CN101738054A - 基于冷藏库旁通循环式除霜结构的除霜方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷藏库旁通循环式除霜结构，包括设置在冷热空气源室内的除霜电加热器、蒸发器和离心风机，还设置有除霜循环用的旁通风道，旁通风道与冷热空气源室之间为冷墙隔板，旁通风道由冷墙隔板和旁通风道保温板构成；冷墙隔板上设置有冷墙隔板送风口和冷墙隔板回风口；旁通风道保温板上设置有送风口电动风阀、回风口电动风阀；旁通风道中设置有旁通风道内电动风阀；离心风机通过风管与所述冷墙隔板送风口连通。同时，本发明还公开了基于上述冷藏库旁通循环式除霜结构的控制单元及其除霜控制方法。本发明由于将除霜过程限定在一个封闭的空间内，并通过导热与对流的联合作用加热霜层，具有除霜用时短，除霜效率高，除霜时库温稳定等优点。

Description

基于冷藏库旁通循环式除霜结构的除霜方法

技术领域

本发明涉及一种制冷及低温冷藏系统，尤其涉及一种基于冷藏库旁通循环式除霜结构的除霜方法

背景技术

冷藏库系统的除霜研究一直是低温贮藏技术领域的一个热门话题。大部分的农副产品需要贮藏在一种“低温高湿”的环境中，而这种环境使得制冷系统中的蒸发器在较易结霜的工况下运行，其后果是随着系统运行时间的增长，蒸发器表面的霜层不断累积并逐渐增厚，严重影响了蒸发器的换热效果，同时，霜层还增大了循环风经过蒸发器时的流动阻力，降低了空气循环量并导致风机工作状态点的改变，增加了风机的运行能耗。因此，对冷库的蒸发器表面进行及时有效的除霜，对冷藏库系统的高效与节能运行具有重要意义。

目前，公知的冷藏库除霜方法主要有四通阀换向除霜法、热气旁通除霜法和电加热式除霜法等。其中，前两种方法通过改变制冷工质在除霜时的流向或流程实现除霜，系统的硬件组成相对复杂，且对控制系统的要求较为苛刻。相比之下，电加热式除霜方法是将加热元件贯穿于蒸发器的翅片内，具有结构简单、易于实现等优点。但是电加热式除霜方法的不足是其除霜电耗较大，电加热器放热的除霜效率较低。据国外学者Niederer D.H.的研究，除霜电加热器的总放热量中仅有15％-25％的热量用于融霜，而其他的大部分热量均散失到周围的环境及设备中(Niederer D.H.Frosting and Defrosting Effects on CoilHeat Transfer.(结霜与除霜对盘管传热性能的影响)ASHRAE Transactions.《美国采暖、制冷与空调工程师学会学报》1976，82(1)：467~473)，而除霜加热器散失的这部分热量将造成库温的大幅上升。根据阿伦尼乌斯化学反应动力学原理，库温的升高将加速库内贮藏物品内部的各种生化反应速率，缩短物品的贮藏期，甚至导致贮藏物品的变质；库温上升的另外一个危害是导致贮藏物品表面结露，这为微生物的生存与繁殖创造了条件，将严重影响贮藏物品的品质及其货架期。此外，蒸发器除霜结束后，为了排除除霜电加热器散失到冷库内的除霜余热，势必需要增长冷库制冷系统的运行时间。

因此，探求一种除霜方法，实现在提高除霜电加热器放热量利用率、加快除霜速度，同时保证除霜时库温的相对稳定，这在低温冷藏领域具有非常重要的现实意义。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种基于冷藏库旁通循环式除霜结构的除霜方法。本发明除霜方法可以降低冷藏库系统的除霜及运行能耗，减小除霜时的库温波动，提高库内贮藏物品的品质。

