УСТРОЙСТВО ХОЛОДИЛЬНОГО АГРЕГАТА БЫТОВОГО КОМПРЕССИОННОГО ХОЛОДИЛЬНИКА Российский патент 2001 года по МПК F25B1/00 F25B39/04 

Предлагаемое изобретение относится к машиностроению, более конкретно оно относится к производству бытовых холодильных приборов (БХП). Оно может быть использовано на заводах Российской ассоциации производителей бытовой холодильной техники "Холод-быт", а также и других заводах, производящих БХП со сниженным потреблением электроэнергии при обеспечении заданной холодопроизводительности, т.е. с малым удельным расходом электроэнергии.

Известны устройства аналогичного назначения, например, БХП "Снежинка М" с принудительным обдувом конденсатора. Они описаны в журнале "Холодильная техника", N 2 за 1991 г., с.8 /1/. В этом в БХП имеются теплоизоляционный шкаф и дверца с уплотнением, компрессор с двигателем, конденсатор с кожухом, вентилятор с крыльчаткой, работающий синхронно с компрессором, используемый для интенсификации теплопередачи конденсатора путем увеличения конвекции. К основному недостатку такого БХП следует отнести низкую интенсивность теплопередачи его конденсатора. Теплопередача осуществляется только путем конвекции воздуха и лучеиспусканием от нагретых поверхностей. Следствием этого недостатка является повышение давления конденсации, что приводит к увеличению нагрузки на электродвигатель компрессора и, в конечном итоге, к повышению его энергопотребления, а также к повышенному уровню шума от работы вентилятора.

Известно устройство холодильного агрегата бытового компрессионного холодильника. Оно описано, например, в книге /2/ на с. 99. Это устройство содержит компрессор с электродвигателем и системой его автоматического управления, подвеску компрессора, нагнетательный и всасывающий трубопроводы, конденсатор, фильтр-осушитель, капиллярную трубку и испаритель, причем испаритель, также как и конденсатор, - с естественным конвективным теплообменом. При этом конденсатор является продолжением нагнетательного трубопровода, представляет собой плоский змеевик из трубы, закрепленный на вертикальном металлическом листе, а испаритель выполнен в виде прямоугольного короба, который состоит из двух скрепленных между собой алюминиевых листов с размещением между ними каналов для испарения хладагента и снабжен местами ввода и вывода хладагента. В данном устройстве холодильного агрегата БХП электродвигатель компрессора работает в повторно-кратковременном режиме с довольно высоким коэффициентом перегрузки. Такой режим работы двигателя вызывает нагрев его обмоток до высокой температуры. На нагрев затрачивается значительное количество электроэнергии, что приводит к снижению коэффициента полезного действия (КПД) электродвигателя компрессора (согласно /2/, с. 132, до величин 0,5-0,7), к повышению потребления им электроэнергии для обеспечения заданной холодопроизводительности БХП. Коэффициент рабочего времени (крв) такого БХП составляет порядка 0,5. Для поддержания заданной температуры и холодопроизводительности система автоматического регулирования температуры (САРТ) БХП часто включает электродвигатель компрессора, что приводит к повышению потребления электроэнергии БХП. К недостатку БХП такой конструкции следует отнести низкую интенсивность теплообмена его конденсатора, реализующего процесс теплообмена с окружающей средой только путем естественной конвекции воздуха и лучеиспусканием от его нагретых поверхностей. В нем не задействован наиболее эффективный метод охлаждения испарением. Хотя известно ("Элементарный учебник физики" /Под ред. П.С. Ландсберга. - Т.1, "Наука". - 1967 г., с. 524 /3/), что испарение вызывает охлаждение жидкости, а вместе с тем, и окружающих тел. В этом случае теплота испарения заимствуется у самой жидкости. Однако внутри конденсатора такого БХП происходит интенсивное выделение тепла при конденсации паров хладагента, а с его наружной поверхности это тепло отводится неэффективным способом. Это приводит к повышению давления конденсации, вследствие чего увеличивается нагрузка на электродвигатель компрессора и повышается его энергопотребление.

Таким образом, основным недостатком данной известной конструкции БХП является то, что она обладает низким КПД электродвигателя компрессора, невысокой эффективностью испарителя и конденсатора, следствием чего является высокое энергопотребление для получения заданной холодопроизводительности.

По своей сущности и большинству технических признаков наиболее близким к заявляемому изобретению аналогом является устройство холодильного агрегата бытового компрессионного холодильника, описанное в /2, с. 99/, поэтому оно и взято нами в качестве прототипа.

