一、簡(jiǎn)介
結(jié)霜：水蒸氣在低于零攝氏度的固體表面直接凝華，形成晶狀冰層的現(xiàn)象。
除霜周期：從霜層厚度觸發(fā)除霜起始閾值，到蒸發(fā)器表面再次降至目標(biāo)溫度所經(jīng)歷的時(shí)間間隔，通常以“試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)”或“運(yùn)行小時(shí)”表征。
制冷能效衰減系數(shù)：同一工況下，結(jié)霜后與無(wú)霜狀態(tài)制冷性能系數(shù)的比值，當(dāng)該系數(shù)低于零點(diǎn)八五時(shí)，必須啟動(dòng)除霜。
二、結(jié)霜的物理成因
冷熱沖擊試驗(yàn)箱通過(guò)氣動(dòng)切換閥把試樣在低溫室與高溫室之間快速平移。兩室之間雖有硅橡膠密封簾，但在切換瞬間仍有二至四升濕空氣發(fā)生交換，水蒸氣遇到低溫蒸發(fā)器翅片，瞬間降至露點(diǎn)以下，直接凝華成霜。此外，部分高分子、密封件或生物樣本自身含水率高于百分之五，在低溫沖擊時(shí)，試樣表面水汽分壓遠(yuǎn)高于環(huán)境，水分向外擴(kuò)散，進(jìn)一步加劇結(jié)霜。箱體密封閉環(huán)結(jié)構(gòu)決定了濕氣無(wú)法外排，霜層隨試驗(yàn)循環(huán)逐次增厚。
三、霜層帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)
蒸發(fā)器表面若覆蓋十毫米霜層，其導(dǎo)熱系數(shù)僅零點(diǎn)零二四瓦每米開爾文，相當(dāng)于額外增加三十毫米厚聚氨酯保溫層，蒸發(fā)溫度被迫下降四至六攝氏度。軸流風(fēng)機(jī)背壓隨之升高約三成，循環(huán)風(fēng)量衰減一成五至兩成五，箱內(nèi)溫度均勻度由正負(fù)一攝氏度惡化至正負(fù)三攝氏度。霜層堵塞回氣口后，制冷劑可能夾帶液滴進(jìn)入壓縮機(jī)，曲軸箱潤(rùn)滑油被稀釋，最終出現(xiàn)液擊甚至燒機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)軍用與民用可靠性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，不允許在除霜狀態(tài)下繼續(xù)溫度沖擊，否則數(shù)據(jù)被判無(wú)效，企業(yè)需承擔(dān)重復(fù)試驗(yàn)的時(shí)間與費(fèi)用損失。
四、主流除霜方式與能耗比較
目前行業(yè)應(yīng)用較廣的策略有四種。
電加熱管除霜：在蒸發(fā)器內(nèi)側(cè)布置五百至一千瓦鎳鉻絲，通電后八到十二分鐘完成，箱溫回升五至八攝氏度，耗電最高，且易局部過(guò)熱。
熱氣旁通除霜：利用壓縮機(jī)排氣的高溫高壓工質(zhì)，經(jīng)四通閥切換進(jìn)入蒸發(fā)器，四到六分鐘即可完成，箱溫回升二至三攝氏度，能耗最低，但對(duì)系統(tǒng)閥件可靠性要求較高。
乙二醇噴淋除霜：將高溫載冷劑通過(guò)噴嘴均勻?yàn)⒃谡舭l(fā)器表面，三到五分鐘完成，箱溫回升一至二攝氏度，能耗居中，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多用于大型試驗(yàn)箱。
干燥壓縮空氣脈沖除霜：采用露點(diǎn)低于零下四十?dāng)z氏度的潔凈壓縮空氣，兩至三分鐘完成，箱溫回升不足一攝氏度，能耗最低，但需額外配置干燥氣源。
綜合比較，熱氣旁通輔以智能PID控制是目前小型箱的主流方案，可在五分鐘以內(nèi)把箱溫回升控制在兩攝氏度以內(nèi)，滿足藥品、半導(dǎo)體等對(duì)溫度敏感產(chǎn)品的試驗(yàn)要求。
五、自動(dòng)除霜控制邏輯
以五十升小型箱為例，系統(tǒng)設(shè)置三層觸發(fā)條件。
第一層為時(shí)間閾值，連續(xù)運(yùn)行四十五個(gè)循環(huán)后自動(dòng)提示除霜，用戶可在三十至九十循環(huán)范圍內(nèi)調(diào)整。
第二層為壓差閾值，當(dāng)蒸發(fā)器前后壓降超過(guò)八十帕斯卡時(shí)，微壓差開關(guān)發(fā)出信號(hào)。
第三層為性能閾值，若制冷能效衰減系數(shù)低于零點(diǎn)八五，或降溫速率低于標(biāo)稱值一成五，系統(tǒng)亦強(qiáng)制進(jìn)入除霜。
執(zhí)行階段，低溫室風(fēng)機(jī)先降頻至三十赫茲，減少熱擾動(dòng)；隨后四通閥切換，高溫排氣進(jìn)入蒸發(fā)器，盤管表面溫度在六十秒內(nèi)升至十?dāng)z氏度左右；雙PID交替調(diào)控，除霜PID目標(biāo)八攝氏度，防止過(guò)熱，箱溫PID進(jìn)入保持模式，補(bǔ)償熱滲透；融霜水沿三度傾斜的不銹鋼槽匯入五十毫升積水盤，由聚四氟乙烯電磁閥瞬間排放至箱外，全程約十五秒，避免二次蒸發(fā)。
六、日常預(yù)防與維護(hù)要點(diǎn)
試驗(yàn)計(jì)劃編制階段，應(yīng)對(duì)試樣含水率進(jìn)行評(píng)估，必要時(shí)增加預(yù)烘工序。運(yùn)行期間盡量減少箱門開啟次數(shù)，單次開門時(shí)間控制在十五秒以內(nèi)，防止大量環(huán)境濕空氣進(jìn)入。每月預(yù)防性維護(hù)時(shí)，使用零點(diǎn)三兆帕壓縮空氣順旋向吹掃蒸發(fā)器翅片，檢查風(fēng)輪平衡與軸承潤(rùn)滑，每運(yùn)行兩千小時(shí)補(bǔ)充高溫潤(rùn)滑脂一點(diǎn)五克。每季度進(jìn)行一次滿載最大熱負(fù)載挑戰(zhàn)試驗(yàn)，驗(yàn)證箱體在最惡劣工況下的穩(wěn)定性。對(duì)連續(xù)三次出現(xiàn)同類除霜故障的設(shè)備，應(yīng)啟動(dòng)失效分析與失效模式庫(kù)更新，必要時(shí)升級(jí)控制算法。
冷熱沖擊試驗(yàn)箱的結(jié)霜問(wèn)題是密封閉環(huán)結(jié)構(gòu)與快速溫度交變的必然結(jié)果。通過(guò)“量化觸發(fā)條件—選擇低能耗除霜策略—閉環(huán)排水—數(shù)據(jù)追蹤”四步措施，可把除霜耗時(shí)壓縮至五分鐘以內(nèi)，試驗(yàn)中斷率下降八成以上，顯著延長(zhǎng)壓縮機(jī)壽命。若現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)超出本文范圍的異常，用戶可隨時(shí)與上海林頻儀器股份有限公司技術(shù)支持中心聯(lián)系，獲得遠(yuǎn)程診斷、備件空投及CNAS校準(zhǔn)復(fù)核等增值服務(wù)，確保環(huán)境模擬數(shù)據(jù)持續(xù)滿足國(guó)內(nèi)外主流法規(guī)要求。
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