高義剛，彭慶紅（.廣東奧馬電器股份有限公司，廣東 中山 5847；.順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程學(xué)院，廣東 佛山 58333）

科技與應(yīng)用

風冷冰箱化霜系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

高義剛1，彭慶紅2
（1.廣東奧馬電器股份有限公司，廣東 中山 528427；2.順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程學(xué)院，廣東 佛山 528333）

風冷冰箱要定期化霜來保證制冷系統(tǒng)高效運行，因此需要不斷優(yōu)化化霜系統(tǒng)來提高化霜效果，同時又不能增加耗電量和降低產(chǎn)品品質(zhì)。為了達到更好的化霜效果，通過調(diào)整風冷冰箱的化霜加熱器功率和化霜的退出條件，優(yōu)化了化霜系統(tǒng)。經(jīng)實驗對比優(yōu)化前和優(yōu)化后的化霜系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)化霜效果明顯改善，達到了優(yōu)化目的。

風冷冰箱；化霜加熱器；化霜效果

隨著生活水平的不斷提高，風冷冰箱以其無需停機化霜、溫度下降快而且均勻等優(yōu)點，越來越受到人們的青睞，市場份額正逐年提高。越來越多的冰箱生產(chǎn)商也在積極向風冷方向轉(zhuǎn)變，正大力開發(fā)風冷冰箱產(chǎn)品。

除了制冷系統(tǒng)，風冷冰箱的另外一個關(guān)鍵技術(shù)就是化霜系統(tǒng)，主要由化霜加熱器及其控制系統(tǒng)組成?；到y(tǒng)要確保冰箱在其規(guī)格范圍內(nèi)最嚴酷的條件下能正常工作，因此在風冷冰箱中，一套制冷系統(tǒng)必須有與之相匹配的化霜系統(tǒng)，并且努力使兩者的匹配最優(yōu)［1］。

目前較常見的風冷冰箱都采用電腦采集時間和溫度來控制化霜加熱器，其化霜系統(tǒng)包括化霜加熱器、化霜定時器、化霜感溫頭和化霜熔斷器［2］，其中化霜熔斷器是在異常狀態(tài)下保護冰箱，在正常條件下不會啟動，為此本文不考慮化霜熔斷器的作用。一般冰箱的電腦控制系統(tǒng)通過統(tǒng)計壓縮機運行時間、冰箱運行時間或者開關(guān)門次數(shù)來啟動化霜加熱器，而通過判斷總化霜時間或者化霜溫度來關(guān)閉化霜加熱器。

1　化霜效果的評估方法

目前國內(nèi)冰箱出口絕大部分都是OEM（原始設(shè)備制造商）或ODM（原始設(shè)計制造商）模式，要滿足不同客戶的不同要求，但是又不能使同一產(chǎn)品千變?nèi)f化，否則對生產(chǎn)非常不利。因此，要使產(chǎn)品滿足所有客戶的要求，化霜系統(tǒng)就必須在最嚴酷的條件下也能正常運行。既不能化霜不足，因化霜不足會造成蒸發(fā)器上的霜層越積越厚，降低換熱效率，導(dǎo)致冰箱溫度降不下來，加長壓縮機運行，耗能增加［3］；也不能化霜過剩，因化霜過剩也會造成能耗高，而且會影響冰箱內(nèi)的食品品質(zhì)［4］。目前化霜效果的評估方法有很多種，它們往往都是一些經(jīng)驗豐富的冰箱制造商經(jīng)過長期的市場驗證提煉出來的。在這些評估方法中，有比較簡單的方法，如直接長期通電，查看化霜情況；有比較復(fù)雜的評估方法，如加測試負載、控制測試環(huán)境、模擬用戶在使用過程中的開關(guān)門時間等。評估方法也有嚴酷和寬松之分，如模擬最極端的使用情況，讓壓縮機長期運行，增加濕氣負載，讓蒸發(fā)器霜層盡量厚是一種嚴酷的評估方法；而模擬一般正常使用狀態(tài)，如關(guān)閉冰箱門正常運轉(zhuǎn)，蒸發(fā)器上沒有很多霜，則是一種比較寬松的評估方法。本文選擇了一種相對較為嚴酷的評估方法，以某冰箱制造商的一款BCD230W風直冷抽屜冰箱為例，說明化霜改善方法。這款BCD230W冰箱冷藏室為直冷，而冷凍室為風冷，在空間上相互獨立的冷藏室和冷凍室采用各自蒸發(fā)器實現(xiàn)制冷，兩蒸發(fā)器先后串聯(lián)在同一個制冷循環(huán)回路上。按照如下測試方法評估化霜效果：