为了解决上述技术问题，本发明冷藏库旁通循环式除霜结构予以实现的技术方案是：包括设置在冷热空气源室内的除霜电加热器、蒸发器和离心风机，还设置有除霜循环用的旁通风道，所述旁通风道与冷热空气源室之间为冷墙隔板，所述旁通风道由冷墙隔板和旁通风道保温板构成；所述冷墙隔板上设置有冷墙隔板送风口和冷墙隔板回风口；所述旁通风道保温板上设置有送风口电动风阀、回风口电动风阀；所述旁通风道中设置有旁通风道内电动风阀；所述离心风机通过风管与所述冷墙隔板送风口连通。

本发明基于上述冷藏库旁通循环式除霜结构的控制单元，包括：用于检测蒸发器进出风口压差值大小的微压差变送器；用于检测蒸发器翅片温度、冷热空气源室温度及旁通风道内温度的多个热电阻式温度传感器；用于检测库温与库湿的温湿度变送器；用于采集各传感器信号，并用于控制送风口电动风阀、出风口电动风阀、旁通风道内电动风阀的启闭及用于控制除霜电加热器、离心风机和压缩冷凝机组的开停的可编程控制器。

本发明基于上述冷藏库旁通循环式除霜结构，并采用上述控制单元的除霜方法，包括以下步骤：

步骤一：运行制冷系统；

步骤二：判断冷藏库系统是否满足下列除霜开启条件：制冷系统累计运行时间是否大于8小时，若.F.，继续运行制冷系统；若.T.，则：进一步判断蒸发器翅片温度是否小于0℃，若.F.，继续运行制冷系统；若.T.，则：再进一步判断蒸发器进出风口压差是否大于120Pa，若.F.，继续运行制冷系统；若.T.，则：

步骤三：关闭制冷系统，离心风机继续运行，关闭送风口电动风阀、关闭回风口电动风阀、开启旁通风道内电动风阀；延时20s后，开启除霜电加热器；

步骤四：在除霜运行过程中，判断蒸发器进出风口压差是否小于20Pa，若.F.，则继续除霜运行，若.T.，则：进一步判断蒸发器翅片升温速率是否大于该蒸发器翅片在无霜状态下开启除霜电加热器时的最大升温速率的80％，若.F.，则继续除霜运行，若.T.，则：关闭除霜加热器，延时10s后，重新开启制冷系统；

步骤五：排除旁通风道及冷热空气源室内的除霜余热，

步骤六：判断旁通风道及冷热空气源室的温度均值是否小于或等于库温，若.F.，则返回步骤五，否则，顺序执行步骤七；

步骤七：开启送风口电动风阀，开启回风口电动风阀，关闭旁通风道内电动风阀，返回步骤一。

与现有技术相比，本发明冷藏库旁通循环式除霜方法的有益效果是：

(1)由于基于本发明除霜结构的除霜方法，其除霜过程只在由旁通风道及冷热空气源室所构成的封闭空间内完成，有效的阻止了除霜电加热器放热量向库内的散失。因此，本发明的除霜方法在除霜操作时库体内部温度较稳定，有利于提高库内贮藏物品的品质。

(2)由于利用本发明除霜结构进行除霜时，离心风机是保持开启的，并带动冷热空气源室及旁通风道内的空气循环。霜层在除霜电加热器的由内到外的导热传热及高温循环风的由外到内的强制对流换热的联合作用下被快速融化，因此本发明的除霜方法除霜用时较短，除霜迅速。

(3)由于利用本发明除霜结构进行除霜时，除霜空间内的空气是循环流动的，霜层在热量作用下被快速融化的同时，循环风的强力吹拂还有利于将粘结力不断减小的霜层快速吹落，因此，本发明除霜方法有机的结合了热量的“融霜作用”及循环风的“吹霜作用”。

(4)由于利用本发明除霜结构进行除霜时，除霜空间内的循环风不断的回收除霜电加热器向周围环境散失的热量，并将回收的热量以强制对流的方式不断的从霜层外侧加热霜层，因此，本发明的除霜方法提高了除霜电加热器放热量的循环利用率，提高了除霜效率，降低了除霜能耗。

