CN102297565B - 无霜冰箱自动除霜控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无霜冰箱自动除霜控制方法，智能判断除霜切入点，即通过测试冰箱蒸发温度、冷冻室温度、环境温度及实时运行状态，依据控制方法的设定算法，判断冰箱蒸发器换热能力的衰减程度，进而判断除霜的切入点，自动控制除霜过程，实现除霜切入准确、退出及时，提高冰箱的能效水平和保鲜品质，同时提高冰箱的智能化控制水平。

Description

无霜冰箱自动除霜控制方法

技术领域

本发明涉及一种无霜冰箱自动控制系统，具体涉及无霜冰箱自动除霜的控制规则及实现自动除霜的控制系统。

背景技术

无霜冰箱通过强制对流的换热方式，组织冷藏室和冷冻室的空气流过蒸发室与蒸发器进行热湿交换，并形成冰箱内的空气循环。随着冰箱运行时间的延续，蒸发器表面的霜层逐渐增厚，较厚的霜层不仅影响蒸发器的换热效率，而且产生较大的流阻，增加能耗并影响保鲜质量，因此，无霜冰箱的除霜控制技术对提高冰箱的能效和保鲜品质有重要的意义。

目前电子控温风冷冰箱采用的较为先进的化霜控制规则是“时间-温度法”，其控制规则是：计算化霜间隔期压缩机的累计运行时间，并根据用户开关门的次数或累计时间对累计运行时间进行修正，得到压缩机的当量累计运行时间，若当量累计运行时间超过设定值，并且冰箱间室的温度满足温度调节时，即刻进入化霜程序。根据上述现有的除霜控制规则，压缩机的累计运行时间既可以是固定值，也可以随其他控制参数的变化而进行增减，但这些控制规则都只能推测出一个经验上合适的除霜间隔时间，让冰箱“按时”除霜，而实际冰箱工作的状态会随环境和用户使用状况随时发生变化，所以这种控制规则无法实时检测冰箱蒸发器的实际换热性能，并根据蒸发器换热性能的变化进行除霜，容易出现冰箱实际制冷效果尚好时却进行除霜操作，制冷效果恶化时却长时间不进行除霜，一方面浪费电能，同时也会影响冰箱的保鲜功能。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术存在的不足，提供一种新型化霜控制方法统，能够适应无霜冰箱工作环境的变化。在冰箱工作过程中通过关联参数间接判断蒸发器换热性能的变化，做到按需化霜。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种无霜冰箱控制系统，包括压缩机、冷冻室、冷藏室、蒸发室、蒸发器、电动风门、冷冻室风道、冷藏室风道、冷藏室回风风道、冷藏室温度传感器、冷冻室温度传感器、蒸发器温度传感器、环境温度传感器、冷藏门开关、冷冻门开关、控制器、显示控制板、化霜加热器、化霜水管和接水盘，

所述蒸发器位于冷冻室后部的蒸发室内，通过冷冻室风道和冷藏室风道分别与冷冻室和冷藏室连通，风道中设有电动风门，冷藏室回风风道从冷藏室连通至蒸发器下方，化霜水管从蒸发器下部连通至压缩机室的接水盘。

所述蒸发器温度传感器安装在蒸发器的上方，并与翅片相接触，检测蒸发器的表面温度，用于除霜需求的判断，也用于除霜退出的控制。

所述蒸发室除设有蒸发器、蒸发器温度传感器外，还包括风扇电机、化霜加热器，风扇电机位于蒸发器上方正中央，蒸发器下方安装有化霜加热器。

所述气流组织形式为：流经蒸发器表面的冷空气通过风扇电机进入冷藏室或冷冻室，若电动风门关闭，冷空气只沿着冷冻室风道进入冷冻室，然后从下方的冷冻室回风口回到蒸发室，完成循环，若电动风门开启时，冷空气除一部分进入冷冻室外，还有一部分沿着冷藏室风道进入冷藏室，然后从下方的冷藏室回风口通过冷藏室回风风道返回到蒸发室，完成循环。

所述冰箱除霜控制方法主要步骤如下：在冰箱压缩机启动，风扇电机工作的时段内，每隔一段时间就采集冰箱的冷冻室温度传感器、蒸发器温度传感器、环境温度传感器的温度信号，根据式(1)计算出冷冻室温度传感器与蒸发器温度传感器的差值(ΔT_f-e)

ΔT_t-e＝T_f-T_e    式(1)

然后检测电动风门的开闭状态，

若电动风门开启，则根据式(2)计算出该状态下的冷冻室与蒸发室的临界温差(ΔT_C)：

ΔT_C＝A*(25-T_out)+B    式(2)

若电动风门关闭，则根据式(3)计算出该状态下的冷冻室与蒸发室的临界温差(ΔT_C*)：

ΔT_C*＝A*(25-T_out)+B+ΔT_x    式(3)

判断冷冻室温度传感器与蒸发器温度传感器的差值(ΔT_f-e)与其临界温差(ΔT_C*)是否满足式(4)

ΔT_f-e＞ΔT_C或ΔT_f-e＞ΔT_C*    式(4)