Простое объединение технических признаков известных устройств (аналогов и прототипа) не позволит снизить потребление электроэнергии холодильным агрегатом при обеспечении им заданной холодопроизводительности.

Заявляемое техническое решение свободно от недостатков, присущих как аналогам, так и прототипу.

Целью заявляемого технического решения является снижение потребления электроэнергии при производстве холода в бытовых холодильных приборах.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве холодильного агрегата бытового компрессионного холодильника, содержащем компрессор с электродвигателем и систему его автоматического управления, подвеску компрессора, нагнетательный и всасывающий трубопроводы, фильтр-осушитель, капиллярную трубку, испаритель и конденсатор, причем конденсатор представляет собой вертикально установленный на металлическом листе плоский змеевик из трубы, а испаритель выполнен в виде прямоугольного короба, который состоит из двух скрепленных между собой алюминиевых листов с размещением между ними каналов для испарения хладагента и снабжен местами ввода и вывода его, для снижения потребления электроэнергии электродвигателем компрессора при производстве холода в БХП поверхность конденсатора покрыта теплопроводным адсорбентом. Сам конденсатор снабжен раздаточным и собирающим воду лотками, закрепленными соответственно в его верхней и нижней частях. Короб испарителя в устройстве помещен в прямоугольный герметичный кожух, который наполнен незамерзающей холодонакопительной жидкостью. При этом подвижные опоры подвески компрессора кинематически соединены со штоком водяного насоса, который жестко закреплен к корпусу, а сам насос снабжен емкостью с водой и двумя обратными клапанами, установленными на его всасывающем и напорном трубопроводах, причем напорный трубопровод соединен с раздаточным лотком, а всасывающий размещен в емкости с водой. Причем, кинематическое соединение подвижной опоры компрессора со штоком водяного насоса, который закреплен к корпусу, может быть выполнено в виде шатуна с шарнирами, а для равномерности увлажнения теплопроводного адсорбента, раздаточный лоток может быть снабжен отверстиями в днище. К тому же для ароматизации и дезинфекции испаряемого с поверхности конденсатора воздуха, увлажняющего помещение, в котором установлено устройство, внутри емкости с водой посредством фиксаторов могут быть закреплены сменные контейнеры с соответствующими ингредиентами.

Сущность предложенного технического решения пояснена чертежами.

