新型材料和技術在船舶伙食冷庫系統(tǒng)蒸發(fā)器結霜中的應用

1、<p><b>　　大連海事大學</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　二Ο一二年五月</b></p><p>　　新型材料和技術在船舶伙食冷庫系統(tǒng)蒸發(fā)器結霜中的應用</p><p>　　專業(yè)班級：輪機管理2008級3班&l

2、t;/p><p>　　姓 名： 苑海超 </p><p>　　指導教師： </p><p><b>　　輪機工程學院</b></p><p>　　新型材料和技術在船舶伙食冷庫系統(tǒng)蒸發(fā)器結霜中的應用</p><p><b>　　內

3、容摘要</b></p><p>　　摘要：“育鯤”輪伙食冷藏系統(tǒng)蒸發(fā)器出現(xiàn)結霜問題嚴重，針對這一問題，本文將采集各個庫的結霜情況，結合“育鯤”輪冷庫的融霜裝置工作狀況，介紹伙食冷庫系統(tǒng)結霜的原理，分析伙食冷藏系統(tǒng)各庫結霜嚴重的原因，以及結霜嚴重將會對“育鯤”輪伙食冷庫系統(tǒng)產(chǎn)生的危害，進而介紹幾種新型的蒸發(fā)器除霜和延緩蒸發(fā)器結霜的技術來解決以上問題，并探討將這些技術應用到“育鯤”輪的伙食冷藏系統(tǒng)的可行性

4、。</p><p>　　關鍵詞：蒸發(fā)器 結霜 除霜</p><p>　　ABSTRACT：Heavy frost generated on evaporators in food refrigeration system on YUKUN ship, as for this trouble, this thesis will gather spe

5、cific frosting situation; introduce frost melting devices and their working conditions, quote frosting theory so as to analyze why frost would form on evaporator and the harm it will do to refrigeration system, moreover,

6、 introduce several new kinds of defrosting and delay frosting technologies to solve the problem, and the feasibility analysis of these technic</p><p>　　Keywords: evaporator frosting defrosting<

7、/p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 引言3</b></p><p>　　2 “育鯤”輪伙食冷藏系統(tǒng)蒸發(fā)器出現(xiàn)的問題3</p><p>　　2.1 “育鯤”輪冷庫蒸發(fā)器結霜嚴重3</p><p>　　2.2 結霜嚴重給伙食冷藏系統(tǒng)帶

8、來的危害5</p><p>　　2.3 “育鯤”輪伙食冷藏系統(tǒng)結霜嚴重給船舶帶來的害處6</p><p>　　3 “育鯤”輪伙食冷庫系統(tǒng)結霜嚴重的分析6</p><p>　　3.1 結霜機理6</p><p>　　3.2 伙食冷庫系統(tǒng)結霜影響的因素7</p><p>　　3.3 “育鯤”輪伙食冷庫系

9、統(tǒng)蒸發(fā)器結霜嚴重的原因7</p><p>　　4 “育鯤”輪伙食冷庫系統(tǒng)蒸發(fā)器結霜嚴重的解決辦法8</p><p>　　4.1 伙食冷庫系統(tǒng)蒸發(fā)器的除霜8</p><p>　　4.1.1 常用的伙食冷庫除霜方法介紹8</p><p>　　4.1.2 常用除霜控制的介紹9</p><p>　　4.1.3“育鯤

10、”輪冷庫制冷系統(tǒng)的融霜方式與控制方法10</p><p>　　4.1.4 幾種新型除霜方法的介紹11</p><p>　　4.2 延緩結霜技術11</p><p>　　4.2.1伙食冷庫常用延緩結霜的方法11</p><p>　　4.2.2強親水性涂料制作親水表面抑制結霜方法12</p><p>　　4.2

11、.3超疏水低粘著銅表面制作蒸發(fā)器表面抑制結霜方法12</p><p>　　4.2.4自然對流下含納米 涂層表面抑霜方法12</p><p>　　4.2.5使用 納米涂層表面抑制結霜方法14</p><p>　　4.3 除霜或延緩結霜方法應用于“育鯤”輪的可行性分析17</p><p>　　5 結論與展望17</p>

12、<p><b>　　參考文獻17</b></p><p><b>　　致謝17</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，人們對冷凍、冷藏食品的依賴越來越高，食品冷凍冷藏的目的是盡量減少或者避免各種營養(yǎng)成

13、分的破壞和損失，保持食品的新鮮度和營養(yǎng)價值。但是由于目前我國的技術手段的弊端和人們對冷凍冷藏意識的淡薄，使得食品在冷凍冷藏過程中損耗相當嚴重，這對一個人口多和人均占有量相對較低的發(fā)展中國家來說，如何提高其冷藏利用率將關系到人民生活水平的進一步提高和國家經(jīng)濟發(fā)展的進程，所以食品的冷凍冷藏值得關注、前景廣闊。</p><p>　　能源問題是當今社會的熱門的話題之一，隨著全球經(jīng)濟的發(fā)展，人們對能源的需求將會進一步增大，

14、所以能源問題必將成為制約各國經(jīng)濟發(fā)展的障礙。從今年我國電力不斷漲價的呼聲中我們更能感覺得到，對于我們這樣一個能源相對匱乏，能源需求量不斷增加的發(fā)展中國家來說，能源利用率將意味著什么。目前我們可以看到各個國家的競爭還表現(xiàn)在能源的控制和利用上，所以我們國家必須在堅持不斷開拓能源海外市場的同時合理利用能源，做到開發(fā)與節(jié)約并重，提高能源的利用效率勢在必行。</p><p>　　冷凍冷藏就是將食品置于低溫(0℃或者低于0℃

