БЫТОВОЙ КОМПРЕССИОННЫЙ ХОЛОДИЛЬНИК Российский патент 2004 года по МПК F25B1/00 

Предлагаемое изобретение относится к холодильной технике, более конкретно к бытовым холодильным приборам (БХП). Оно может быть использовано на заводах Российской ассоциации производителей бытовой холодильной техники “Холод-быт”, а также и других заводах, производящих БХП, для расширения технологических возможностей холодильника путем обеспечения возможности снижения температуры в других, помимо низкотемпературного отделения, технологически необходимых частях холодильного шкафа.

Известно устройство БХП с агрегатом компрессионного типа [1], содержащее герметичный компрессор и систему его автоматического управления, наружную подвеску компрессора, нагнетательный и всасывающий трубопроводы, фильтр-осушитель, капиллярную трубку, листотрубный конденсатор и прокатно-сварной испаритель, выполненный в виде прямоугольного короба, причем для снижения потребления электроэнергии при производстве холода в БХП поверхность конденсатора покрыта теплопроводным адсорбентом. Кроме этого, конденсатор снабжен раздаточным и собирающим воду лотками, закрепленными соответственно в его верхней и нижней частях. Короб испарителя помещен в прямоугольный герметичный кожух, который наполнен незамерзающей холодо-накопительной жидкостью. Подвижная опора подвески компрессора кинематически соединена со штоком водяного насоса, который жестко закреплен к корпусу БХП, а сам насос снабжен емкостью с водой и двумя обратными клапанами, установленными на его всасывающем и напорном трубопроводах, причем напорный трубопровод соединен раздаточным лотком, а всасывающий размещен в емкости с водой. Кроме этого, кинематическое соединение подвижной опоры компрессора со штоком водяного насоса может быть выполнено в виде шатуна с шарнирами, а для равномерности увлажнения теплопроводного адсорбента, раздаточный лоток может быть снабжен отверстиями в днище.

В данном устройстве короб испарителя, прямоугольный герметичный кожух которого наполнен незамерзающей холодонакопительной жидкостью, является аккумулятором холода. Этот аккумулятор размещен в теплоизоляционном шкафу с дверцей и образует низкотемпературное отделение внутри него. Однако охлаждение других частей шкафа, как и в вышеописанной конструкции, происходит за счет конвекции воздуха внутри него. Распределение температур внутри шкафа зависит от циркуляции воздуха вокруг аккумулятора. К основному недостатку такого БХП следует отнести его узкие технологические возможности, так как в нем отсутствует возможность снижения температуры в других, помимо низкотемпературного отделения, технологически необходимых частях теплоизолированного шкафа с дверцей.

По своей сущности и большинству технических признаков наиболее близким к заявляемому изобретению аналогом является устройство бытового компрессионного холодильника, описанное в [1], которое взято в качестве ближайшего прототипа.

Заявляемое техническое решение свободно от недостатков, присущих известному прототипу.

Целью заявляемого технического решения является расширение технологических возможностей холодильника путем обеспечения более равномерного распределения температурного поля в его холодильной камере, а также повышение энергетической эффективности холодильника путем интенсификации процессов теплообмена конденсатора.

Поставленная цель достигается тем, что в известном бытовом компрессионном холодильнике, содержащем теплоизолированный шкаф, холодильный агрегат, конденсатор с увлажняемым адсорбентом на его наружной поверхности, испаритель, помещенный в холодонакопительную жидкость аккумулятора, снабжен дополнительным теплообменником, размещенным внутри теплоизолированного шкафа, соединенным двумя трубопроводами с герметичным аккумулятором холода, в холодонакопительную жидкость которого помещена герметичная эластичная емкость с незамерзающей жидкостью внутри нее, причем трубопроводы снабжены клапанами, один прямого, а другой - обратного действия. При этом незамерзающая жидкость внутри эластичной емкости обладает коэффициентом объемного расширения, возрастающим при ее охлаждении, а два трубопровода с клапанами - теплоизолированы.

Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен бытовой компрессионный холодильник. Он состоит из теплоизолированного шкафа 1 с дверцей, герметичного компрессора 2 и системы его автоматического управления (САУ) (САУ не показана), наружной подвески 3 компрессора 2, нагнетательного 4 и всасывающего 5 трубопроводов, фильтра-осушителя, капиллярной трубки (не показаны), аккумулятора холода 6, состоящего из испарителя, герметичного кожуха, заполненного незамерзающей жидкостью и листотрубного конденсатора 7, наружная поверхность которого покрыта теплопроводным адсорбентом 9 (фиг.2). Причем конденсатор 7 снабжен раздаточным 11 и собирающим 12 воду лотками, соответственно закрепленными на его верхней и нижней части. Испаритель прокатно-сварного типа, снабженный вводом и выводом, помещен в прямоугольный герметичный кожух. Пространство вокруг испарителя и кожуха заполнено незамерзающей холодонакопительной жидкостью, в которую помещена герметичная эластичная емкость 10 с незамерзающей жидкостью 14 (хладон, раствор соли, хлористый аммиак и др.) с коэффициентом объемного расширения, возрастающим при ее охлаждении. Кроме этого, теплоизолированный шкаф 1 снабжен дополнительным теплообменником 8, размещенным внутри его высокотемпературного отделения. Теплообменник 8 соединен двумя трубопроводами 16, 17 с герметичным аккумулятором холода 6 и трубопроводы снабжены клапанами - один (16) прямого, другой (17) (см. фиг.1) - обратного действия. Причем оба трубопровода с клапанами теплоизолированы.

Подвижная опора подвески компрессора кинематически с помощью шатуна 15 через шарниры 18 и 19 соединена со штоком 20 водяного насоса 21, который жестко крепится к корпусу БХП. Сам насос 21 снабжен емкостью с водой 22 и двумя клапанами 23 и 24, установленными на его всасывающем 25 и напорном 13 трубопроводах. Причем трубопровод 13 соединен с раздаточным лотком 11 конденсатора 7, а трубопровод 25 - с емкостью 22.

В данном устройстве нагнетательный трубопровод 5 предназначен для передачи хладагента от компрессора 2 через конденсатор 7 к испарителю, между которыми установлена капиллярная трубка. Конденсатор 7 предназначен для охлаждения перегретых паров хладагента и их конденсации при высоком давлении. Для увеличения интенсивности теплообмена поверхность конденсатора 7 покрыта теплопроводным адсорбентом 10, который предназначен для впитывания воды, подаваемой в него раздаточным лотком 11, и таким образом охлаждения насыщенных паров хладагента внутри конденсатора 7. При этом охлаждение - теплообмен нагретого парами хладагента конденсатора и окружающей среды должен 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 и плоского змеевика из трубы позволяет эффективно охлаждать пары хладагента внутри трубы змеевика, что в итоге позволяет контролировать давление при конденсации паров хладагента и тем самым снижает нагрузку на электродвигатель компрессора 2, повышает его кпд.

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 7 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 2. Для снижения этого показателя конденсатор 7 снабжен раздаточным 11 и собирающим 12 воду лотками, которые крепятся соответственно на его верхней и нижней части. С верхнего лотка, через отверстия в его днище, вода, по мере его испарения, должна поступать на теплопроводный адсорбент 9, позволяя тем самым эффективно охлаждать конденсатор 7 и, в конечном итоге, снижать потребление электроэнергии БХП. Излишки воды под действием собственного веса стекают с вертикально установленного металлического листа в нижний лоток 12, с которого они должны поступать в емкость 22 с водой 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 3, которые служат для поглощения вибраций, однако корпус компрессора с электродвигателем при этом колеблется. Кинематическое соединение подвижных опор компрессора 2 со штоком 20 водяного насоса 21, который жестко закреплен к корпусу, и возможное выполнение этой связи в виде шатуна 15 и шарниров 18 и 19 обеспечивает возможность бесперебойной работы насоса 21 иногда, когда работает компрессор 2 с электродвигателем. Насос должен закачивать воду из емкости с водой 22 через клапан трубопровода и подавать ее на раздаточный лоток 11 конденсатора 7 для впитывания воды адсорбентом 9 конденсатора 7, последующего испарения и охлаждения хладагента до температуры конденсации, обеспечивающем в дальнейшем эффективное охлаждение при испарении. Размещение в холодонакопительной жидкости аккумулятора холода герметичной эластичной емкости 10 с незамерзающей жидкостью 14 внутри с коэффициентом объемного расширения, возрастающим при ее охлаждении, предназначено для того, чтобы при охлаждении эта жидкость увеличивала свой объем и тем самым вытесняла из аккумулятора 6 некоторый объем холодонакопительной жидкости. При этом сама эластичная емкость 10 должна растягиваться, компенсируя возрастающий объем. При нагреве холодонакопительной жидкости за счет теплопритоков в шкаф 1 эта жидкость в эластичной камере должна уменьшать свой объем, создавая в аккумуляторе пониженное давление, обеспечивая тем самым возможность рециркуляции холодонакопительной жидкости в дополнительном теплообменнике 8. Снабжение теплоизолированного шкафа 1 дополнительным теплообменником 8, размещенным внутри его высокотемпературного отделения, предназначено для расширения технологических возможностей холодильника путем обеспечения возможности снижения температуры охлаждения в технологически необходимых частях холодильного шкафа. Соединение дополнительного теплообменника 8 двумя трубопроводами 16, 17 с герметичным аккумулятором холода 6 и установка на этих трубопроводах двух клапанов - одного прямого, другого - обратного действия и их теплоизоляция предназначены для подачи через них охлажденной холодонакопительной жидкости из аккумулятора в дополнительный теплообменник и ее возврат из теплообменника назад в аккумулятор, чем и достигается расширение технологических возможностей холодильника путем снижения температуры охлаждения в технологически необходимых частях высокотемпературного отделения шкафа 1. Теплоизоляция этих трубопроводов и самих клапанов предназначена для снижения холодопотерь при подаче холодонакопительной жидкости в дополнительный теплообменник 8, что также обеспечивает расширение технологических возможностей холодильника.

