使用真空绝热板来降低箱体和门体的发泡层厚度，以达到降低产品耗电量和提升产品容积率的目的。但真空绝热板价格昂贵且易破损，在冰箱制造期间需要采用大量的防护措施。为了提高生产效率、优化成本、提升产品竞争力，提出了取消箱体真空绝热板并在不改变箱体发泡层厚度的前提下仍能达到原状态性能的思路。箱体在取消真空绝热板后势必会增加漏冷量，出现不能达成1级能效、高环温储藏温度不达标、凝露不合格等问题。研究采用理论分析和试验测试的方法，通过提高制冷效率、降低待机功耗、减少箱体门封处漏冷量等方案实施解决。测试结果显示：当取消真空绝热板后整机耗电量增加约8%，通过优化设计后，整机耗电量降低约8%，达成1级能效目标；储藏温度和凝露测试均由不合格改善为合格，最终达成各项性能和可靠性指标。该研究方案给箱体取消真空绝热板提供优化思路，在产品进行性能提升时也可作为参考。关键词：真空绝热板；耗电量；储藏温度；凝露Abstract:At present,most of the high-end thin-wall refrigerators launched on the market use vacuum insulation panels to reduce the foam layer thickness of the box and door body to achieve the purpose of reducing product power consumption and improving product volume ratio.However,the vacuum insulation board is expensive and easily damaged,and a large number of protective measures are required during the manufacture of the refrigerator.In order to achieve easy manufacturing,lower cost and improve product competitiveness,the research aims to achieve the original performance without changing the foam layer thickness of the box after removing the vacuum insulation board.After the vacuum insulation board is cancelled,the cooling leakage of the box is bound to increase,and problems such as not being able to achieve level 1 energy efficiency,non-standard high-ring temperature storage temperature,and unqualified condensation occur.The method of theoretical analysis and practical test is used to improve the cooling efficiency,reduce the standby power consumption,and reduce the leakage of the box door seal.The test results show that the power consumption of the whole machine increases by about 8%after the vacuum insulation board is canceled,and the power consumption of the whole machine decreases by about 8%after the optimization design,and the goal of level 1 energy efficiency is achieved.The storage temperature and condensation test were improved from unqualified to qualified,and finally achieved various performance and reliability indicators.The research scheme provides an optimization idea for the vacuum insulation board of the box,and can also be used as a reference when the performance of the product is improved.Keywords:Vacuum Insulation Panel;Power consumption;Storage temperature;Condensation 中图分类号：TB695 DOI:10.19784/ki.issn1672-0172.2023.04.0030 引言近年来，随着高端冰箱市场占比上升、全球冰箱能效标准日益提高，真空绝热板（Vacuum Insulation Panel，简称VIP板1）逐渐应用于冰箱柜产品，以降低产品的耗电量并增大产品容积。VIP板是一种利用真空绝热原理生产的新型高效节能环保绝热材料，具有导热系数低、体积小的优点。