利用冷藏室循環熱進行化霜預處理的蒸發器化霜系統的試驗研究

宋新洲，范志軍

（1-河南新飛電器有限公司，新鄉 453002；2-西安交通大學，陜西 714009）

利用冷藏室循環熱進行化霜預處理的蒸發器化霜系統的試驗研究

宋新洲*1,2，范志軍1

（1-河南新飛電器有限公司，新鄉 453002；2-西安交通大學，陜西 714009）

根據無霜冰箱蒸發器的化霜原理，針對現有的冷凍蒸發器化霜系統存在的問題，提出了改進方案。利用冷藏室循環熱進行化霜預處理，通過改進前后的試驗對比分析，可以得出以下結論：在不增加任何成本的基礎上，提高了化霜系統的可靠性并且降低了27%的化霜能耗。

無霜冰箱；冷凍蒸發器化霜系統；冷藏室循環熱；化霜預處理

0 引言

無霜冰箱又稱為間冷式冰箱，利用風扇使冷風強迫對流循環而間接冷藏、冷凍食品。冰箱內增發的水分和被冷風帶走，并在通過蒸發器時凍結于蒸發器的表面而形成霜層。無霜冰箱有他的優點：制冷比較快，但也有他明顯的缺點：風冷冰箱內部空氣的水分在通過-30℃的蒸發器時，凍結于蒸發器表面形成霜層。不斷加厚的霜層將影響到制冷性能，甚至阻塞空氣的流通，使冰箱基本不制冷。對于蒸發器的化霜的除霜經常使用的有以下幾種：制冷系統逆向循環，由于要加四通閥，而且在化霜時，冰箱側幫或底部的冷凝器（在逆循環時為蒸發器）結冰，致使在化霜結束后積水問題不易解決；另外也存在制冷制熱兩種循環切換時，系統的參數變化大，對系統安全和穩定不利[1,2]；熱氣旁通除霜是利用壓縮機做功除霜，該方法對于冰箱來講主要問題是容易造成蒸發器出口帶液，易對壓縮機造成液擊損害[3]。而目前風冷冰箱的化霜方法主要是使用電加熱法化霜。電加熱法化霜主要有兩種方式，一種是將鋁制電加熱絲布置于蒸發器上，利用其導熱除霜；另外一種是使用石英管輻射除霜。電加熱除霜具有除霜快的優點，但也有相應的缺點難以克服。由于放置的位置及結構實現的原因，致使導熱除霜不均勻，因此導致除霜的時間延長，能耗高，而石英管除霜的溫度很高，能耗大，如果沒有相應的安全防護裝置，對于一些易爆制冷劑如R600a難以安全使用。另外，電加熱的化霜余熱大，導致冰箱內的溫度上升過高。因此現在企業大都使用電加熱的方法融霜。

目前無霜冰箱化霜控制方法主要有四種：

1）利用蒸發器進出口流通空氣的溫度值啟動化霜[4]；

2）在某一具體測量點設置結霜傳感器[5]或采用霜層圖像處理技術[6]，判斷霜層厚度來進行化霜；

3）應用模糊推理[7]，在冰箱溫度達到最穩定的時間，即使霜層厚度不大，進行快速化霜；

4）根據壓縮機累計運行時間達到某一數值，固定時間化霜。

現階段無霜冰箱生產中使用最廣泛的是第四種化霜控制方法。該方法雖然簡單，但化霜不均勻。因此化霜時間較長，能耗較大。本文以該法為例，針對單蒸發器系統的風冷冰箱，在化霜控制過程中增加了冷藏室回風化霜的程序，并對冷藏室回風化霜的時間和風量進行了優化處理，使化霜過程的耗電量比傳統的方法明顯減少現有的化霜過程

1 化霜流程比較

1.1 原始的化霜流程

化霜的主要步驟：

（1） 壓縮機累計時間達到 7.5小時后，進入化霜準備；

（2） 冷藏室溫度

a. 如果此時冷藏室處于開機狀態，則冷藏室繼續制冷至停機點；

b. 如果此時冷藏室處于停機狀態，冷藏室溫度處于對應關機點以上，則冷藏室強制制冷至停機點-0.5℃；

c. 如果冷藏室制冷 70分鐘仍達不到以上兩個條件時，則直接關閉風門；

（3） 冷凍室制冷至關機點以下2度。（如果冷凍室制冷超過70分鐘仍未達到關機點2度以下，則直接進（4）；

（4） 壓縮機停止工作，打開電加熱進行化霜；

（5） 當蒸發傳感器溫度大于設置的化霜溫度（初始值為6）,℃或化霜時間大于25分鐘后關閉電加熱。其流程控制圖如圖1所示。

我們在BCD-336的風冷冰箱上做實驗，壓縮機累積運行7.5個小時后化霜一次，化霜電加熱的功率為 297W，當化霜傳感器溫度達到 6℃時結束化霜，化霜時間為25分鐘。

圖1 化霜流程控制圖

1.2 增加回風化霜的流程

流程程序主要步驟：

（1）壓縮機累計時間達到7.5小時后，進入化霜準備；

（2）冷藏室溫度

a. 如果冷藏室溫度不大于設定溫度+5℃則直接關閉風門；

b. 如果冷藏室溫度大于設定溫度+5℃（防止用戶剛剛放入溫度較高的食物）則將冷藏室溫度拉到低于設定溫度+5℃后關閉風門（如果冷藏室制冷時間超過70分鐘后仍為達到要求則直接進入（4）；