15、)的環(huán)境中，使得一般的易腐食品能夠獲得較長時間的儲藏，但是作為流通中樞的冷庫來說，目前的能耗消耗相當大。標準冷庫的能耗分配應該是制冷系統(tǒng)68％，辦公及辦公設備4％，照明11％,蓄電池充電4％，其他用電13 % 。而以往的冷庫在設計時廣泛采用靜態(tài)集中參數(shù)法甚至預留一部分裕量，造成設計參數(shù)和實際生產(chǎn)不相匹配，導致能源利用率低，生產(chǎn)成本過高。另外我國的冷庫還廣泛存在智能化程度低，管理不規(guī)范，機械化程度低等現(xiàn)象，所以對于尋求冷庫在運行及管理中的

16、節(jié)能途徑變得尤為重要。</p><p>　　2 “育鯤”輪伙食冷藏系統(tǒng)蒸發(fā)器出現(xiàn)的問題</p><p>　　2.1“育鯤”輪冷庫蒸發(fā)器結霜嚴重</p><p>　　（結合照片和文字解釋等）</p><p>　　2.2 結霜嚴重給伙食冷藏系統(tǒng)帶來的危害</p><p>　　在船舶伙食冷庫制冷裝置中，往往是采用翅片管蒸發(fā)器

17、作為集中冷源為被冷卻空間提供冷量，當蒸發(fā)器外側空氣溫度同時低于露點溫度和零攝氏度時，翅片管表面將會出現(xiàn)結霜現(xiàn)象。</p><p>　　結霜對翅片管蒸發(fā)器的性能有重要影響。由于霜的導熱性較差，霜層增加了空氣側的換熱熱阻，同時霜層也會堵塞空氣流道，增大空氣的流動阻力和風機功耗，影響空氣流量，最終導致制冷能力下降。</p><p>　　顧永明（1）等針對R404制冷系統(tǒng)結霜工況和無霜工況做了對比

18、實驗研究，得出以下結論：</p><p>　　( 1)當霜層厚度為1.5mm時，無霜工況的傳熱系數(shù)比結霜工況的傳熱系數(shù)大，—5℃時兩者相差最大，為13.6W /( ℃)。</p><p>　　( 2)當霜層厚度為1.5mm時，結霜工況下制冷量和COP比無霜工況都有減少，制冷量和COP分別最大減少了11.9％和5.9％。</p><p>　　結霜的出現(xiàn)還會迫使蒸發(fā)器溫

19、度下降，導致整個系統(tǒng)的運行工況改變，最終由于制冷系統(tǒng)運行工況惡化而不得不進行周期性化霜。這種附加的化霜工作不僅中斷了制冷循環(huán)還需通過增加能耗使結霜消除。再者，霜的產(chǎn)生源于冷庫中的水蒸汽，因此，霜的產(chǎn)生即意味著冷庫濕空氣含濕量的降低，冷藏的物品如:鮮果、蔬菜、魚和肉等，風干就在所難免，這會對食品的口味和營養(yǎng)價值帶來很大的損害。</p><p>　　因此，對蒸發(fā)器結霜狀況進行理論分析和對蒸發(fā)器融霜、延緩結霜問題的研究

20、是非常必要的。</p><p>　　2.3“育鯤”輪伙食冷藏系統(tǒng)結霜嚴重帶來的害處</p><p>　　經(jīng)過與大管輪和大廚的探討和交流，了解到“育鯤”輪伙食冷藏系統(tǒng)蒸發(fā)器結霜嚴重導致了冷凍、冷藏食品包括肉、魚、新鮮蔬菜等出現(xiàn)了不同程度的損害，食品的口感較原來差很多，這就使原本高價買來的營養(yǎng)價值高、新鮮程度好的食品沒有物盡其用。同時，為改善此種情況，有時冷庫不得不進行額外的人工除霜和電熱融霜

21、，人工除霜無疑加重了船舶工作人員的負擔，低溫的肉庫在除霜時需要較長時間的工作，工作環(huán)境極不舒適，對身體有一定程度的傷害。電熱融霜有時不能很合適的選擇最佳除霜時間和除霜結束點，除霜時間長則額外增加熱負荷，不節(jié)能，不經(jīng)濟；除霜時間短則導致霜層不能除凈，蒸發(fā)器下部留有大面積厚的霜層，低溫的霜層將融霜泄水口凍裂、凍壞，損壞船舶設備。綜合上述的各種危害分析，研究有效、高效節(jié)能的除霜技術和延緩結霜涂層或材料來解決上述問題是極有意義的。 </p

22、><p>　　3 “育鯤”輪伙食冷庫系統(tǒng)的結霜分析</p><p><b>　　3.1結霜機理</b></p><p>　　霜的形成過程是由水蒸汽直接形成冰晶的過程，它符合結晶的一般規(guī)律，若從其外部特征以及結晶生長的機理可分三個階段。</p><p>　　初始期——從冰核的形成直到壁面冷卻冰核與空氣隙組成的覆蓋為止。<

