一种冰箱的热气除霜系统及其控制方法

本发明属于电冰箱除霜，更具体的说，是涉及一种冰箱的热气除霜系统及其控制方法。

背景技术：

1、风冷式冰箱又称无霜冰箱，通过风道中的风扇强制冷空气在箱室和蒸发器间流动，从而将蒸发器产生的冷量送入箱室中对食品进行降温。风冷式冰箱相较于直冷式冰箱具有自动除霜、多温区、大容积等优势，受到消费者越来越多的青睐。

2、箱室内的水蒸气随着空气循环流动，遇到低温蒸发器表面凝结成霜。风冷式冰箱蒸发器在结霜初期，附着在翅片表面的霜晶具有微肋作用，有利于增强换热。随着霜层厚度与致密化程度的增大，霜层换热热阻与空气流动阻力不断增大，蒸发器换热性能下降，导致冰箱制冷效率降低和耗电量升高。因此，开发高效的除霜方法与控制策略尤为重要。

3、冰箱的除霜方式有电加热除霜、热气除霜、超声波除霜等。其中电加热除霜应用最为广泛，其通过加热元件产生的热辐射使蒸发器表面霜层融化，是一种由外而内的除霜方式。

4、相关研究表明，风冷式冰箱电加热除霜效率较低，用于有效除霜的热量仅为电加热元件总耗电量的15-20％；除霜过程循环风道与箱室内部温度回升幅度较大，对温度敏感型食品影响不容忽视；受到电加热器布置与控制策略的影响，往往存在除霜周期长、除霜不及时与过度除霜等问题；目前冰箱制冷系统普遍采用r600a等易燃易爆类工质，除霜加热器持续加热的情况下，存在灼烧冰箱塑料内胆与引发泄漏可燃工质燃爆的危险，具有一定的安全隐患。

5、中国专利cn 104613688a公开了一种用于双温电冰箱带热气除霜及冷量回收的制冷系统。理论上可以根据冷藏室的制冷需求，将冷冻蒸发器作为凝冷器进行热气旁通对其进行除霜。根据工程实践与操作经验，热气旁通除霜系统往往存在如下问题：(1)受不同温区需求影响，冷藏室温度通常比冷冻室温度高10-20℃，两者蒸发器出口处制冷剂压力差值较大。当双/三温区并联制冷剂混合返回压缩机时，存在低温蒸发器管路无法回气现象；(2)根据冷藏室需冷量对冷冻蒸发器热量旁通流量进行调节，易产生除霜不完全与过度除霜的问题，导致冷冻蒸发器除霜效果差、温度回升等问题；(3)热气除霜致使管翅上的霜层部分/整体剥离，致使无法完全融化的霜/冰块聚集在排水槽，极易造成排水槽堵塞与大面积结冰；同时接水盘中凝霜水无法排出，回流至冷冻室影响冰箱正常使用；(4)压缩机吸气存在液击隐患。

技术实现思路

1、针对现有风冷式冰箱电加热除霜效率低、箱室内温度回升幅度大、存在安全隐患、无法按需除霜等问题，本发明提出了一种冰箱的热气除霜系统及其控制方法，通过热气除霜系统设计，缩短除霜过程所需时间，预防排水槽处二次冻结与堵塞，避免了压缩机的湿压缩与液击，并有效控制箱室温度回升；通过优化控制策略，通过翅片表面结霜量动态调整热气除霜支路制冷剂流量，真正做到按需除霜，提高冰箱整机性能。

2、本发明的目的可通过以下技术方案实现。

3、本发明冰箱的热气除霜系统，包括压缩机，所述压缩机出口和进口之间沿制冷工质流动方向通过管路依次串联连接有总流量调节阀、冷凝器、防凝露管、干燥过滤器、气液分离器、分液器、冷间供冷支路、集液器；所述冷间供冷支路包括并联连接的冷藏室供冷支路、变温室供冷支路、冷冻室供冷支路，所述冷藏室供冷支路上依次设置有冷藏毛细管、冷藏蒸发器、第二压力调节阀，所述变温室供冷支路上依次设置有变温毛细管、变温蒸发器、第三压力调节阀，所述冷冻室供冷支路上依次设置有一号电磁阀、冷冻毛细管、冷冻蒸发器、二号电磁阀、第四压力调节阀；

4、所述冷冻蒸发器的其中一端口和总流量调节阀出口之间连接有a段热气除霜支路，所述a段热气除霜支路上设置有排水槽防堵塞管、三号电磁阀；所述冷冻蒸发器的另一端口和气液分离器之间连接有b段热气除霜支路，所述b段热气除霜支路上设置有除霜毛细管、四号电磁阀；所述气液分离器和集液器之间连接有c段热气除霜支路，所述c段热气除霜支路上设置有第一压力调节阀。

5、所述气液分离器管程进口与干燥过滤器出口连接，所述气液分离器管程出口与分液器进口连接，所述气液分离器壳程进口与b段热气除霜支路连接，所述气液分离器壳程出口与c段热气除霜支路连接。

