冰箱自動化霜技術研究熱點分析

摘 要：結霜、化霜問題長期制約著大容量風冷冰箱的發展和節能水平的提高。結霜引起的空氣流通面積減小，霜層形成在蒸發器翅片上，都直接導致換熱性能的下降，從而降低冰箱的制冷性能，冰箱的化霜已成為衡量冰箱性能的重要指標之一，其中化霜的方法是作為實現節能化霜的關鍵技術之一。本文通過對冰箱化霜技術專利文獻的統計整理，分析了冰箱企業在化霜技術方面的研究熱點。分析結果顯示，冰箱的自動化霜技術發展已經比較成熟，隨著物聯網技術、人工智能的運用，未來冰箱自動化霜技術在智能化控制及降低能耗等方面仍有較大發展空間。

關鍵詞：冰箱；制冷；化霜

1 引言

家用電冰箱已經成為人們現代化舒適生活中不可或缺的一部分，為滿足人們現代化生活方式的需要，家用電冰箱正在向大型化、多功能、多溫區、多用途的方向發展。風冷冰箱具有自動除霜、大容量、多功能的優點而受到越來越多的關注。

2 冰箱結霜原理

風冷冰箱是通過強制對流的方式，將空氣流過蒸發器并與蒸發器進行熱濕交換后，進入到冰箱的冷凍室和冷藏室等間室內，從而降低各個間室內的溫度，空氣在箱內形成空氣循環，以持續的為冰箱的各間室提供冷量。冰箱門打開時，帶有水蒸氣的熱空氣會進入冰箱內部，或者是冰箱內部儲存的食品中含有水分蒸發到間室的空氣中，使得循環空氣含有一定的水汽，而冰箱的蒸發器換熱翅片表面的溫度較低，當濕空氣流經蒸發器翅片表面時，由于蒸發器溫度低于空氣露點溫度，且一般低于0℃，此時，空氣中的水汽被冷凝，并附著于蒸發器表面，從而形成霜層。

霜層的導熱系數非常小，不易導熱，冰箱持續的運行，霜層越積越厚，增大了蒸發器表面與空氣間的傳熱熱阻，蒸發器的傳熱性能降低；霜層水堵塞翅片之間的空氣流通通道，使得空氣的流通阻力增加，空氣的流通量減小，導致換熱量減小，冰箱的工作狀況惡化，以致無法正常供冷；導致蒸發器溫度降低，以及壓縮機的運行性能和效率急劇下降；整個冰箱的制冷性能隨之下降，影響食品的保鮮品質。

資料顯示[1]，當蒸發器表面的霜層厚度達到10mm時，冰箱的制冷能力將至少下降30%，所以，為保證系統持續高效率運行，必須適時化霜。目前，冰箱自動化霜技術主要包括：電加熱化霜技術，熱氣化霜技術，超聲波化霜技術和吸附化霜技術、液體噴霧法等[2]。

3 冰箱自動化霜技術研究熱點

在冰箱的化霜領域，全球冰箱企業對冰箱化霜技術的研究主要集中在電加熱化霜和熱氣化霜技術以及化霜系統的控制；此外，還有少量專利申請涉及液體噴霧法、與制冷系統分開的熱流循環等技術。通過在Incopat專利數據庫中對冰箱化霜方式技術進行檢索，統計該技術領域專利申請量全球排名前10名的企業專利，按照一個專利族作為一項技術進行統計，并對其專利按電加熱化霜技術、熱氣化霜技術、熱流循環化霜技術、液體噴霧化霜技術和化霜控制技術進行分類，專利各企業的技術分布情況如圖1所示。

涉及化霜方法的專利文獻主要集中于電加熱化霜和熱氣化霜及其化霜系統控制，其中電加熱化霜方法是在結霜側換熱器上安裝適當功率的電阻，當結霜側換熱器上積霜嚴重時，開啟控制開關，給電熱絲通電發熱融霜[2]；日本在對電加熱化霜方法的關鍵技術有大量且領先的研發，主要的公司為松下、日立、東芝，其中又以松下公司在電加熱化霜技術上最先提出，申請專利最多，實力雄厚；韓國LG、三星、大宇電子等公司在電加熱化霜領域也占有一定技術；而德國在該領域的研發主要是集中在少數大公司，博世西門子在電加熱領域的技術不可忽視。中國近年來隨著生活質量的提高，在冰箱領域的研究也逐漸重視，代表企業有海爾和美的。

熱氣化霜是指利用高壓回路的高溫高壓制冷劑氣體的熱量融霜，也就是高溫高壓制冷劑氣體直接引入結霜側換熱器中，通過蒸汽液化放出的大量熱量將換熱器外側的霜層融化的化霜方法，這種方法也稱為熱氣旁通除霜。熱氣化霜的方法專利技術主要是集中在日本，以日本的三菱電機、松下、日立、東芝公司為主，中國的海爾公司和韓國的LG公司也掌握一定的技術。

由圖1還可以看出，采用與制冷系統分開的熱流循環例如利用冰箱間室內或周圍環境的熱空氣進行化霜的方法具有節能環保的優勢，韓國LG有進行部分專利申請；此外，采用超聲波化霜技術和吸附化霜技術、液體噴霧法等化霜方法在一些特殊場合和環境也得到應用。

從以上的分析可以看出，日本在冰箱化霜技術領域發展較早，其各個大公司占據著大部分的關鍵核心技術，如松下、日立、東芝、三菱電機等公司掌握電加熱化霜技術和熱氣化霜技術及其相關的控制技術；此外，韓國的LG公司同樣掌握了電加熱化霜技術和熱氣化霜技術及其相關的控制技術，三星公司則在電加熱化霜上有（下轉第58頁）（上接第56頁）一定技術積累；其他公司掌握的主要是電加熱化霜技術，在熱氣化霜技術專利偏少。

4 結語

本文對全球主要冰箱企業的冰箱自動化霜技術熱點進行了研究分析，松下、日立、東芝、三菱、博世西門子、LG、海爾等公司主要是采用電加熱化霜和熱氣化霜兩種化霜方式。在冰箱的化霜技術領域，化霜方式相關技術已經發展成熟，主要是電加熱化霜和熱氣化霜兩種化霜方式。隨著經濟發展，智能化和節能減排成為家電發展趨勢，冰箱化霜技術研究主要集中于智能控制方法和降低能耗這兩方面。隨著物聯網技術、人工智能的運用，未來冰箱化霜技術在智能化控制及降低能耗等方面仍有較大發展空間。

參考文獻：

[1]崔樂梅.電冰箱如何化霜好[J].健康，2000（3）：27.

[2]李玉祥，李洪濤，尹鳳福等.無霜冰箱現代化霜技術的研究進展[C].2011年中國家用電器技術大會·論文集，2011.

作者簡介：

李育勇，男，碩士，現任職于廣州中新知識產權服務有限公司，從事專利技術分析。