Бытовой холодильник работает следующим образом.

Заливают воду в емкость 22 и включают электродвигатель компрессора 2. Работая, компрессор всасывает пары хладагента через всасывающий трубопровод 5, сжимает их, при этом они нагреваются, и через нагнетательный трубопровод 4 подает их в конденсатор 7. При работе компрессора 2 из-за имеющихся в нем неуравновешенных масс возникают силы инерции. Так как компрессор 2 установлен на неподвижном корпусе через шарниры 18 и 19 шатуном 15 присоединен к штоку 20 водяного насоса 21, который жестко закреплен к корпусу, шток 20 насоса 21, двигаясь вверх-вниз, закачивает воду из емкости с водой 22 через клапан 23 и трубопровод 25 и подает ее на раздаточный лоток 11 конденсатора 7. Вода под действием собственного веса через отверстия в днище раздаточного лотка 11 (на фиг. не показаны) поступает на теплопроводный адсорбент 9 (фиг.2) конденсатора 7. Излишки воды, просачиваясь через поры адсорбента 9, стекают в лоток 12, установленный в нижней части конденсатора 7, и далее в емкость с водой 22, затем вода вновь подается насосом 21 на раздаточный лоток 11. Далее цикл подачи воды многократно повторяется.

Сжатые компрессором 2 до высокого давления пары холодильного агента, поступившие в конденсатор 7, имеют высокую температуру. Они последовательно, нагревая конденсатор (трубу, металлический лист, адсорбент 9 и воду, находящуюся в порах адсорбента), сами при этом отдавая тепло, охлаждаются интенсивно при невысоком давлении конденсации. Это происходит потому, что охлаждение конденсатора 7 происходит путем естественной конвекции воздуха, лучеиспусканием от его нагретых поверхностей и испарением воды снаружи БХП, не вызывающего повышения давления конденсации, так в данном случае эффективно охлаждать конденсатор. При этом, учитывая, что внутри емкости 22 с водой посредством фиксаторов закреплены сменные контейнеры (на фиг. они не показаны), испарение воды с поверхности конденсатора 7 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, давление хладагента снижается от давления конденсации до давления кипения. Кипящий в испарителе жидкий хладагент поглощает тепло из окружающей его среды. Так как испаритель выполнен в виде двух скрепленных между собой алюминиевых листов с размещением между ними каналов для испарения хладагента и снабжен местами ввода и вывода хладагента, то вся поверхность испарителя интенсивно и равномерно охлаждается. Прямоугольная форма короба-испарителя позволяет равномерно передать полученный холод в охлаждаемую среду (холодонакопительная жидкость) и далее, в камеру низкотемпературного отделения БХП.

