冰箱除霜技術綜述

顧維維

摘 ? 要：冰箱的除霜技術日益成為提高冰箱制冷效率的一項重要手段，常見的除霜方式包括電加熱除霜、熱氣旁通除霜以及液體噴淋除霜，此外，還有逆向除霜、物理振動除霜和超聲波除霜等方式，在冰箱領域，電加熱除霜的研究較為深入，且應用較為廣泛。

關鍵詞：冰箱 ?除霜 ?電加熱 ?旁通 ?噴淋

中圖分類號：TB61 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）06（b）-0098-03

冰箱作為一種家庭必備的家用電器，給人們的生活帶來極大的方便，但在使用的同時人們不得不面對冰箱結霜和除霜的問題。當箱內霜層積累到一定程度時，就會加大蒸發器表面與空氣間的傳熱熱阻，增大氣流通過蒸發器時的阻力，使得蒸發器的空氣流量下降，換熱效率降低，導致由空氣和蒸發器之間換熱量下降，從而影響制冷效果，增加耗電量。

1 ?冰箱除霜技術的分類

從化霜裝置的不同上分為電加熱除霜、熱氣除霜、液體噴淋除霜、逆向除霜等技術，從而實現冰箱的化霜[1]。具體分類如圖1所示。

由圖1進一步分析可知，涉及除霜方面的專利文獻主要集中于電加熱除霜、熱氣除霜、液體噴淋除霜、逆向除霜、超聲波除霜、物理振動除霜等等。

2 ?常見的冰箱化霜技術

2.1 電加熱化霜技術

電加熱化霜是除霜發展的較早的手段之一，方式簡單且化霜速度快，電加熱除霜，是用電加熱提供化霜所需的熱量，適用于小型制冷裝置，如冰箱。

2.1.1 導熱式電加熱化霜

導熱式電加熱除霜的化霜速度較快，最初的電加熱除霜技術也僅僅設置將加熱絲纏繞在蒸發器上，加熱絲通電，將熱量傳遞給結滿霜的蒸發器，從而將冰霜融化，如圖2。

此外，電加熱化霜的電加熱器件還可以是設置在蒸發器進、出口管處的電加熱管，也可以是設置在每層翅片管式蒸發器中的多根加熱管。而多個加熱器可以設置在蒸發器的翅片之間，也可以包裹在各制冷容腔的外側。

2.1.2 輻射式電加熱化霜

上述導熱式除霜方式中加熱器加熱使得蒸發器的溫度升高，同時也會造成冰箱內的溫度上升明顯，對冰箱內食物的保鮮產生一定的影響。輻射式電加熱除霜在一定程度上克服了上述技術問題，所謂輻射式電加熱除霜一般在蒸發器的底側放置加熱器，加熱器不直接貼靠蒸發器，而是保持一段距離，從而使熱量以輻射的方式傳遞到蒸發器中，進而化霜。

2.1.3 其他電加熱化霜

其他的新興電加熱除霜技術主要包括利用遠紅外線進行化霜以及電容除霜技術，其中電容式除霜技術可以利用電容瞬時產生的大電流直接使霜層氣化，從而有效地避免了產生大量化霜水的問題。

2.2 熱氣除霜技術

熱氣化霜其實質上也是一種旁通除霜的技術，通常在壓縮機的出口和蒸發器的入口之間設置一條旁路，在需要除霜的時機，壓縮機出口的高溫制冷劑直接流入蒸發器中，從而融化蒸發器上的霜層。除霜的熱量主要來自壓縮機的輸入功率，未從循環水和房間內吸熱，除霜時間相對較長。

2.2.1 基礎型熱氣旁通除霜

熱氣旁通除霜技術是指利用制冷系統壓縮機排氣管至蒸發器入口前的旁通回路， 將壓縮機的高溫高壓排氣直接引到蒸發器的入口處， 再經過節流將壓縮機排氣引入蒸發器中， 通過壓縮機排氣熱量將蒸發器外側的霜層除掉。在需要除霜時，只需要打開電磁閥的開關，就可以切換至除霜模式，從壓縮機排出的高溫高壓制冷劑流入蒸發器釋放熱量實現融霜，如圖3。

