风冷冰箱结霜化霜控制策略研究

韩士萍　马辉

摘 要 一直以来，结霜化霜问题制约着节能水平的提高和风冷冰箱的发展。本文对风冷冰箱进行了结霜化霜的实验，得到随着霜层厚度的增加，开机时间的长短、送风口出口风速的大小以及温度的变化情况，得到经过不同的时间结霜程度和化霜的图片资料。根据风冷冰箱设计的要求，制定具体的结霜化霜控制策略方案。

关键词 结霜 化霜 风冷冰箱 控制策略

中图分类号：TB657.2 文献标识码：A

一般来说，风冷冰箱需要进行定期化霜来确保制冷系统正常、高效的运行，所以需要不断地优化化霜系统从而改善化霜效果，但同时又不能以增加耗电量和降低使用性能作为代价。为了提高化霜效果，可以通过调整风冷冰箱的化霜加热器功率、优化化霜的切入点和退出点的方法达到目的，进而优化化霜系统。此外，化霜系统要保证冰箱能在其规格范围内的最严酷的条件下正常工作，因此，一套制冷系统和与之相匹配的化霜系统也就显得十分重要，并且要尽量满足使两者匹配最优化的要求。目前，市面上常见的风冷冰箱大多都是采用软件采集时间和温度的数据来控制化霜加热器，其化霜系统主要包括化霜加热器、化霜定时器、化霜感温头以及化霜熔断器，其中化霜熔断器是在非正常状态下对冰箱起到保护作用的，化霜系统在正常的工作条件下不会启动化霜熔断器。一般来说，冰箱的软件控制系统通过统计冰箱运行时间、压缩机运行时间或者开关冰箱门的次数来启动化霜加热器，并通过化霜时间或化霜的温度关闭化霜加热器。

导致蒸发器表面结霜的原因，通过梳理可分为两种：一是翅片间距、管排数等属于蒸发器的结构的影响；二是环境温度、相对湿度以及空气流速等是属于环境工况的影响，通过查阅风冷冰箱蒸发器研究文献，发现此类文章较少，风冷冰箱蒸发器和热菜蒸发器结霜规律非常相似。所以选择热菜机组蒸发器为分析案例，查找影响蒸发器表面结霜的因素。

1结霜和化霜实验

1.1实验设计

通过实验，我们得到以下图像。其中，图1～4为除霜装置蒸发器在开机后的结霜过程图，图5为其化霜过程图。分析图片可以看出，结霜现象随着运行时间越长变得越严重，开机后4小时结霜明显，开机14小时后，空气侧流通通道被霜堵塞，冰箱外的高温热风从其下部进入，下部的霜最先开始融化，最后能比较完全地化掉霜层。当化霜过程完成后，再次开机，这时我们发现，蒸发器的表面又出现了结霜现象。通过对比发现，风冷冰箱蒸发器的结霜速度比较快，第一次开机10分钟后就明显结霜，化霜过程完成后再次开机时结霜速度变得更快。原因是第一次化霜时产生得水留在了冰箱内，并在蒸发器表面凝结，再次开机时形成了比第一次开机后更厚的霜层。

冰箱控制系统对压缩机的开机和停机时间进行控制的载体是冰箱内的温度是。随着时间变长，霜层变厚，蒸发器的热阻也变大，送风的风速变得比较慢，这种情况下，冷量不能够及时地传到给箱内，因此压缩机会再次开机，而且，冰箱内达到一定温度的时间也会变长。因为越到后面霜层增长的影响会变得越大的缘故，压缩机的开机时间也会显著增长。

在第一次开机时，随着霜层变厚，蒸发器外表面气流的阻塞会增大，送风的风速就会变小，送风的温度根据霜层的增长情况向结霜温度靠近。化霜过程完成后再次开机，送风风速的下降速度会更快，仅仅两小时内送风风速就下降到比第一次化霜前还小的程度，这充分说明化霜过程完成后霜层再次变厚的速度远比刚开机的时候大得多，霜层化掉的水分没有排出，压缩机再次开机时，水就会变成水蒸气在蒸发器上重新结霜。这部分水不仅仅包括蒸发器上的水，还有冰箱内加热器附近的冰或者霜，多种因素的影响下送风风速才会降低到比化霜前更低的程度。

1.2实验结论

通过实验发现，大容量风冷冰箱蒸发器结霜霜层厚，结霜速度快，，蒸发器空气的流通面积随着霜层厚度的增加而变小，流动阻力的增加导致蒸发器的换热性能变差。蒸发器内外温差变大，系统性能降低。化霜完成后再次开机有二次结霜的现象使系统性能明显降低。

2 结霜化霜控制策略方案

通过分析研究，对切入点和退出点的控制是除霜控制方法的有效途径。

2.1除霜切入点的确定 （下转第168页）（上接第162页）

首先设置蒸发温度为辅助控制参数进行检测。设定一个参考数值，检测到蒸发温度小于设定参数值时，开始除霜判断程序，否则继续检测蒸发温度直到其达到设定值；在检测蒸发温度时，要考虑环境突变对温度的影响，例如考虑冰箱冷冻门和冷藏门的开闭状态，如果冷冻门和冷藏门中有一个处于打开状态，就不能进行判断，要延长时间进行再次判断。

2.2除霜退出点的确定

记录化霜持续加热的时间从化霜加热器接通的时刻开始，断开加热器并釆集蒸发器表面温度；若持续加热时间达到，则立即断开加热器。进入滴水时间，在滴水时间内检测是否回到，若回到则等待滴水时间完成，退出化霜周期；若没有回到，则在滴水时间完成后再次接通化霜加热器。

如果在规定时间蒸发器表面温度到达，则断开化霜加热器，进入滴水时间，然后退出化霜周期；如果时间超过，则断开加热器，进入滴水时间，在滴水时间内检测是否回升，如果回升则等待滴水时间完成，退出化霜周期；如果未回到，则在滴水时间完成后再次接通化霜加热器。

若在时间内回升，则断开加热器，进入滴水时间；若超过则断开加热器，进入滴水时间，然后化霜周期结束，停止化霜。从化霜加热器接通的时刻开始记录化霜持续加热时间，釆集蒸发器表面温度，同时，断开加热器；若持续加热时间达到，则立即断开加热器，进入滴水时间，在滴水时间内检测是否回到，若回到则等待滴水时间完。

3 总结

本文通过实验研究和理论分析，对风冷冰箱化霜性能进行分析，查阅大量文献设计出，具体工作总结如下：

通过阐述霜的形成机理，总结出诸多影响结霜的因素。根据实验结理论分析果，对样机进行了结霜化霜实验，对结霜和除霜作用下蒸发器各特征参数的变化情况与变化规律进行了数据分析。依据原有的时间温度法除霜控制规则，考虑实验的结果，依据冷冻温度与蒸发温度之间的差值随时间的变化规律，确定了新的风冷冰箱有效除霜控制方法即除霜切入点和退出点的控制方法。同时提出将方案应用于实际运行中，发现蒸发器性能明显优化、能耗明显降低，综上所述，该方案具有可靠性、可行性与节能性。

参考文献

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