6、正常供冷模式时，三号电磁阀、四号电磁阀、第一压力调节阀关闭，一号电磁阀、二号电磁阀、第二压力调节阀、第三压力调节阀、第四压力调节阀打开；液态制冷工质通过各供冷支路蒸发器吸收冷间热量汽化为饱和气体，经各供冷支路压力调节阀调压后被压缩机压缩成高温高压气体；通过总流量调节阀调节后，经冷凝器液化，防凝露管过冷，随后通过干燥过滤器、气液分离器，在分液器处进行分流，根据各冷间热负荷需求进行各冷间供冷支路流量调节；饱和液态工质在各供冷支路经过毛细管节流，并在冷间供冷支路蒸发器处蒸发吸热、调压阀调压后返回压缩机完成冷间供冷循环。

7、热气除霜模式时，一号电磁阀、二号电磁阀关闭，三号电磁阀、四号电磁阀、第一压力调节阀、第二压力调节阀、第三压力调节阀打开；压缩机排出的高温高压气态制冷剂经总流量调节阀分为两路，其中一路依次通过冷凝器、防凝露管冷凝为饱和液体，通过干燥过滤器过滤后，在气液分离器换热实现过冷，然后在分液器处进行流量调节，为冷藏室、变温室的冷间供冷；另一路则为热气除霜支路，高温高压除霜气体通过排水槽防堵塞管对排水槽进行加热，然后进入冷冻蒸发器，通过冷凝释放热量融化冷冻蒸发器的霜层，冷凝后液态制冷剂通过四号电磁阀，在除霜毛细管进行节流降压，然后进入气液分离器，在气液分离器内对供冷支路液态制冷剂进行降温，提高其过冷度；此外气液分离器中的气态制冷剂通过第一压力调节阀调压后与冷藏室供冷支路、变温室供冷支路的回气一同经集液器后返回至压缩机。

8、本发明的目的还可通过以下技术方案实现。

9、本发明冰箱的热气除霜系统的控制方法，包括以下过程：

10、步骤一：冰箱正常供冷运行时，在τ时刻，通过预设传感器分别实时监测冷冻蒸发器的回风温度、回风相对湿度、送风温度、送风相对湿度、表面温度、风量、压缩机排气温度，冰箱系统控制器根据上述监测的系统运行参数数据计算冷冻蒸发器的结霜量及除霜所需热量；

11、步骤二：冰箱系统控制器判断是否满足冰箱预设的除霜条件；若是，则执行步骤三，进入热气除霜模式；若否，则返回步骤一，继续采集系统运行参数；

12、步骤三：冰箱系统控制器下达进入热气除霜指令，压缩机降频至热气除霜模式，一号电磁阀、二号电磁阀关闭；延迟30s后，三号电磁阀、四号电磁阀开启，第一压力调节阀开启，系统进入热气除霜模式，同时累计本次除霜时间；

13、步骤四：预设传感器实时监测系统运行参数，冰箱系统控制器根据监测的系统运行参数数据计算剩余霜量与所需除霜热量，通过总流量调节阀调节热气除霜支路制冷剂流量；

14、步骤五：冰箱系统控制器判断是否满足冰箱预设的除霜退出条件；若是，则执行步骤六；若否，则继续进行热气除霜，并累计除霜时间；

15、步骤六：冰箱系统控制器下达退出热气除霜指令，压缩机升频至正常供冷模式，三号电磁阀、四号电磁阀关闭，第一压力调节阀关闭；延迟30s后，开启冷冻室供冷支路上的一号电磁阀、二号电磁阀；

16、步骤七：冰箱系统进入正常供冷阶段，根据预设传感器采集的系统运行参数，通过总流量调节阀与分液器调节各供冷支路制冷剂流量，有效控制冷冻蒸发器的温度波动；重复上述步骤一至步骤七，冰箱系统运行并继续采集系统运行参数，进入新的除霜判断周期。

17、与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

18、(1)本发明除正常供冷支路外，还包括热气除霜支路，通过压缩机高温排气对冷冻蒸发器进行热气除霜，并与供冷支路换热使其过冷，经过压力调节后返回压缩机。本发明利用压缩机高温排气对冷冻蒸发器霜层进行由内而外加热，致使霜层融化与脱落，有利于缩短除霜所需时长，降低除霜热量损失，提高风冷式冰箱安全运行效率与系统性能。

19、(2)本发明利用压缩机高温排气对排水槽进行防堵塞设计，可使除霜过程中大块脱落的冰霜在排水槽处再次快速融化并及时排出，避免二次结冰与冰堵。

20、(3)本发明热气除霜过程，通过气液分离器避免了压缩机的湿压缩，同时提高了冷藏与变温室供冷支路的过冷度，有利于整机性能的提升。

21、(4)本发明供冷支路与热气除霜支路独立控制，可根据除霜进程调节除霜支路制冷剂流量，达到按需供热除霜。

22、本发明所述一种风冷式冰箱的热气除霜系统与控制方法，可实现各冷间独立控温，有可根据冷冻室结霜量进行独立热气除霜。进行冷冻室蒸发器除霜过程中，有效利用了压缩机高温排气，一方面提高了除霜效率，降低系统能耗；另一方面增加了供冷支路的过冷度，有利于制冷量的提高。气液分离器的设置，可确保压缩机吸气饱和/过热，有效避免了系统带液压缩等潜在危险，提高了系统运行效率与安全性。