CN103542665A

CN103542665A - 冰箱热油除霜系统

Info

Publication number: CN103542665A
Application number: CN201210239118.0A
Authority: CN
Inventors: 陈文冠; 黄勇超; 陈兴华
Original assignee: Guangzhou Nanyang College
Current assignee: Guangzhou Nanyang College
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2014-01-29

Abstract

一种冰箱热油除霜系统，在冰箱蒸发器和冷凝器表面分别配置蒸发器油箱和冷凝器(或冷凝器和压缩机)油箱，通过选用比热较大、导热系数较大、流动性较好的润滑油在蒸发器油箱和冷凝器(或冷凝器和压缩机)油箱中往返流动，分别实现利用润滑油除霜回冷和回热。相应地，蒸发器油箱又称除霜油箱，冷凝器(或冷凝器和压缩机)油箱又称回热油箱。润滑油在冰箱回热油箱的回热提供蒸发器表面除霜的热量，在冰箱除霜油箱的除霜回冷提供冷凝器冷却的冷量，不仅节省了冰箱除霜的电能，而且改善了冰箱制冷的效果，减少了冰箱制冷的电能，缩短了冰箱运行时间，增加了停机时间。本发明具有结构简单，制作成本低，回冷回热效果好的特点。

Description

冰箱热油除霜系统

技术领域：

本发明涉及一种除霜方法。

背景技术：

家用冰箱通过冰箱内部的蒸发器吸收热量冷藏冷冻食品，这个过程中冷媒汽化吸热，蒸发器中的冷媒温度通常在0℃以下。冰箱内空气中的水分来源于进入热空气中的水蒸气及新鲜蔬菜散发的水分，由于有水分的存在，任何一种冰箱的蒸发器表面都会结霜。

蒸发器表面结霜使换热效果变差，到一定程度就应该除霜。目前的除霜方式有：人工除霜、半自动除霜、自动除霜，无论哪种除霜方式都用电加热器加热除霜。蒸发器表面除霜延迟或除霜不净，影响制冷效果。

无论是电加热器加热除霜，还是冰箱制冷效果差，都耗能。

发明内容：

本发明的目的旨在提供一种冰箱的热油除霜方法，这种方法是：配置一个独立的热油除霜系统，采用比热较大、导热系数较大、流动性较好的润滑油吸收冰箱制冷时冷凝器(或冷凝器和压缩机)放出的废热用于蒸发器除霜并回冷；润滑油交替按除霜时回冷、制冷时回热的方式运行，提高了冰箱制冷运行效果。上述的除霜润滑油其他物性，如闪点、凝固点，也要求满足其回热和除霜的正常运行；上述的润滑油回热以后温度升高，简称热油。

此热油除霜方法涉及到一个热油除霜系统(如图1～4所示)，其运行如下：冰箱制冷时，蒸发器油箱(下称：除霜油箱)空箱，润滑油在冷凝器(或冷凝器和压缩机)油箱(下称：回热油箱)中回收冷凝器(或冷凝器和压缩机)放出的热量；冰箱除霜时，除霜油泵把回热的润滑油从回热油箱泵入除霜油箱中，用于蒸发器表面除霜，并回收其结霜消耗的冷量；蒸发器除霜结束后，回油油泵将已回冷的润滑油泵入回热油箱中为制冷时回热之用。回热油箱与除霜油箱高处用一根平衡管连接，消除了在启动油泵时，润滑油在油管中流动时造成的油箱负压。

这种热油除霜方法利用润滑油的回热除霜，节省了电能。热油除霜系统的润滑油回收冰箱制冷时冷凝器(或冷凝器和压缩机)排出的废热除霜，替代了电加热器的电能除霜。

这种热油除霜方法还利用润滑油除霜时回冷，改善了冰箱的制冷循环。热油除霜过程中，润滑油回收蒸发器结霜的冷量；冰箱制冷时润滑油用回收的冷量抵消了冷凝器(或冷凝器和压缩机)排出的部分废热，降低了压缩机的排气温度和冷凝压力，从而降低了冰箱压缩机的功耗。

传统的制冷过程中，压缩机不断地做功，将冰箱内空气及食品中的热量吸收到蒸发器内的冷媒中，再通过冷凝器把热量排出到冰箱周围的环境中，耗能且引起少许环境温升；本发明新增热油除霜系统，利用除霜润滑油进行回冷回热，冰箱的制冷过程伴随着除霜润滑油的回热过程。

根据能量守恒定律，有如下关系：

Q_h＝Q₀+W (1)

(1)式中，Q_h为冷凝器放热量；Q₀为蒸发器吸热量；W为压缩机的功。

由(1)式可得：Q_h＞Q₀ (2)

由(2)式可知，冷凝器放出的热量多于蒸发器吸收的热量。

除霜所需废热Q₁(即润滑油的回热量)：Q₁＜Q₀ (3)

由(2)、(3)式可知，热油回热量Q₁、蒸发器吸热量Q₀及冷凝器放热量Q_h三者关系有下式：

Q₁＜Q₀＜Q_h (4)

