一种风冷冰箱变加热功率除霜装置与控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种风冷冰箱变加热功率除霜装置与控制方法，该装置由蒸发器、两个温度采集器、控制器、电子调压模块、环境温湿度采集器及电加热器组成；该装置采用常规电加热器，布置于蒸发器底端，两个温度采集器分别以紧贴于靠近电加热器的蒸发器管表面与远离电加热器的蒸发器管表面布置，环境温湿度采集器布置于环境中，控制器在线采集蒸发器管表面温度信号和环境温湿度信号后，将调压信号传递给电子调压模块，电子调压模块调节电加热器的功率，实现电加热器的变功率加热除霜，可匹配不同结霜量与霜层融化过程中不同阶段对不同除霜热量的需求，避免电加热器功率过高引起热量浪费，或电加热功率过低引起除霜不完全的情况发生。

【技术实现步骤摘要】
一种风冷冰箱变加热功率除霜装置与控制方法
本专利技术属于制冷
，具体涉及一种风冷冰箱变加热功率除霜装置与控制方法。技术背景风冷冰箱由于定时自动除霜而广泛使用，为实现食品冷冻冷藏功能，家用冰箱需要全天24小时运行，因此，其耗电量是始终关心的问题，节能降耗是长期追求的目标。风冷冰箱蒸发器结霜会增大蒸发器传热热阻，导致制冷系统总体效率降低和耗电量升高。因此，除霜显得尤为重要。冰箱常用的除霜方法有电加热除霜、热气除霜、液体喷淋除霜等。其中，电加热除霜最为普遍和常见。据文献资料显示，电加热除霜方式的效率仅在15～30％，提升除霜效率是重要的研究方向之一。目前，电加热除霜多采用全寿命全周期恒定功率电加热器，无论结霜量为多少，每个除霜周期的电加热器功率始终维持在一个恒定值，为保证每次除霜，霜层都能全部融化，电加热器功率通常按最大结霜量取值，这种情况下，当结霜量较小时，电加热器功率过大。此外，在整个除霜过程中，霜层经历了三个阶段：霜层由蒸发器管表面初始温度升温至0℃、由0℃霜变为0℃水、化霜水由0℃升温至蒸发器管表面终了温度，第一和第三阶段是无相变的显热换热，而第二阶段为有相变的潜热换热，潜热换热量比显热换热量大得多。若电加热功率始终恒定为最大值，则对于两个显热换热阶段来说，电加热功率较大。电加热器功率越大，加热器表面温度越高，与霜层和箱内蒸发器等其他辅助器件的温差越大，传热量越高。因此，需要一种能匹配结霜量和霜层融化所需热量的电加热器功率，避免“大马拉小车”的现象产生，提高电加热器除霜效率。专利技术内容针对上述电加热器除霜效率低的问题和缺陷，本专利技术的目的在于提出一种风冷冰箱变加热功率除霜装置与控制方法，能够根据结霜量和霜层融化过程所需热量，提供相匹配的电加热器功率。一种风冷冰箱变加热功率除霜装置，该装置包括蒸发器101、电加热器102、电子调压模块103、控制器104、两个温度采集器和环境温湿度采集器107；所述变加热功率除霜装置的部件及连接关系为：布置于蒸发器101管表面上的两个温度采集器与控制器104相连；环境温湿度采集器107与控制器104相连；控制器104与电子调压模块103相连；电子调压模块103与电加热器102相连。分别为紧贴于靠近电加热器的蒸发器管表面第一温度采集器105与远离电加热器的蒸发器管表面的第二温度采集器106，第一温度采集器105和第二温度采集器106的坐标分别为：其中，x1是蒸发器101沿x轴方向的长度；y1是蒸发器101沿y轴方向的宽度；z1是蒸发器101沿z轴方向的高度。所述的一种风冷冰箱变加热功率除霜装置的控制方法，冰箱的结霜量受到箱体容积大小、结构型式、外界环境条件及内部制冷工况的影响，结霜量的具体值需要通过实验测定来获得；对于某一款确定的风冷冰箱，其容积大小、结构型式、制冷工况也是确定的，即其结霜量与环境空气的含湿量与冰箱开关门次数有关，采用下表的设定工况来测试冰箱持续运行24小时的结霜量m；将实验所测结霜量作为容积大小、结构型式、制冷工况相近的各类冰箱在不同工况下的结霜量预设值，控制器104采集环境温湿度并计算环境空气含湿量，并在控制器104中设置冰箱的每日开关门次数，从而获得不同工况下的结霜量m，如上表所示；霜层融化所需热量为Q＝c霜m(0-Tstart)+m·r霜变水+c水m(Tend-0)，除霜效率为η0，除霜时间为τ0，预设电加热器102的最大功率Pmax，式中，Q为霜层融化所需热量，kJ；c霜为霜层比热，kJ/kg·℃；m为通过实验测试得到的结霜量，kg；Tstart为蒸发器管表面初始温度，由第一温度采集器105、第二温度采集器106和控制器104采集获得，℃；r霜变水为霜层化为水的潜热量，kJ/kg；c水为水的比热，kJ/kg·℃；Tend为蒸发器管表面终了温度，为设定值取10℃；除霜效率η0取值范围为15～30％；除霜时间τ0取值范围为8～15min。