以玻璃纤维为芯材的VIP板的导热系作者简介：李婷婷，本科学历，助理工程师。研究方向：冰箱（柜）产品开发设计。E-mail：。数仅18 mW/mk左右，约为发泡料的10%。但VIP板价格昂贵，每平方米的价格在90元以上，同时还有易破损的缺点，在冰箱制造期间需要采用大量的防护措施。避免VIP板被尖锐物品刺破或划破，不仅在冰箱结构设计上要进行规避，而且在工装上需特别小心。另外，VIP板和泡沫层变形量不一致，冰箱上贴敷的VIP板存在鼓胀和痕迹问题，尤其是箱体两侧的VIP板下沿，箱壳外观越光亮，痕迹越明Articles论文28 家电科技 Vol.4 2023 Issue 423显，不利于高端冰箱外观质量提升需要。因此实际应用时需要认真评估其性价比。对于使用了VIP板的产品，为了实现优化成本以提升产品竞争力，行业内的设计人员一直在对VIP板的使用进行研究，一般是通过减薄VIP板厚度或是减少VIP板面积（仅使用在内外温差更大的冷冻箱壳处）来实现优化成本，但这些方案并不能彻底取消VIP板的使用，而且还需要提高制冷效率等措施进行补偿。本文以一款使用了VIP板的十字对开门产品作为研究对象，在保持箱体发泡层厚度不变的情况下，完全取消箱体VIP板结构，对其性能提升进行试验研究。若冰箱箱体取消使用VIP板，根据传热学2知识，箱体导热系数增大，箱体热负荷也增大。将面临以下几个问题：（1）冰箱整机耗电量增大；（2）在高环境温度下，压缩机所提供的制冷量不够，间室温度不能满足国标规定的特性温度要求；（3）高温高湿情况下，箱体外壁温度低于露点温度，出现凝露。本研究采用理论分析和试验测试相结合的方法，对理论分析的方案在研究对象上进行试验验证。其中通过使用超高效压缩机和优化制冷控制逻辑来提高制冷效率；变频一体板使用COOLMOS模块来降低待机功耗；使用超薄门封条减少箱体门封处漏冷量；增加防凝管避免箱壳出现凝露等方案，实现了产品取消VIP板后的性能和可靠性与取消VIP板前相当，而成本大幅降低的效果。本文从提高制冷效率、降低待机功耗、减少漏冷量、增加防凝管这四个方面进行优化设计，旨在为取消VIP板的设计思路提供参考。1 优化方案基于上述理论分析，本研究从四个方面着手进行优化并进行试验验证：（1）通过理论计算箱体热负荷的变化情况，合理选配更大制冷量和更高COP的压缩机；（2）通过控制变量法寻求压缩机和风机最佳适配转数，同步优化控制算法降低控制功耗；（3）使用超薄门封结构，减少箱体门封结构处的漏热量；（4）去掉VIP板的位置适当布局防凝管（注：本措施旨在解决外部凝露问题，但同时会带来增加箱体热负荷的负面影响，理论测算热负荷的时候需同步考虑）。1.1 重新选配压缩机对于目前冰箱的研究来说，为降低冰箱的能耗，提高压缩机的效率是主要的决定因素。将十字对开门产品进行理论测算，取消箱体VIP板后，箱体整体漏冷量增加了约8%。该产品原状态（使用VIP板结构）匹配加西贝拉的VTE1113YA压缩机，其最高COP为1.95，最大制冷量为215 W。结合漏冷量测算结果和性价比等因素，在此基础上选配更高COP和更大制冷量的压缩机，包括加西贝拉的VTN1114YA、万宝的VTL100和华意的HVM100ME压缩机，这三款压缩机的最大制冷量提高约10%，均满足大于箱体整体漏冷量。在32和16环温下，用这三款压缩机在同一台箱体上分别进行耗电量测试，测试结果如表1所示，匹配VTN1114YA压缩机能耗值最优，后续的优化设计方案均在该压缩机匹配下进行。表1 压缩机参数及能耗测试对比表型号COP（W/W）制冷量（W）功耗值能耗对比情况VTE1113YA1.95215/VTN1114YA2.052380.891耗电量降低约4%VTL1002.032400.893耗电量降低约3.8%HVM100ME2.02400.896耗电量降低约3.4%1.2 优化控制逻辑1.2.1 优化压缩机和风机转速本文研究的冰箱包含“四星”级间室，在满足“四星”级间室要求的特性温度（-18）下，根据对冰箱压缩机的理论分析、计算和实际测试，取（-24-27）为最佳蒸发温度范围3。若是蒸发温度过高，蒸发器管道两侧流体温差过小，影响制冷速度；若是蒸发温度过低，制冷剂循环量降低，制冷系统的制冷量也会降低。通过最佳蒸发温度范围可初步确定压缩机转数范围。从VTN1114YA压缩机的“COP-特性曲线”（如图1）可知，COP随压缩机的转速增加出现“先增后减”趋势，在1600 r/min时达到最大值。在最佳的蒸发温度范围内，对该压缩机“COP-特性曲线”中COP最高值附近收敛，以取得能耗最低压缩机转速。图1 COP-特性曲线冰箱所用的冷冻风机的作用是将蒸发器处的冷空气输送到各个间室，冷凝风机的作用是给外置冷凝器进行强制对流换热，提高制冷效率。风机的转速若是过高，冰箱的耗电量和噪声都会增大；若是转速过低，压缩机出现不停机且冰箱间室特性温度不满足。压缩机和风机转速经过多次组合测试，得到最佳适配转速，使得能耗最低。1.2.2 降低变频一体板待机功耗冰箱的变频电控一体板通过电信号对压缩机等电气元件进行控制，一些工作中的电路实际并未起到作用，若是能节约这部分电能，会Articles论文 29家电科技 Vol.4 2023 Issue 423使得变频电控一体板待机功耗降低。本研究降低变频一体板待机功耗的措施是改进开关电源，将IGBT模块换为COOLMOS模块。经过能耗测试，运行功耗可降低0.5 W，整机耗电量降低0.01 kWh/24 h，但成本需增加约2元。1.3 使用超薄门封条冰箱箱体和门体之间装配后形成的缝隙通过门封条来进行保温和密封，它由软质胶条和磁条两部分组成。冰箱关闭门时，利用磁条吸力，吸附在箱体上，进行密封。