润滑油的回热量Q₁用于蒸发器表面除霜并恢复其表面温度，就等于润滑油的回冷量。

制冷过程中压缩机出口的温度在80℃以上，冷凝器出口温度在45℃左右。而蒸发器结霜后的表面温度在-10℃以下。热量总是从高温向低温传递。假设除霜回冷后的润滑油平均温度在5℃左右，它与冷凝器表面的传热温差在40℃以上，有足够的温差保证回热。假设回热后的润滑油平均温度在35℃左右，它与蒸发器霜层的温差也在40℃以上，也有足够的温差保证除霜。新增的热油除霜系统就是用合适的润滑油对上述的温差关系进行利用。

热油除霜要彻底干净，则润滑油在制冷过程中的回热量必须充分。因此，上述的热油除霜系统中的润滑油在型号选定以后必须确定它的最小用量G_min，保证吸收足够的热量供除霜使用。

G_min＝Q₁/(cΔT) (5)

G＝KG_min (6)

式(5)中，c为润滑油比热，ΔT为冰箱恶劣工况下及蒸发器表面除霜干净的前提下润滑油的平均温降。式(6)中，G为除霜润滑油用量，K为系数(K＞1)。

热油除霜系统的除霜油箱容积按润滑油用量确定。回热油箱的容积确定，要满足润滑油在除霜油箱中制冷时空箱和除霜时满箱的运行要求。生产过程中，热油除霜密闭系统应在一定的真空度下充注适量的润滑油，余下的空间充注氮气至常压，保证除霜润滑油的性质长期稳定。

本发明的热油除霜系统利用回热除霜，节省了除霜电能(油泵能耗小，运行时间短)；利用除霜回冷改善制冷循环，节省了压缩机运行电能。改善制冷循环从而提高制冷效果，缩短冰箱运行时间从而延长了停机时间。因此，热油除霜方法是冰箱的一种较好的节能方法。

附图说明：

为简单起见，本发明提到的“热油除霜系统”在“附图说明”的图纸中与“具体实施方式中”的图纸描述中简称“油系统”。特此说明。

图1：热油除霜与制冷系统图(除霜热源：压缩机与冷凝器)

图2：热油除霜与制冷系统图(除霜热源：冷凝器)

图3：油箱钣金与蛇形管截面图

图4：压缩机、冷凝器与回热油箱截面图

图5：冰箱热油除霜的可行性分析图

图6：冰箱热油除霜过程分析图

图7：油泵除霜的冰箱电路图

图8：冰箱热油除霜过程的运行时序图

具体实施方式：

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

第一实施例

参见图1、图3、图4。

图1：热油除霜与制冷系统图(除霜热源：压缩机与冷凝器)。图1表示以压缩机与冷凝器共同放出的热量为除霜热源的方案，图4表示压缩机、冷凝器与回热油箱的相对位置。图1中制冷系统以黑色图线表示(下同)，包括压缩机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管及若干管线，油系统以蓝色图线表示(下同)，包括除霜油泵、回油油泵、平衡管及若干管线。图中，蒸发器油箱又称除霜油箱，冷凝器和压缩机油箱又称回热油箱。

图4：压缩机、冷凝器与回热油箱截面图。在图1所示的热油除霜系统中，冷凝器呈螺旋状，压缩机与冷凝器一起浸在油箱中，油箱固定在冰箱壳体内，其截面图如图4所示。冰箱制冷时，冷凝器和压缩机油箱中已除霜回冷的润滑油冷却较高温度的冷凝器和压缩机，并回收热量。因此，冷凝器和压缩机油箱又称回热油箱。

图3：油箱钣金与蛇形管截面图。在图1所示的热油除霜系统中，图3中表示蒸发器油箱与蒸发器蛇形管的接合，可以用点焊或条焊焊接。冰箱除霜时，蒸发器油箱中已回热的润滑油提供蒸发器表面的除霜热量，并回收结霜的冷量。因此，蒸发器油箱又称除霜油箱。除霜油箱在结构上要兼顾疏水的要求。

油系统与制冷系统是结构独立的密闭系统，功能上它们通过热量交换相联系。

第二实施例

参见图2、图3。

图2：热油除霜与制冷系统图(除霜热源：冷凝器)。图2表示以冷凝器放出的热量为除霜热源的方案。图中制冷系统包括压缩机、冷凝器、干燥过滤器、毛细管及管线，油系统包括除霜油泵、回油油泵、平衡管及若干管线。

图3：油箱钣金与蛇形管截面图。在图2所示的热油除霜系统中，图3中表示蒸发器油箱、冷凝器油箱分别与蒸发器、冷凝器蛇形管表面的接合。冰箱除霜时，蒸发器油箱中已回热的除霜润滑油提供蒸发器表面的除霜热量，并回收冷量；冰箱制冷时，冷凝器油箱中已回冷的润滑油冷却较高温度的冷凝器，并回收热量。因此，蒸发器油箱又称除霜油箱，冷凝器油箱又称回热油箱。除霜油箱在结构上要兼顾疏水的要求。