23、/p><p>　　由于固體表面吸附水蒸汽分子，并在一定尺寸的表面粗糙度上構成具有某一最小臨界半徑的凝華核心上，才能成長冰核（2），因此凝華形成冰核必須具有的內因是水蒸汽的溫度及其分壓力，其外因是壁面性質、粗糙度、溫度等等。根據(jù)晶體生長的原理可知，任何固體表面由于結構上的缺陷而存在能量上的不均勻性。不均勻性這一特征用表面勢能表示。水蒸汽分子受表面勢能作用層的吸引而被吸附到壁面上。由于水蒸汽分子和壁面的溫度不同，在壁面間

24、的能量傳遞使得分子的動能下降直至趨于零。在低溫并具有一定粗糙的壁面上，凝華成冰晶的晶體群形成樹枝狀的晶體復合物。它又作為后續(xù)冰晶形成的凝華核心。根據(jù)在汽相生長系統(tǒng)中結晶的相變驅動力理論，要進行凝華這一相變，水蒸汽在凝華核心處必須處于過飽和狀態(tài)。相變驅動力為</p><p><b>　　= </b></p><p>　　式中， —單個原子的相變驅動力，</p>

25、;<p>　　—遠離冷壁面的蒸汽分壓力;</p><p>　　—相對于冷壁面的溫度的水蒸汽飽和壓力。</p><p>　　相變驅動力愈大，在汽相生長系統(tǒng)中均勻成核的冰核臨界半徑愈小，也就是愈易于形成冰核。以上基于物理基礎的理論有助于我們理解形成冰核的有關條件及其作用，初始階段終止于整個壁面完全覆蓋了霜層為止。</p><p>　?。?）生長期——在霜層

26、的冰晶上再結晶，具有一定的霜層生長速率。</p><p>　　在這一階段霜層增厚的速率 .取決于濕空氣的濕度、溫度、流速、流動方向以及霜層表面溫度、霜的密度、導熱系數(shù)等等。換句話說霜層生長的快慢及其結構決定于流向霜表面以及擴散進入霜的孔隙中的水蒸汽量多少和結晶時放熱的快慢有關。正因為條件是多種多樣的，所以霜層的形狀、密度也不大一樣。有近似于顆粒狀的較致密的霜層，也有針狀、錐狀，樹枝狀和平板狀的霜結晶。霜層內只要存

27、在溫度梯度、霜表面溫度低于273K以及濕空氣的露點高于霜表面溫度，霜層就會繼續(xù)增厚。</p><p>　　⑶終止期——由于霜層增厚致使霜表面溫度增高到不再結霜或霜表面溫度被濕空氣加熱到高于冰點。</p><p>　　在霜層不再增厚的終止期，霜表面溫度若高于冰點，則霜會融解掉一薄層，則水將滲入霜層中結冰，以提高導熱系數(shù)。若冰殼上的溫度低于凝華溫度，新的霜層又會在冰膜上重新增加起來又進入生長期

28、，若在冰殼上只發(fā)生水蒸汽冷凝，這就屬于膜層凝結的傳熱問題。</p><p>　　3.2伙食冷庫系統(tǒng)結霜影響的因素</p><p>　　大體說來, 影響結霜速率主要有以下三個方面的因素（3）: 環(huán)境工況、換熱器的形狀以及換熱器冷壁表面狀況</p><p>　　環(huán)境工況對結霜速率的影響</p><p>　　環(huán)境工況指的是環(huán)境空氣的溫度、濕度、空氣

29、流速以及換熱器的壁溫等，其中環(huán)境空氣溫度低和濕度大是兩大促進結霜的因素。改變環(huán)境工況中的任何一個因素, 其結霜速率明顯不同。</p><p>　　⑵換熱器形狀對結霜速率的影響</p><p>　　換熱器的形狀不同, 對霜生長速率的影響也不一樣。當換熱面積相同時, 簡單形狀換熱器(如平板、圓管、平行板、圓形管等)的結霜速率要大大低于復雜形狀換熱器(如翅片管)的結霜速率。對同一種換熱器而言,

30、沿氣流方向的不同位置, 其結霜速率也不一樣, 一般在入口氣流處霜生長速率明顯高于出口氣流處結霜速率。另外, 不同翅片形狀的換熱器的結霜速率也不一樣, 換熱強的表面明顯高于換熱弱的。</p><p>　?、菗Q熱器的冷壁表面狀況對結霜速率的影響</p><p>　　霜層形成和霜層結構機理的觀察和研究表明: 霜層形成開始和形成過程除與環(huán)境參數(shù)有關外,還與冷壁表面狀況有關。根據(jù)冰核生長理論:冰晶在

31、壁面上是以球冠狀與壁面粘著的,能夠形成冰核的最低條件是壁面溫度低于濕空氣水蒸氣分壓力所對應的飽和溫度,并要使壁面溫度低于0 ℃。冰核對壁面粘著力的大小與接觸面積和表面粗糙度有關。由于水分子為極性,冷壁金屬表面也為極性,因而水分子極易吸附到冷壁表面結霜。另外,換熱表面越粗糙,越易形成霜生長初期所要的冰核,從而也就加劇了霜的形成。</p><p>　　3.3“育鯤”輪伙食冷庫系統(tǒng)蒸發(fā)器結霜嚴重的原因</p>

