淺談冷風(fēng)機(jī)超聲波除霜技術(shù)

　　　前言：冷風(fēng)機(jī)的除霜在制冷過程中有著重要的作用，除霜可以恢復(fù)冷風(fēng)機(jī)的冷熱交換能力，提高制冷效果。否則，將會導(dǎo)致制冷機(jī)的制冷能力下降甚至不制冷或損壞。除霜時(shí)，必須使制冷機(jī)停止制冷，輸入相當(dāng)大的熱量，即除霜的熱功率一般總是大于制冷機(jī)的熱功率，因而會導(dǎo)致庫溫的回升(一般回升3~5℃)，由于除霜導(dǎo)致庫溫的頻繁回升將使果菜脫水、老化，直接影響貯存質(zhì)量。

　　一、原理

　　目前，采用水、熱氨和電加熱的除霜方法，除了導(dǎo)致庫溫回升以外，同時(shí)增加了制冷機(jī)的負(fù)荷，反復(fù)的升溫、降溫又為加速結(jié)霜提供了條件。因此必須尋求新的途徑來解決冷風(fēng)機(jī)的除霜問題。超聲波作用于冷風(fēng)機(jī)的霜層和通過冷風(fēng)機(jī)的空氣時(shí)，能將霜層粉碎或干擾空氣中的水蒸氣結(jié)霜。

　　在冷風(fēng)機(jī)超聲波除霜研究中，冷庫果庫兩間，一間作為試驗(yàn)庫，另一間作為對照庫。各安裝固輪3.7型制冷機(jī)組一套，其動力容量為3.7kW。各庫配交換面積為40m2的冷風(fēng)機(jī)一臺，并安裝有電子庫溫和相對濕度測控及加濕設(shè)備。在試驗(yàn)庫的冷風(fēng)機(jī)中，用超聲波化霜。對照庫采用電加熱化霜，化霜功率為4.5kW。

　　超聲波發(fā)生器2臺，輸出功率30W。MxI型電子庫溫測控儀2臺;YC型濕度測控儀2臺;游標(biāo)卡尺1把。兩庫運(yùn)行條件為：控制溫度±0.5℃，相對濕度90%，庫容量20t。

　　按不同的超聲波除霜頻率范圍在相同的試驗(yàn)條件下進(jìn)行對比試驗(yàn)。由于冷風(fēng)機(jī)為“多孔性”的組合件，對聲波阻力大，試驗(yàn)方案共5種，具體如圖1所示。

　　所有的除霜效果以連續(xù)運(yùn)行48h的平均霜層厚度來評價(jià)。試驗(yàn)庫與對照庫的溫度與濕度穩(wěn)定性測定、電耗比較，以試驗(yàn)穩(wěn)定后的連續(xù)48h評價(jià)，其中溫度以波動值的大小評價(jià)，濕度以耗水量多少評價(jià)，電耗以超聲波加濕器與電熱化霜管耗電量評價(jià)。

　　二、結(jié)果與分析

　　2.1 結(jié)果

　　(1) 不同頻率范圍的單聲源和雙聲源除霜效果如圖2和圖3所示，其中b為霜層平均厚度;

　　(2) 縱橫聯(lián)合聲源的除霜效果比較見圖4;

　　(3) 試驗(yàn)庫因不用加熱化霜，其溫度波動值始終穩(wěn)定在±0.5℃，而對照庫在加熱化霜后出現(xiàn)7℃的溫度峰值，化霜后連續(xù)制冷20min后才恢復(fù)到±0.5℃。

　　結(jié)果

　　(1) 如圖2所示，頻率范圍不同，超聲波的除霜能力也不同。當(dāng)f=20kHz時(shí)，縱波的除霜效果最好;當(dāng)f=15kHz時(shí)，橫波的除霜效果最好。

　　(2) 如圖3所示，縱波雙聲源的除霜效果略差于橫波。波的傳遞方向與冷風(fēng)機(jī)翅片垂直，翅片間的空間成為波傳導(dǎo)的阻力，影響了縱波的除霜性能;而液管與波的傳遞方向平行，縱波沿著液管傳遞較迅速， 故液管上的霜比翅片上的除得徹底。由于橫波可以沿著冷風(fēng)機(jī)的翅片傳導(dǎo)，所以有利于除去翅片上的霜。對于冷風(fēng)機(jī)來說，冷量的交換主要依靠翅片，所以，橫波對翅片的除霜效果優(yōu)于縱波?？v波和橫波雖然存在著除霜效果的差別，在連續(xù)運(yùn)行48h以后，翅片之間均沒有出現(xiàn)“霜堵”的現(xiàn)象，翅片之間仍有2~3mm的間隙，不會影響冷熱交換的能力。

　　(3) 由圖2與圖3對比可知，雙聲源的除霜效果明顯優(yōu)于單聲源，尤其是橫波雙聲源的除霜效果最好。冷風(fēng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)48h以后，翅片上幾乎未見霜層，液管上略有結(jié)霜(發(fā)白)現(xiàn)象。說明多聲源彌補(bǔ)了冷風(fēng)機(jī)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對聲源傳導(dǎo)的損失。

　　(4)由圖4可知，對照冷風(fēng)機(jī)在0℃、相對濕度為90%冷庫環(huán)境中，每隔8~10h就會出現(xiàn)“霜堵”現(xiàn)象，必須停機(jī)化霜0.5h，48h中化霜5次，40m2冷風(fēng)機(jī)化霜電熱管功率為4.5kW，冷庫因化霜和降溫總耗電能為22.5kW·h。采用超聲波化霜時(shí)，無論是采用縱波還是橫波，單聲源還是雙聲源，進(jìn)入冷風(fēng)機(jī)的除霜功率僅為60W，盡管除霜效果有差別， 但在不影響熱交換能力的前提下，均能連續(xù)工作，且傳導(dǎo)范圍較大。

　　(5)由圖5可見，縱橫聯(lián)合法的除霜效果最好，其原因與雙聲源有相同之處，另外縱波與橫波“交織”消除了冷風(fēng)機(jī)中的“死角”，從現(xiàn)象上看，冷風(fēng)機(jī)上無結(jié)霜?dú)埩簟?/p>

　　(6)試驗(yàn)庫加濕器48h的耗水量為12L，對照庫加濕器48h的耗水量為65L，其耗水量明顯小于對照庫，所以試驗(yàn)庫的濕度比對照庫穩(wěn)定。

　　三、結(jié)論

　　(1)因冷風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀，故用橫波除霜優(yōu)于縱波，雙聲源優(yōu)于單聲源，縱橫聯(lián)合波優(yōu)于單一波。

　　(2)冷風(fēng)機(jī)上采用超聲波除霜是可行的。40m2冷風(fēng)機(jī)化霜的功率為4.5kW，而超聲波除霜只需30W。該方法節(jié)約能源， 庫溫穩(wěn)定。

　　(3)采用超聲波除霜時(shí)可防止冷庫內(nèi)空氣中的水汽結(jié)霜，維持庫內(nèi)的相對濕度，為果蔬的保鮮提供了有利的環(huán)境條件。