一、簡介
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)歷的時間間隔，通常以“試驗循環(huán)次數(shù)”或“運行小時”表征。
制冷能效衰減系數(shù)：同一工況下，結(jié)霜后與無霜狀態(tài)制冷性能系數(shù)的比值，當(dāng)該系數(shù)低于零點八五時，必須啟動除霜。
二、結(jié)霜的物理成因
冷熱沖擊試驗箱通過氣動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，試樣表面水汽分壓遠(yuǎn)高于環(huán)境，水分向外擴散，進一步加劇結(jié)霜。箱體密封閉環(huán)結(jié)構(gòu)決定了濕氣無法外排，霜層隨試驗循環(huán)逐次增厚。
三、霜層帶來的負(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入壓縮機，曲軸箱潤滑油被稀釋，最終出現(xiàn)液擊甚至燒機風(fēng)險。根據(jù)軍用與民用可靠性試驗標(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)被判無效，企業(yè)需承擔(dān)重復(fù)試驗的時間與費用損失。
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，且易局部過熱。
熱氣旁通除霜：利用壓縮機排氣的高溫高壓工質(zhì)，經(jīng)四通閥切換進入蒸發(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：將高溫載冷劑通過噴嘴均勻灑在蒸發(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，多用于大型試驗箱。
干燥壓縮空氣脈沖除霜：采用露點低于零下四十?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)體等對溫度敏感產(chǎn)品的試驗要求。
五、自動除霜控制邏輯
以五十升小型箱為例，系統(tǒng)設(shè)置三層觸發(fā)條件。
第一層為時間閾值，連續(xù)運行四十五個循環(huán)后自動提示除霜，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)器前后壓降超過八十帕斯卡時，微壓差開關(guān)發(fā)出信號。
第三層為性能閾值，若制冷能效衰減系數(shù)低于零點八五，或降溫速率低于標(biāo)稱值一成五，系統(tǒng)亦強制進入除霜。
執(zhí)行階段，低溫室風(fēng)機先降頻至三十赫茲，減少熱擾動；隨后四通閥切換，高溫排氣進入蒸發(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，防止過熱，箱溫PID進入保持模式，補償熱滲透；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)防與維護要點
試驗計劃編制階段，應(yīng)對試樣含水率進行評估，必要時增加預(yù)烘工序。運行期間盡量減少箱門開啟次數(shù)，單次開門時間控制在十五秒以內(nèi)，防止大量環(huán)境濕空氣進入。每月預(yù)防性維護時，使用零點三兆帕壓縮空氣順旋向吹掃蒸發(fā)器翅片，檢查風(fēng)輪平衡與軸承潤滑，每運行兩千小時補充高溫潤滑脂一點五克。每季度進行一次滿載最大熱負(fù)載挑戰(zhàn)試驗，驗證箱體在最惡劣工況下的穩(wěn)定性。對連續(xù)三次出現(xiàn)同類除霜故障的設(shè)備，應(yīng)啟動失效分析與失效模式庫更新，必要時升級控制算法。
冷熱沖擊試驗箱的結(jié)霜問題是密封閉環(huán)結(jié)構(gòu)與快速溫度交變的必然結(jié)果。通過“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，可把除霜耗時壓縮至五分鐘以內(nèi)，試驗中斷率下降八成以上，顯著延長壓縮機壽命。若現(xiàn)場出現(xiàn)超出本文范圍的異常，用戶可隨時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)滿足國內(nèi)外主流法規(guī)要求。
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