龙晓芬
海信容声(广东)冰箱有限公司 广东顺德 528303
摘要：风冷无霜冰箱是当前冰箱市场的主流，化霜加热器不仅仅可以将蒸发器上结霜化净带来无霜的使用感，同时化霜控制是冰箱系统正常运行的重要保障。本文主要对化霜控制方法进行研究，结合冰箱系统性能、用户使用环境适时化霜，可使得冰箱系统性能稳定，同时达到节能效果。
关键词：化霜控制；节能；稳定
Abstract：The air-cooled frost-free refrigerator is the mainstream of the current refrigerator market. The defrosting heater can not only bring frost-free use sense to the customers, but also the defrosting control is an important guarantee for the normal operation of the refrigerator system. This paper mainly studies the defrosting control method. Combining the refrigerator system performance and the user's environment, it can make the refrigerator system performance stable and achieve the effect of energy saving at the same time.
Keywords: defrosting control; energy saving; stable
1引言
冰箱在使用过程中，蒸发器表面温度是冰箱内温度最低的地方，湿空气流经蒸发器表面会被冷却，当蒸发器温度低于空气露点温度且在零度以下时，空气中的水份被冷凝下来，最后依附在蒸发器表面形成霜层[1]。风冷无霜冰箱并非真正的无霜，无霜冰箱是将蒸发器内置于用户看不到的风道盖板内，产生的霜则通过加热器或自然化霜的方式将霜变成水流走。对于用户看到的则是无霜的效果。带有冷冻室的冰箱，因为冷冻室温度通常在-14℃~-25℃范围，且化霜时也需要保证冷冻室温度不能上升太多，因此蒸发器上的霜无法通过风循环方式融化，通常都是在蒸发器底部配备化霜加热器进行除霜。根据冰箱容量不同，化霜功率不等， 通常都在100W以上，在满足化霜需求的同时还应符合安全标准干湿烧实验温度限制。 显而易见，化霜加热器工作必然会对耗电量有较大影响，但如果长时间不化霜又可能导致蒸发器上霜层过厚，严重影响热交换效率，严重的会影响用户使用[2]。 因此，无霜冰箱的化霜控制非常重要，需要把控好化霜时机，化霜时长，充分考虑用户使用环境、习惯等需求，做好制冷稳定与节能的平衡。
2 化霜周期影响因素
霜层产生受湿气、蒸发器制冷影响，同理化霜时间也应该充分考虑影响因素。 目前常规产品主要使用定时进入化霜控制方式，退出按照化霜传感器温度退出。确定化霜周期的方式有：按压缩机累积运行时间、或整机运行时间，同时开门时间按照一定比例进行累积。预计时间到后进入化霜。 常规的控制规则仅粗略的将简单的影响因素纳入固定化霜周期计算，化霜周期T = 压缩机累积运行时间Tc+冰箱门打开时间Td*120。而Tc通过环境温度进行预估设定，120的开门比例为经验值。式中Tc考虑了蒸发器制冷，Td则是考虑开门湿气的影响。但此方式未充分包含可能的影响因素，或者说计算方式精准度低。