若满足式(4)的要求，则表示蒸发器(3)已需化霜，判断结果记为“1”，否则记为“0”。如果判断结果连续3次均为“1”，则冰箱制冷停止，化霜加热器启动，开始给蒸发器除霜，当蒸发器上部的传感器检测到温度超过化霜断开温度点就断开加热器，等待5～10min让蒸发器上的化霜水全部由化霜水管流出后则该次化霜结束，重新启动压缩机进行制冷。

上述方法中的系数A可以通过测量冰箱在不同环温下蒸发器换热温差的变化规律来决定。系数B为室温25℃时，冰箱运行至蒸发器化霜临界点的换热温差。系数ΔT_x为电动风门在开闭状态下不同临界温差ΔT_C的差值，三者均可根据冰箱的整机实验测量确定，可以取值不同。

所述冰箱除霜控制方法中的允许化霜判断程序执行的条件为采集到的蒸发器温度传感器的温度值(T_e)必须下降至某一温度以下，一般在-15℃～-25℃之间。

所述无霜冰箱除霜控制方法的化霜判断程序只有在冷藏门和冷冻门均关闭的情况下才执行，当两者中只要有一开启状态，化霜判断程序都不执行。

所述无霜冰箱除霜控制方法的除霜判断结果标志“1”和“0”存储在控制器中，并在化霜模块退出时清零。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1.本发明与控制板相连接的除冷藏室温度传感器、冷冻室温度传感器和蒸发器温度传感器外，还增加了环境温度传感器，安装在冰箱外侧，用于检测环境温度，确保冰箱在不同环温下化霜及时、高效。

2.本发明通过检测蒸发器温度(T_e)、冷冻室温度(T_f)、环境温度(T_out)及实时运行状态、压缩机累计运行时间，由判断准则(式1)、(式2)、(式3)和(式4)判断冰箱是否需要化霜，实现除霜切入准确、退出及时，有效地降低能耗，确保冰箱蒸发器高效换热，提高冰箱的食品保鲜品质。

3.本发明采用连续三次化霜判断的方法，确保冰箱不因环境温度的扰动和冰箱的工作状态突然变化而误判，做到化霜准确，制冷性能稳定。

附图说明

图1为本发明的控制系统结构组成示意图及气流组织形式；

图2为本发明的控制方法流程图；

图3为本发明的控制系统模块图。

图中标号：1压缩机、2化霜加热器、3蒸发器、4蒸发器温度传感器、5冷冻室温度传感器、6蒸发风扇、7蒸发器室、8冷冻室风道、9电动风门、10冷藏室回风风道、11冷藏室风道、12控制器、13冷藏室温度传感器、14冷藏室、15环境温度传感器、16冷藏门开关、17显示控制板、18冷冻门开关、19冷冻室、20冷冻室回风口、21化霜水管、22接水盘。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式：

实施例：图1、图3分别为本发明的控制系统结构组成示意图和模块图，包括控制器12、与控制器12连接的蒸发器温度传感器4、冷冻室温度传感器5、冷藏室温度传感器13和环境温度传感器15，控制器(12)集成了单片机处理单元和高低压硬件驱动电路，其中高压部分驱动化霜加热器2、压缩机1等部件，低压部分驱动传感器、门开关、蒸发风扇6、电动风门9等部件。单片机处理器集成了本发明所述化霜控制方法，根据冷冻室温度传感器5、蒸发器温度传感器4、环境温度传感器15的温度值和电动风门9的开闭状态判定冰箱是否需要化霜。蒸发器3位于冷冻室19后部的蒸发室7内，和冷冻室19用冷冻室风道8隔开，冷藏室风道11与冷冻室风道8相连，连通处安装有电动风门9，电动风门9靠一12V步进电机驱动，其开闭状态可检测，冷藏室回风风道10从冷藏室14连通至蒸发器3下方，蒸发风扇6安装在蒸发器3的上方正中央，带动流经蒸发室7的冷风进入冷藏室14或冷冻室19。本发明的控制系统还包括与控制器12连接的化霜加热器2，该化霜加热器2安装在蒸发器3下方，蒸发器温度传感器4安装在蒸发器3左上方，并且应尽量和蒸发器翅片接触，便于准确探测蒸发器表面温度，冷冻室温度传感器5安装在冷冻室19内，冷藏室温度传感器13安装在冷藏室14内，环境温度传感器15安装在冰箱外侧，检测环境温度的变化；冷藏门开关16和冷冻门开关18分别安装在冷藏门和冷冻门的夹缝处，用来检测冷藏门和冷冻门的开关状态；化霜加热器2的下方设有接水盘22，当冰箱化霜时，化霜加热器2工作，化霜水顺着蒸发器3流下，通过化霜水管21流到接水盘22中，接水盘22中的化霜水通过压缩机1工作时的余热蒸发。