2.2.2 顯熱除霜

顯熱除霜[2-3]是指利用制冷系統壓縮機排氣管至電子膨脹閥前的旁通回路，將壓縮機的高溫高壓排氣直接引到電子膨脹閥前，再經過電子膨脹閥的等焓節流將壓縮機排氣引入空氣換熱器中，通過壓縮機排氣熱量將空氣換熱器翅片外側的霜層除掉，同時保證制冷劑在空氣換熱器中只進行顯熱交換而不進行冷凝。在傳熱學中當涉及到氣體介質冷卻的相變傳熱時，通常分為兩個階段，第一個階段是氣體冷卻至這一壓力下的飽和氣體的過程，這一過程釋放的是顯熱，即不進行冷凝;而第二階段是飽和氣體冷卻至飽和液體的過程，這一過程釋放的是潛熱，也就是俗稱的冷凝過程。采用顯熱除霜在保證正常除霜效果的同時，可以較大程度縮短除霜時間， 避免四通閥換向除霜給制冷系統帶來的沖擊， 消除“奔油”現象， 除霜過程中系統供熱水溫度波動在5℃以內。

2.3 液體噴淋除霜技術

液體噴淋除霜技術相比于電加熱除霜技術和熱氣化霜技術來說更適合大型冷庫。液體噴淋除霜技術，顧名思義，利用噴淋的液體將霜層融化，而這些噴淋的液體通常都具有較高的溫度，可以在短時間內與霜層發生劇烈的換熱。為了實現噴淋效果的優化，噴淋裝置可設置成漏斗狀以及設置多個小孔，從而使噴出霧狀水，增大噴淋水與蒸發器的接觸面積，提高除霜效果。

液體噴淋除霜技術還可以與其他技術進行結合，實現能源的綜合應用成為制冷領域的熱點。由于噴淋除霜后的水具有一定的溫度，與回熱器結合，可提供熱水，冰箱中的噴淋除霜技術與熱水技術結合，從而優化了能源的利用效率，如圖4。此外，液體噴淋除霜技術進一步與冰箱保鮮技術中的霧化保濕技術結合，在除霜的同時對冰箱內進行噴霧，提高了冰箱內部的保濕、保鮮效果。

2.4 其他化霜技術發展路線

2.4.1 超聲波化霜技術

超聲波化霜技術的原理是利用超聲波作用于霜層和空氣時，能將霜層粉碎或干擾空氣中的水蒸氣結霜，起到顯著的抑制作用，如圖5。

2.4.2 逆向除霜技術

逆向除霜技術出現比較晚，且技術不成熟，因此應用較少，如圖6。逆向除霜技術是通過四通閥換向，制冷劑反向流動的方式達到除霜目的。

2.4.3 物理振動除霜技術

物理振動除霜技術應用極少，其原理主要通過振動的方式使得原來與蒸發器緊密貼合的霜層變松散甚至脫離，從而將霜層分離。由于該技術需要振動的幅度較大，對冰箱內部組件如壓縮機、蒸發器等產生消極的影響，因而在冰箱領域應用較少。

3 ?結語

目前，各項除霜技術中電加熱化霜的應用最為廣泛，主要由于其設施相對簡單、化霜效果好且可操作性強。雖然熱氣除霜以及超聲波除霜等方式效果明顯，但在實際生產推廣的過程中仍然遇到桎梏，可見技術的發展和實際的應用并不同步。因此，企業和高校在技術研發的過程中需要在創新技術的同時，提高技術效果，控制技術成本，才能在冰箱除霜技術的實際生產應用中產生積極有益的效果。

參考文獻

[1] 鐘新寶.電冰箱的除霜方法及裝置[J].邵陽學院學報：自然科學版，2004，1（3）：42-44.

[2] 梁彩華.顯熱除霜方式與逆向除霜方式的對比試驗研究[J].制冷學報，2005，26（4）：20-24.

[3] 梁彩華.顯熱除霜方式的過程控制與研究[J].哈爾濱工業大學學報，2008，40（12）：2054-2058.