冷风机结霜原因分析及电热融霜方案优化探究

摘要：本文主要介绍了冷风机常见的几种结霜类型及形成原因，同时详细分析了冷风机常用的两种融霜方式（电热融霜、热氟融霜）的优缺点，并针对目前冷风机电热融霜方式存在的问题进行了探讨，并提出了解决方案。

关键词：冷风机；结霜；电热融霜；热氟融霜

1、引言

冷风机具有降温速率快、库温均匀、结构紧凑、体积小、重量轻等一系列的优点，可广泛应用于各种药品加工车间、果蔬保鲜库、菌类养殖库等场所。

当冷风机换热器表面温度低于冷库内空气露点温度时，空气中的水蒸气便会在换热器表面凝露，当换热器表面温度低于0℃时，凝露就会在换热器表面结成霜。冷库一般为低温高湿的场所，所以冷风机换热器表面更容易凝露甚至结霜。

霜的形成对于冷风机具有以下影响：（1）换热器的换热效果变差。结霜初期，由于霜粒的

存在使换热器表面变得粗糙，换热性能有所改善，但是随着霜层的加厚将会增加换热器表面热阻，同时换热器表面结霜后，导致空气流通面积减小，空气流量减小，最终导致冷风机换热器的传热系数变小，换热效果变差[1]。（2）制冷系统能效降低。换热效果变差导致冷库降温时间延长，制冷系统需较长时间保持高负荷运转，系统能耗高，能效降低。（3）制冷系统可靠性降低。结霜导致冷风机的换热量减小，经过节流的气液两相的冷媒进入换热器后无法完全蒸发，残留的液态冷媒流出冷风机进入压缩机，造成压缩机液击或带液运行，制冷系统的运行可靠性显著降低。（4）冰霜累积不化产生一定的安全隐患。冰霜在冷风机底盘累积成冰块无法及时化干净，可能造成冰块跌落、电加热漏电等安全事故。

进行冷风机结霜原因分析，同时有针对性的优化化霜方案，将有效改善冷风机结霜、化霜性能，有助于提高冷风机使用的安全可靠性，提升制冷系统的能效。

2、冷风机常见结霜类型及形成原因分析

图1 整体结霜示意图图2 整体结冰示意图

图3 局部结冰示意图

a.整体结霜

设计较好的冷风机长期运行于低温高湿的冷库，换热器翅片、铜管表面会结成一层均匀的霜层。当冷库库温低于5℃时，通常蒸发温度低于0℃，而换热器表面温度接近蒸发温度，再加上冷库内存放水果、蔬菜、肉类等含湿量较大的货物，空气湿度较大，一般都在80%以上，因此当制冷系统长期运行时，冷风机换热器表面会析出水分并结霜。

b.整体结冰

整体结冰是整体结霜恶化的结果，通常是由于长期不化霜或化霜控制不合理造成。水分在

换热器表面结成冰霜后，库温上升导致冰霜融化，此时制冷机组立即开启，将附着在换热器表面的融化水凝固成冰，如此多次反复，最终造成换热器表面形成厚厚的冰层。当形成冰层后冷风机很难化霜干净，通常需要管理人员现场反复化霜或人工化冰。

c.局部结霜或结冰

局部结霜或结冰通常有两种情况，一种是蒸发器流路设计不合理，蒸发器表面温度偏差大，从而造成结霜（结冰）、化霜不均；另一种是底盘排水不畅，导致制冷过程中风叶吸水打在换热器表面，导致局部结冰。

3、冷风机化霜方式研究

3.1 冷风机常用化霜方式对比

冷风机现行的除霜方案有人工扫霜、水冲霜、热氟融霜以及电热融霜等[2]。目前中小型冷库大多采用电热融霜方式；市场上对热氟融霜方式的接受程度逐渐升高，但是由于受到行业标准、元器件可靠性等因素的影响，发展较为缓慢。以下主要进行电热融霜和热氟融霜的对比。

a.电热融霜方式

中小型冷库冷风机搭配冷凝机组使用，但是目前冷风机、冷凝机组执行不同的国标，因此不具备冷凝机组研发、生产能力的厂家依然可以制造售卖冷风机，这就要求冷风机具有一定的普适性，因此冷风机多采用电热融霜方式，可以搭配不同厂家的冷凝机组，匹配性较高。

电热融霜方式具有简单易行，最易实现自动化，通用性强等优点，但是存在以下缺点：

电加热元器件为易损件，故障率高，相应冷风机的可靠性低；

若控制不当可能造成电加热元器件表面干烧，高达上千度，具有一定的安全隐患；

冷风机采用电热融霜方式，很难保证化霜均匀，因此化霜效果较差，化霜时间长，易造成库温波动大，影响存储货物的品质；

电加热元器件单纯依靠电热来融化霜层，是所有化霜方式中能耗代价最高的[3]。

b. 热氟融霜方式

热氟融霜具有诸多优点，如安全可靠、化霜均匀、化霜效率高、库温波动小、节能省电等，但是目前在实际应用中存在以下问题：

具有热氟融霜功能的制冷机组需配置四通阀用于制冷、制热功能的切换，目前四通阀的设计主要基于家用空调，因此能否在冷冻冷藏行业有效可靠使用需经过长时间的验证；

热氟融霜方式控制复杂，对控制器的可靠性具有较高的要求；

具有热氟融霜功能的制冷机组一般成本较高，售价贵，市场的接受程度不高。

因此目前行业内还是以电热融霜方式为主，以下主要探讨冷风机电热融霜方式存在的主要问题及优化方案。

3.2 冷风机电热融霜方式存在的主要问题

a.冷风机换热器设计不合理

1）换热器分液不均、流程设计不合理（主要指流程过长）。分液不均导致各分路在出口处产生不同的过热度。一些分路制冷剂过多，出口处过热度过小，甚至蒸发不完全，出口处带有未蒸发的液体；一些分路制冷剂过少，制冷剂在出口前很快蒸发，不能充分利用蒸发器换热面积。总体表现是冷风机换热面积没有充分利用，出口过热度过小，导致膨胀阀关小，从而制冷剂流量减小，另外还存在换热器表面温度偏差较大，结霜、化霜不均的问题（部分区域化霜干净，电加热元器件干烧；部分区域霜层仍然未化干净）。各分路流程过长导致后半段压降过大，同样造成换热器表面温度偏差大，化霜不均的问题。

2）翅片片型、片距不合理（主要指片距过小）。翅片片型不适用于低温环境，导致翅片表面阻力过大，附着的水滴较难滴落，因此结霜情况恶化；翅片片距选用不合理，结霜速度快，化霜周期短，霜层很快堵住风道，导致冷库降温困难，制冷效果变差，制冷系统的能耗增加。

b.元器件可靠性低

电加热元器件易损坏，损坏后冷风机长期不化霜导致霜层累积，造成化霜难度越来越大，最终导致冷风机的使用可靠性降低。

c.结构设计不合理

排水底盘设计不合理、冬季排水管冰堵等都可能造成排水不畅，底盘积水经过多次制冷循环，逐渐累积成较厚的冰层无法化干净，最终造成底盘电加热位移甚至损坏，影响送风风场，进而影响制冷效果。

d.化霜控制不合理

电热融霜方式一般采用间隔化霜，需要根据工程现场情况设定化霜控制参数（制冷时长、化霜时长等），但是当冷库情况变化时，如存储量变化、存储货物种类更改、库内外负荷变化等，化霜控制参数都需专业人士更改，化霜控制参数更改不当将造成化霜不干净等问题。

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