无霜冰箱如何实现无电加热化霜?

无霜冰箱在制冷的过程中,箱内流动的空气中的水蒸气遇到温度很低的蒸发器表面就凝结成霜,甚至变成固态的冰。蒸发器结霜后影响热交换效率,严重的会影响用户使用。目前无霜冰箱生产中使用最广泛的化霜方法是电加热的方法,化霜时通过电加热丝定期地把蒸发器上的霜加热融化成水,排出箱外。普通无霜冰箱使用电加热器化霜,电加热器表面温度很高,大大超出冰箱的内胆、发泡原料等有机物的燃点,有较大的火灾安全隐患。因此,寻求一种更为安全、降低能耗的化霜方法一直是业内人士研究的方向。有通过冷藏室循环热进行预化霜来降低能耗的思考,也有用特殊的蓄热物质来进行化霜的研究;既然能让蒸发器制冷,那是不是也可以让它制热,起到化霜的作用。

一、蒸发器制热的设想

通过改变制冷剂的流向,让蒸发器制热,达到化霜效果。按以下制冷原理附图,在冰箱制冷管路中增加相应的电磁阀,通过电磁阀的切换实现制冷剂流向的改变,实现蒸发器和冷凝器功能的互换。

冰箱制冷状态:冰箱同普通冰箱,保持外侧散热,箱内制冷状态。制冷剂流向,压缩机→排气管→除露管→冷凝器→干燥过滤器→毛细管→蒸发器→回气管→压缩机。

冰箱化霜状态:通过电磁阀切换,使制冷剂反向流向,做到让蒸发器侧高压,冷凝器侧低压,起到箱内制热化霜的效果。制冷剂流向,压缩机→排气管→蒸发器→毛细管→干燥过滤器→冷凝器→除露管→回气管→压缩机。

二、试验样机的验证

实验1

为了验证此设想的可行性,选对开门风冷冰箱进行了相关试验。具体试验如下,样机基本制冷工况配置:万宝ETY155L 压缩机,丝管式冷凝器(带散热风机),翅片式蒸发器(带制冷风机),制冷剂灌注量按生产工况,85克R600a。冰箱制冷基本按正常生产状态,在管路上增加电磁阀,其它管路基本不变。

转入化霜状态后,电磁阀人工进行切换,制冷系统反转。系统如前期设想一样能运转起来,但存在以下问题。除露管和墙板冷凝器表面出现明显结霜,压缩机功率明显小于制冷时的功率,约50 ~60W,化霜效果不明显。分析认为,因为系统反转,蒸发段转化为冷凝段,冷凝段主体处于箱体内低温状态,制冷剂液化,冷凝压力较低,造成整体制冷剂循环量减少,化霜功率不足,化霜效果不明显,实验不成功。

实验2

为了改善化霜效果,必须提高冷凝压力。而最直接方法是增加制冷剂灌注量。考虑正常制冷的要求,现有制冷剂量是合理的;同时增加制冷剂后会出现墙板冷凝器及除露管处凝露滴水情况,影响实际家庭使用。基于上述两方面的考虑,决定在不增加加液量的前提下,提高冷凝压力。重新制作了样机,对制冷系统进行了调整,增加一部分曲部风冷冷凝器,重新布置了电磁阀控制点,改进了化霜状态制冷系统的组成。从而减小了化霜时反向制冷系统的容积,提高了化霜冷凝压力,提升了化霜效果。具体制冷原理图如下:

电磁阀1、电磁阀3 接通时,电磁阀2、电磁阀4 阻断,制冷系统正常制冷;电磁阀2、电磁阀4 接通时,电磁阀1、电磁阀3 阻断,系统转化为化霜状态。转化为化霜状态时,冷凝器和除露管断开,整体系统容量比调整前减少,系统整体压力增加,这样冷凝化霜的效果有了明显地提升。测试样机化霜性能,化霜功率时,系统功率约90W,化霜工作40 分钟,蒸发器表面温度能达到10℃,基本能满足化霜效果。

三、结论

无电加热化霜因为采用了热泵制热,热量在蒸发管从内向外散发,整体热传导的效率高,对箱内温度影响较小。且因无电加热装置,避免内胆、风道部件被灼烧的风险,相对的安全性也更高。从最终的试验情况看,无电加热化霜的方法是可行的。但从实验过程来看,冰箱整体管路系统还较复杂,仍需要考虑简化结构;节能降耗的对比认证试验也将是下一步工作的重点;正反两个方向制冷系统需要共存,其系统的稳定性和安全性也需做进一步探讨研究。

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