СПОСОБ РАБОТЫ КОМПРЕССОРНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ Российский патент 1994 года по МПК F25B29/00 

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано для повышения экономичности холодильных машин, работающих в режимах работы и паузы.

Известны способы работы холодильных машин, содержащих испаритель и конденсатор, в котором чередуются режимы работы и паузы [1].

Однако с ростом мощности компрессора растут весогабаритные характеристики испарителя и конденсатора и соответственно всего устройства в целом, а при их неизменных характеристиках падает энергетическая эффективность холодильника за счет роста перепада температур между испарителем и конденсатором в режиме работы компрессора.

Целью изобретения является повышение экономичности холодильных машин, работающих в чередующих режимах, путем увеличения режима паузы.

Это достигается путем увеличения коэффициентов теплоотдачи поверхностей испарителя и конденсатора в режиме работы холодильной машины путем приведения частей теплообменных поверхностей испарителя и конденсатора в тепловой контакт соответственно с аккумуляторами "холода" и теплоты. Причем в аккумуляторах "холода" и теплоты используются вещества с относительно высоким значением удельной теплоемкости или теплоты фазового перехода.

Существенным отличием предлагаемого способа работы холодильной машины, работающей в чередующихся режимах работы и паузы, является одновременное увеличение значений коэффициентов теплоотдачи поверхностей испарителя и конденсатора в рабочем режиме компрессора путем одновременного приведения частей их теплообменных поверхностей в тепловой контакт соответственно с аккумуляторами "холода", и теплоты.

На чертеже показан график зависимостей температур и перепадов температур между испарителем и конденсатором от времени.

Суть предполагаемого изобретения заключается в следующем. При включении компрессора температура конденсатора (кривая 1) за время τ_pрастет до Т_max.к, а температура испарителя (кривая 2) снижается до T_min.и., а перепад температур на холодильной машине достигает до ΔТ_max(кривая 3) ΔT_max≃ T_max.к - T_min.и. из-за относительно низких значений коэффициентов теплоотдачи поверхностей испарителя α_и и конденсатора α_к(α ≃ 10 Вт/м² К).

Затем при выключении компрессора за время τ_в температура конденсатора снижается до температуры окружающей среды Т_o, а температура испарителя растет до температуры Т_max.и.. При этом значения температур Т_min.и и Т_max.к. определяются величинами поверхностей теплоотдачи испарителя F_и и конденсатора F_к, коэффициентами теплоотдачи их поверхностей α_и и α_к (приближенно можно допустить, что α_и≃ α_к), термодинамическими параметрами компрессорной холодильной машины: потребляемой мощностью W, холодопроизводительностью Q_o и холодильным коэффициентом ε.

Указанные параметры в идеальном случае связаны между собой соотношениями: Q_o= α_иF_и(T_o'-T_min.и.) (1) W+Q_o=(1+ε)W=α_кF_к(T_max.к.-T_o) (2) Т_min.и. = T_o'-εW/α_иF_и (3) Т_max.к. = T_o+(1+ε)W/α_кF_к (4)
Здесь Т_o' и Т_o соответственно средние во времени значения температур охлаждаемого объекта и окружающей среды. Значение Т_o' связано с температурой окружающей среды Т_o, теплотехническими характеристиками холодильной камеры, коэффициентом теплопередачи k, средней поверхностью теплоотдачи и холодопроизводительностью Q_o=εW соотношением: T ≃ T_o-εW/kF_cp (5)
Холодильной коэффициент при этом определяется соотношением:
ε₁ = T_min.и./(T_max.к - T_min.и.) (6) т.е. холодильный коэффициент компрессорной машины определяется величинами Т_min.и., Т_max.к., являющимися функциями α_и,α_к,, F_и, F_к, как это видно из соотношений (3) и (4). Следовательно для увеличения ε необходимо повысить значения α_и,α_к,.

В предлагаемом способе работы холодильной машины чередующей режимы работы и паузы части теплообменных поверхностей испарителя и конденсатора приводят в тепловой контакт с аккумуляторами "холода" и теплоты.

При включении компрессора за время работы τ_p температура конденсатора (кривая 1' ) растет до значения Т_max', а температура испарителя снижается до температуры T_min'. При этих температурах происходит частичный теплообмен поверхностей F_к и F_и с окружающими их средами при меньших значениях температурных напоров (T_max' - T_o и Т_o' - T_min') при средних коэффициентах теплоотдачи 10 Вт/м² К, а остальные части теплоты передаются веществам аккумуляторов "холода" и теплоты при значениях коэффициентов теплоотдачи достигающих до 200 Вт/м² К и более.

Затем при выключении компрессора за время τ_в аккумулятор теплоты продолжает рассеивать теплоту в окружающую среду, а аккумулятор "холода" продолжает обмениваться накопленной энергией с охлаждаемой средой. При этом температуры испарителя и конденсатора изменяются незначительно в отличии от известного способа работы.

Перепад температуры между испарителем и конденсатором в рабочем режиме компрессора, как и в режиме паузы составляет ΔТ_max' ≃ T_max' - T_min' (кривая 3'). Холодильный коэффициент в предлагаемом способе ε₂определяется соотношением: ε₂≃ T(T-T) (7)
Рабочий цикл в этом случае завершается за время τ_p + τ_в, т.е. в предлагаемом способе время паузы компрессора τ_в используется на теплообменные процессы аккумуляторов с окружающими средами, тогда как в известном способе цикл работы компрессорной машины заканчивается за время τ_p, а время τ_в вообще полезно не используется.

Как видно из приведенных соотношений (6) и (7) и диаграмм температур, холодильный коэффициент машины в рабочем режиме в предлагаемом способе растет за счет уменьшения перепада температуры между конденсатором и испарителем ΔТ_max' (кривая 3'). Это в конечном итоге приводит к росту времени паузы холодильной машины.

Энергетическая эффективность предлагаемого способа может быть оценена соотношением: n = ≃ (8)
Как видно из диаграммы изменения температур и температурных напоров T_min'< T_min.и и T_max.к - Т_min.и > T_max' - -T_min', т.е. каждый из сомножителей соотношения (8) в числителе больше каждого из сомножителей в знаменателе. Таким образом термодинамическая эффективность предлагаемого способа работы холодильной машины больше единицы, следовательно энергетическая эффективность предлагаемого способа выше по сравнению с известным способом.

Использование: холодильная техника, а именно в холодильных машинах, работающих в режимах работы с паузой. Сущность изобретения: теплообменную поверхность испарителя холодильной машины приводят в контакт с аккумулятором холода, а теплообменную поверхность конденсатора холодильной машины - с аккумулятором тепла. 1 ил.

СПОСОБ РАБОТЫ КОМПРЕССОРНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ с испарителем и конденсатором, при котором чередуют режим работы и режим паузы в работе, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности путем увеличения режима паузы, теплообменную поверхность испарителя приводят в контакт с аккумулятором холода, а теплообменную поверхность конденсатора - с аккумулятором тепла.