基于TRIZ的冰箱温度控制分析研究

李培培 刘 雷

（长虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

引言

1956年阿奇舒勒提出了“发明问题解决理论”，即TRIZ理论，其不仅提高了技术问题的解决能力，缩短了产品的研发周期，还使企业技术创新的方向具有可预见性，从而降低了企业技术创新的风险。目前，TRIZ不仅在工程技术领域发挥着巨大作用，成为企业创新的利器，而且已经在自然科学等多领域得到了应用[1]。

冰箱产品开发作为工程技术领域之一，涉及到材料、结构、电气等多个学科。在做冰箱工程问题分析时，大多采用试错法等传统方法进行产品开发和技术研究，其效率较低且容易造成人力浪费和物力浪费。本文以两门风冷冰箱的冷藏室上部温度过高问题为研究课题，利用TRIZ理论方法对其进行分析改进并找出最佳解决方案，向大家展示TRIZ理论在冰箱技术领域的应用。

1 冰箱温度控制问题简介

对于大多数单循环系统的风冷冰箱而言，冷藏、冷冻通用一个蒸发器，冷藏室是通过电动风门的开和关来调控其间室温度，而部分经济型风冷冰箱则没有电动风门，是通过冷藏风道内的风量调节装置手工调控冷藏风量。同时因其冷藏风量相对较小，夏季时经常出现冷藏制冷效果变差和冷藏温度偏高的问题。

以BCD-236W为例，在环境温度为25 ℃的条件下测试，在箱体内部布置温度测点以监测冰箱运行期间各测点的温度变化。冰箱冷藏设定在3 挡，冷冻则设定在中档，同时在冷藏室各层玻璃搁架上放置若干湿毛巾，以提高蒸发器结霜量和结霜速度。冰箱运行稳定后观测各间室温度变化，如图1所示，从化霜后的第二个制冷周期开始冷藏室上部温度逐渐升高直至化霜前的13 ℃为止，超出（0～10）℃的温度范围，不符合冰箱性能标准要求。

图1 冰箱试验测试曲线图

2 利用TRIZ解决问题

2.1 工程系统及其组件

工程系统是指能够执行一定功能的系统，一般来说，它指的是我们整体的研究对象[2]。对于本文所研究的课题来说，我们研究的对象是与冰箱制冷性能相关的物或场，故而，我们的系统名称可以定义为“冰箱制冷循环系统”，同时，该工程系统的初始环境可以描述为：①冰箱运行在湿度较高的环境中；②空气经过蒸发器制冷后降温，空气中的水分凝结在蒸发器表面，即为蒸发器结霜；③蒸发器结霜过多时，系统循环风量降低，没有足够的冷气送至冷藏室上部，导致冷藏室上部温度偏高并超出规定范围。其工作原理可描述为：风冷冰箱运行时，压缩机通过自身转动使制冷剂在蒸发器管路内流动，蒸发器吸收制冷剂蒸发器释放的冷量，同时在风机的驱动下，空气与蒸发器对流换热使空气降温后，再把冷空气输送到各间室，以实现冰箱冷藏、冷冻间室制冷。根据上述工程系统定义，对其系统内组件进行划分，如表1所示，组件包括风道、压缩机、风机、蒸发器、制冷剂，另外空气和冷量是超系统组件。

表1 系统组件

2.2 功能分析

功能分析是一个分析问题的工具，是一种识别系统和超系统组件的功能、特点及其成本的分析工具[3]。功能分析分为三部分，即组件分析、相互作用分析和功能模型。针对上述的“冰箱制冷循环系统”定义及描述，把问题可以转化成规范的TRIZ问题进行描述，其系统的工作原理就变成如表2的描述形式：风道导流空气、风道固定风机、压缩机输送制冷剂、风机输送空气、蒸发器传递冷量、蒸发器降低风速、空气传输冷量、空气使蒸发器结霜、制冷剂释放冷量、冷量降低气温。通过系统组件功能分析不难发现，系统的主要问题则可描述为风机输送空气及风道导流空气的性能水平不足。

图2 功能分析步骤

表2 功能分析表

2.3 因果链分析

一个工程技术问题所关联的因素往往很多，技术人员很难快速找出关键因素。因果链分析作为TRIZ的一个重要分析工具，可以帮助我们进行更加深入的分析，全面识别工程系统缺点。对于每一个缺点，通过多次分析研究，挖掘隐藏于初始缺点背后的各种原因，将这些原因连接起来就是一个个的链条，故称其为因果链。

图3 功能模型图

上述工程的初始问题是冷藏室上部温度偏高，直接原因是环境湿度较大时，蒸发器结霜增多，蒸发器翅片间隙变小，致使风道系统风阻变大，冷藏风道出风量减小，冷藏室输入冷量不足，最终导致冷藏室上部温度偏高。如图4所示，通过因果链分析，初始缺点是冷藏室冷量输入不足。从初始缺点开始分析，不断追问其背后原因和因素，最终找出一系列中间缺点和末端缺点。其中，冷藏风道出风量少、风路阻力大、风机风量小等都是个重要的中间缺点，蒸发器结霜多、冷藏风道沿程阻力大等是关键缺点。

图4 因果链分析

最后，确定了关键缺点后，将关键缺点转速为关键问题，并寻找可能的解决方案。如表3所示，对于“如何避免蒸发器结霜多”这个问题，可以采用提高门封密封效果，或优化化霜规则，做到霜多时及时启动化霜使蒸发器恢复如初。对于“冷藏风道沿程阻力大”这个问题，则需要对冷藏风道进行结构优化设计，使其通风更加顺畅，降低其风道通风阻力。对于“如何避免风道堵塞”这个问题，则需要对化霜系统进行优化设计，避免风道结霜。对于“如何避免拨杆档位设定偏强”这个问题，可以在冷藏室内增加一个档位设定提示标贴，提示用户设定在合适的档位。对于“如何避免风机额定风量小”的问题，则根据实际需要可以更换大直径的冷冻风机，提高额定风量。

表3 关键问题分析表

3 总结

本文在解决冰箱冷藏室上部温度偏高问题上，创新性的应用TRIZ理论进行分析研究。首先，使用功能分析工具识别了“冰箱制冷循环系统”组件的功能和特性；其次，通过因果链分析将没有头绪的初始问题转换成更容易解决的关键问题；最后，通过解决其中一个或多个关键问题就顺利解决了初始问题，大大提高了解决问题的有效性。