冰箱除霜技术综述

顾维维

摘   要：冰箱的除霜技术日益成为提高冰箱制冷效率的一项重要手段，常见的除霜方式包括电加热除霜、热气旁通除霜以及液体喷淋除霜，此外，还有逆向除霜、物理振动除霜和超声波除霜等方式，在冰箱领域，电加热除霜的研究较为深入，且应用较为广泛。

关键词：冰箱  除霜  电加热  旁通  喷淋

中图分类号：TB61                                  文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）06（b）-0098-03

冰箱作为一种家庭必备的家用电器，给人们的生活带来极大的方便，但在使用的同时人们不得不面对冰箱结霜和除霜的问题。当箱内霜层积累到一定程度时，就会加大蒸发器表面与空气间的传热热阻，增大气流通过蒸发器时的阻力，使得蒸发器的空气流量下降，换热效率降低，导致由空气和蒸发器之间换热量下降，从而影响制冷效果，增加耗电量。

1  冰箱除霜技术的分类

从化霜装置的不同上分为电加热除霜、热气除霜、液体喷淋除霜、逆向除霜等技术，从而实现冰箱的化霜[1]。具体分类如图1所示。

由图1进一步分析可知，涉及除霜方面的专利文献主要集中于电加热除霜、热气除霜、液体喷淋除霜、逆向除霜、超声波除霜、物理振动除霜等等。

2  常见的冰箱化霜技术

2.1 电加热化霜技术

电加热化霜是除霜发展的较早的手段之一，方式简单且化霜速度快，电加热除霜，是用电加热提供化霜所需的热量，适用于小型制冷装置，如冰箱。

2.1.1 导热式电加热化霜

导热式电加热除霜的化霜速度较快，最初的电加热除霜技术也仅仅设置将加热丝缠绕在蒸发器上，加热丝通电，将热量传递给结满霜的蒸发器，从而将冰霜融化，如图2。

此外，电加热化霜的电加热器件还可以是设置在蒸发器进、出口管处的电加热管，也可以是设置在每层翅片管式蒸发器中的多根加热管。而多个加热器可以设置在蒸发器的翅片之间，也可以包裹在各制冷容腔的外侧。

2.1.2 辐射式电加热化霜

上述导热式除霜方式中加热器加热使得蒸发器的温度升高，同时也会造成冰箱内的温度上升明显，对冰箱内食物的保鲜产生一定的影响。辐射式电加热除霜在一定程度上克服了上述技术问题，所谓辐射式电加热除霜一般在蒸发器的底侧放置加热器，加热器不直接贴靠蒸发器，而是保持一段距离，从而使热量以辐射的方式传递到蒸发器中，进而化霜。

2.1.3 其他电加热化霜

其他的新兴电加热除霜技术主要包括利用远红外线进行化霜以及电容除霜技术，其中电容式除霜技术可以利用电容瞬时产生的大电流直接使霜层气化，从而有效地避免了产生大量化霜水的问题。

2.2 热气除霜技术

热气化霜其实质上也是一种旁通除霜的技术，通常在压缩机的出口和蒸发器的入口之間设置一条旁路，在需要除霜的时机，压缩机出口的高温制冷剂直接流入蒸发器中，从而融化蒸发器上的霜层。除霜的热量主要来自压缩机的输入功率，未从循环水和房间内吸热，除霜时间相对较长。

2.2.1 基础型热气旁通除霜

热气旁通除霜技术是指利用制冷系统压缩机排气管至蒸发器入口前的旁通回路， 将压缩机的高温高压排气直接引到蒸发器的入口处， 再经过节流将压缩机排气引入蒸发器中， 通过压缩机排气热量将蒸发器外侧的霜层除掉。在需要除霜时，只需要打开电磁阀的开关，就可以切换至除霜模式，从压缩机排出的高温高压制冷剂流入蒸发器释放热量实现融霜，如图3。

2.2.2 显热除霜

显热除霜[2-3]是指利用制冷系统压缩机排气管至电子膨胀阀前的旁通回路，将压缩机的高温高压排气直接引到电子膨胀阀前，再经过电子膨胀阀的等焓节流将压缩机排气引入空气换热器中，通过压缩机排气热量将空气换热器翅片外侧的霜层除掉，同时保证制冷剂在空气换热器中只进行显热交换而不进行冷凝。在传热学中当涉及到气体介质冷却的相变传热时，通常分为两个阶段，第一个阶段是气体冷却至这一压力下的饱和气体的过程，这一过程释放的是显热，即不进行冷凝;而第二阶段是饱和气体冷却至饱和液体的过程，这一过程释放的是潜热，也就是俗称的冷凝过程。采用显热除霜在保证正常除霜效果的同时，可以较大程度缩短除霜时间， 避免四通阀换向除霜给制冷系统带来的冲击， 消除“奔油”现象， 除霜过程中系统供热水温度波动在5℃以内。

2.3 液体喷淋除霜技术

液体喷淋除霜技术相比于电加热除霜技术和热气化霜技术来说更适合大型冷库。液体喷淋除霜技术，顾名思义，利用喷淋的液体将霜层融化，而这些喷淋的液体通常都具有较高的温度，可以在短时间内与霜层发生剧烈的换热。为了实现喷淋效果的优化，喷淋装置可设置成漏斗状以及设置多个小孔，从而使喷出雾状水，增大喷淋水与蒸发器的接触面积，提高除霜效果。

液体喷淋除霜技术还可以与其他技术进行结合，实现能源的综合应用成为制冷领域的热点。由于喷淋除霜后的水具有一定的温度，与回热器结合，可提供热水，冰箱中的喷淋除霜技术与热水技术结合，从而优化了能源的利用效率，如图4。此外，液体喷淋除霜技术进一步与冰箱保鲜技术中的雾化保湿技术结合，在除霜的同时对冰箱内进行喷雾，提高了冰箱内部的保湿、保鲜效果。

2.4 其他化霜技术发展路线

2.4.1 超声波化霜技术

超声波化霜技术的原理是利用超声波作用于霜层和空气时，能将霜层粉碎或干扰空气中的水蒸气结霜，起到显著的抑制作用，如图5。

2.4.2 逆向除霜技术

逆向除霜技术出现比较晚，且技术不成熟，因此应用较少，如图6。逆向除霜技术是通过四通阀换向，制冷剂反向流动的方式达到除霜目的。

2.4.3 物理振动除霜技术

物理振动除霜技术应用极少，其原理主要通过振动的方式使得原来与蒸发器紧密贴合的霜层变松散甚至脱离，从而将霜层分离。由于该技术需要振动的幅度较大，对冰箱内部组件如压缩机、蒸发器等产生消极的影响，因而在冰箱领域应用较少。

3  结语

目前，各项除霜技术中电加热化霜的应用最为广泛，主要由于其设施相对简单、化霜效果好且可操作性强。虽然热气除霜以及超声波除霜等方式效果明显，但在实际生产推广的过程中仍然遇到桎梏，可见技术的发展和实际的应用并不同步。因此，企业和高校在技术研发的过程中需要在创新技术的同时，提高技术效果，控制技术成本，才能在冰箱除霜技术的实际生产应用中产生积极有益的效果。

参考文献

[1] 钟新宝.电冰箱的除霜方法及装置[J].邵阳学院学报：自然科学版，2004，1（3）：42-44.

[2] 梁彩华.显热除霜方式与逆向除霜方式的对比试验研究[J].制冷学报，2005，26（4）：20-24.

[3] 梁彩华.显热除霜方式的过程控制与研究[J].哈尔滨工业大学学报，2008，40（12）：2054-2058.