门封条的材质和结构对箱体保温起到关键作用，行业内门封条一般采用SPVC、GPPS等材质，结构由磁条、气囊、飞边、卡扣等组成。可以通过减小胶条和磁条的宽度、设计飞边和辅助气囊增加空气的体积、增加波纹管、将大体积气囊分成几个体积相对均匀的小气囊等方案来优化门封条的结构，从而提高保温效果4-5。本文门封条结构优化采取了减小气囊高度的措施。由于门封宽度减小，门体和箱体装配距离也变小，箱体对应的上合页、中合页、下合页也需重新进行设计，保证门封的密封性。图2 a)为原门封条截面图，图2 b)为优化后门封条截面图。如图所示：优化后门封条较原门封条气囊的高度从10 mm减小到6.5 mm，经过试验测试，整机耗电量降低2%左右。图2 门封条截面图1.4 增加内置防凝管高温高湿环境下为避免箱体外表面出现凝露，可在箱壳上适当布局防凝管，因防凝管会带来增加箱体热负荷的负面影响，所以在保证箱体外表面不凝露的情况下，防凝管应设计的尽可能少。又因冷冻的箱内空气温度较冷藏更低，在防凝管的设计中，冷冻箱体侧帮可比冷藏更“密”。本研究设计了两种防凝管结构，如图3所示（由于防凝管为对称结构，仅对比一侧），结构一是“冷藏和冷冻均为3根管”结构，防凝管间距为150 mm；结构二是“冷藏3根管、冷冻5根管”结构，冷冻箱体侧帮比冷藏更“密”，冷藏防凝管间距为150 mm，冷冻防凝管间距为150 mm和50 mm。测试情况如表2所示，采用“冷藏3根管、冷冻5根管”结构的进口温度约为：36.0，出口温度约为：34.8，箱壳平均温度约为：30.2。大于露点温度（29.3）。该措施能够很好地抑制箱体外表面凝露产生。图3 防凝管结构对比表2 不同防凝管结构温度测试对比表防凝管结构防凝管进口温度（）防凝管出口温度（）箱壳平均温度（）凝露情况无VIP板/28.4出现凝露冷藏和冷冻均为3根管36.135.229.1冷冻出现凝露冷藏3根管、冷冻5根管36.034.830.2无凝露2 试验验证结果将本研究冰箱的原点状态、取消VIP板状态、优化后状态依据GB/T 805920166标准，进行比对测试。表3 优化后与原点状态测试对比表标准测试原点状态取消VIP板状态优化状态改善情况标准耗电量(kWgh/24h)ES32开机率ES32开机率ES32开机率优化方案0.8690%0.92893%0.89186%步骤1.使用VTN1114Y高效压缩机耗电量降低约4%；开机率降低7%0.88290%步骤2.压缩机、风机最佳适配转数耗电量降低约5%；开机率降低3%0.87190%步骤3.降低变频一体板功耗耗电量降低约6%；开机率降低3%0.85389%步骤4.使用更薄门封结构耗电量降低约8%；开机率降低4%高环温储藏温度（43）试验表现试验合格试验不合格试验合格步骤4后的最终状态试验改善合格开机率100%100%90%开机率降低10%高环温高湿度凝露（32、85%RH）试验表现未出现凝露出现凝露未出现凝露试验改善合格箱壳温度（）30.328.430.2温度升高1.8（下转41页）Articles论文 41家电科技 Vol.4 2023 Issue 423根据表11可知，极限切削形貌参数可以设定为切宽14 mm，切深0.6 mm，最大理论切削质量约46 mg，大于叶轮侧最大初始剩余动不平衡，即可以满足去重要求。3 结论转子动平衡是确定转子系统是否合格的一道重要工序，其动平衡去重策略的优劣直接决定该转子系统运行性能的平稳及使用寿命。本文从我司当前面对高速风机叶轮在客户端型式实验过程中发生断裂的实际问题出发，分类讨论了四种不同去重因素对叶轮强度的影响，建立了一套较完整的动平衡去重策略，并相应提出工艺管控的具体思路，本文结论具体如下：（1）针对高速风机叶轮动平衡去重策略为固定切削角度，限定切削深度，以切削宽度来调整切削量。因切削深度与最大应力呈现正相关；切削宽度为负相关。切角因难以管控且会影响切深，建议管控定值。（2）动平衡二次切削优选以机械切削口两侧继续切削，在保持切深不变的基础上，提高切口宽度，此方案可以进一步降低叶轮工作时的最大应力。（3）基于我司叶轮的风叶外型、基体及材料等因素，得出我司叶轮切削深度参考范围值为01 mm，切削角度参考范围值为30 45，宽度参考值为4 mm，偏转角度参考范围值为10 25。通过优化叶轮的动平衡去重策略，规范动平衡去重工艺，可有效降低叶轮动平衡去重后的结构强度衰减，同时提高动平衡工序的作业效率，降低生产成本。参考文献1 周丹.高速电机可靠性设计方法研究J.家电科技,2019(04):50-53.2 冯素梅,张庆玲,胡鹏燕,等.吸尘器健康性能的分析研究J.家电科技,2020(zk):231-233.3 Gerada D,Mebarki A,Brown N L,et al.High-speed electrical machines:technologies,trends,and developmentsJ.IEEE Transactions on Industrial Electronics,2014,61(06):2946-2959.4 李菊丽,张志远,郭华锋,等.刚性转子动平衡的关键技术分析J.制造技术与机床,2010(11):89-94.5 刘曦泽,段滋华,李多民.转子动平衡技术的研究现状和进展J.广东石油化工学院学报,2012,22(03):69-72+80.6 陈礼俊,廖广刚,杨朋飞,等.电机转子动平衡去重技术的工艺研究J.现代制造技术与装备,2019(12):113-114.7 林水泉.转子动平衡技术及其发展趋势J.广东化工,2021,48(04):122-124.8 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