改進換熱器結構對抑霜效果的影響

杜贊玲

摘 要：結霜現象普遍存在于各種制冷系統中，結霜不僅增大了空氣的流動阻力，還降低了制系統的換熱能力，結霜嚴重時還會使機組停機。本文從改進換熱器結構出發，通過改變翅片間距、設置誘霜部和集霜板等，提供了多種抑制結霜的方法。

關鍵詞：抑霜；換熱器結構；翅片間距；誘霜部；集霜板

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.062

在現有技術中，除霜的方法可分為兩類：抑制結霜和融霜。抑制結霜是從霜形成的機理出發，改善霜形成的條件，從根本上抑制霜的形成；融霜則是在霜形成之后，將之融融。融霜的方法有很多種，如自然融霜、電加熱融霜、熱氣融霜和飽和蒸汽融霜等。但是，目前這些融霜方法都存在一定的缺點，不僅會影響制冷設備的正常運行，還會消耗額外的能量，降低系統運行效率。因此研發高效的抑制結霜技術，從根本上抑制霜的形成，對于改善系統運行特性、提高效率降低能耗無疑是非常重要的。本文著重從換熱器結構的改進方面來研究其抑霜效果。

1 改變翅片間距

當空氣流經翅片管式蒸發器時，空氣中的水蒸氣會持續在翅片管表面沉積，之后的空氣相對濕度會逐漸下降，所以，在后面的翅片管表面結霜量逐漸減少。根據該結霜特性，可以改進翅片的排列方式[1]，使前排的翅片間距大于后排的翅片間距。采用這種排列順序，由于前排翅片間距較大，結霜后不容易堵塞，阻力小，隨之氣體壓降下降較小，空氣經過蒸發器進風面的前幾排管后相對濕度下降，經過蒸發器后幾排的排管時，結霜量增加不多。即結霜主要發生在蒸發器進風面的前幾排翅片管，在設計時適當增加前幾排排管的間距，可以削弱結霜對前排翅片的堵塞作用，延長除霜周期，同時這樣還可以利用后排的蒸發面積，減小蒸發器壓力降，而且由于前后結霜較均勻，除霜周期也得以延長，使系統穩定。這種方式，由于實施簡單，效果顯著，目前已被廣泛應用。

2 設置冷媒流路上的誘霜部

前述方式雖然可以延長除霜周期，但是，由于霜仍形成于蒸發器的表面，霜層的形成仍會影響其換熱性能。為了改進上述缺點，如圖1所示[2]，在膨脹閥的下游、蒸發器的上游設置一個誘霜部21，且在誘霜部上設置有突起，使經過節流膨脹的低溫冷媒在經過誘霜部后再進入蒸發器，由于誘霜部的溫度較低，且處于風向的迎風面，因此，濕空氣在流經誘霜部時會再誘霜部先形成霜層，當其再流經蒸發器時，由于濕度的下降，可以大大的減少霜在蒸發器上的形成。這種方式，霜基本不形成在蒸發器表面，可以大大延長蒸發器的除霜時間。

使用誘霜部雖然可以在一定程度上避免蒸發器結霜，但是，當誘霜部中霜層增厚，仍必須得停止制冷工況進行除霜，必然會影響制冷效率。因此，可以在蒸發器上游使用兩個并聯的誘霜部[3]，通過流路的切換實現兩個誘霜部的切換，從而可以對一個誘霜部進行誘霜，一個誘霜部進行除霜，在使用過程中，始終可以保證制冷循環的正常進行。

3 設置迎風面的集霜板

在以上方法中，無論是改變翅片間距，還是設置誘霜部，冷媒始終會流經結霜的部位，因此，必然會造成該部分冷能的損失，且必然需要對該段存在冷媒的管路進行除霜。為此，需要一種較少對換熱管道進行除霜的方法。因此，產生了迎風面設置擋板的聚霜方式，如在蒸發器的迎風面上設置一層帶孔的金屬板[4]，并對不同的孔形狀進行研究，使霜形成在金屬板表面的表面，隨后對金屬板進行清理或更換即可去除其上的霜；也可以設置一捕霜板[5]，該捕霜板包括集霜板，和集霜板拼接固定的微霜板，冰箱捕霜板緊密固定在頂層蒸發器上表面，微霜板位于頂層蒸發器前側，集霜板位于頂層蒸發器后側。捕霜板引導冷凍室水汽在特定位置聚集結霜，采用這種方式，使蒸發器表面微霜或者無霜化。

上述方式都是改進換熱器結構的常用方式，其用于抑霜的效果均較為顯著。目前，國內外學者也正在研究換熱器的其他結構對抑霜效果的影響，希望能進一步提高抑霜效果。

參考文獻：

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[4]DAINIPPON，HEAT EXCHANGER WITH DEFROSTING DEVICE[P].日本專利：2014000060639，2015-10-22.

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