На фиг. 1 изображен холодильный агрегат бытового компрессионного холодильника. Он состоит из компрессора с электродвигателем 1 и системы его автоматического управления (САУ) (САУ на чертеже не показана), подвески компрессора 2, нагнетательного 3 и всасывающего 4 трубопроводов, фильтра осушителя, капиллярной трубки (на чертеже они не показаны), испарителя 5 и конденсатора 6. Причем конденсатор 6 представляет собой вертикально установленный на металлическом листе 7 плоский змеевик из трубы 8, наружная поверхность которого покрыта теплопроводным адсорбентом 9 (фиг. 2). Сам конденсатор 6 снабжен раздаточным 10 и собирающим 11 воду лотками, соответственно закрепленными на его верхней и нижней части. В агрегате испаритель 5, выполненный в виде двух скрепленных между собой алюминиевых листов с размещением между ними каналов для испарения хладагента и снабженный местами его ввода и вывода 3, 4 помещен в прямоугольный герметичный кожух 13. Пространство вокруг испарителя 5 и кожуха 13 заполнено незамерзающей холодонакопительной жидкостью 14. Подвижная опора подвески компрессора кинематически с помощью шатуна 15 шарнирами 16 и 17 соединена со штоком 18 водяного насоса 19, который жестко крепится к корпусу. Сам насос 19 снабжен емкостью с водой 20 и двумя обратными клапанами 21 и 22, установленными на его всасывающем 23 и напорном 24 трубопроводах. Причем трубопровод 24 соединен с раздаточным лотком 10 конденсатора 6, а трубопровод 23 - с емкостью 20, в которой для ароматизации и дезинфекции испаряемого с поверхности конденсатора воздуха, увлажняющего помещение, в котором оно установлено, внутри емкости с водой посредством фиксаторов закреплены сменные контейнеры с соответствующими ингредиентами (фиксаторы и контейнеры на чертеже не показаны). В данном устройстве нагнетательный трубопровод 5 предназначен для передачи хладагента от компрессора 1 через конденсатор 6 к испарителю 5, между которыми установлена капиллярная трубка (на чертеже не показана). Она предназначена для реализации эффекта дросселирования. Конденсатор 6 предназначен для охлаждения перегретых паров хладагента и их конденсации в нем при высоком давлении. В результате снижается удельное потребление им электроэнергии при производстве холода. Конденсатор 6 при таком режиме работы электродвигателя компрессора 1 должен обеспечить эффективный теплообмен от перегретых паров хладагента внутри него в окружающую его снаружи среду (в данном случае это теплопроводный пористый адсорбент 9, в порах которого находится вода) при неповышении давления конденсации внутри него. Что должно происходить только в случае его эффективной работы, - значительного улучшения процесса теплообмена конденсатора. Для увеличения интенсивности теплообмена поверхность конденсатора 6 покрыта теплопроводным адсорбентом 9, который предназначен для впитывания воды, подаваемой ему раздаточным лотком 10 и охлаждения перегретых паров хладагента внутри конденсатора 6. При этом охлаждение - теплообмен нагретого парами агента конденсатора и окружающей среды, должно происходить путем естественной конвекции воздуха, лучеиспусканием от его нагретых поверхностей и испарением воды, которая, испаряясь из пор теплопроводного адсорбента 9, сама из-за этого охлаждается, и охлаждает теплопроводный адсорбент 9, ее окружающий. Высокая теплопроводность адсорбента, металлического листа 7 и плоского змеевика из трубы 8, позволяет эффективно охлаждать и пары хладагента внутри трубы змеевика 8, что в итоге позволяет не повышать высокое давление конденсации паров агента и, тем самым, снижает нагрузку на электродвигатель компрессора 1, повышает его КПД, вследствие чего экономится электроэнергия при получении холода. Процесс испарения воды из адсорбента 9 при его нагреве уменьшает ее количество. Если адсорбент 9 не подпитывать водой, то это приведет к ухудшению теплообмена конденсатора 6 с окружающей средой из-за того, что его охлаждение будет происходить только путем естественной конвекции и лучеиспусканием, что, в конечном счете, приведет к увеличению энергопотребления электродвигателем компрессора 1. Для снижения этого показателя конденсатор 6 снабжен раздаточным и собирающим воду лотками 10, 11, которые крепятся соответственно на его верхней и нижней части. С верхнего лотка, через отверстия в его днище, вода, по мере ее испарения, должна поступать на теплопроводный адсорбент 9, позволяя тем самым эффективно охлаждать конденсатор 6 и, в конечном итоге, снижать потребление электроэнергии БХП. Излишки воды под действием собственного веса стекают с вертикально установленного металлического листа 7 в нижний лоток 11, с которого они должны поступать в емкость с водой 20 для обеспечения непрерывности процесса охлаждения, а следовательно, и непрерывности процесса экономии электроэнергии. Конструкция компрессора обладает одним неустранимым свойством - наличием неуравновешенных масс, из-за которых при его работе возникают силы инерции, которые вызывают вибрации компрессора. Для демпфирования инерционных нагрузок компрессор установлен на неподвижном корпусе через пружины его подвески 2, которые служат для поглощения вибраций, однако корпус компрессора с электродвигателем при этом колеблется. Кинематическое соединение подвижных опор 24 компрессора с электродвигателем 1 со штоком 18 водяного насоса 19, который жестко закреплен к корпусу, и возможное выполнение этой связи в виде шатуна 15 и шарниров 16 и 17, обеспечивает возможность бесперебойной работы насоса 19 тогда, когда работает компрессор с электродвигателем 1. Насос 19 должен закачивать воду из емкости с водой 20 через обратный клапан 22 и трубопровод 24 и подавать ее на раздаточный лоток 10 конденсатора 6 для впитывания воды адсорбентом 9 конденсатора 6, последующего испарения и охлаждения паров хладагента до температуры конденсации при давлении паров, обеспечивающем экономный режим работы электродвигателя компрессора и, тем самым позволяя повышать КПД электродвигателя и экономя его энергопотребление.

Устройство холодильного агрегата бытового компрессионного холодильника работает следующим образом.

