改进换热器结构对抑霜效果的影响

杜赞玲

摘 要：结霜现象普遍存在于各种制冷系统中，结霜不仅增大了空气的流动阻力，还降低了制系统的换热能力，结霜严重时还会使机组停机。本文从改进换热器结构出发，通过改变翅片间距、设置诱霜部和集霜板等，提供了多种抑制结霜的方法。

关键词：抑霜；换热器结构；翅片间距；诱霜部；集霜板

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.062

在现有技术中，除霜的方法可分为两类：抑制结霜和融霜。抑制结霜是从霜形成的机理出发，改善霜形成的条件，从根本上抑制霜的形成；融霜则是在霜形成之后，将之融融。融霜的方法有很多种，如自然融霜、电加热融霜、热气融霜和饱和蒸汽融霜等。但是，目前这些融霜方法都存在一定的缺点，不仅会影响制冷设备的正常运行，还会消耗额外的能量，降低系统运行效率。因此研发高效的抑制结霜技术，从根本上抑制霜的形成，对于改善系统运行特性、提高效率降低能耗无疑是非常重要的。本文着重从换热器结构的改进方面来研究其抑霜效果。

1 改变翅片间距

当空气流经翅片管式蒸发器时，空气中的水蒸气会持续在翅片管表面沉积，之后的空气相对湿度会逐渐下降，所以，在后面的翅片管表面结霜量逐渐减少。根据该结霜特性，可以改进翅片的排列方式[1]，使前排的翅片间距大于后排的翅片间距。采用这种排列顺序，由于前排翅片间距较大，结霜后不容易堵塞，阻力小，随之气体压降下降较小，空气经过蒸发器进风面的前几排管后相对湿度下降，经过蒸发器后几排的排管时，结霜量增加不多。即结霜主要发生在蒸发器进风面的前几排翅片管，在设计时适当增加前几排排管的间距，可以削弱结霜对前排翅片的堵塞作用，延长除霜周期，同时这样还可以利用后排的蒸发面积，减小蒸发器压力降，而且由于前后结霜较均匀，除霜周期也得以延长，使系统稳定。这种方式，由于实施简单，效果显著，目前已被广泛应用。

2 设置冷媒流路上的诱霜部

前述方式虽然可以延长除霜周期，但是，由于霜仍形成于蒸发器的表面，霜层的形成仍会影响其换热性能。为了改进上述缺点，如图1所示[2]，在膨胀阀的下游、蒸发器的上游设置一个诱霜部21，且在诱霜部上设置有突起，使经过节流膨胀的低温冷媒在经过诱霜部后再进入蒸发器，由于诱霜部的温度较低，且处于风向的迎风面，因此，湿空气在流经诱霜部时会再诱霜部先形成霜层，当其再流经蒸发器时，由于湿度的下降，可以大大的减少霜在蒸发器上的形成。这种方式，霜基本不形成在蒸发器表面，可以大大延长蒸发器的除霜时间。

使用诱霜部虽然可以在一定程度上避免蒸发器结霜，但是，当诱霜部中霜层增厚，仍必须得停止制冷工况进行除霜，必然会影响制冷效率。因此，可以在蒸发器上游使用两个并联的诱霜部[3]，通过流路的切换实现两个诱霜部的切换，从而可以对一个诱霜部进行诱霜，一个诱霜部进行除霜，在使用过程中，始终可以保证制冷循环的正常进行。

3 设置迎风面的集霜板

在以上方法中，无论是改变翅片间距，还是设置诱霜部，冷媒始终会流经结霜的部位，因此，必然会造成该部分冷能的损失，且必然需要對该段存在冷媒的管路进行除霜。为此，需要一种较少对换热管道进行除霜的方法。因此，产生了迎风面设置挡板的聚霜方式，如在蒸发器的迎风面上设置一层带孔的金属板[4]，并对不同的孔形状进行研究，使霜形成在金属板表面的表面，随后对金属板进行清理或更换即可去除其上的霜；也可以设置一捕霜板[5]，该捕霜板包括集霜板，和集霜板拼接固定的微霜板，冰箱捕霜板紧密固定在顶层蒸发器上表面，微霜板位于顶层蒸发器前侧，集霜板位于顶层蒸发器后侧。捕霜板引导冷冻室水汽在特定位置聚集结霜，采用这种方式，使蒸发器表面微霜或者无霜化。

上述方式都是改进换热器结构的常用方式，其用于抑霜的效果均较为显著。目前，国内外学者也正在研究换热器的其他结构对抑霜效果的影响，希望能进一步提高抑霜效果。

参考文献：

[1]SAMSUNG.EVAPORATOR OF REFRIGERATION APPARATUS[P].韩国专利：20040118108，2006-07-04.

[2]MITSUBIS.COLD AIR CIRCULATION TYPE SHOWCASE[P].日本专利：2010121590，2011-12-08.

[3]SANYO，SHOWCASE[P].日本专利：2008238905，2010-04-02.

[4]DAINIPPON，HEAT EXCHANGER WITH DEFROSTING DEVICE[P].日本专利：2014000060639，2015-10-22.

[5]西安交通大学，一种冰箱捕霜板及其除霜提示系统和控制方法[P].中国专利：201410647521，2015-02-25.endprint