利用冷藏室循环热进行化霜预处理的蒸发器化霜系统的试验研究

宋新洲，范志军

（1-河南新飞电器有限公司，新乡 453002；2-西安交通大学，陕西 714009）

利用冷藏室循环热进行化霜预处理的蒸发器化霜系统的试验研究

宋新洲*1,2，范志军1

（1-河南新飞电器有限公司，新乡 453002；2-西安交通大学，陕西 714009）

根据无霜冰箱蒸发器的化霜原理，针对现有的冷冻蒸发器化霜系统存在的问题，提出了改进方案。利用冷藏室循环热进行化霜预处理，通过改进前后的试验对比分析，可以得出以下结论：在不增加任何成本的基础上，提高了化霜系统的可靠性并且降低了27%的化霜能耗。

无霜冰箱；冷冻蒸发器化霜系统；冷藏室循环热；化霜预处理

0 引言

无霜冰箱又称为间冷式冰箱，利用风扇使冷风强迫对流循环而间接冷藏、冷冻食品。冰箱内增发的水分和被冷风带走，并在通过蒸发器时冻结于蒸发器的表面而形成霜层。无霜冰箱有他的优点：制冷比较快，但也有他明显的缺点：风冷冰箱内部空气的水分在通过-30℃的蒸发器时，冻结于蒸发器表面形成霜层。不断加厚的霜层将影响到制冷性能，甚至阻塞空气的流通，使冰箱基本不制冷。对于蒸发器的化霜的除霜经常使用的有以下几种：制冷系统逆向循环，由于要加四通阀，而且在化霜时，冰箱侧帮或底部的冷凝器（在逆循环时为蒸发器）结冰，致使在化霜结束后积水问题不易解决；另外也存在制冷制热两种循环切换时，系统的参数变化大，对系统安全和稳定不利[1,2]；热气旁通除霜是利用压缩机做功除霜，该方法对于冰箱来讲主要问题是容易造成蒸发器出口带液，易对压缩机造成液击损害[3]。而目前风冷冰箱的化霜方法主要是使用电加热法化霜。电加热法化霜主要有两种方式，一种是将铝制电加热丝布置于蒸发器上，利用其导热除霜；另外一种是使用石英管辐射除霜。电加热除霜具有除霜快的优点，但也有相应的缺点难以克服。由于放置的位置及结构实现的原因，致使导热除霜不均匀，因此导致除霜的时间延长，能耗高，而石英管除霜的温度很高，能耗大，如果没有相应的安全防护装置，对于一些易爆制冷剂如R600a难以安全使用。另外，电加热的化霜余热大，导致冰箱内的温度上升过高。因此现在企业大都使用电加热的方法融霜。

目前无霜冰箱化霜控制方法主要有四种：

1）利用蒸发器进出口流通空气的温度值启动化霜[4]；

2）在某一具体测量点设置结霜传感器[5]或采用霜层图像处理技术[6]，判断霜层厚度来进行化霜；

3）应用模糊推理[7]，在冰箱温度达到最稳定的时间，即使霜层厚度不大，进行快速化霜；

4）根据压缩机累计运行时间达到某一数值，固定时间化霜。

现阶段无霜冰箱生产中使用最广泛的是第四种化霜控制方法。该方法虽然简单，但化霜不均匀。因此化霜时间较长，能耗较大。本文以该法为例，针对单蒸发器系统的风冷冰箱，在化霜控制过程中增加了冷藏室回风化霜的程序，并对冷藏室回风化霜的时间和风量进行了优化处理，使化霜过程的耗电量比传统的方法明显减少现有的化霜过程

1 化霜流程比较

1.1 原始的化霜流程

化霜的主要步骤：

（1） 压缩机累计时间达到 7.5小时后，进入化霜准备；

（2） 冷藏室温度

a. 如果此时冷藏室处于开机状态，则冷藏室继续制冷至停机点；

b. 如果此时冷藏室处于停机状态，冷藏室温度处于对应关机点以上，则冷藏室强制制冷至停机点-0.5℃；

c. 如果冷藏室制冷 70分钟仍达不到以上两个条件时，则直接关闭风门；

（3） 冷冻室制冷至关机点以下2度。（如果冷冻室制冷超过70分钟仍未达到关机点2度以下，则直接进（4）；

（4） 压缩机停止工作，打开电加热进行化霜；

（5） 当蒸发传感器温度大于设置的化霜温度（初始值为6）,℃或化霜时间大于25分钟后关闭电加热。其流程控制图如图1所示。

我们在BCD-336的风冷冰箱上做实验，压缩机累积运行7.5个小时后化霜一次，化霜电加热的功率为 297W，当化霜传感器温度达到 6℃时结束化霜，化霜时间为25分钟。

图1 化霜流程控制图

1.2 增加回风化霜的流程

流程程序主要步骤：

（1）压缩机累计时间达到7.5小时后，进入化霜准备；

（2）冷藏室温度

a. 如果冷藏室温度不大于设定温度+5℃则直接关闭风门；

b. 如果冷藏室温度大于设定温度+5℃（防止用户刚刚放入温度较高的食物）则将冷藏室温度拉到低于设定温度+5℃后关闭风门（如果冷藏室制冷时间超过70分钟后仍为达到要求则直接进入（4）；