32、;<p>　　經(jīng)過咨詢大管輪孫廣輝老師與自己的單獨分析思考，得出“育鯤”輪伙食冷庫系統(tǒng)蒸發(fā)器結霜嚴重的原因主要有3點：</p><p>　?、?采購的新鮮肉類和蔬菜中含水量太大，這導致了冷庫中的含水量大大增加，相對濕度很大，這是目前“育鯤”輪伙食冷庫系統(tǒng)蒸發(fā)器結霜嚴重的最主要因素。</p><p>　?、?“育鯤”輪作為一艘教學實習船舶擁有其獨特的特點，人員多，伙食冷庫大，在

33、準備船員和學生的飲食時，要頻繁且長時間從冷庫內向外搬運冷凍食品，為了學生和廚師的安全（防止冷劑泄漏引發(fā)事故）以及方便，搬運冷凍食品時會將冷庫門長時間敞開，這無疑增加了額外的熱負荷，外界空氣的進入也同時帶來了水蒸汽，使冷庫的濕度增加，最終增大了結霜的機會。</p><p>　?、情L時間觀察壓縮機工作發(fā)現(xiàn)壓縮機的高壓和低壓（配合數(shù)據(jù)采集和圖像）均偏低，分析其原因為制冷劑量少導致蒸發(fā)壓力低，最終造成局部過冷結霜。<

34、;/p><p>　　4 “育鯤”輪伙食冷庫系統(tǒng)蒸發(fā)器結霜嚴重的解決辦法</p><p>　　冷庫是食品冷凍加工、儲存與流通的重要設施，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。能源是國家經(jīng)濟建設的基本條件之一，節(jié)約能源是國家經(jīng)濟建設的長遠戰(zhàn)略方針。作為耗能大戶的冷庫，搞好節(jié)能工作將對冷庫使用的經(jīng)濟效益提高發(fā)揮重要作用。因此分析、研究并最終完善冷庫行業(yè)制冷系統(tǒng)結霜問題，探討制冷系統(tǒng)操作運行中的節(jié)能措施與方法，引

35、進先進的除霜方法和延緩結霜技術并應用于冷庫系統(tǒng)當中去，對節(jié)約能源、降低冷庫使用的生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益具有很大的現(xiàn)實意義。</p><p>　　為最終解決冷庫系統(tǒng)蒸發(fā)器結霜嚴重的問題，我們從采取有效措施對蒸發(fā)器進行除霜和引進先進技術延緩蒸發(fā)器結霜兩個方面入手，以期最終目標得以實現(xiàn)。</p><p>　　4.1 伙食冷庫系統(tǒng)蒸發(fā)器的除霜</p><p>　　4.1.1

36、常用的伙食冷庫除霜方法介紹</p><p>　　適時地進行除霜，準確地控制蒸發(fā)器運行和除霜循環(huán)中除霜的時間和次數(shù)，是維持低溫冷庫正常運行的關鍵。除霜效果的優(yōu)劣亦是充分發(fā)揮制冷設備能力，減少維修費用，節(jié)約用電和保證溫、濕度要求的關鍵。目前對于蒸發(fā)器盤管表面除霜方法主要有停機人工除霜、淋水除霜方式、電熱除霜方式和熱氣除霜等。</p><p><b>　?、磐C除霜方式</b&g

37、t;</p><p>　　當系統(tǒng)需要除霜時，停止運行一定時間，利用周圍環(huán)境中的熱量，使蒸發(fā)溫度恢復到0℃以上，將結在蒸發(fā)器表面的霜層融化掉，這是一種最簡單的辦法。融霜結束后，重新啟動制冷系統(tǒng)進行工作。此除霜方式最大的優(yōu)點在于方法簡單，而且不消耗額外的能量，但當冷庫溫度較低時，采用此方法無法化霜，或除霜時間過長，使被控溫濕度遠離被控要求。</p><p><b>　　⑵淋水除霜方式

38、</b></p><p>　　這種方式是在冷卻盤管、肋片表面淋水以加熱管道。即使對于大容量盤管也能在很短時間內把結霜除去，并且系統(tǒng)簡單價格便宜。但是如果淋水后不能及時把余水除凈，反而會在下一除霜進程中加快結霜的速度。當淋水溫度過高時，淋水時產(chǎn)生的熱蒸汽會在用冷單元的表面上結露或結冰，增大冷單元表面的傳熱熱阻。合適的淋水溫度應在18—20℃之間，融霜水經(jīng)回收，加熱后可反復使用。</p>&

39、lt;p><b>　?、请姛岢绞?lt;/b></p><p>　　電加熱除霜是用電加熱提供化霜熱量，多用在翅片管式冷風機上，適合于小型制冷裝置或單個庫房。電加熱元件附在翅片管上，為了防止融化后的水在排出庫房之前再次結冰，融化后的水應及時排至庫外，還必須在接水盤和排水管上纏繞帶狀加熱器?；獣r，壓縮機和冷風機風扇停止運行，關閉電磁閥，電加熱器開始供電加熱化霜?；Y束后，壓縮機啟動運行，

40、加熱繼電器停止給電加熱，電磁閥打開，制冷劑進入蒸發(fā)器。電加熱除霜具有系統(tǒng)簡單、除霜完全、實現(xiàn)控制簡單的優(yōu)點，在小型裝置上廣泛采用，但缺點是耗電多，不宜在大型裝置上采用。</p><p><b>　?、葻釟獬绞?lt;/b></p><p>　　利用壓縮機排出的高溫氣體的熱量進行除霜，利用制冷系統(tǒng)壓縮機排氣管和蒸發(fā)器與毛細管之間的旁通回路，將壓縮機的高溫排氣直接引入蒸發(fā)器