（3）冷凍室制冷至關機點以下2度。（如果冷凍室制冷超過70分鐘仍未達到關機點2度以下，則直接進入（4）；

（4）回風化霜

壓縮機停止運行，風門打開，蒸發風機運行，并調節轉速；

回風化霜時間t的確定；

式中，a、b、c為實驗參數，T1為環境溫度，T2為冷藏室回風化霜時溫度。

回風化霜計時器倒計時結束后進入（5）；

（5）電加熱化霜

打開電加熱進行化霜；

（6）當增發傳感器溫度大于設置的化霜溫度（初始值為6）,℃或化霜時間大于25分鐘后關閉電加熱。

我們仍然在同一臺冰箱上做實驗，壓縮機累積運行7.5個小時后化霜一次，化霜電加熱的功率為297 W，當化霜傳感器溫度達到6℃時結束化霜，回風化霜時風機的功率為2 W，電加熱化霜的時間為18分鐘。控制流程圖如圖2所示。

圖2 優化后的化霜控制流程圖

2 試驗分析

2.1 試驗設備

試驗在新飛公司試驗室進行。該試驗室由電腦測試系統、空調系統以及測試房組成，由中國家電研究院設計、制造與安裝。

該試驗室可模擬不同的環境溫、濕度（干球溫度10 ～45℃，相對濕度40% ～80%），空氣流動速度小于0.2 m/s。每次可同時對四臺冷柜進行測試，每個測試位共有 16個測溫點，可根據要求記錄壓縮機運行狀況（包括：功率、運行時間、運行電流）、冷凝器、蒸發器、壓縮機各點的溫度。溫度探頭采用“康銅”熱電偶。

2.2 試驗樣機和試驗方法

冷柜溫度試驗方法是根據GB8059.4-93標準[8]的溫度試驗程序進行。產品的使用氣候類型為 ST型，分別測試高溫儲藏溫度（38℃）、耗電量測試（25℃）。試驗樣機采用兩臺 BCD-336，分別采用原化霜方法和回風化霜方法。

優化后的化霜過程充分的利用了蒸發器的余冷來進行冷藏室的制冷，并利用冷藏室的高溫氣體對蒸發器進行了化霜，減少了化霜過程中電加熱開啟的時間。風量加大到2200轉的情況下，10分鐘的回風化霜可以得到在1800轉20分鐘的效果，但是冷藏室的溫度下降太快，容易低于0度，所以我們最終采用了，風機轉速1800轉，20分鐘的回風化霜，這種情況效果較佳。

表1 冷藏回風化霜方法與原化霜方法的溫度對比

由表1我們可以看出，增加回風化霜是完全可行的，但這些結果只是我們在封閉的環境中做的，并沒有模擬用戶的實際使用例如開門的次數，是否在化霜期間開門，環境的溫度等等。為了保證化霜的可靠性我們在程序中增加了：連續10次化霜后，第11次化霜最長時間調整為40分鐘，化霜結束后仍調回 25分鐘。重新累計化霜次數。使化霜更有保證.由于是在原化霜的基礎上增加冷藏回風化霜的預處理，故可靠性進一步的加強。

由表1可見原有的化霜過程的耗電量為：

0.297×25 /60=0.1238 kW·h/24h

優化后的化霜過程的耗電量：

0.002×18 /60+0.297×18/60=0.0897 kW·h/24h

所以每個化霜過程節能0.034 kW·h/24h，化霜能耗降低了27%。

在環溫25℃的情況下，利用冷藏室循環熱進行化霜預處理在不增加任何成本的基礎上，提高了化霜系統的可靠性。風冷冰箱BCD-336平均有兩次化霜，那么節能0.064 kW·h/24h，BCD-336的標稱能耗為0.95 kW·h/24h故節能6.7%，而成本毫無增加。

3 結論

現階段無霜冰箱生產中使用最廣泛的是電加熱化霜控制方法。該方法雖然簡單，但化霜不均勻。因此化霜時間較長，能耗較大。本文以該法為例，針對單蒸發器系統的風冷冰箱，在化霜控制過程中增加了冷藏室回風化霜的程序，并對冷藏室回風化霜的時間和風量進行了優化處理，使化霜過程的耗電量比傳統的方法明顯減少。

利用冷藏室循環熱進行化霜預處理在不增加任何成本的基礎上，提高了化霜系統的可靠性并且降低了27%的化霜能耗。在環溫25℃的情況下，風冷冰箱BCD-336平均有兩次化霜，可以節能0.064 kW·h/24h，BCD-336的標稱能耗為 0.95 kW·h/24h故節能6.7%。

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[8]GB/T 8059.4-1993. 家用制冷器具 無霜冷藏箱,無霜冷藏冷凍箱,無霜冷凍食品儲藏箱和無霜食品冷凍箱 [S].

The Experimental Study of Defrost System With Cycling Heat of Refrigerating Chamber Pre-Treatment Program

SONG Xin-zhou*1,2, FAN Zhi-jun1
（1-Henan Xinfei Electric CO., LTD, XinXiang 453002 ; 2-Xian Jiaotong University, ShanXi 714009）

An improved control program design was proposed that the cycling heat of refrigerating chamber was used for pre-treatment before electrical heating defrost system began to work. It is found that the reliability of the defrost system improved and the defrost energy was saved by 27%.

Frost-free refrigerator; Defrost system of freeze evaporator; Cycling heat of refrigerating chamber;Pre-treatment of defrost

*宋新洲（1971-），男，高級工程師，河南新飛電器技術中心。電子郵箱：songxinzhou@xinfei.com。本論文由《2011年中國家用電器技術大會論文集》推薦發表。