冷库除霜方法和除霜控制方法研究综述

冷库除霜方法和除霜控制方法研究综述

王旭锋

烟台市奥威制冷工程有限公司 烟台市 264000

摘要：冷库内部长期处于低温高湿的状态，由此导致的蒸发器结霜问题会很大程度上影响到蒸发器的表面换热系数与冷风机进风量等参数，从而影响到制冷剂与库内环境的换热，使库温波动变大，系统ＣＯＰ减小，进而造成能源浪费与冻品质量下降。在此情况下，采用合适的除霜方法除去冷库蒸发器表面霜层与采用合适的除霜控制方法判断除霜过程的起止点以实现冷库系统的按需除霜对于冷库系统的节能与库温稳定非常重要。基于此，对冷库除霜方法和除霜控制方法进行研究，以供参考。

关键词：除霜控制；霜层图像；除霜方法；智能除霜

引言

冷库是冷链中重要的基础设备。冷库中的空气温度低,湿度高,因此冷库蒸发器在如此低的温度和高湿度下容易冻结。冻结机翼之间的空间,减少了空气的热交换面积,减少了与蒸发器的热交换,在热交换器上覆盖冷冻层增加了空气与冷却介质之间的热阻,降低了冷库蒸发器的冷却能力。

1除霜方法

1.1 人工冷冻

这种方法包括当蒸发器需要除冰时,工人直接进入冰箱,并通过叶片和其他工具从内部手动除去连接到蒸发器表面的冰层。但是,这种方法一方面不允许自动控制,另一方面要求人们进入寒冷的空间,增加安全风险,并关闭和关闭门。它增加了能量的浪费,所以通常较小的和使用过的蒸发器可以应用到这种方法中,使用蒸发器用于较大的锅炉和其他类型的冷却系统,人工冷却是非常不合适的。

1.2 热熔

热喷雾是大型制冷室中使用的最常见和最有效的除冰方法,其原理是高温高压制冷剂蒸汽通过油分离器从压缩机中流出并流入蒸发器管道,与外部制冷层交换热量。研究表明,压缩机排气频率影响冷却中心的温度和冷冻距离,对于连续除冰系统,压缩机工作频率的降低可能会随储存温度的变化而变化,但随着冷冻距离时间的增加,排气压缩机的最佳频率,从而降低冷冻距离和储存温度。建立了去除热气时蒸发器进出口温差随压缩机频率变化的数学模型,通过对比试验验证了模型的准确性,结果表明,当蒸发器进出口温差增大时,当进出口温差达到最大冻结时间时,温差减小。开发了热空气冷却的数学模型来研究冷却特性,结果表明,在冷却循环中,系统以最高的能效运行,传热率为45%,最佳传热量取决于压缩机的工作频率。

1.3 反向冻结循环

这种方法很常见,当热泵系统需要外部机械去除结冰时,使用四通阀来调节冷却液的方向,外部机械成为高温元件,内部机械成为低温元件,这样就可以利用压缩机去除外部管道的热量。这种方法广泛应用于普通的家用热泵中,其优点是不需要其它操作,但缺点是需要使用室内热量来完成室外的冷却工作,但需要使用热泵主要是在室内空气温度较低的环境中,所以这种方法在人体环境中会引起房间温度的波动,如果切换到冷却噪音较大,很容易打扰人。另一方面,如果将这种方法应用于其他行业,如食品和蔬菜的储存,储存温度的波动将极大地影响水果和蔬菜的储存质量。

1.4液体制冷剂除霜法

液体制冷剂除霜法是当需要除霜时在节流阀前将中温制冷剂流向除霜蒸发器的方法，多个蒸发器并联，当某个蒸发器需要切换制冷模式和除霜模式时通过控制对应电磁阀的开关改变制冷剂流向，其他蒸发器则继续制冷，当流过除霜蒸发器的制冷剂流入制冷蒸发器时，会被过冷。通过研究人员针对液体制冷剂除霜制冷系统进行的相关研究，液体制冷剂除霜可以实现不影响其他蒸发器的制冷情况下对除霜蒸发器除霜，还可以提高系统过冷度，减小除霜时库温波动，提高制冷系统效率。

1.5 空气溶液

与传统的风机安装方式不同,风机安装在密闭的空腔中,打开和关闭升降门和旋转门,可以切换风机与室内空气或室外空气的通信。在冷却模式下,关闭熔化进气阀和熔化出气阀,打开升降门和旋转门,储存室内的空气通过冷却风扇完成冷却循环。在冰冻融化模式下,升降门和旋转门关闭,冰冻融化门打开,风扇保持运行,使外热空气通过冰箱蒸发螺丝将冰冻表层溶解。采用这种熔模法,要求冬季当地温度不低于2°C,保温门的密封性要求较高,并应定期在冰箱中使用热风回油。冬季在低温区使用这种熔化方法时,应与其他熔化方式结合,冬季可使用空气熔化系统向储存室引入自然外冷却,达到节能效果。

1.6 去除霜冻的其他方法

除上述各种方法外,还有其他几种除霜方法,如热水或盐水除霜,储能除霜,超声波除霜,高压场除霜等。清洗水或盐水冻结的方法是通过将水或盐水溶液喷洒到冻结的表面来实现的,当换热器需要去除冻结时,这种方法对水/盐水的要求较高,成本较高,并且存在多余的水或盐水留在换热器上的风险。其中,OEM抑制在空气热泵等系统中是用来提高逆循环OEM抑制和热空气OEM抑制的,也就是说,当热泵系统在传热模式下工作时,储能装置通过相变材料来储存部分热量,当热泵系统需要去除OEM时,通过相变来去除热量,这种方法是快速的。超声波冷冻溶液的定律是找到与冰晶具有相同频率的超声波,以达到冰晶的共振,而冰晶的振动可以达到冷冻溶液。这种方法可以在不影响储存温度的情况下快速去除堵塞,但经过相关科学家的研究发现,对于不同的蒸发器来说,最佳的超声波频率是不同的,超声波去除霜冻在某些地方会出现冻结现象。