41、中，通過壓縮機排氣熱量將蒸發(fā)器的霜層融化。除霜時，風扇停止運行，除霜的熱量來源為壓縮機所消耗的電力和壓縮機殼體的蓄熱量兩部分。與其它方式相比其差異是直接從冷卻盤管內向外傳出熱量，因此能夠快速除霜。</p><p>　　綜上所述，前三種除霜方法都是從冷卻管外加熱除霜，效率低，能耗大。而熱氣除霜最大的優(yōu)點在于對霜層的加熱是在翅片管內進行的，霜容易從冷卻表面脫落，所以實際融霜的熱量比理論值小得多。同時，翅片管上霜層的融

42、化由內向外，在融霜的初期，無水蒸汽向蒸發(fā)器外溢，只有當霜層融化脫落后，翅片管上的熱量才會向外輻射，但此時已處于除霜的結束階段，因此是一種節(jié)能的除霜方式。有關的實驗數(shù)據(jù)表明，在相同的除霜工況下，熱氣除霜所需的能耗只是電加熱方法及水噴淋法所需能耗的 。很顯然，熱氣除霜是眾多方法中最節(jié)能的。所以，雖然熱氣除霜操作復雜，且只適用于制冷劑直接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)，但從節(jié)能的角度考慮，還是應該大力推廣與應用。但這種方式也存在三個問題，一是進入壓縮機吸氣口的

43、制冷劑中含有液體，易使壓縮機造成液擊，縮短其使用壽命。二是吸氣壓力提高，使壓縮機壓縮比降低，壓縮機吸氣側制冷劑的比容減少，制冷循環(huán)量增加，使壓縮機的運轉電流和噪音增大。三是裝置相對復雜，管理也比較麻煩。因此要尋找更加合理的除霜方式和控制手段。</p><p>　　幾種常用除霜方法優(yōu)缺點對比</p><p>　　4.1.2常用除霜控制的介紹</p><p>　　目前用

44、于低溫制冷設備的除霜控制有以下幾種：</p><p><b>　　(1)定時除霜法</b></p><p>　　這是早期除霜控制所采用的一種方法，機組設定了固定的循環(huán)時間，不管環(huán)境條件如何，時間一到，機組即轉入除霜循環(huán)，為防止蒸發(fā)器上過多結霜，其時間的設定往往考慮了最惡劣的環(huán)境條件，這種方法難以適應不同的工作條件，將會產(chǎn)生不必要的除霜動作，影響制冷機組的效率。<

45、/p><p>　　(2)時間——溫度(壓力)法</p><p>　　這是目前制冷機組用的較為普遍的一種除霜控制方法，隨著霜層的增加，機組工作的蒸發(fā)溫度(壓力)會相應下降，蒸發(fā)器翅片管的溫度也會下降，因此，設定一個蒸發(fā)溫度(壓力)或蒸發(fā)器翅片管的溫度值及一個與上次除霜的時間間隔值，當傳感器感受的溫度(壓力)及機組制冷工作時間均達到設定值時，開始進行除霜循環(huán)。機組的制冷工作時間可根據(jù)具體條件改變。

46、通過感受翅片管的溫度達到某一值時結束除霜循環(huán)。這種方法較定時除霜有所進步，但仍未克服除霜控制對機組工作條件適應性差的缺點，仍會產(chǎn)生不必要的除霜。</p><p>　　(3)空氣壓差控制除霜法</p><p>　　由于結霜及霜層增長，加大了流過蒸發(fā)器的氣流阻力，蒸發(fā)器兩側空氣壓差增大，通過測量蒸發(fā)器兩側空氣壓差，在壓差達到一個預定值時開始進行除霜。這種方法可實現(xiàn)根據(jù)需要除霜，但在蒸發(fā)器表面有

47、異物遮擋或嚴重積灰時會出現(xiàn)誤動作。</p><p>　　(4)霜層傳感器控制除霜法</p><p>　　蒸發(fā)器上的霜層情況可由光電或電容探測器直接監(jiān)測。用一個光源配套探測器或將一對電容裝在盤管上，當霜層擋住光源或改變了介電常數(shù)時，電路將此信號變化為除霜觸發(fā)信號，但因它要牽涉到很穩(wěn)定的高增益放大器和很高的頻率以及傳感器價格高等諸多限制因素，因而在實際機組上難以應用。</p>&

48、lt;p>　　(5)聲音振蕩器控制除霜</p><p>　　由于共鳴頻率與質量有關，隨著霜層的積累，共鳴頻率就發(fā)生顯著的變化，通過監(jiān)測安裝在蒸發(fā)器內的聲音振蕩器的共鳴頻率來推知霜層厚度，以控制除霜動作，這種裝置的造價高。</p><p>　?、首罴殉獣r間控制法</p><p>　　在說明書中提到的認定最佳除霜時間的基礎上，根據(jù)最佳除霜時間與實際除霜時間的差異

49、判斷除霜控制是否正確，進而確定機組制冷工作時間和除霜控制信號的發(fā)出。但此法也存在兩個問題:一是最佳除霜時間的確定會因具體條件的不同而不同;二是難以處理天氣突變的情況。</p><p>　　4.1.3“育鯤”輪冷庫制冷系統(tǒng)的融霜方式與控制方法</p><p>　?。ㄗ稍儗O老師，除霜怎么除，什么時候除，除到什么樣，用什么方式的除霜控制。優(yōu)缺點陳述，配解釋，可以的話用畫圖軟件畫圖和拍照片等）&l