(5)由于利用基于本发明除霜结构的除霜方法，在除霜结束后，关闭除霜电加热器并开启制冷系统，排除除霜空间内的除霜余热，待除霜空间内的温度降低至库温时，再开启库内循环风路，因此，除霜结束后，除霜余热同样不会对库温产生影响。

(6)由于利用本发明基于本发明除霜结构的除霜方法，在排除除霜空间内除霜余热的过程中，离心风机是保持开启的，除霜空间内的循环风与蒸发器进行对流换热，因此，除霜空间的复温过程用时较短，降低了制冷系统的运行能耗。

(7)由于利用基于本发明除霜结构的除霜方法，是通过对制冷系统的累积运行时间、蒸发器翅片温度及蒸发器进出风口处的压差的大小综合判断除霜开启时刻，通过对蒸发器进出风口处压差、蒸发器翅片温度变化速率综合判断除霜结束时刻，因此，本发明除霜方法能够准确且合理的判断出系统除霜的开启及结束时刻，避免不必要的除霜和除霜时间过长所造成的能源浪费。

(8)经过实验证明，在结霜量相同的前提下，分别应用传统的电加热除霜方法(该传统电加热除霜方法是指除霜时离心风机不运转，只开除霜电加热器，送回风口的电动风阀处于开启状态)及本发明除霜方法进行除霜，其对比结果发现：本发明除霜结构进行除霜，其除霜时间仅为传统除霜方法的46％，除霜能耗为传统除霜方法的53.3％，除霜期间的库温增幅低于0.5℃，且仅为传统电加热式除霜方法增幅的13.2％。

附图说明

图1为本发明旁通循环式除霜结构的三维效果图；

图2为本发明旁通循环式除霜结构的剖视图；

图3为制冷运行时电动风阀状态及循环空气流向图；

图4为除霜运行时电动风阀状态及循环空气流向图；

图5为本发明除霜控制单元框图；

图6为本发明除霜方法的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

本发明主要零部件及细节说明：1.送风口电动风阀，2.旁通风道保温板，3.旁通风道，4.旁通风道内电动风阀，5.冷墙隔板，6.回风口电动风阀，7.除霜水接盘，8.冷墙隔板回风口，9.冷热空气源室，10.除霜电加热器，11.蒸发器，12.离心风机，13.风管，14.冷墙隔板送风口。

如图1所示，本发明冷藏库旁通循环式除霜结构设置在冷库的冷墙隔板5处，如图2所示，本发明除霜结构包括设置在冷热空气源室9内的除霜电加热器10、除霜循环用的旁通风道3、蒸发器11和离心风机12，所述蒸发器11采用翅片间距为6mm，且除霜电加热器内置于翅片内的翅片管式蒸发器，所述冷热空气源室9由冷墙隔板5及冷藏库库体组合而成；所述冷热空气源室9的底部设置有除霜水接盘7。所述旁通风道3由冷墙隔板5和旁通风道保温板2组合而成，所述旁通风道3与冷热空气源室9之间为冷墙隔板5，所述冷墙隔板5上设置有冷墙隔板送风口14和冷墙隔板回风口8；所述旁通风道保温板2上设置有送风口电动风阀1、回风口电动风阀6；所述冷墙隔板5及旁通风道保温板2采用冷库用保温板，如：可以采用聚氨酯双层彩钢板式复合结构，其厚度为5-10cm。所述旁通风道3中设置有旁通风道内电动风阀4，所述送风口电动风阀1、回风口电动风阀6及旁通风道内电动风阀4均采用高密封性电动风阀，其电动执行器均由220V交流电驱动；所述送风口电动风阀1及所述回风口电动风阀6分别采用镶嵌式安装在所述旁通风道保温板2上，所述旁通风道内电动风阀4设置在旁通风道内的中间位置，其外形尺寸与旁通风道内的横断面尺寸一致。所述离心风机12通过一风管13与所述冷墙隔板送风口14连通。

