冷风机超声波除霜技术的应用分析

　　一、原理
　　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。
　　在冷风机超声波除霜研究中，冷库果库两间，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。
　　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。
　　二、结果与分析
　　2.1 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℃。
　　结果
　　(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。
　　三、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。