【HETA】间冷冰箱回风道的优化除霜设计
间冷冰箱又称无霜冰箱，因箱室内壁上不会结霜而广受欢迎。然而无霜冰箱并非箱内所有位置都没有霜的形成，只是结霜部位从箱室内壁转移到冰箱内部的蒸发器表面上。
蒸发器表面结霜会产生什么问题？
1、增大了空气在风道内的流动阻力；
2、增加了以及蒸发器与空气的换热热阻，降低了蒸发器的换热效率。
如何来解决这个问题？
自然是对蒸发器进行定期除霜。目前间冷冰箱高效除霜方法的研究主要集中在不同的除霜方式和除霜的控制方法，但研究也证明，间冷冰箱霜的高效去除不仅与除霜方式及除霜控制方法有关还与霜的分布密切相关。蒸发器上霜层分布的不均匀性是影响除霜效率的重要因素。
间冷冰箱在实际除霜过程中，蒸发器上的结霜分布往往是不均匀的，当霜层较薄的地方除霜结束时。霜层较厚的地方，除霜仍在进行。为了除去蒸发器上所有的霜必须延长除霜时间，蒸发器上已经没有霜的区域还在继续加热，导致能量的浪费和箱体内温度的升高，使除霜能耗增加，除霜效率降低。
为了使霜层尽量在同一时刻融化结束，必须对蒸发器上结霜分布进行优化。这就是我们今天要讲的“间冷冰箱回风道的优化除霜设计”。
首先我们来了解一下结霜过程。
在间冷式冰箱中。空气在风扇的作用下，气流流经食物使其降温的同时，也带走食物中的热量和湿气。温度和湿度都有所升高，经过食物升温和加湿的空气通过回风道再次回到蒸发器时。空气中的水蒸气在蒸发器表面放热。凝结成霜，干燥低温的空气再次送入箱室内循环冷却。可见冰箱蒸发器上的结霜分布直接依赖于回风道出口风量的分布。而回风道出口风量的分布取决于回风道的布置和结构。
因此，冰箱回风道的布置和结构设计需要满足以下要求。
１、回风道风量分布应该与除霜加热器放热分布相匹配，使蒸发器上的霜均匀融化。
２、回风道的布置应该尽量不影响箱室的有效容积。
３、回风道流动阻力应该尽量小，使其对蒸发器制冷性能影响最小。
４、成本不增加或增加很少。
显然，以上要求是相互矛盾的。为此需要权衡利弊，设计更优化方案。在保证对间冷冰箱成本、有效容积、制冷量影响最小的前提下，对回风道结构进行优化设计，使蒸发器的结霜分布与除霜加热器除霜热量分布互相匹配，达到高效除霜的目的。
一、间冷冰箱回风道优化除霜设计的基本思路
１、实验测量除霜加热器表面温度分布，确定除霜加热器除霜热量分布得出最优的霜层分布，使除霜加热器除霜热量分布与霜层分布相匹配。
２、基于最优的霜层分布，得出最优的风量分布，使霜层分布与风量分布相匹配
３、基于最优的风量分布，设计回风道结构。使回风道在保证对间冷冰箱成本、有效容积、制冷量影响最小的前提下实现最优的风量分布，基本思路如图１所示。
二、回风道最优风量分布
确定最优风量分布首先需要确定除霜加热器除霜热量分布。本研究中采用实验测量蒸发器室内除霜加热器不同位置温度的方法确定除霜加热器除霜热量分布。通过在加热器不同位置布置热电偶对加热器不同位置温度进行测量。如图２所示。
除霜加热器的除霜热量通过辐射和对流传播出去。在确定除霜加热器除霜热量分布时，假设与除霜加热器进行对流换热的空气温度为定值。除霜加热器各处的对流换热系数相等，则可根据加热器上温度分布计算出加热器发射的辐射热量和与蒸发器的对流换热热量，进而得到除霜加热器的除霜热量分布。
回风道优化设计方法是将回风道布置于蒸发器的背部。在风道中布置合适的导流板，通过不断的调整导流板的位置和角度。调整回风道出口的风量分布，最终达到最优风量分布。回风道结构沿流动方向可分为进口段、中间段和出口段。如图３所示。
进口段入口的形状应该与上游风道出口保持一致。起连接上游风道的作用，中间段设计成宽度渐扩。风道间隙由宽到窄，出口段宽度应与蒸发器宽度相当。风道间隙应较窄，这样可保证回风道的风可以分布于整个蒸发器上。同时风道所占容积较小，回风道具体尺寸以及导流板位置的优化可借助于计算流体力学进行模拟。
以上回风道设计思路具有以下优点
１、确保了蒸发器室的结构和各箱室的有效容积不受影响
２、为了减小除霜的能耗，这就要求蒸发器表面结霜的分布和除霜热量分布一致。
３、导流板在制作工艺上较为简单，材料成本不高。
四、间冷冰箱回风道的优化除霜设计案例实测
以松下ＮＲ￣Ｆ５２０ＴＸ多门间冷冰箱为例。采用上述回风道优化除霜设计方法，优化回风道结构，模拟回风道优化后的风量分布，验证风道优化效果。通过对间冷冰箱的回风道进行优化，实现了回风道出口风量分布与除霜加热器除霜热量分布的互相匹配。
下面模拟回风道优化前后蒸发器室的速度场和温度场。分析回风道优化对蒸发器除霜性能的改善，并对比优化前后冰箱的制冷性能。
应用案例表明：
（1）间冷冰箱回风道的优化除霜设计方法可实现回风道出口风量分布与除霜加热器除霜热量分布相匹配，使除霜时间缩短了38.9%，除霜效率提高；
（2）间冷冰箱回风道的优化除霜设计方法使蒸发器室的速度场和温度场更加均匀，在提高冰箱除霜效率的同时，可使冰箱的制冷量增加了3.43%。