風(fēng)冷冰箱結(jié)霜化霜控制策略研究

韓士萍　馬輝

摘 要 一直以來，結(jié)霜化霜問題制約著節(jié)能水平的提高和風(fēng)冷冰箱的發(fā)展。本文對風(fēng)冷冰箱進(jìn)行了結(jié)霜化霜的實(shí)驗(yàn)，得到隨著霜層厚度的增加，開機(jī)時(shí)間的長短、送風(fēng)口出口風(fēng)速的大小以及溫度的變化情況，得到經(jīng)過不同的時(shí)間結(jié)霜程度和化霜的圖片資料。根據(jù)風(fēng)冷冰箱設(shè)計(jì)的要求，制定具體的結(jié)霜化霜控制策略方案。

關(guān)鍵詞 結(jié)霜 化霜 風(fēng)冷冰箱 控制策略

中圖分類號：TB657.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一般來說，風(fēng)冷冰箱需要進(jìn)行定期化霜來確保制冷系統(tǒng)正常、高效的運(yùn)行，所以需要不斷地優(yōu)化化霜系統(tǒng)從而改善化霜效果，但同時(shí)又不能以增加耗電量和降低使用性能作為代價(jià)。為了提高化霜效果，可以通過調(diào)整風(fēng)冷冰箱的化霜加熱器功率、優(yōu)化化霜的切入點(diǎn)和退出點(diǎn)的方法達(dá)到目的，進(jìn)而優(yōu)化化霜系統(tǒng)。此外，化霜系統(tǒng)要保證冰箱能在其規(guī)格范圍內(nèi)的最嚴(yán)酷的條件下正常工作，因此，一套制冷系統(tǒng)和與之相匹配的化霜系統(tǒng)也就顯得十分重要，并且要盡量滿足使兩者匹配最優(yōu)化的要求。目前，市面上常見的風(fēng)冷冰箱大多都是采用軟件采集時(shí)間和溫度的數(shù)據(jù)來控制化霜加熱器，其化霜系統(tǒng)主要包括化霜加熱器、化霜定時(shí)器、化霜感溫頭以及化霜熔斷器，其中化霜熔斷器是在非正常狀態(tài)下對冰箱起到保護(hù)作用的，化霜系統(tǒng)在正常的工作條件下不會啟動(dòng)化霜熔斷器。一般來說，冰箱的軟件控制系統(tǒng)通過統(tǒng)計(jì)冰箱運(yùn)行時(shí)間、壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間或者開關(guān)冰箱門的次數(shù)來啟動(dòng)化霜加熱器，并通過化霜時(shí)間或化霜的溫度關(guān)閉化霜加熱器。

導(dǎo)致蒸發(fā)器表面結(jié)霜的原因，通過梳理可分為兩種：一是翅片間距、管排數(shù)等屬于蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)的影響；二是環(huán)境溫度、相對濕度以及空氣流速等是屬于環(huán)境工況的影響，通過查閱風(fēng)冷冰箱蒸發(fā)器研究文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)此類文章較少，風(fēng)冷冰箱蒸發(fā)器和熱菜蒸發(fā)器結(jié)霜規(guī)律非常相似。所以選擇熱菜機(jī)組蒸發(fā)器為分析案例，查找影響蒸發(fā)器表面結(jié)霜的因素。

1結(jié)霜和化霜實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過實(shí)驗(yàn)，我們得到以下圖像。其中，圖1～4為除霜裝置蒸發(fā)器在開機(jī)后的結(jié)霜過程圖，圖5為其化霜過程圖。分析圖片可以看出，結(jié)霜現(xiàn)象隨著運(yùn)行時(shí)間越長變得越嚴(yán)重，開機(jī)后4小時(shí)結(jié)霜明顯，開機(jī)14小時(shí)后，空氣側(cè)流通通道被霜堵塞，冰箱外的高溫?zé)犸L(fēng)從其下部進(jìn)入，下部的霜最先開始融化，最后能比較完全地化掉霜層。當(dāng)化霜過程完成后，再次開機(jī)，這時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，蒸發(fā)器的表面又出現(xiàn)了結(jié)霜現(xiàn)象。通過對比發(fā)現(xiàn)，風(fēng)冷冰箱蒸發(fā)器的結(jié)霜速度比較快，第一次開機(jī)10分鐘后就明顯結(jié)霜，化霜過程完成后再次開機(jī)時(shí)結(jié)霜速度變得更快。原因是第一次化霜時(shí)產(chǎn)生得水留在了冰箱內(nèi)，并在蒸發(fā)器表面凝結(jié)，再次開機(jī)時(shí)形成了比第一次開機(jī)后更厚的霜層。

冰箱控制系統(tǒng)對壓縮機(jī)的開機(jī)和停機(jī)時(shí)間進(jìn)行控制的載體是冰箱內(nèi)的溫度是。隨著時(shí)間變長，霜層變厚，蒸發(fā)器的熱阻也變大，送風(fēng)的風(fēng)速變得比較慢，這種情況下，冷量不能夠及時(shí)地傳到給箱內(nèi)，因此壓縮機(jī)會再次開機(jī)，而且，冰箱內(nèi)達(dá)到一定溫度的時(shí)間也會變長。因?yàn)樵降胶竺嫠獙釉鲩L的影響會變得越大的緣故，壓縮機(jī)的開機(jī)時(shí)間也會顯著增長。