所述的控制方法，控制器104实时采集第一温度采集器105和第二温度采集器106采集的两个蒸发器管的表面温度，处理计算后，将调压信号传递给电子调压模块103，电子调压模块103调节电加热器102的电压和功率从而实现电加热器变功率除霜，变加热功率除霜步骤为：1)第一温度采集器105和第二温度采集器106采集两个蒸发器管表面温度初始值Tstart，Tstart为不定值，并设定除霜终了温度Tend，Tend＝10℃，将蒸发器管表面初始温度与终了温度的温度区间[Tstart，Tend]均分为10段；2)每段的温升为即第1段的温度区间为(T0，T1]，T0＝Tstart，T1＝Tstart+ΔT；第2段的温度区间为(T1，T2]，T1＝Tstart+ΔT，T2＝Tstart+2ΔT；第3段的温度区间为(T2，T3]，T2＝Tstart+2ΔT，T3＝Tstart+3ΔT，···，第i段的温度区间为(Ti-1，Ti]，Ti-1＝Tstart+(i-1)·ΔT，Ti＝Tstart+i·ΔT，···，第10段的温度区间为(T9，T10]，T9＝Tstart+9ΔT，T10＝Tend；3)将10段中包含0℃的温度区间命名为第i段，即第i段温度区间存在霜变成水的相变过程，由于蒸发器管表面初始温度Tstart不确定，因此i的数值不确定，i的数值会根据Tstart的变化而变化；4)控制器104采集环境空气温湿度并计算环境空气含湿量，获得结霜量，并计算在该结霜量下电加热器102的最大功率Pmax；5)通过第一温度采集器105和第二温度采集器106分别实时采集靠近电加热器的蒸发器管表面温度T105和远离电加热器的蒸发器管表面温度T106，并计算这两个温度的平均值和这两个温度的最小值Tmin＝min{T105，T106}，控制器(104)具有时钟功能，记录各温度区间除霜时间和总除霜时间；6)比较步骤5)中平均温度Tave与第i-1段温度区间上限值Ti-1大小，若Tave≤Ti-1，按步骤7)执行，若Tave＞Ti-1，则按步骤8)执行；7)控制器104调节第1～i-1段温度区间内的电加热器102功率为并比较步骤5)中平均温度Tave与除霜终了温度Tend，若Tave≤Tend，则返回步骤5)，否则结束；8)比较步骤5)中温度最小值Tmin与第i段温度区间上限值Ti大小，若Tmin≤Ti，按步骤9)执行，若Tmin＞Ti，则按步骤10)执行；9)控制器104调节第i段温度区间内的电加热器102功率为Pi＝Pmax，并比较步骤5)中平均温度Tave与除霜终了温度Tend，若Tave≤Tend，则返回步骤5)，否则结束；10)控制器104调节第i+1～10段温度区间内的电加热器102功率为并比较步骤5)中平均温度Tave与除霜终了温度Tend，若Tave≤Tend，则返回步骤5)，否则结束。与传统恒定电加热器功率控温除霜的冰箱除霜控制策略相比，本专利技术的优势在于：1、变加热功率电加热器(102)的最大功率Pmax与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风冷冰箱变加热功率除霜装置，其特征在于：该装置包括蒸发器(101)、电加热器(102)、电子调压模块(103)、控制器(104)、两个温度采集器和环境温湿度采集器(107)；/n所述变加热功率除霜装置的部件及连接关系为：布置于蒸发器(101)管表面上的两个温度采集器与控制器(104)相连；环境温湿度采集器(107)与控制器(104)相连；控制器(104)与电子调压模块(103)相连；电子调压模块(103)与电加热器(102)相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种风冷冰箱变加热功率除霜装置，其特征在于：该装置包括蒸发器(101)、电加热器(102)、电子调压模块(103)、控制器(104)、两个温度采集器和环境温湿度采集器(107)；
所述变加热功率除霜装置的部件及连接关系为：布置于蒸发器(101)管表面上的两个温度采集器与控制器(104)相连；环境温湿度采集器(107)与控制器(104)相连；控制器(104)与电子调压模块(103)相连；电子调压模块(103)与电加热器(102)相连。


