冰箱自动化霜技术研究热点分析

摘 要：结霜、化霜问题长期制约着大容量风冷冰箱的发展和节能水平的提高。结霜引起的空气流通面积减小，霜层形成在蒸发器翅片上，都直接导致换热性能的下降，从而降低冰箱的制冷性能，冰箱的化霜已成为衡量冰箱性能的重要指标之一，其中化霜的方法是作为实现节能化霜的关键技术之一。本文通过对冰箱化霜技术专利文献的统计整理，分析了冰箱企业在化霜技术方面的研究热点。分析结果显示，冰箱的自动化霜技术发展已经比较成熟，随着物联网技术、人工智能的运用，未来冰箱自动化霜技术在智能化控制及降低能耗等方面仍有较大发展空间。

关键词：冰箱；制冷；化霜

1 引言

家用电冰箱已经成为人们现代化舒适生活中不可或缺的一部分，为满足人们现代化生活方式的需要，家用电冰箱正在向大型化、多功能、多温区、多用途的方向发展。风冷冰箱具有自动除霜、大容量、多功能的优点而受到越来越多的关注。

2 冰箱结霜原理

风冷冰箱是通过强制对流的方式，将空气流过蒸发器并与蒸发器进行热湿交换后，进入到冰箱的冷冻室和冷藏室等间室内，从而降低各个间室内的温度，空气在箱内形成空气循环，以持续的为冰箱的各间室提供冷量。冰箱门打开时，带有水蒸气的热空气会进入冰箱内部，或者是冰箱内部储存的食品中含有水分蒸发到间室的空气中，使得循环空气含有一定的水汽，而冰箱的蒸发器换热翅片表面的温度较低，当湿空气流经蒸发器翅片表面时，由于蒸发器温度低于空气露点温度，且一般低于0℃，此时，空气中的水汽被冷凝，并附着于蒸发器表面，从而形成霜层。

霜层的导热系数非常小，不易导热，冰箱持续的运行，霜层越积越厚，增大了蒸发器表面与空气间的传热热阻，蒸发器的传热性能降低；霜层水堵塞翅片之间的空气流通通道，使得空气的流通阻力增加，空气的流通量减小，导致换热量减小，冰箱的工作状况恶化，以致无法正常供冷；导致蒸发器温度降低，以及压缩机的运行性能和效率急剧下降；整个冰箱的制冷性能随之下降，影响食品的保鲜品质。

资料显示[1]，当蒸发器表面的霜层厚度达到10mm时，冰箱的制冷能力将至少下降30%，所以，为保证系统持续高效率运行，必须适时化霜。目前，冰箱自动化霜技术主要包括：电加热化霜技术，热气化霜技术，超声波化霜技术和吸附化霜技术、液体喷雾法等[2]。

3 冰箱自动化霜技术研究热点

在冰箱的化霜领域，全球冰箱企业对冰箱化霜技术的研究主要集中在电加热化霜和热气化霜技术以及化霜系统的控制；此外，还有少量专利申请涉及液体喷雾法、与制冷系统分开的热流循环等技术。通过在Incopat专利数据库中对冰箱化霜方式技术进行检索，统计该技术领域专利申请量全球排名前10名的企业专利，按照一个专利族作为一项技术进行统计，并对其专利按电加热化霜技术、热气化霜技术、热流循环化霜技术、液体喷雾化霜技术和化霜控制技术进行分类，专利各企业的技术分布情况如图1所示。

涉及化霜方法的专利文献主要集中于电加热化霜和热气化霜及其化霜系统控制，其中电加热化霜方法是在結霜侧换热器上安装适当功率的电阻，当结霜侧换热器上积霜严重时，开启控制开关，给电热丝通电发热融霜[2]；日本在对电加热化霜方法的关键技术有大量且领先的研发，主要的公司为松下、日立、东芝，其中又以松下公司在电加热化霜技术上最先提出，申请专利最多，实力雄厚；韩国LG、三星、大宇电子等公司在电加热化霜领域也占有一定技术；而德国在该领域的研发主要是集中在少数大公司，博世西门子在电加热领域的技术不可忽视。中国近年来随着生活质量的提高，在冰箱领域的研究也逐渐重视，代表企业有海尔和美的。

热气化霜是指利用高压回路的高温高压制冷剂气体的热量融霜，也就是高温高压制冷剂气体直接引入结霜侧换热器中，通过蒸汽液化放出的大量热量将换热器外侧的霜层融化的化霜方法，这种方法也称为热气旁通除霜。热气化霜的方法专利技术主要是集中在日本，以日本的三菱电机、松下、日立、东芝公司为主，中国的海尔公司和韩国的LG公司也掌握一定的技术。

由图1还可以看出，采用与制冷系统分开的热流循环例如利用冰箱间室内或周围环境的热空气进行化霜的方法具有节能环保的优势，韩国LG有进行部分专利申请；此外，采用超声波化霜技术和吸附化霜技术、液体喷雾法等化霜方法在一些特殊场合和环境也得到应用。

从以上的分析可以看出，日本在冰箱化霜技术领域发展较早，其各个大公司占据着大部分的关键核心技术，如松下、日立、东芝、三菱电机等公司掌握电加热化霜技术和热气化霜技术及其相关的控制技术；此外，韩国的LG公司同样掌握了电加热化霜技术和热气化霜技术及其相关的控制技术，三星公司则在电加热化霜上有（下转第58页）（上接第56页）一定技术积累；其他公司掌握的主要是电加热化霜技术，在热气化霜技术专利偏少。

4 结语

本文对全球主要冰箱企业的冰箱自动化霜技术热点进行了研究分析，松下、日立、东芝、三菱、博世西门子、LG、海尔等公司主要是采用电加热化霜和热气化霜两种化霜方式。在冰箱的化霜技术领域，化霜方式相关技术已经发展成熟，主要是电加热化霜和热气化霜两种化霜方式。随着经济发展，智能化和节能减排成为家电发展趋势，冰箱化霜技术研究主要集中于智能控制方法和降低能耗这两方面。随着物联网技术、人工智能的运用，未来冰箱化霜技术在智能化控制及降低能耗等方面仍有较大发展空间。

参考文献：

[1]崔乐梅.电冰箱如何化霜好[J].健康，2000（3）：27.

[2]李玉祥，李洪涛，尹凤福等.无霜冰箱现代化霜技术的研究进展[C].2011年中国家用电器技术大会·论文集，2011.

作者简介：

李育勇，男，硕士，现任职于广州中新知识产权服务有限公司，从事专利技术分析。