在冰箱实际制冷过程中，压缩机运行转速越高，制冷量越大，不同的压机转速在同样的时间范围内及外部条件下，蒸发器上结霜情况不同。另外环境不同湿度开门时进入的湿气也是差异较大。因此Tc=压缩机累积运行时间Tc*压机运行频率系数a+冰箱门打开时间Td*120*湿度系数b。压机运行频率系数与压缩机运行频率成正比，运行转速越大则系数越大，湿度系数b与湿度在一定范围内成正比关系，以每一次开门时作为湿度系数采集的依据，当湿度大于一定值时，环境湿度越大对应湿度系数越大，当湿度小于一定值时，则湿度系数不变。这样的计算方式与冰箱的运行情况结合，更符合实际运行状态。
3 化霜判断的温度监控
根据化霜周期的影响因素分析可知Tc在条件不变的前提下，是保持基本不变的。理想的化霜周期，应该是在标准内适当的长，但箱内温度保持稳定。如下图1所示。
.png)
图1 温度稳定的化霜曲线
图1中所示，两次化霜间隔时间内，各间室温度保持稳定，冰箱性能情况好。对于这种情况，如果能保持这种稳定，适当拉长化霜周期，按照能耗标准计算、实际测试均是有利于冰箱的整机能耗。
当冰箱密封状态、用户使用状态不同时很可能箱内温度波动甚至升高。如图2所示，因风道密封不良，冰箱在运行时间较长后，回风口逐渐结冰堵住回风通道，冷气无法顺利进入冷藏室，冷藏室内温度呈缓慢上升趋势，直至最后制冷不良。化霜时间到后进入化霜，化霜时回风结冰融化，之后冷藏室恢复正常。图2情况是较严重制冷异常情况，在化霜后的前段，整机运行良好，随着时间推移，冷藏温度由缓缓上升至失控。这就是固定化霜周期的不足，无法按照实际运行状态调整，仅仅是机械式的定时。因此，需要在整机的化霜过程中监控温度的变化。从曲线规律分析，前半段冷藏温度基本稳定，但后段已逐步风门的开机率逐步增大，虽然温度变化较小。也就是说，如果监控冰箱的温度、负载运行状态，冰箱性能早有恶化趋势，不需要再等到固定的化霜周期到再进行进行化霜。因此可在化霜控制过程中增加对负载动作的监控，当无外界条件干扰时，即无开门、用户调温、环温大变的前提下，化霜后等冰箱运行稳定采集风门的开机率，标定为基准开机率。之后每一小段时间计算风门开机率，与基准开机率进行对比，如果开机率呈逐步增加趋势，当持续时间达到预设时长时，且满足最短化霜周期，则判断进入化霜。
.png)
图2 温度异常时的化霜曲线
冰箱性能好坏最终由用户判断，如果在实验室测试的性能参数很好，但只要用户使用体验感不好，都不是一个好产品。因此化霜需要考虑用户使用条件，甚至是用户的不良使用习惯。 用户容易出现的使用问题是关门不严，留有缝隙。当用户繁频开关门或长时间不关门，累积的化霜周期Tc将很快达到，较短时间就会化霜。然而，如果用户只是关门不严，因门开关的感应范围影响，无法感应到此状态，则默认为关门，将导致长时间不化霜。冰箱长时间关不严，漏冷严重，且进入湿气较多容易引起霜多、回风口堵塞等情况，最后导致温度上升明显。并且如果霜层过厚，一次化不干净再制冷，霜结成冰，即使用户再关上门依然难恢复，最后只能报修。因此优化控制规则，增加温度长时间不下降，达到一定时间则判断异常，满足最短化霜间隔后进入化霜。
如下图3是优化后控制方式，前半段模拟用户门关不严，冷藏温度逐渐上升达到一定时间后进入化霜，化霜后冷藏温度明显下降。连续模拟几个周期，再将门关严后，冰箱恢复正常。由此可见，增加温度监控保护的化霜控制可较好的应对用户门未关严情况。
.png)
图3 应对关门不严的规则改善曲线
结论：
随着风冷冰箱成为市场的主流产品，优化化霜控制一直是制冷行业一直在研究的课题。在确保整机运行稳定、温度符合要求的前提下尽可能的减小能耗，是化霜控制一直以来努力的方向，寻找化霜产生能耗、不化霜影响制冷效率的矛盾的平衡点。当设计人员在追求测试数据理想的时候，也要退回到用户角度，确保即使是不完美的产品或使用习惯都能够给用户带来很好的体验。
参考文献：
[1]陈林.技术前沿。风冷冰箱冷藏化霜技术研究。2019，70-72.
[2]朱莉,陈凯，游雄文，马迪。信息记录材料。2019，7月，第20卷第7期。