2.根据权利要求1所述的一种风冷冰箱变加热功率除霜装置，其特征在于：所述两个温度采集器分别为紧贴于靠近电加热器的蒸发器管表面第一温度采集器(105)与远离电加热器的蒸发器管表面的第二温度采集器(106)，第一温度采集器(105)和第二温度采集器(106)的坐标分别为：其中，x1是蒸发器(101)沿x轴方向的长度；y1是蒸发器(101)沿y轴方向的宽度；z1是蒸发器(101)沿z轴方向的高度。


3.权利要求1或2所述的一种风冷冰箱变加热功率除霜装置的控制方法，其特征在于：
冰箱的结霜量受到箱体容积大小、结构型式、外界环境条件及内部制冷工况的影响，结霜量的具体值需要通过实验测定来获得；对于某一款确定的风冷冰箱，其容积大小、结构型式、制冷工况也是确定的，即其结霜量与环境空气的含湿量与冰箱开关门次数有关，采用下表的设定工况来测试冰箱持续运行24小时的结霜量m；



将实验所测结霜量作为容积大小、结构型式、制冷工况相近的各类冰箱在不同工况下的结霜量预设值，控制器(104)采集环境温湿度并计算环境空气含湿量，并在控制器(104)中设置冰箱的每日开关门次数，从而获得不同工况下的结霜量m，如上表所示；霜层融化所需热量为Q＝c霜m(0-Tstart)+m·r霜变水+c水m(Tend-0)，除霜效率为η0，除霜时间为τ0，预设电加热器(102)的最大功率Pmax，式中，Q为霜层融化所需热量，kJ；c霜为霜层比热，kJ/kg·℃；m为通过实验测试得到的结霜量，kg；Tstart为蒸发器管表面初始温度，由第一温度采集器(105)、第二温度采集器(106)和控制器(104)采集获得，℃；r霜变水为霜层化为水的潜热量，kJ/kg；c水为水的比热，kJ/kg·℃；Tend为蒸发器管表面终了温度，为设定值取10℃；除霜效率η0取值范围为15～30％；除霜时间τ0取值范围为8～15min。


4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：控制器(104)实时采集第一温度采集器(105)和第二温度采集器(106)采集的两个蒸发器管的表面温度，处理计算后，将调压信号传递给电子调压模块(103)，电子调压模块(103)...

【专利技术属性】
技术研发人员：应雨铮，刘国强，晏刚，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61