冷柜智能除霜控制系统浅析 黄木欣（海信容声（广东）冷柜有限公司 佛山 528303）摘要：为了解决目前大多数冷柜的翅片式蒸发器除霜采用被动的定时电加热方式，无法达到按不同的环境温湿度进行智能化的除霜控制，浪费电能的缺点，设计了红外线传感器与超声波传感器构建主动式智能除霜控制系统，并经由实验证明智能除霜控制系统可以有效降低除霜能耗关键词：智能除霜控制；红外线检测式除霜控制；超声波检测式除霜控制Abstract：In order to solve the problem that most of the finned evaporator uses the method of passivetiming electric heating to defrost. But this method can’t defrost intelligently according to differenttemperature and humidity. And it wastes energy. Therefore, the active intelligent defrosting control systembuilt by infrared sensor and ultrasonic transducer is adopted. Finally, the experiment result shows thatthe intelligent defrosting control system can reduce energy consumption of defrosting.Key words：intelligent defrosting control; infrared sensor defrost control system; ultrasonic sensordefrost control system在冷柜的制冷系统中，蒸发器是制冷的核心部件，蒸发器结霜会严重影响制冷效果，而结霜对翅片式蒸发器的影响更为严重。
湿空气流经蒸发器时，当翅片温度低于空气露点温度时，空气中的水蒸汽将析出，并在翅片表面上凝露，当翅片温度低于0℃时，凝结水会在翅片表面形成霜层尽管结霜的初期，霜表面极为粗糙，此时的霜层起到翅片的作用，增加了传热速率但是随着霜层厚度的增加，不仅增加了翅片换热器的导热热阻，减少了换热量，而且会使翅片间的通道截面积减小，流经蒸发器的空气流量下降，使换热器的传热性能和工况恶化，空气流通截面积的减小还导致流经换热器的空气阻力增大，因此改变了空气循环系统的阻力特性，并最终影响制冷系统的性能不同的季节，不同的地理位置，温湿度也是千变万化目前绝大多数冷柜的除霜系统采用定时电加热方式，这种除霜方式无法根据蒸发器的结霜状况做出及时的对应，导致出现湿度低的时候除霜时间过长，热量剩余，影响柜内食品品质，浪费电能；湿度高时除霜时间偏短，化霜不完全，除霜水还未导出时系统已经开始制冷，除霜水结冰，进而导致蒸发器冰堵，彻底破坏制冷系统为了防止除霜时发生以上情况，由定时系统的被动式控制改进为除霜系统自动检测的主动式控制，本文对使用红外传感器和超声波传感器构建能够对蒸发器结霜情况实时控制的智能除霜控制系统进行了研究1 红外线传感器控制系统1.1 原理光电开关把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电信号的变化以达到探测的目的。
见图1，翅片在红外线入射区黑化处理，接收器2 接收暗光信号，输出低电平既“0”信号接收器1 接收不到入射光线，输出低电平既“0”信号单片机控制系统接收到两个“0”信号不动作蒸发器翅片开始结霜时，接收器2 接收到亮光信号，输出高电平既“1”信号当霜层达到需要除霜的厚度时，接收器1 接收到亮光信号，输出[来自Www.L]高电平既“1”信号两个“1”信号触发除霜控制器动作，驱动除霜系统工作当两个接收器输出信号任意一个为“0”时，除霜系统不动作1.2 实际应用过程的问题1.2.1 红外[来自www.lW5u.CoM]线传感器需要在发射和接收传感器上有加热设备，防止其被霜覆盖，因翅片间距只有8-10mm，安装传感器距离比较狭小，传感器上的加热设备产生的热量导致传感器对面翅片无法结霜采取的解决办法是在传感器相邻两片蒸发器翅片上开方形孔，检测第3 片翅片的结霜情况1.2.2 因霜层表面极为粗糙，漫反射严重，红外线接收系统不稳定采取的解决办法是在红外线发射端与接收端加装透镜，增强信号的发射与接收1.2.3 实际试验中，翅片式蒸发器各处的结霜厚度不一样，中间位置严重，外侧教轻采用的解决办法是在蒸发器中间位置及左右管板处各加一个红外线传感器。