1.1測試環(huán)境

環(huán)境溫度25℃，相對濕度80%。

1.2測試負載

冷藏室用15個1.5 L的水瓶作為負載并將冷藏室門關(guān)閉；按照IEC62552［5］標準中的耗電量測試布點方式布置冷藏室的熱電偶；冷凍室為空載。

1.3測試程序

第一步：通電運行，調(diào)節(jié)溫控器使冷藏溫度穩(wěn)定在5℃左右。第二步：穩(wěn)定后，將冰箱斷電，然后斷開電加熱，冷凍門開口20 mm，然后通電連續(xù)運行72 h。第三步：待72 h后，斷開冰箱電源，連接電加熱，保持冷凍門開口，然后通電連續(xù)運行。在接下來的4 d內(nèi)的最后一次化霜結(jié)束后，即刻斷電檢查冷凍蒸發(fā)器的結(jié)霜情況。判斷依據(jù)：冷凍蒸發(fā)器翅片上的霜要完全化干凈。

2　現(xiàn)有化霜方案及效果分析

2.1現(xiàn)有化霜方案

BCD230W的現(xiàn)有化霜系統(tǒng)控制流程如圖1所示：

圖1　現(xiàn)有化霜系統(tǒng)控制流程圖

其中化霜加熱器采用鋼管，功率為130 W；化霜最長時間限制在45 min內(nèi)；化霜感溫頭固定在蒸發(fā)器頂部右側(cè)，控制溫度為7℃。

2.2效果分析

根據(jù)化霜控制流程和化霜效果的評估方案，在接通化霜加熱器后的第二次化霜時拆開風道蓋板檢查化霜效果。

按照上述評估方案，選擇一臺BCD230W產(chǎn)品進行化霜效果測試。先斷開化霜加熱器，冷凍門按照要求打開20 mm，通電運行3 d；然后接上化霜加熱器后繼續(xù)運行，到第二個化霜結(jié)束時，停機檢查。

測試過程中，化霜效果如圖2和圖3所示。圖2為接通加熱器前蒸發(fā)器上的結(jié)霜情況，從圖中可以看出，蒸發(fā)器表面、兩側(cè)及其連接管上都結(jié)滿了大量的霜，這對化霜系統(tǒng)來說是個沉重任務(wù)。圖3為接通加熱器后第二次化霜結(jié)束的情況，從圖中可以看出，在第二次化霜后，蒸發(fā)器兩側(cè)仍殘留了大量的霜，蒸發(fā)器表面也有部分霜沒化干凈。

圖2　接通加熱器前蒸發(fā)器上結(jié)霜情況

圖3　接通加熱器后第二次化霜效果

從化霜的效果測試可知：

1）蒸發(fā)器上還有大量的霜沒有化干凈，特別是兩側(cè)和頂部，說明產(chǎn)品的化霜不合格。

2）化霜加熱器是在化霜時間達到45 min后停止的，說明化霜感溫頭溫度還比較低，沒有達到7℃。這表明45 min的化霜時間是不夠的。

3）化霜結(jié)束后，蒸發(fā)器進出口管位置的霜比化霜感溫頭位置的霜更多，說明進出口位置的低溫會持續(xù)的更久。即使化霜感溫頭位置溫度達到設(shè)計的7℃，化霜加熱器停止工作，進出口管位置的霜也不一定能化干凈。

3　改進的化霜方案及效果分析

3.1改善的化霜方案

改善化霜的方案常見有兩種：一是提高化霜加熱器的功率，二是延長化霜時間，必要時可同時實施兩種方案。針對以上實驗結(jié)論，將化霜方案進行改進，改進前后化霜系統(tǒng)方案的區(qū)別如表1所示：

表1　改進前后化霜系統(tǒng)對照表

由表1可知，經(jīng)過改善的化霜方案有以下特點：

1）化霜加熱器功率提高20 W。由于蒸發(fā)器上剩余的霜較多，僅僅靠延長化霜時間是不夠的，化霜時間太長，也會造成放置的食物溫度升高，不利于食品儲藏，因此有必要提高化霜加熱器功率。

2）化霜限制時間由現(xiàn)有的45 min延長到90 min。通過化霜感溫頭去判斷結(jié)霜是否化干凈，將化霜限制時間延長可以保證化霜的結(jié)束與否完全由感溫頭來控制，而不是用時間來規(guī)定化霜的中斷。