50、t;/p><p>　　4.1.4幾種新型除霜方法的介紹</p><p>　?、磐饧痈邏红o電場改變結霜形態(tài)的除霜方法</p><p>　　由于水分子具有很強的極性，而結霜又是一種水分子的遷移過程，所以可以推斷，外加電場必然會對結霜產(chǎn)生影響。</p><p>　　當霜晶生長時，在晶體的周圍外加一個較強的電場，而在晶體的突出點處，電場將會更強。由于水分

51、子有內在的電極化性能，所以電場的存在將使水分子進一步極化。如果電場有很強的梯度，那么被極化的水分子會被沿著電場方向吸引。在高壓電場的作用下，冰柱被拉向電極的方向生長，并且冰柱細長、易碎，在自身重力的作用下更易折斷從而使霜層的厚度降低。所以，電場的存在能夠影響霜層的厚度。另外，局部還存在強烈地放電現(xiàn)象，因而，電擊作用也導致了霜層厚度的降低和結霜量的減少。北京工業(yè)大學張新華在其碩士學位論文中對結霜量的研究表明，電場的存在能夠減少結霜量，當E

52、=12kV/cm時，結霜量減少最多，達到了17.1 %。</p><p>　　由于船上的壓縮空氣比較充足，而且管路安排的問題也不難解決，因此，在外加高壓電場的同時再配合適當壓力的壓縮空氣對結霜進行吹逐，我們有理由相信除霜的效果將會更好。（自己查此種除霜方式的缺點）</p><p>　?。纯茨懿荒苡胹olid works畫圖軟件畫個圖）</p><p><b&

53、gt;　　⑵超聲波除霜技術</b></p><p>　　目前常用的電熱和熱水除霜方法都有會導致冷庫溫度波動、耗能高的問題，用超聲波除霜的方法能達到連續(xù)運行不停機除霜的效果，并達到穩(wěn)定庫溫、節(jié)約能源的目的。</p><p>　　試驗結果表明（4）在冷風機上采用超聲波除霜是可行的，40 冷風機化霜的功率為4. 5Kw，而超聲波除霜只需30 W。采用超聲波除霜時可防止冷庫內空氣中的

54、水汽結霜，維持庫內的相對濕度，為果蔬的保鮮提供有利的環(huán)境條件而且采用橫波除霜的效果優(yōu)于縱波，采用縱、橫聯(lián)合的方法可以獲得最優(yōu)的除霜效果并且可以根據(jù)冷風機交換而積的大小采用雙聲源或多聲源縱橫聯(lián)合除霜技術。（自己查此種除霜方式的缺點）</p><p><b>　　4.2延緩結霜技術</b></p><p>　　4.2.1伙食冷庫常用延緩結霜的方法</p>&

55、lt;p>　?、沤禍仄陂g，控制庫門頻繁開啟。開門次數(shù)過多將造成滲入空氣的熱負荷增加，使冷庫超載，延長壓縮機運轉時間，電耗量增加，使產(chǎn)品的單位成本增高。同時也易使蒸發(fā)器結霜過多，延長除霜時間。冷庫中冷風機盤管結滿冰霜之后，盤管熱阻增加，影響制冷效果。使冷庫內溫度不易下降，影響食品的周轉和品質。因此，食品進、出庫時，冷庫門不能大開，同時要求食品快進、快出，門要快開、快關，做到隨手關門，以減少外界熱量流入庫內。</p>&

56、lt;p>　?、茋澜环弦?guī)范包裝的產(chǎn)品入庫，如果包裝物材質的熱傳能力比較差，將阻礙物品內部的熱量傳出，延長冷凍時間;嚴防產(chǎn)品帶入過多水分，避免因凍結而損壞制冷部件。因此對于含水分較多的食物，如果要進冷庫冷藏的話，最好用包裝材料如塑料袋將其包住，這樣既可以避免食物風干，又可以減少冷庫內的水分。</p><p>　　4.2.2強親水性涂料制作親水表面抑制結霜方法</p><p>　　本

57、方法利用研制的親水性涂料，涂抹在蒸發(fā)器銅管上，通過改變結霜表面的性質來抑制結霜，北京工業(yè)大學王洪燕等人（5）在所做的對比實驗中研究表明，自行研制的親水性涂層具有明顯的抑霜效果，涂有親水性涂料的蒸發(fā)銅管會比同等條件下的紫銅管出現(xiàn)初始結晶晚約3個小時，成霜速率慢，而且最終會使結霜量減少將近40％以上，結霜松散易脫落，加少量的風量后很容易除去。</p><p>　　此種方法同樣存在親水性涂層研制困難，而且研制出的涂層也

58、大多存在易揮發(fā)，易吸水膨脹使附著力逐漸變弱，反復使用性較差的缺點。</p><p>　　4.2.3超疏水低粘著銅表面制作蒸發(fā)器表面抑制結霜方法</p><p>　　銅及其合金是人類應用最早和最廣的一種有色金屬，導電和導熱性好，產(chǎn)量僅次于鋼和鋁而位居第二。但在制冷、低溫運行和戶外使用的銅制零部件中，銅由于表而能較高，水分子易吸附聚集，從而也極易結冰，嚴重影響了銅產(chǎn)品的導熱和導電性能，給產(chǎn)品和