（3）冷冻室制冷至关机点以下2度。（如果冷冻室制冷超过70分钟仍未达到关机点2度以下，则直接进入（4）；

（4）回风化霜

压缩机停止运行，风门打开，蒸发风机运行，并调节转速；

回风化霜时间t的确定；

式中，a、b、c为实验参数，T1为环境温度，T2为冷藏室回风化霜时温度。

回风化霜计时器倒计时结束后进入（5）；

（5）电加热化霜

打开电加热进行化霜；

（6）当增发传感器温度大于设置的化霜温度（初始值为6）,℃或化霜时间大于25分钟后关闭电加热。

我们仍然在同一台冰箱上做实验，压缩机累积运行7.5个小时后化霜一次，化霜电加热的功率为297 W，当化霜传感器温度达到6℃时结束化霜，回风化霜时风机的功率为2 W，电加热化霜的时间为18分钟。控制流程图如图2所示。

图2 优化后的化霜控制流程图

2 试验分析

2.1 试验设备

试验在新飞公司试验室进行。该试验室由电脑测试系统、空调系统以及测试房组成，由中国家电研究院设计、制造与安装。

该试验室可模拟不同的环境温、湿度（干球温度10 ～45℃，相对湿度40% ～80%），空气流动速度小于0.2 m/s。每次可同时对四台冷柜进行测试，每个测试位共有 16个测温点，可根据要求记录压缩机运行状况（包括：功率、运行时间、运行电流）、冷凝器、蒸发器、压缩机各点的温度。温度探头采用“康铜”热电偶。

2.2 试验样机和试验方法

冷柜温度试验方法是根据GB8059.4-93标准[8]的温度试验程序进行。产品的使用气候类型为 ST型，分别测试高温储藏温度（38℃）、耗电量测试（25℃）。试验样机采用两台 BCD-336，分别采用原化霜方法和回风化霜方法。

优化后的化霜过程充分的利用了蒸发器的余冷来进行冷藏室的制冷，并利用冷藏室的高温气体对蒸发器进行了化霜，减少了化霜过程中电加热开启的时间。风量加大到2200转的情况下，10分钟的回风化霜可以得到在1800转20分钟的效果，但是冷藏室的温度下降太快，容易低于0度，所以我们最终采用了，风机转速1800转，20分钟的回风化霜，这种情况效果较佳。

表1 冷藏回风化霜方法与原化霜方法的温度对比

由表1我们可以看出，增加回风化霜是完全可行的，但这些结果只是我们在封闭的环境中做的，并没有模拟用户的实际使用例如开门的次数，是否在化霜期间开门，环境的温度等等。为了保证化霜的可靠性我们在程序中增加了：连续10次化霜后，第11次化霜最长时间调整为40分钟，化霜结束后仍调回 25分钟。重新累计化霜次数。使化霜更有保证.由于是在原化霜的基础上增加冷藏回风化霜的预处理，故可靠性进一步的加强。

由表1可见原有的化霜过程的耗电量为：

0.297×25 /60=0.1238 kW·h/24h

优化后的化霜过程的耗电量：

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

所以每个化霜过程节能0.034 kW·h/24h，化霜能耗降低了27%。

在环温25℃的情况下，利用冷藏室循环热进行化霜预处理在不增加任何成本的基础上，提高了化霜系统的可靠性。风冷冰箱BCD-336平均有两次化霜，那么节能0.064 kW·h/24h，BCD-336的标称能耗为0.95 kW·h/24h故节能6.7%，而成本毫无增加。

3 结论

现阶段无霜冰箱生产中使用最广泛的是电加热化霜控制方法。该方法虽然简单，但化霜不均匀。因此化霜时间较长，能耗较大。本文以该法为例，针对单蒸发器系统的风冷冰箱，在化霜控制过程中增加了冷藏室回风化霜的程序，并对冷藏室回风化霜的时间和风量进行了优化处理，使化霜过程的耗电量比传统的方法明显减少。

利用冷藏室循环热进行化霜预处理在不增加任何成本的基础上，提高了化霜系统的可靠性并且降低了27%的化霜能耗。在环温25℃的情况下，风冷冰箱BCD-336平均有两次化霜，可以节能0.064 kW·h/24h，BCD-336的标称能耗为 0.95 kW·h/24h故节能6.7%。

[1]赵兴,李砚泉,侯同尧,兰永玉,朱建高. 用四通阀除霜的冰箱[P]. 中国专利∶CN2716771,2005-08-10.

[2]D.Huang, Z.L.He, X.L.Yuan. Dynamic Characteristics of An Air-to-water Heat Pump Under Frosting/ defrosting Conditions [J]. Applied Thermal Engineering, 2007（27）∶1996-2002.

[3]吴卓林. 以压缩机排除制冷剂给蒸发器除霜的冰箱[P].中国专利∶ 200620072305.4,2007-08-22.

[4]姜翌,刘宁. 低温冰箱电脑温控器研究[J]. 沈阳工业大学学报, 1997, 19（3）∶ 42-46.

[5]王文涛,姜锦英. 结霜传感器[J]. 传感器世界,2001, （10）∶19-21.

[6]于兵,阙雄才,陈芝久. 翅片管蒸发器结霜厚度图像处理之量化实验分析[J]. 工程热物理学报. 1998,19（3）∶335-339.

[7]湛清平,杨存祥. 风冷式电冰箱模糊控制器的研制[J].郑州轻工业学院学报.1997,（2）∶27-31.

[8]GB/T 8059.4-1993. 家用制冷器具 无霜冷藏箱,无霜冷藏冷冻箱,无霜冷冻食品储藏箱和无霜食品冷冻箱 [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，高级工程师，河南新飞电器技术中心。电子邮箱：songxinzhou@xinfei.com。本论文由《2011年中国家用电器技术大会论文集》推荐发表。