Работа герметичного компрессора 2 с электродвигателем и процесс охлаждения продолжается до выхода на требуемый режим БХП. Учитывая большую массу жидкости, также низкую величину температуры ее охлаждения, например, водный раствор хлористого кальция при содержании соли в растворе 29,9% замерзает при температуре -55°С, а охлаждение можно производить до близкой к замерзанию, то до выхода на требуемый режим БХП компрессор 2 с электродвигателем работает длительное время. Холодонакопительная жидкость (промежуточный холодоноситель) при этом накапливает холод и охлаждается до низкой начальной температуры хранения продуктов. При достижении такой температуры отключается электродвигатель компрессора 2. При охлаждении холодонакопительной жидкости герметичная эластичная емкость 10 с незамерзающей жидкостью внутри, размещенная в холодонакопительной жидкости аккумулятора, из-за того, что ее коэффициент объемного расширения возрастает при охлаждении - расширяется, т.е. ее объем возрастает с понижением температуры. Увеличение объема герметичной эластичной емкости 10 вызывает повышение давления внутри прямоугольного герметичного короба аккумулятора 6. Возрастающее давление вытесняет охлажденную до низкой температуры часть холодонакопительной жидкости из герметичного короба через клапан трубопровода 17 в дополнительный теплообменник 8 высокотемпературного отделения, вызывая тем самым его охлаждение. Температура внутри холодильного шкафа и в аккумуляторе 6 повышается из-за теплопритоков снаружи внутри БХП за счет теплопритоков от продуктов и проч. Повторное включение электродвигателя компрессора 2 САУ выполнит после того, как накопленный холод будет израсходован. Для повторного включения герметичного компрессора 2 температура в низкотемпературной камере (герметичном прямоугольном коробе аккумулятора 6) должна повыситься до допустимой предельно высокой температуры хранения продуктов.

При повышении температуры объем незамерзающей жидкости 14 и герметичной эластичной емкости 10 внутри аккумулятора уменьшится, так как коэффициент объемного расширения холодонакопительной жидкости уменьшается при ее нагревании. Это вызывает снижение давления внутри аккумулятора при постоянстве давления в дополнительном теплообменнике и некоторый объем холодонакопительной жидкости по трубопроводу через клапан из дополнительного теплообменника 8 (там давление выше) возвращается в аккумулятор. При повторном включении электродвигателя компрессора цикл работы БХП повторяется.

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет расширить технологические возможности холодильника путем обеспечения более равномерного распределения температурного поля в его холодильной камере, а также повышение энегетической эффективности холодильника путем интенсификации процессов теплообмена конденсатора.

Источники информации

1. Ж.А.Романович, А.В.Бескоровайный, А.В.Кожемяченко, В.И.Богданов. Основная тенденция технического совершенствования бытовой холодильной техники // Изв. вузов: Сев.-Кавк. регион. - Технические науки, 1999, № 3.

Изобретение относится к бытовым холодильным приборам. Бытовой компрессионный холодильник содержит теплоизолированный шкаф, холодильный агрегат, конденсатор с увлажняемым адсорбентом на его наружной поверхности и испаритель, помещенный в холодонакопительную жидкость герметичного аккумулятора холода. Дополнительный теплообменник размещен внутри теплоизолированного шкафа и соединен двумя трубопроводами с герметичным аккумулятором холода. В холодонакопительную жидкость помещена герметичная эластичная емкость с незамерзающей жидкостью внутри нее. Теплоизолированные трубопроводы снабжены клапанами, один прямого, другой - обратного действия. Использование изобретения позволит расширить технологические возможности холодильника и повысить его эффективность. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Бытовой компрессионный холодильник, содержащий теплоизолированный шкаф, холодильный агрегат, конденсатор с увлажняемым адсорбентом на его наружной поверхности, испаритель, помещенный в холодонакопительную жидкость герметичного аккумулятора холода, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным теплообменником, размещенным внутри теплоизолированного шкафа и соединенным двумя трубопроводами с герметичным аккумулятором холода, в холодонакопительную жидкость которого помещена герметичная эластичная емкость с незамерзающей жидкостью внутри нее, причем теплоизолированные трубопроводы снабжены клапанами - один прямого, другой обратного действия.2. Бытовой компрессионный холодильник по п.1, отличающийся тем, что незамерзающая жидкость внутри эластичной емкости обладает коэффициентом объемного расширения, возрастающим при ее охлаждении.