59、設備的穩(wěn)定工作帶來了較大的危害。傳統(tǒng)的防覆冰方法大多基于除冰、融冰思路，如人工除冰、熱水融冰、熱點融冰等，但這些方法不能從根本上解決問題，目以大量能耗為代價。</p><p>　　為解決上述難題，本方法用噴砂處理在銅片表面形成微米級丘陵狀凹坑，再用表面氧化處理在銅片表面制備菊花花瓣狀 納米片。通過噴砂-表面氧化處理在銅片表面成功構建微米-納米復合結構，這種表面氟化后與水滴的接觸角高達161°，滾動角低至

60、1°,顯示出優(yōu)異的超疏水性和很低的粘著性。低溫下，具有超疏水特性的銅片表面與水滴接觸時，形成的“氣墊”可減小固體表面與水滴的接觸面積，降低表面與水滴間的熱量交換，從而減緩水分子的凝結，延緩霜晶的形成，提高銅片表面的抗結霜性.</p><p>　　因此，這種經(jīng)過處理的銅片應用在蒸發(fā)器上可使水滴不易附著在蒸發(fā)器銅管上，從而達到有效抑制結霜的效果。</p><p>　　4.2.4自然對

61、流下含納米 涂層表面抑霜方法</p><p>　　由于冷壁面上著霜在很大程度上是一種界面現(xiàn)象，因此，冷壁面的性狀必然會對著霜過程產(chǎn)生重要影響。于是，人們一直試圖改變冷壁面的表面狀況包括施加各種涂層來抑制結霜。由于納米 、納米 具有超親水性等特性，因此，本方法利用納米 、納米 這一性質制作親水涂層。北京工業(yè)大學張新華等人進行實驗研究發(fā)現(xiàn)，這種涂層能夠抑制霜層的生長，并且這種涂層牢固性好，重復使用性高。</p&

62、gt;<p>　　對比實驗研究發(fā)現(xiàn)含有納米 的親水涂層表現(xiàn)出較好的抑霜效果。</p><p>　　(a)紫銅表面于水滴接觸角72° (b)涂層表面與水滴接觸角28°</p><p>　　不同冷壁溫度和環(huán)境濕度下親水涂層和紫銅表面的抑霜效果進行比較，作圖如下</p><p>　　對比圖（a）和（b）,我們可以發(fā)現(xiàn)，在較低的相對

63、濕度下，冷壁溫度較高，抑霜效果越明顯；當 =-13.9℃時，施加涂層后，可以使霜的厚度減少20％。但是，當Tw=-6.9℃時，由于涂層的作用，可以使霜層高度減小28%。對比圖（b）和（c）可以發(fā)現(xiàn)，在相同的冷壁溫度下，相對濕度較小時，抑霜效果越顯著；如本組對比結果所顯示的，當相對濕度為65%時，涂上涂層后，與紫銅表面相比，霜層厚度幾乎沒有變化，而當相對濕度為36%時，抑霜效果較為顯著。</p><p>　　此種親

64、水涂層在壁溫不太低(>一10℃)，環(huán)境濕度較小(<45%)的條件下能夠較好的抑制霜層生長。另外，與其它涂層相比，這種涂層還有一個很大的優(yōu)點，它的使用壽命長，黏附性強，能夠非常牢固地涂在大部分的金屬表面上而不會脫落。</p><p>　　4.2.5使用 納米涂層表面抑制結霜方法</p><p>　　隨著納米科技的發(fā)展，各國對納米材料的研制加快了步伐，為各工程領域提供了新材料。在常

65、規(guī)材料表面經(jīng)過納米復合的涂層，具有新特性。一些研究認為納米材料可作為新型制冷材料，可以提高制冷效率。本方法選取由磁控濺射法制備而成 納米涂層材料抑制蒸發(fā)器管外結霜。</p><p>　　中山大學工學院梁棟等人在進行的對比實驗中，通過觀測對比 納米涂層材料和未制備納米涂層材料的銅基板兩種材料，得出在實驗工況下不同時刻的結霜狀況， 納米涂層材料表面結霜狀況如圖a所示，未制備納米涂層材料的銅基板表面結霜狀況如圖b所示：

66、</p><p>　　圖a 納米涂層材料表面結霜過程</p><p>　　圖b 銅基板表面結霜過程</p><p>　　對比圖a和圖b可見:</p><p>　?、女攖= 2 min時，納米涂層材料表面上的凝結水珠直徑較小，分布較密；與之相比，銅基板表面上生成的凝結水珠直徑較大，尺寸分布不均勻。</p><p>　　

67、⑵當t= 3 min時，納米涂層材料表面的凝結水珠直徑變大，仍然以過冷水的形式停留在冷表面，而銅基板表面的凝結水珠已經(jīng)被完全凍結。</p><p>　　⑶當t= 4-5 min時，涂層材料表面的過冷水珠才被逐漸凍結，水珠由透明色變?yōu)榘咨?，形成球冠狀冰核，隨制冷過程的推進，冷表面和周圍環(huán)境的溫度逐漸降低，水珠被完全凍結；相比之下，在此期間銅基板表面球冠狀冰核表面已經(jīng)開始有霜晶出現(xiàn)，并不斷向四周擴散。</p&g

68、t;<p>　　⑷隨著時間的延長，在t為10- 60 min時，兩種冷表面上的霜層均迅速成長，這段時間內霜層厚度與密度均增長很快，為霜層的生長階段。</p><p>　?、蓮膖= 90 min開始，霜層變化不再明顯。在T為90-180 min這段時間里，兩種材料表面上的霜層均已成長為致密霜層，表面結箱無明顯差別，進入霜層的充分生長期。</p><p>　　通過實驗可以明顯觀測