Заливают воду в емкость 20 и включают электродвигатель компрессора 1. Работая, компрессор всасывает пары хладагента через всасывающий трубопровод 4, сжимает их, при этом они нагреваются, и через нагнетательный трубопровод 3 подает их в конденсатор 6. При работе компрессора 1, из-за имеющихся в нем неуравновешенных масс, возникают силы инерции. Так как компрессор установлен на неподвижном корпусе через пружины его подвески 2, то, из-за действия сил инерции, корпус компрессора с электродвигателем 1 при этом колеблется. Эти колебания через шарниры 16 и 17 шатуном 15 передаются штоку 18 водяного насоса 19, который жестко закреплен к корпусу. Шток 18 насоса 19, двигаясь вверх-вниз, закачивает воду из емкости с водой 20 через обратный клапан 21 и трубопровод 23 и подает ее через обратный клапан 22 и трубопровод 24 на раздаточный лоток 10 конденсатора 6. Вода под действием собственного веса через отверстия в днище раздаточного лотка 10 (на чертеже не показаны) поступает на теплопроводный адсорбент 9 (фиг. 2) конденсатора 6. Так как адсорбент 9 выполнен из пористой металлокерамики, то вода впитывается им. Излишки воды, просачиваясь через поры адсорбента 9, стекают в лоток 11, установленный в нижней части конденсатора 6, и далее в емкость с водой 20. Затем вода вновь подается насосом 19 на раздаточный лоток 10. Далее цикл многократно повторяется.

Сжатые компрессором 1 до высокого давления пары холодильного агента, поступившие в конденсатор 6, имеют высокую температуру. Они последовательно, нагревая конденсатор (трубу 8, металлический лист 7, адсорбент 9 и воду, находящуюся в порах адсорбента), сами при этом, отдавая тепло, охлаждаются, и из-за этого конденсируются. Процесс конденсации при охлаждении протекает интенсивно при невысоком давлении конденсации. Это происходит потому, что охлаждение конденсатора 6 происходит путем естественной конвекции воздуха, лучеиспусканием от его нагретых поверхностей и испарением воды из пор теплопроводного адсорбента 9. Даже высокая температура воздушной среды снаружи БХП не вызывает повышение давления конденсации, так как в данном случае интенсифицируется процесс испарения воды из пор адсорбента и он продолжает эффективно охлаждать конденсатор. При этом, учитывая, что внутри емкости 20 с водой посредством фиксаторов закреплены сменные контейнеры с соответствующими ингредиентами (на чертеже они не показаны), испарение воды с поверхности конденсатора 6 приводит к ароматизации и дезинфекции испаряемого с поверхности конденсатора воздуха, увлажняющего помещение, в котором оно установлено.

Продолжающаяся работа компрессора и нагнетание им паров холодильного агента продвигает конденсат через фильтр-осушитель и капиллярную трубку (на чертеже не показанны) в испаритель 5. На выходе капиллярной трубки в испаритель (на чертеже не показано) давление хладагента снижается от давления конденсации до давления кипения. Кипящий в испарителе 5 жидкий хладагент поглощает тепло из окружающей его среды (в данном случае из теплопроводного пористого адсорбента 9, поры которого заполнены водой). Так как испаритель 5 выполнен в виде двух скрепленных между собой алюминиевых листов с размещением между ними каналов для испарения хладагента и снабжен местами ввода и вывода хладагента 3, 4 то вся поверхность испарителя 5 интенсивно и равномерно охлаждается. Прямоугольная форма короба 13 испарителя 5 позволяет равномерно передать полученный холод в охлаждаемую среду (холодонакопительную жидкость 14) и далее, в камеру 25 низкотемпературного отделения БХП.

Работа компрессора с электродвигателем 1 и процесс охлаждения продолжаются до выхода на требуемый режим БХП. Учитывая большую массу жидкости 14, а также низкую величину температуры ее охлаждения (например, водный раствор хлористого кальция при содержании соли в растворе 29,9% замерзает при температуре -55^oC, а охлаждение можно производить до температуры, близкой к замерзанию), то до выхода на требуемый режим БХП компрессор с электродвигателем 1 работает длительное время. Холодонакопительная жидкость (промежуточный холодоноситель) 14 при этом накапливает холод и охлаждается до низкой начальной температуры хранения продуктов. При достижении такой температуры САРТ (она на чертеже не показана) отключает электродвигатель компрессора 1. Повторное включение электродвигателя компрессора 1 САРТ выполнит после того, как накопленный холод будет израсходован. Для повторного включения электродвигателя компрессора 1 температура в низкотемпературной камере 25 должна повыситься (за счет теплопритока снаружи внутрь БХП) до допустимой предельно высокой температуры хранения продуктов.