同第一实施例，油系统与制冷系统是结构独立的密闭系统，功能上它们通过热量交换相联系。

图5：冰箱热油除霜的可行性分析图。在温-熵图中，在点abc1da围成的区域表示润滑油在除霜油箱中的放热量，其中ab线表示蒸发器表面平均温度升高及熵增的除霜过程，c1d线表示润滑油平均温度降低及熵减的放热过程。在点d2cfed围成的区域表示润滑油在回热油箱中的回热量，其中d2c线表示润滑油平均温度升高及熵增的回热过程，fe线表示冷凝器表面平均温度不变及熵减的冷凝放热过程。在理论循环中，点abc1da围成的面积应等于点d2cfed围成的面积，也即润滑油除霜时的放热量等于制冷时的回热量。在热油除霜循环中，该热量要满足蒸发器除霜干净的条件。

在温-熵图中，将点abc1da围成的区域和点d2cfed围成的区域分开来看，不考虑换热过程中的各种损失的前提下，在理论上点abc1da围成的面积(即：润滑油除霜放热量)小于点d2cfed围成的面积(即：润滑油制冷回热量)时，冰箱蒸发器的霜就能除净。假设除霜结束后润滑油平均温度仍较高，说明润滑油仍有进一步除霜的潜力。

图6：冰箱热油除霜过程分析图。如图6中所示，除霜过程中，a1b线表示蒸发器表面平均温度随时间升高的除霜过程，d3c线表示润滑油平均温度随时间降低的放热过程；制冷过程中，b2a线表示蒸发器表面平均温度随时间下降的结霜过程，c4d线表示润滑油平均温度随时间升高的回热过程，ef线表示冷凝器表面平均温度不变的冷凝放热过程。

从图6中可以看出蒸发器表面结霜和除霜、润滑油回热的周期性变化。制冷时，蒸发器表面结霜与润滑油回热的两个过程同步进行，霜层导热系数很小，故冰箱应及时除霜，改善蒸发器吸热效果，尽快让冰箱内各室达到设定的温度，从而延长停机时间。

图7：油泵除霜的冰箱电路图。图8：冰箱热油除霜过程的运行时序图。

图8中表示，除霜过程开始时，图7中除霜定时器或温控器通电，制冷过程结束，除霜开关闭合。冰箱进入“进油除霜”时序(见图8)：除霜电机运转，将已回热的润滑油从回热油箱泵入除霜油箱，润滑油中的热量通过热传导进入蒸发器表面除霜，润滑油回冷。冰箱除霜过程分析如图6中的a1b线和d3c线所示。

除霜结束后，冰箱进入“回油”时序(见图8)：回油电机运转，将已回冷的润滑油从除霜油箱泵入回热油箱。

冰箱运行进入制冷过程，图7中除霜定时器或温控器断电。冰箱进入“制冷”时序(见图8)：蒸发器表面逐渐结霜，冷凝器(或冷凝器和压缩机)中的热量通过热传导进入润滑油中，润滑油回热。冰箱制冷过程分析如图6中的b2a线、c4d线和ef线所示。

制冷时，热油除霜系统不运行，并且蒸发器空箱；热油除霜系统除霜和回油运行时，不进行制冷，并且冷凝器油箱空箱或有少量润滑油。这样可避免不必要的能量损失。

在蒸发器表面除霜后，回油油泵及时把除霜润滑油从除霜油箱泵入回热油箱，做到制冷时及时回热同时避免蒸发器不必要的冷损。回油油泵及时回油，保证热油除霜系统正常运行，是冰箱节能运行的关键。

Claims

1.一种冰箱的热油除霜方法，涉及到一个独立的热油除霜系统，其运行如下：冰箱制冷时，通过回油油泵把润滑油从除霜油箱泵入冷凝器油箱中，回收冷凝器放出的热量；冰箱除霜时，通过除霜油泵把润滑油从回热油箱泵入除霜油箱中，将冷凝器排出的废热用于蒸发器的除霜，并回收蒸发器的冷量。

2.根据权利要求1所述的热油除霜系统，其特征在于，其中的回热油箱除上述的冷凝器油箱外，还有一类冷凝器和压缩机油箱；这两类油箱内装润滑油在冰箱制冷时进行回热。

3.根据权利要求1所述的热油除霜系统，其特征在于，有除霜和回油两种流路，除霜和回油进口分别位于回热油箱和除霜油箱的顶部，除霜和回油出口分别位于除霜油箱和回热油箱的底部，利用重力向下流动。

4.根据权利要求1所述的热油除霜系统，其特征在于，除霜油箱与回热油箱的高处至少有1条平衡管，消除了润滑油在油管中流动时造成的油箱负压。

5.根据权利要求1所述的热油除霜系统，其特征在于，第一实施例描述的系统，除霜油箱与蒸发器、回热油箱与冷凝器及压缩机以热量交换的方式相联系，油箱内有热量载体物质。

6.根据权利要求1所述的热油除霜系统，其特征在于，第二实施例描述的系统，除霜油箱与蒸发器、回热油箱与冷凝器以热量交换的方式相联系，油箱内有热量载体物质。