结合图2及图5详细说明基于本发明除霜结构的控制单元是在上述除霜结构中设置有：用于检测蒸发器进出风口压差值大小的微压差变送器，用于检测蒸发器翅片温度、冷热空气源室温度及旁通风道内温度的多个热电阻式温度传感器，用于检测库温与库湿的温湿度变送器；采用数据线将上述微压差变送器、热电阻式温度传感器、库内温湿度变送器分别与一可编程控制器的模拟量输入模块连接，所述可编程控制器同时用于控制送风口电动风阀、出风口电动风阀、旁通风道内电动风阀的启闭及用于控制除霜电加热器、离心风机和压缩冷凝机组的开停。

所述微压差变送器的皮托管分别安放在蒸发器的进出风口两侧，并保证皮托管的轴向与进出风方向垂直，所述微压差变送器可采用美国Dwyer公司生产的MS系列微差压变送器。

所述热电阻式温度传感器可采用天津市中环温度仪表有限公司生产的Pt100热电阻温度传感器。上述多个热电阻式温度传感器的分布情况是：所述用于测量蒸发器翅片温度的热电阻式温度传感器贴敷在蒸发器的翅片上。所述用于测量冷热空气源室的热电阻式温度传感器悬空安放在冷热空气源室中间位置处，所述用于测量旁通风道内温度的热电阻式温度传感器悬空安放在旁通风道的中间位置处。

所述温湿度变送器悬空安放在库内中间偏上的位置处，所述温湿度变送器可采用北京赛亿凌科技有限公司生产的STH-TD型温湿度变送器。

所述可编程控制器可采用德国西门子公司生产的PLC-200(CPU 224)系列可编程控制器。

如图6所示，本发明冷藏库旁通循环式除霜方法包括以下步骤：

运行制冷系统，即：冷藏库制冷运行时，开启旁通风道上的送风口电动风阀及回风口电动风阀，关闭旁通风道内电动风阀，循环风被离心风机送入库内，与库内贮藏物品进行热湿交换后返回至回风口，经过蒸发器冷却后再次被送入库内，此时循环风在冷热空气源室及库内形成循环回路，如图3所示。

在上述制冷过程中，控制单元不断判断冷藏库系统是否满足下列除霜开启条件，即：制冷系统累计运行时间是否大于8小时，若.F.，继续运行制冷系统；若.T.，则：进一步判断蒸发器翅片温度是否小于0℃，若.F.，继续运行制冷系统；若.T.，则：再进一步判断蒸发器进出风口压差是否大于120Pa，若.F.，继续运行制冷系统；若.T.，则：关闭制冷系统，离心风机继续运行，关闭送风口电动风阀、关闭回风口电动风阀、开启旁通风道内电动风阀；延时20s后，开启除霜电加热器，系统进入除霜运行阶段，此时，循环风在冷热空气源室及旁通风道内循环，如图4所示。

除霜运行过程中，除霜电加热器的一部分热量通过蒸发器的翅片以导热形式由内至外加热霜层，而另外的大部分热量则散失到周围的空气中，并不断的加热冷热空气源室及旁通风道内的空气，高温循环风在离心风机的作用下不断的穿过蒸发器，并以强制对流的传热方式由外至内的加热霜层，另外，循环风的强力吹拂加速了待融霜层及融霜水的脱落。当蒸发器进出风口压差小于20Pa，蒸发器翅片的升温速率大于0.03℃/s时(此值为无霜状态下开启除霜电加热器时，蒸发器翅片最大升温速率的80％)，除霜结束条件成立。关闭除霜加热器，延时10s后，重新开启制冷系统，排除冷热空气源室及旁通风道内的除霜余热，待冷热空气源室及旁通风道内的平均温度降低至库温时，关闭旁通风道内风阀并开启旁通风道送风阀及旁通风道回风阀，整个除霜操作结束，系统进入至正常的制冷运行状态。

冷藏库运行中，相关设备运行状态如表1所示。

表1.本发明除霜方法中各设备运行状态

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种冷藏库旁通循环式除霜结构，包括设置在冷热空气源室(9)内的除霜电加热器(10)、蒸发器(11)和离心风机(12)，其特征在于：