Так как диапазон минусовых температур хранения продуктов до повторного включения велик (и может быть порядка -55^o и - до порядка -15^o и выше), то при малой величине теплопритока снаружи внутрь БХП временной период между включением и отключением электродвигателя довольно велик. Электродвигатель компрессора БХП осуществляет работу в длительном режиме, при котором значительно снижаются коэффициент перегрузки двигателя и температура нагрева его обмоток, что повышает КПД двигателя и БХП в целом.

Таким образом, использование данного холодильного агрегата бытового компрессионного холодильника позволяет снизить потребление электроэнергии при обеспечении заданной холодопроизводительности, т.е. выпускать бытовые холодильные приборы со сниженным удельным потреблением электроэнергии.

Источники информации
1. В.А.Бояркин, И.Г.Упорова, Г.С.Алиев. Интенсификация теплообмена в конденсаторе бытового холодильника //Холодильная техника. - N 2, 1991, с. 8.

2. В.Б.Вейнберг и В.Л.Вайн. Бытовые компрессионные холодильники. - М.: - Пищевая промышленность. - 1974, с. 99-101.

3. Элементарный учебник физики. /Под ред. П.С.Ландсберга. - ТЛ, - М.: - Наука. - 1967, с. 524.

В бытовом компрессионном холодильнике конденсатор представляет собой вертикально установленный на металлическом листе плоский змеевик из трубы. Испаритель выполнен в виде прямоугольного короба, который состоит из двух скрепленных между собой алюминиевых листов с размещением между ними каналов для испарения хладагента и снабжен местами ввода и вывода его. Поверхность конденсатора покрыта теплопроводным адсорбентом. Конденсатор снабжен раздаточным и собирающим воду лотками, закрепленными соответственно в его верхней и нижней частях. Короб испарителя в устройстве помещен в прямоугольный герметичный кожух, который наполнен незамерзающей холодонакопительной жидкостью. При этом подвижная опора подвески компрессора кинематически соединена со штоком водяного насоса, который жестко закреплен к корпусу. Насос снабжен емкостью с водой и двумя обратными клапанами, установленными на его всасывающем и напорном трубопроводах. Напорный трубопровод соединен с раздаточным лотком, а всасывающий размещен в емкости с водой. Кинематическое соединение подвижной опоры компрессора со штоком водяного насоса может быть выполнено в виде шатуна с шарнирами. Использование изобретения позволит снизить потребление электроэнергии холодильником. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство холодильного агрегата бытового компрессионного холодильника, содержащее компрессор с электродвигателем и системой его автоматического управления, подвеску компрессора, нагнетательный и всасывающий трубопроводы, фильтр-осушитель, капиллярную трубку, испаритель и конденсатор, причем конденсатор представляет собой вертикально установленный на металлическом листе плоский змеевик из трубы, а испаритель выполнен в виде прямоугольного короба, который состоит из двух скрепленных между собой алюминиевых листов с размещением между ними каналов для испарения хладагента и снабжен местами ввода и вывода его, отличающееся тем, что поверхность конденсатора покрыта теплопроводным адсорбентом, а сам конденсатор снабжен раздаточным и собирающим воду лотками, соответственно закрепленными в его верхней и нижней части, короб же испарителя помещен в прямоугольный герметичный кожух, наполненный незамерзающей холодонакопительной жидкостью, при этом подвижные опоры подвески компрессора кинематически соединены со штоком водяного насоса, жестко закрепленного к корпусу, а сам насос снабжен емкостью с водой и двумя обратными клапанами, установленными на его всасывающем и напорном трубопроводах, причем напорный трубопровод соединен с раздаточным лотком, а всасывающий размещен в емкости с водой. 2. Устройство холодильного агрегата бытового компрессионного холодильника по п.1, отличающееся тем, что кинематическое соединение подвижной опоры компрессора со штоком закрепленного к корпусу устройства водяного насоса выполнено в виде шатуна с шарнирами. 3. Устройство холодильного агрегата бытового компрессионного холодильника по пп.1 и 2, отличающееся тем, что для равномерности увлажнения теплопроводного адсорбента, раздаточный лоток снабжен отверстиями в днище. 4. Устройство холодильного агрегата бытового компрессионного холодильника по пп.1 - 3, отличающееся тем, что для ароматизации и дезинфекции испаряемого с поверхности конденсатора воздуха, увлажняющего помещение, в котором оно установлено, внутри емкости с водой посредством фиксаторов закрепляют сменные контейнеры с соответствующими ингредиентами.