3）化霜感溫頭移到霜層更厚的左邊，即蒸發(fā)器進出口管位置?？紤]到金屬蒸發(fā)器的熱傳導(dǎo)比空氣快得多，如果感溫頭直接固定在蒸發(fā)器管路上，可能會誤導(dǎo)化霜加熱器的工作，因此可采用適當?shù)膴A具將感溫頭固定在蒸發(fā)器進出口管路之間。

3.2效果分析

按照上述改進方案進行化霜效果的重新測試。在接通化霜加熱器之前，結(jié)霜情況與圖2一樣；新方案在接通化霜加熱器之后，第二次化霜結(jié)束時的蒸發(fā)器表面結(jié)霜情況如圖4所示。對比圖3和圖4可知，化霜有了非常明顯的改善，新方案下蒸發(fā)器上的霜基本上都化干凈了。

改進后的化霜方案化霜效果顯著提高，而且沒有明顯增加冰箱的耗電量。雖然化霜加熱器功率增加了20 W，但對冰箱的耗電量測試基本沒有影響。因為測試耗電量時，為關(guān)門測試，蒸發(fā)器上基本上沒有結(jié)霜，化霜加熱器功率增加后，化霜更快，化霜感溫頭更早地停止化霜，總的耗電量不會有較大增長。根據(jù)實驗對比結(jié)果，化霜加熱器增加的20 W對耗電量的影響也非常小。改善前，實測日耗電量為 0.652 kWh；改善后，實測日耗電量為0.658 kWh，非常接近。

圖4　改進后的第二次化霜效果

在實施新的化霜方案時要注意：第一，設(shè)計上要確?；u估時化霜退出條件是化霜感溫頭溫度達到，不是化霜時間達到，如果是化霜時間達到，說明化霜不夠。第二，如果化霜感溫頭緊貼在蒸發(fā)器管路，設(shè)定化霜退出溫度時要考慮金屬傳熱更快這個特點。通過適當?shù)膴A具將化霜感溫頭避開蒸發(fā)器，會使冰箱的電腦系統(tǒng)更準確地判斷化霜狀態(tài)。

4　結(jié)論

一套與制冷系統(tǒng)匹配的化霜系統(tǒng)，需要有合適的化霜加熱器和合適的控制邏輯。在只增加了微小成本、結(jié)構(gòu)和制冷系統(tǒng)都不需要做大調(diào)整的情況下，通過以上改善，化霜效果明顯提升?；到y(tǒng)對冰箱的經(jīng)濟性、可靠性和安全性以及產(chǎn)品質(zhì)量都有非常重要的影響，本文介紹的只是改善的某一個方法，實際設(shè)計時需要通過多種測試不斷分析優(yōu)化，最終實現(xiàn)產(chǎn)品最優(yōu)。

［1］常見虎，周小天，胡哲.基于結(jié)霜試驗的冷藏室回風口優(yōu)化分析［J］.順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2011，9（3）：10-12.

［2］韋剛，劉志成，趙渝生，等.風冷冰箱化霜加熱控制方式的優(yōu)化設(shè)計［J］.家電科技，2014（2）：60-63.

［3］李成武，隆瑩，楊敏.無霜冰箱風扇電機性能及對節(jié)能的影響［J］.制冷，2014，33（2）：1-6.

［4］吳治將，彭鶯，龍建佑.R290家用空調(diào)器系統(tǒng)性能優(yōu)化實驗研究［J］.順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2013，11（1）：12-14.

［5］國際電工委員會.IEC62552—2007家用制冷設(shè)備、特性和試驗方法［S］.瑞士：IHS（Information Handling Services）公司.

［責任編輯：吳卓］

Experimental Research on the Optimization of the Defrost System of Frost-free Refrigerator

GAO Yigang1，PENG Qinghong2
（1.Guangdong Homa Appliances Co.，Ltd，Zhongshan Guangdong 528427，China；
2.Department of Mechanical and Electrical Engineering，Shunde Polytechnic，F(xiàn)oshan Guangdong 528333，China）

It is essential to defrost a frost-free refrigerator regularly in order to ensure a sound performance of its cooling system.Thus，the effectiveness of the defrost system is of great importance，which needs to be raised on the condition that it does not increase energy consumption and lower product quality.In view of this，the author carried out an experiment which indicates that the defrost system could be greatly optimized by adjusting the power of defrost heater as well as improving its withdrawal mechanism.

frost-free refrigerator；defrost heater；defrost effectiveness

TM925.21

A

1672-6138（2015）02-0001-04

10.3969/j.issn.1672-6138.2015.02.001

2014-12-22

佛山市科技專項創(chuàng)新基金項目（2013AG100063）。

高義剛（1976—），男，湖北仙桃人，碩士，研究方向：制冷系統(tǒng)的控制方法。