还设置有除霜循环用的旁通风道(3)，所述旁通风道(3)与冷热空气源室(9)之间为冷墙隔板(5)；

所述冷墙隔板(5)上设置有冷墙隔板送风口(14)和冷墙隔板回风口(8)；所述旁通风道保温板(2)上设置有送风口电动风阀(1)、回风口电动风阀(6)；所述旁通风道(3)中设置有旁通风道内电动风阀(4)；

所述离心风机(12)通过一风管(13)与所述冷墙隔板送风口(14)连通。

2.根据权利要求1所述的冷藏库旁通循环式除霜结构，其特征在于：所述冷热空气源室由冷墙隔板(5)及冷藏库库体组合而成；所述旁通风道(3)由冷墙隔板(5)和旁通风道保温板(2)组合而成。

3.根据权利要求1所述的冷藏库旁通循环式除霜结构，其特征在于：所述冷墙隔板(5)及旁通风道保温板(2)采用冷库用保温板，其厚度为5-10cm。

4.根据权利要求1所述的冷藏库旁通循环式除霜结构，其特征在于：所述送风口电动风阀(1)、回风口电动风阀(6)及旁通风道内电动风阀(4)均采用高密封性电动风阀；所述旁通风道内电动风阀(4)设置在旁通风道内的中间位置，其外形轮廓尺寸与旁通风道内的横断面尺寸一致。

5.根据权利要求1所述的冷藏库旁通循环式除霜结构，其特征在于：所述冷热空气源室(9)的底部设置有除霜水接盘(7)。

6.一种基于如权利要求1所述冷藏库旁通循环式除霜结构的控制单元，其特征在于，包括：

用于检测蒸发器进出风口压差值大小的微压差变送器；

用于检测蒸发器翅片温度、冷热空气源室温度及旁通风道内温度的多个热电阻式温度传感器；

用于检测库温与库湿的温湿度变送器；

用于采集各传感器信号，并用于控制送风口电动风阀、出风口电动风阀、旁通风道内电动风阀的启闭及控制除霜电加热器、离心风机和压缩冷凝机组的开停的可编程控制器。

7.一种冷藏库旁通循环式除霜控制方法，其特征在于：该除霜控制方法利用如权利要求1所述的冷藏库旁通循环式除霜结构，并采用如权利要求6所述控制单元，该控制方法包括以下步骤：

步骤一：运行制冷系统，

步骤二：判断冷藏库系统是否满足下列除霜开启条件：

(2-1)制冷系统累计运行时间是否大于8小时，若.F.，继续运行制冷系统；若.T.，则：

(2-2)进一步判断蒸发器翅片温度是否小于0℃，若.F.，继续运行制冷系统；若.T.，则：

(2-3)再进一步判断蒸发器进出风口压差是否大于120Pa，若.F.，继续运行制冷系统；若.T.，则：

步骤三：关闭制冷系统，离心风机继续运行，关闭送风口电动风阀、关闭回风口电动风阀、开启旁通风道内电动风阀；延时20s后，开启除霜电加热器；

步骤四：在除霜运行过程中：

(3-1)判断蒸发器进出风口压差是否小于20Pa，若.F.，则继续除霜运行，若.T.，则：

(3-2)进一步判断蒸发器翅片升温速率是否大于该蒸发器翅片在无霜状态下开启除霜电加热器时的最大升温速率的80％，若.F.，则继续除霜运行，若.T.，则：

(3-3)关闭除霜加热器，延时10s后，重新开启制冷系统；

步骤五：排除旁通风道及冷热空气源室内的除霜余热，

步骤六：判断旁通风道及冷热空气源室的温度均值是否小于或等于库温，若.F.，则返回步骤五，否则，顺序执行步骤七；

步骤七：开启送风口电动风阀，开启回风口电动风阀，并关闭旁通风道内电动风阀，返回步骤一。

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