图1还说明了本发明的无霜冰箱控制系统气流组织方式：冰箱制冷时，若电动风门9关闭，则来自蒸发室7的冷风只通过冷冻室风道8进入冷冻室19制冷，然后从冷冻室风道8下部的通道流经蒸发器3完成冷冻室风循环；若电动风门9打开，则冷藏室风道11和冷冻室风道8连通，风扇出风除一部分进入冷冻室19制冷外，一部分还通过冷藏室风道11进入冷藏室14制冷，然后从冷藏室回风风道10回到蒸发器3完成冷藏室风循环。

图2为本发明的除霜控制方法流程图，具体步骤如下：若压缩机1不启动，则化霜判断程序不执行，若有冷藏门或冷冻门打开也不执行，直至门全关闭后再延时进入；从压缩机1启动后，每隔Δt₀分钟就进入一次，采集蒸发器温度(T_e)、冷冻室温度(T_f)以及环境温度(T_out)，同时读取电动风门9的开闭状态。若此时T_e低于某一温度以下(一般在-15℃～-25℃之间)，则根据式(1)计算出采集到的T_f与T_e的差值(ΔT_f-e)。然后判断电动风门9的开闭状态，若电动风门9打开，则表示此时冷藏室14和冷冻室19同时制冷，此时由于冷藏回风和冷冻回风同时经过蒸发器3，则应按照式(2)计算冷冻室温度传感器5和蒸发器温度传感器4的最大允许温差(ΔT_C)，若电动风门9关闭，则应按照式(2)计算(ΔT_C*)。然后比较实测的ΔT_f-e和计算出的ΔT_C或ΔT_C*的大小，如果实测值比计算值大，则判断结果为真，程序返回值为“1”，实测值比计算值小，则程序返回值为“0”，将判断结果存入单片机的存储器中。连续三次判断结果，若都为真，则表明蒸发器3已需化霜，此时应立即化霜，若最近三次的判断结果不全为真，则等待冰箱制冷时间的延续继续进行判断，直到出现三次全为真进入化霜为止。上述中Δt₀取值一般在5～15分钟，保证在每个制冷运行段能够进行至少一次判断程序；系数A、B、ΔT_x可根据冰箱的整机实验测量确定，A的取值一般在10/100～30/100之间，B的取值在7～12℃之间，ΔT_x取值在1℃～3℃之间，不同型号的冰箱取值也不同。

对于本发明所提供的技术方案，还可以进行各种修改和变形：如图1中的冰箱类型，既可以是全风冷的冷藏冷冻箱，也可以是冷藏室直冷，冷冻室风冷的混冷冰箱和单门风冷冷冻箱，在后两种类型的冰箱上应用时，由于气流只在冷冻室和蒸发器室之间循环，没有电动风门，则基于式1、2、4即可设计出适合此类冰箱的除霜控制规则；如图1中所示的化霜加热器2可以采用石英管、钢管和铝盘管等多种形式；图2的化霜控制流程中，在需要启动化霜加热器2进行化霜之前，利用冷藏室气温比冷冻室气温高(一般为10℃以上)这一特点，可以先使用冷藏室回风进行预热，当温度回升到一定温度时，再启动化霜加热器2进行化霜，这样起到节能的作用。

Claims (2)

1.无霜冰箱自动除霜控制方法，其特征在于：

在压缩机和蒸发风扇运转的时段内，周期性采集冰箱的冷冻室温度传感器、蒸发器温度传感器、环境温度传感器的温度信号，根据（式1）计算冷冻室温度传感器与蒸发器温度传感器所测的冷冻室温度T_f 与蒸发温度T_e的差值（⊿T_f-e）

⊿T_f-e =T_f－T_e                                         （式1）

检测电动风门的开闭状态：

若电动风门开启，则根据（式2）计算该状态下的临界温差（⊿T_C）

⊿T_C=A*（25－T_out）+B                    （式2）

若电动风门关闭，则根据（式3）计算该状态下的临界温差（⊿T_C*）

⊿T_C*=A*（25－T_out）+B+ ⊿T_x                （式3）

判断冷冻室温度传感器与蒸发器温度传感器的测量差值（⊿T_f-e）与临界温差（⊿T_C或⊿T_C*）是否满足判断准则式4

⊿T_f-e >⊿T_C或⊿T_f-e >⊿T_C*（式4）

若满足判断准则（式4），则表示蒸发器已需化霜，判断结果记为“1”，否则记为“0”；如果判断结果连续3次均为“1”，则当期制冷周期结束时即进入除霜程序；

上述式2、式3中所述T_out为环境温度；上述式2、式3中系数A通过测量冰箱在不同环温下蒸发器换热温差的变化规律来决定，A的取值在10/100~30/100之间；系数B为室温25℃时，冰箱运行至蒸发器化霜临界点的换热温差，B的取值在7~12℃之间；系数⊿T_x为电动风门在开闭状态下不同临界温差⊿T_C的差值，⊿T_x取值在1℃~3℃之间。

2.根据权利要求1所述的无霜冰箱自动除霜控制方法，其特征在于：允许化霜判断程序执行的条件为采集到的蒸发器温度传感器（4）的温度值（Te）必须下降至某一设定温度值Te0以下，Te0的取值范围为-15℃~-25℃。

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