在第一次開機(jī)時(shí)，隨著霜層變厚，蒸發(fā)器外表面氣流的阻塞會增大，送風(fēng)的風(fēng)速就會變小，送風(fēng)的溫度根據(jù)霜層的增長情況向結(jié)霜溫度靠近。化霜過程完成后再次開機(jī)，送風(fēng)風(fēng)速的下降速度會更快，僅僅兩小時(shí)內(nèi)送風(fēng)風(fēng)速就下降到比第一次化霜前還小的程度，這充分說明化霜過程完成后霜層再次變厚的速度遠(yuǎn)比剛開機(jī)的時(shí)候大得多，霜層化掉的水分沒有排出，壓縮機(jī)再次開機(jī)時(shí)，水就會變成水蒸氣在蒸發(fā)器上重新結(jié)霜。這部分水不僅僅包括蒸發(fā)器上的水，還有冰箱內(nèi)加熱器附近的冰或者霜，多種因素的影響下送風(fēng)風(fēng)速才會降低到比化霜前更低的程度。

1.2實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大容量風(fēng)冷冰箱蒸發(fā)器結(jié)霜霜層厚，結(jié)霜速度快，，蒸發(fā)器空氣的流通面積隨著霜層厚度的增加而變小，流動(dòng)阻力的增加導(dǎo)致蒸發(fā)器的換熱性能變差。蒸發(fā)器內(nèi)外溫差變大，系統(tǒng)性能降低?；瓿珊笤俅伍_機(jī)有二次結(jié)霜的現(xiàn)象使系統(tǒng)性能明顯降低。

2 結(jié)霜化霜控制策略方案

通過分析研究，對切入點(diǎn)和退出點(diǎn)的控制是除霜控制方法的有效途徑。

2.1除霜切入點(diǎn)的確定 （下轉(zhuǎn)第168頁）（上接第162頁）

首先設(shè)置蒸發(fā)溫度為輔助控制參數(shù)進(jìn)行檢測。設(shè)定一個(gè)參考數(shù)值，檢測到蒸發(fā)溫度小于設(shè)定參數(shù)值時(shí)，開始除霜判斷程序，否則繼續(xù)檢測蒸發(fā)溫度直到其達(dá)到設(shè)定值；在檢測蒸發(fā)溫度時(shí)，要考慮環(huán)境突變對溫度的影響，例如考慮冰箱冷凍門和冷藏門的開閉狀態(tài)，如果冷凍門和冷藏門中有一個(gè)處于打開狀態(tài)，就不能進(jìn)行判斷，要延長時(shí)間進(jìn)行再次判斷。

2.2除霜退出點(diǎn)的確定

記錄化霜持續(xù)加熱的時(shí)間從化霜加熱器接通的時(shí)刻開始，斷開加熱器并釆集蒸發(fā)器表面溫度；若持續(xù)加熱時(shí)間達(dá)到，則立即斷開加熱器。進(jìn)入滴水時(shí)間，在滴水時(shí)間內(nèi)檢測是否回到，若回到則等待滴水時(shí)間完成，退出化霜周期；若沒有回到，則在滴水時(shí)間完成后再次接通化霜加熱器。

如果在規(guī)定時(shí)間蒸發(fā)器表面溫度到達(dá)，則斷開化霜加熱器，進(jìn)入滴水時(shí)間，然后退出化霜周期；如果時(shí)間超過，則斷開加熱器，進(jìn)入滴水時(shí)間，在滴水時(shí)間內(nèi)檢測是否回升，如果回升則等待滴水時(shí)間完成，退出化霜周期；如果未回到，則在滴水時(shí)間完成后再次接通化霜加熱器。

若在時(shí)間內(nèi)回升，則斷開加熱器，進(jìn)入滴水時(shí)間；若超過則斷開加熱器，進(jìn)入滴水時(shí)間，然后化霜周期結(jié)束，停止化霜。從化霜加熱器接通的時(shí)刻開始記錄化霜持續(xù)加熱時(shí)間，釆集蒸發(fā)器表面溫度，同時(shí)，斷開加熱器；若持續(xù)加熱時(shí)間達(dá)到，則立即斷開加熱器，進(jìn)入滴水時(shí)間，在滴水時(shí)間內(nèi)檢測是否回到，若回到則等待滴水時(shí)間完。

3 總結(jié)

本文通過實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，對風(fēng)冷冰箱化霜性能進(jìn)行分析，查閱大量文獻(xiàn)設(shè)計(jì)出，具體工作總結(jié)如下：

通過闡述霜的形成機(jī)理，總結(jié)出諸多影響結(jié)霜的因素。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)理論分析果，對樣機(jī)進(jìn)行了結(jié)霜化霜實(shí)驗(yàn)，對結(jié)霜和除霜作用下蒸發(fā)器各特征參數(shù)的變化情況與變化規(guī)律進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析。依據(jù)原有的時(shí)間溫度法除霜控制規(guī)則，考慮實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，依據(jù)冷凍溫度與蒸發(fā)溫度之間的差值隨時(shí)間的變化規(guī)律，確定了新的風(fēng)冷冰箱有效除霜控制方法即除霜切入點(diǎn)和退出點(diǎn)的控制方法。同時(shí)提出將方案應(yīng)用于實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)器性能明顯優(yōu)化、能耗明顯降低，綜上所述，該方案具有可靠性、可行性與節(jié)能性。

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