1.7 燃烧机制

在压缩空气产生的高速射线的帮助下,将冻结层直接吹出,在冻结层上,通过气流动力学去除冻结层。气流的作用是由气流对冷冻层的积极影响,气流对冷冻表面摩擦的影响,以及低温高速流量对高温冷冻层冷凝和加热的影响来表示。空气喷射装有多个喷嘴,喷嘴从左(或右)端(或左)端缓慢移动,干燥空气喷嘴的流量为0.4～0.7MPa,对机翼表面去除压力,干燥空气去除霜冻,再加上霜冻,也能促进一些霜冻升华的效果。气动除霜速度快,而且除霜的同时冷却,对储存温度影响不大,储存分散的除霜溶液有助于保持储存中的湿度,除霜过程快捷易用,根据冻结厚度,可自动使用计时器除霜。气动结霜特别适用于需要频繁除霜的制冷系统,虽然需要添加专用空气源和空气处理设备,但利用率高,经济效益高。气动冻结在国内外已有技术应用实例,由于低能量表面具有明显的冻结抑制效果,气动冻结更容易,因此可以将低能量表面冻结和气动冻结结合起来进行研究和应用。

1.8 被动霜冻

被动除霜是指通过改变阀门的表面特性来抑制或减缓霜冻形成,从冻结层的机理的角度来研究,优先考虑微观和几何方面。据认为,许多因素影响霜冻和沉积物的形成过程,包括表面温度,空气温度,湿度,风速,系统压力等。在相同的条件下,各种表面防冻沉积物又厚又厚,有必要寻找功能表面,以减少冻结或促进除霜过程。被动除霜的研究可以分为三类,第一类主要研究冻结层的物理特性,如密度,导热性,形状等。第二类主要研究表面各种几何和化学冻结层的生长;第三种类型主要使用理论来研究霜冻,例如创建霜冻模型并研究其相应的表达式。

2国内外除霜控制方法研究现状

由于除霜的目的是去除影响蒸发器传热的表面冻层,因此了解冷却系统的结冰温度非常重要,如果结冰层厚度过早不影响蒸发的传热,而结块形成,如果结冰层未形成或过薄,会导致过早使用除霜热,在较长时间内会对系统工作造成很大的问题;如果冻结时间过晚,冻结层过厚,会明显影响蒸发器的传热,导致储存温度不能保持在合理的间隔内,严重影响冷却性能;同样,如果冻结过早结束,许多冻结层会显着影响下一个冷却过程的冷却效率,而冻结层会过晚结束,尽管这可能会导致冻结层基本上融化,而在冻结过程中,冷冻热量可能会进入冷却系统。文章指出,除霜发生在27%的除霜工序中,从长远来看,会导致大量的能量损失,同时会影响储存质量,因此,研究除霜控制方法对降低冷却系统能耗具有重要意义。

3除霜控制方法研究

3.1 定时冻结溶液

这是第一次应用除霜技术,首先需要根据制冷系统的运行条件、设计参数等来计算正确的除霜时间和除霜时间,当达到预定的除霜时间时,制冷系统开始除霜,在设定的间隔长度后终止系统。这种方法的优点是易于控制,但随着时间的推移,这种方法会造成能源浪费、适应性差、冻伤等问题。

3.2 为了确保及时有效的除霜,还需要适当的除霜控制。

如果冷却风扇提前进入除霜,不仅会导致频繁的除霜消耗更多的能量,还会导致储存温度的频繁波动;延迟进入除霜层可能会导致热交换恶化,从而导致储存温度升高;如果冷冻层过早去除,这也会导致热交换器剩余的粘结涂层;如果延迟退出冻结导致长时间的电力消耗,它会缩短电加热的寿命,甚至可能引发火灾。目前,冷藏室主要采用临时除霜。这种方法初始投资少,控制和操作简单,通常根据最恶劣的条件设置冻结距离。因此,合理的冷冻起始和冷冻时间的设置对于冷藏室的节能至关重要。

3.3 基于智能算法的受控霜冻距离

基于智能算法的可控除霜主要包括基于神经网络的冷却系统的防冻和除霜预测。通过神经网络的输入参数,建立算法的神经网络预测模型,以确定除霜的起点和终点,优化除霜的自动控制。它只需要使用相关的霜冻移除过程数据进行训练,以建立变量之间的相关性。使用人工神经网络,预测了低温表面的冻结厚度,为以后的研究提供了参考。建立了翅片式换热器的有限元模型,并利用改进的遗传算法和BP神经网络预测翅片式换热器的冻结和冷却量。此外,通过给出基于BP算法的霜冻距离参数,建立了单位失效、霜冻量预测和霜冻距离的模型,并将该模型应用于霜冻距离控制,证明了该模型预测的准确性。

结束语

随着生活水平的提高,对食品质量的要求越来越高。低温高湿环境有利于食品的保存,但在这种情况下,蒸发器的表面温度低于摄氏零度和露点,出现冰冻现象,为了保证制冷系统的稳定高效运行,必须及时有效地除霜。目前广泛应用的蒸发器制冷技术有:电加热器制冷、组合制冷、热气体制冷、超声波制冷、液体制冷等。但无论采用何种除霜方法,当整个冻层解冻时,未能及时完成除霜,冰箱中的除霜热损失,会增加除霜能耗,降低冷却效率,导致冰箱温度的变化,影响食品质量。

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