69、到，納米涂層表面上的結霜過程與普通銅基板表現(xiàn)出很大差異，主要體現(xiàn)在過冷態(tài)凝結水珠在納米涂層表面的停留時間較長，水珠的成長時間與合并時間較長，凍結之前的水珠直徑比普通銅基板表面的較大，水珠被凍結的時間較晚。由于普通銅基板水珠凍結與霜晶形成的時間較早，因此，在相同的時間里，其表面的霜層結構較密實。</p><p>　　因此，利用此種納米涂層材料作為蒸發(fā)盤管的材料可以有效的延緩結霜的時間和厚度。</p>

70、<p>　　4.3除霜或延緩結霜方法應用于“育鯤”輪的可行性分析（有待繼續(xù)完善語言）</p><p>　　經(jīng)過分析和研究“育鯤”輪伙食冷庫系統(tǒng)各個庫不同的特點，決定針對不同庫采取不同的除霜或延緩結霜技術。</p><p>　?、?菜庫（同糧庫）水汽較大，易附著在蒸發(fā)盤管上，因此可以采用超疏水低粘著銅表面制作蒸發(fā)器表面或者采用納米材料作為蒸發(fā)盤管的涂層，水滴不易附著在此種材料表面。

71、</p><p>　?、迫鈳鞙囟容^低，很容易結霜，可將新買入的肉類用包裝袋罩住來減少水汽向庫內散發(fā)，同時在蒸發(fā)器外加高壓電場使霜晶成柱狀生長，配合一定量壓縮空氣的吹逐來減少霜晶在蒸發(fā)器表面的附著；或者引入超聲波除霜設備。</p><p><b>　　5 結論與展望</b></p><p>　　近年來為響應節(jié)能環(huán)保的要求，從陸地到海洋乃至太空都在

72、不斷更新完善其設備及技術以期達到可持續(xù)發(fā)展和綠色發(fā)展的目的。船舶蒸發(fā)器結霜是一個一直困擾伙食冷庫系統(tǒng)管理者的問題，霜層的存在降低了換熱器效率，造成制冷效率下降，壓損增加，甚至會使系統(tǒng)失效，霜層的存在也增加融霜能耗和系統(tǒng)生維護、管理費用，因此探索有效的抑霜手段非常必要。蒸發(fā)器結霜是一個不可避免的問題，但是如何有效的除霜和延緩蒸發(fā)器結霜卻很值得我們作為管理者思考和研究。本文通過分析結霜的原因，由原因入手尋找改變結霜影響因素的方法，從外加電場

73、或超聲波來改變霜晶生長過程，采用新型材料或涂層減少水汽在蒸發(fā)盤管的附著等方法得出延緩、減少結霜的方法。</p><p>　　在研究此問題時不可避免的要參與伙食冷庫系統(tǒng)的管理，因此也發(fā)現(xiàn)了不少潛在的其他問題，但由于研究手段和時間的限制，只能記錄下進一步研究的問題：</p><p>　?、?從拍攝的蒸發(fā)器照片中可以發(fā)現(xiàn)，“育鯤”輪采用的電熱融霜能有效的將蒸發(fā)器上部結霜除去，融化的水沿著蒸發(fā)器流

74、下并積聚在蒸發(fā)器下部，由于水沒有被及時有效的引走，而且電熱融霜并沒有選擇出最佳的結束融霜的點，導致水和未融的霜在蒸發(fā)器下部又凍結在一起，嚴重時會將泄水管路凍裂。融霜時間長會增加額外的熱負荷，融霜時間短則無法有效的除霜，如何設計出有效判斷霜層被融解程度的設備（檢測壓差變化或風速變化），以及如何優(yōu)化融霜時間可成為未來研究的一個方向。</p><p>　?、?菜庫和糧庫中的蒸發(fā)器后部均附著有大量灰塵和體積較大的贓物，設

75、計一個反沖洗裝置來解決此問題。</p><p>　?、恰坝H”輪由于實習學生眾多，在伙食采購時均為大批量，如何長期有效的維持這些食品的營養(yǎng)價值及口味，即食品的保鮮技術在“育鯤”輪上的應用。</p><p>　?、取坝H”輪幫廚學生要頻繁進入冷庫，若冷庫內冷劑泄露則會對學生的生命安全造成很大威脅，設計出一個冷劑泄露報警設備可解決此問題。</p><p><b&g

76、t;　　參考文獻</b></p><p>　　顧永明、藏潤清、李星，R 404A制冷系統(tǒng)結霜工況與無霜工況下對比實驗研究，制冷技術，第37卷第1期，2008.11 </p><p>　　李一波、潘延齡，濕空氣中水蒸汽在壁面凝華形成冰核的物理模型，工程熱物理學報，第3卷第2期，1982. 5</p><p>　　劉鳳珍、陳煥新，降低結霜速率問題的研究，長沙

77、鐵道學院學報，第18卷第3期，2000.4</p><p>　　閻勤勞等，冷風機超聲波除霜技術試驗研究，農(nóng)業(yè)機械學報，2002.4</p><p>　　王洪燕等，工程熱物理學報，第26卷第4期，2005.7</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　四個月的“育鯤”輪畢業(yè)實習將使我終生難忘，在船期間受