2. 超声波传感器控制系统2.1 原理与红外线传感器的原理近似，超声波传感器也需要一个发射端和一个接收端，见图2，发射器发射超声波，当传导器未结霜时，接收器接收到弱的超声信号，输出低电平“0”信号，霜层达到需要除霜时，传导器上的霜层足以使传导器的两部分冻结为一体，超声信号传导无损失，接收器接收到足够强的超声信号，输出高电平“1”信号，触发控制器动作，驱动除霜系统2.2 实际应用过程的问题1）超声波传导器需要尽量贴近蒸发器翅片，但是不能接触到翅片，因为蒸发器上方有风机在吹，运动气流导致超声波传导器颤动，接触到蒸发器翅片，导致除霜系统误动作采取的解决办法是超声波传导器由铝片改为不锈钢片2）实际试验中，翅片式蒸发器各处的结霜厚度不一样，中间位置严重，外侧教轻采用的解决办法是在蒸发器中间位置及左右管板处各加一个超声波传感器3 试验3.1 试验设备使用三台无门风幕式冷藏柜，制冷功率800W，除霜功率1000W一台使用定时电加热除霜系统，一台使用红外线式除霜控制系统，一台使用超声波式除霜控制系统3.2 试验环境25℃，70%RH；32℃，85%RH，封闭实验室3.3 试验方法每组环境进行三次测试，取能耗平均值。
每次试验后，冷柜在相应环境温度内静置24 小时，使冷柜内所有部件包括发泡体全部恢复到与环境温度一致（见表1）3.4 试验数据分析定时除霜系统为每4 个小时执行一次除霜操作，每次20 分钟25℃，70%RH 环境下，能耗相差不大，整机的节能效率为（49.2-48.1）49.2=2.23%整个冷柜系统能耗分为制冷系统能耗和除霜能耗，整机制冷系统在25℃环境下运转率为75%，即能耗中有43.2KWH 为制冷系统消耗，定时除霜系统消耗6KWH，智能除霜系统消耗4.9KWH，那么除霜系统的节能效率为（6-4.9）6=18.3%32℃，85%RH 环境下，整机的节能效率为（56.69-53.63）56.69=5.4%整机制冷系统在32℃环境下运转率为88%，既能耗中有50.69KWH 为制冷系统消耗，定时除霜系统消耗6KWH，智能除霜系统消耗3.94KWH，那么除霜系统的节能效率为（6-3.94）6=34.3%以10000m2 的超市卖场为例，冷柜用量在30 台左右，每年平均能够节约电能5800KWH4 其他智能除霜方式简介欧洲的一些控制器厂家采用不使用外部硬件的检测设备，控制器依靠温度探头，及压缩机运转率来计算模拟环境温湿度，即压缩机运转率高，除霜温度探头感受蒸发器除霜状态下温度回升慢及认为是高温高湿环境，反之认为是低温湿环境，根据前一周冷柜运转的平均数据来制定下一周的除霜周期及除霜时间。
这种方式优点是不需要外部硬件检测设备即可完成按需除霜，达到节能目的，缺点是控制器价格高，仅适用在高端冷柜上；冷柜断电，控制器需要重新经过一周时间的运转检测才能实施除霜智能控制，如环境温湿度变化较大，则控制器计算可能不准确，存在潜在风险5 结束语在国家全面要求节能减排的大环境下，冷柜的节能控制系统开发，势在必行，而占整机能耗很大比例的除霜系统，首当其冲采用红外线传感器及超声波传感器构成的除霜系统可以集成到温度控制系统中，取代原温控系统中的定时除霜功能，来达到节能的目的对于已经投放市场的大量冷柜，因红外线和超声除霜系统体积小，重量轻，易安装的优点，可以开发独立的除霜系统来进行改造竞争激烈的冷柜市场，新技术层出不穷，应用新技术完善冷柜的各项功能，实现节能减排，对冷柜产品在市场中的竞争力提升有着十分重要的意义参考文献[1] 童诗白. 模拟电子技术基础( 第4 版)[M]. 北京：高等教育出版社，2010.[2] 焦素敏. 数字电子技术基础( 第2 版)[M]. 北京：人民邮电出版社，2012.[3] 赵燕. 传感器原理及应用[M]. 北京：北京大学出版社，2010.[4] 王汝琳. 红外线检测技术[M]. 北京：化学工业出版社，2006.[5] 中国机械工程学会无损检测分会编. 超声波检测技术应用[M]. 北京：化学工业出版社，2010.说明：2014 年第1 期本杂志刊登的《有限元分析在插座设计中的应用》文章作者为：蔡映峰，潘玲玲，桂林。