冷风机超声波除霜技术试验研究

摘要:

针对目前常用的电热、热氨和热水除霜方法导致冷库温度波动、耗能高的问题，提出用超声波除霜的方法。以交换面积为40m^2的冷风机为样机进行了试验研 究，结果表明，在冷风机上采用超声波技术除霜是可行的，能达到连续运行不停机除霜的效果，并达到稳定库温、节约能源的目的。采用横波除霜的效果优于纵波， 采用纵、横联合的方法可以获得最优的除霜效果，并且可以根据冷风机交换面积的大小，采用双声源或多声源纵横联合除霜技术。

前言

冷风机的除霜在制冷过程中有着重要的作用,除霜可以恢复冷风机的冷热交换能力,提高制冷效果。否则,将会导致制冷机的制冷能力下降甚至不制冷或损坏。除霜 时,必须使制冷机停止制冷,输入相当大的热量,即除霜的热功率一般总是大于制冷机的热功率,因而会导致库温的回升(一般回升3~5℃),由于除霜导致库温 的频繁回升将使果菜脱水、老化,直接影响贮存质量。

目前,采用水、热氨和电加热的除霜方法,除了导致库温回升以外,同时增加了制冷机的负荷,反复的升温、降温又为加速结霜提供了条件。因此必须寻求新的途径 来解决冷风机的除霜问题。超声波作用于冷风机的霜层和通过冷风机的空气时,能将霜层粉碎或干扰空气中的水蒸气结霜。本文对此加以研究。

1 试验设施、设备与方法

1.1 设施与设备

果库两间,一间作为试验库,另一间作为对照库。各安装固轮3.7型制冷机组一套,其动力容量为3.7kW。各库配交换面积为40m2的冷风机一台,并安装 有电子库温和相对湿度测控及加湿设备。在试验库的冷风机中,用超声波化霜。对照库采用电加热化霜,化霜功率为4.5kW。

超声波发生器2台,输出功率30W。MxI型电子库温测控仪2台;YC型湿度测控仪2台;游标卡尺1把。两库运行条件为:控制温度±0.5℃,相对湿度90%,库容量20t。

1.2 试验原理与方法

按不同的超声波除霜频率范围在相同的试验条件下进行对比试验。由于冷风机为“多孔性”的组合件,对声波阻力大,试验方案共5种,具体如图1所示。

所有的除霜效果以连续运行48h的平均霜层厚度来评价。试验库与对照库的温度与湿度稳定性测定、电耗比较,以试验稳定后的连续48h评价,其中温度以波动值的大小评价,湿度以耗水量多少评价,电耗以超声波加湿器与电热化霜管耗电量评价。

2 试验结果与分析

2.1 试验结果

(1)不同频率范围的单声源和双声源除霜效果如图2和图3所示,其中b为霜层平均厚度。

(2)纵横联合声源的除霜效果比较见图4。

(3)试验库因不用加热化霜,其温度波动值始终稳定在±0.5℃,而对照库在加热化霜后出现7℃的温度峰值,化霜后连续制冷20min后才恢复到±0.5℃。

(4)两库加湿器48h连续耗水量分别为12L和65L。

2.2 试验结果分析

(1)如图2所示,频率范围不同,超声波的除霜能力也不同。当f=20kHz时,纵波的除霜效果最好;当f=15kHz时,横波的除霜效果最好。

(2)如图3所示,纵波双声源的除霜效果略差于横波。波的传递方向与冷风机翅片垂直,翅片间的空间成为波传导的阻力,影响了纵波的除霜性能;而液管与波的 传递方向平行,纵波沿着液管传递较迅速, 故液管上的霜比翅片上的除得彻底。由于横波可以沿着冷风机的翅片传导,所以有利于除去翅片上的霜。对于冷风机来说,冷量的交换主要依靠翅片,所以,横波对 翅片的除霜效果优于纵波。纵波和横波虽然存在着除霜效果的差别,在连续运行48h以后,翅片之间均没有出现“霜堵”的现象,翅片之间仍有2~3mm的间 隙,不会影响冷热交换的能力。

(3)由图2与图3对比可知,双声源的除霜效果明显优于单声源,尤其是横波双声源的除霜效果最好。冷风机连续运转48h以后,翅片上几乎未见霜层,液管上略有结霜(发白)现象。说明多声源弥补了冷风机的网状结构对声源传导的损失。

(4)由图4可知,对照冷风机在0℃、相对湿度为90%冷库环境中,每隔8~10h就会出现“霜堵”现象,必须停机化霜0.5h,48h中化霜5 次,40m2冷风机化霜电热管功率为4.5kW,冷库因化霜和降 温总耗电能为22.5kW·h。采用超声波化霜时,无论是采用纵波还是横波,单声源还是双 声源,进入冷风机的除霜功率仅为60W,尽管除霜效果有差别, 但在不影响热交换能力的前提下,均能连续工作,且传导范围较大。

(5)由图5可见,纵横联合法的除霜效果最好,其原因与双声源有相同之处,另外纵波与横波“交织”消除了冷风机中的“死角”,从现象上看,冷风机上无结霜残留。

(6)试验库加湿器48h的耗水量为12L,对照库加湿器48h的耗水量为65L,其耗水量明显小于对照库,所以试验库的湿度比对照库稳定。

3 结论

(1)因冷风机的结构为网状,故用横波除霜优于纵波,双声源优于单声源,纵横联合波优于单一波。

(2)冷风机上采用超声波除霜是可行的。40m2冷风机化霜的功率为4.5kW,而超声波除霜只需30W。该方法节约能源, 库温稳定。

(3)采用超声波除霜时可防止冷库内空气中的水汽结霜,维持库内的相对湿度,为果蔬的保鲜提供了有利的环境条件。