ХОЛОДИЛЬНЫЙ АППАРАТ И СПОСОБ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ Российский патент 2009 года по МПК F25D21/08 

Область техники

Предлагаемое изобретение относится к холодильному аппарату с теплоизоляционным корпусом, окружающим внутреннюю камеру, и с расположенным в корпусе испарителем. В процессе работы холодильного аппарата на этом испарителе конденсируется влага из внутренней камеры, и эта влага с течением времени образует слой льда, термически изолирующий испаритель от охлаждаемой камеры. Эта изоляция снижает коэффициент полезного действия холодильного аппарата, так что для обеспечения экономичной эксплуатации холодильника слой льда нужно время от времени оттаивать.

Уровень техники

Пользователю трудно определить оптимальный момент времени для оттаивания. Каждый процесс оттаивания сопряжен с внесением тепла в холодильный аппарат, которое нужно снова отвести при возобновлении нормального режима работы холодильника, что также ухудшает энергетический баланс аппарата. Поэтому слишком частое оттаивание так же неэкономично, как и слишком редкое.

Поэтому желательно иметь холодильный аппарат, который на основании оценки толщины ледяного покрова на испарителе позволяет принять автоматическое решение, желательна ли операция оттаивания или нет.

Для этого было бы целесообразно иметь возможность непосредственно измерять толщину слоя льда на испарителе и на этом основании автоматически решать, требуется ли оттаивание или нет. Однако датчики, которые могут непосредственно измерять толщину слоя льда на испарителе, дороги, а их срок службы значительно короче, чем у других компонентов обычных холодильных аппаратов, так что их применение в холодильном аппарате значительно повысило бы его потребность в ремонтах.

По этой причине в большинстве современных холодильных аппаратов типа No Frost (т.е. холодильниках без намораживания льда) применяется оттаивание с регулированием по времени, когда система управления холодильного аппарата запускает процесс оттаивания через фиксированные промежутки времени. Хотя этот метод надежен и дешев, однако он имеет недостаток, состоящий в невозможности приспособления к различным климатическим условиям, при которых эксплуатируется холодильный аппарат. Это означает, что "соразмерный" в среднем промежуток между двумя оттаиваниями легко может оказаться слишком продолжительным, если аппарат эксплуатируется в теплой окружающей среде, когда при каждом открытии двери в холодильную камеру вносится большое количество влаги, и вследствие этого слой льда на испарителе быстро нарастает. В то же время, в случае эксплуатации холодильного аппарата в холодной окружающей среде при малом количестве вносимой влаги более продолжительный промежуток, чем установленный, мог бы повысить экономичность холодильного аппарата. Кроме того, этот способ не учитывает того факта, что количество вносимой влаги зависит не только от продолжительности работы холодильного аппарата, но и от числа открываний двери, и от характера содержащихся в аппарате продуктов.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения состоит в том, чтобы создать холодильный аппарат, позволяющий надежно оценивать количество наросшего на испарителе льда простыми и надежными средствами, и способ эксплуатации такого холодильного аппарата.

Эта задача решается холодильным аппаратом с признаками пункта 1 формулы и способом эксплуатации с признаками пункта 6 формулы изобретения.

В изобретении используется изменение распределения температур в окрестности испарителя вследствие наличия ледяного покрова. Если на испарителе льда нет, то тепловой поток в окрестности испарителя в значительной степени не встречает препятствий, градиент температуры относительно плоский и разность температур, измеренных двумя датчиками, невелика. Если же тепловому потоку препятствует слой льда, то в ледяном слое возникает относительно крутой градиент температуры, вызывающий большую разность температур, измеренных двумя датчиками, чем когда оба датчика свободны ото льда.

В частности, один из датчиков температуры может быть расположен непосредственно на поверхности испарителя, а другой на некотором расстоянии от поверхности. Этим обеспечивается, что, по меньшей мере, первый очень быстро реагирует на изменение температуры испарителя, когда после паузы в испаритель снова начинает поступать хладагент.

Возможно также размещение обоих датчиков температуры на различных, но не исчезающе малых расстояниях от поверхности испарителя. Такое устройство мало реагирует на толщину ледяного покрова, если он недостаточен, чтобы покрыть собой один из датчиков температуры; но когда граница слоя льда проляжет между датчиками, разность температур, измеренная между ними, будет очень чувствительна к дальнейшему увеличению толщины льда.

Измерение применимо к холодильным аппаратам, в которых испаритель расположен непосредственно в холодильной камере или в тепловом контакте с ней.

В таких холодильных аппаратах автоматическое оттаивание испарителя с помощью встроенного нагревателя нецелесообразно, так как выделяемое нагревателем тепло распространяется по холодильной камере аппарата и одновременно нагревает охлаждаемые в ней продукты. Однако выходной сигнал контрольной схемы в таком холодильном аппарате может быть использован для включения индикатора, сообщающего пользователю о необходимости оттаивания.

Предпочтительным объектом применения изобретения являются холодильные аппараты типа No Frost, т.е. такие холодильные аппараты, в которых испаритель расположен в канале, сообщающемся с холодильной камерой, и может быть в этом канале нагрет для оттаивания так, чтобы при этом не происходил одновременный вынужденный нагрев холодильной камеры.

В таком холодильном аппарате один из датчиков температуры расположен на поверхности испарителя, а другой на выходе канала, ведущего в холодильную камеру.

Краткий перечень фигур чертежей.

Прочие признаки и преимущества изобретения вытекают из нижеследующего описания примеров реализации со ссылками на прилагаемые фигуры. На них представлены:

Фиг.1 - схематический разрез холодильного аппарата в соответствии с первым вариантом реализации изобретения;

Фиг.2 - зависимость измеряемой датчиками разности температур от толщины ледяного покрова на испарителе в варианте реализации изобретения по фиг.1;

Фиг.3 - схематическое изображение детали холодильного аппарата при втором варианте реализации изобретения;

Фиг.4 - зависимость между толщиной слоя льда и разностью температур при втором варианте реализации изобретения.

Осуществление изобретения

На фиг.1 в сильно схематизированном виде представлен холодильный аппарат типа No Frost согласно первому варианту реализации изобретения. Холодильный аппарат имеет выполненный обычным образом теплоизоляционный корпус 1, в котором расположена холодильная камера 2 для размещения охлаждаемых продуктов и отделенная от холодильной камеры 2 перегородкой 3 испарительная камера 5, сообщающаяся с холодильной камерой 2 через отверстия 4 в перегородке 3. В испарительной камере 5 находится пластинчатый испаритель 7, в который подается хладагент из холодильной машины 6, и находящийся в тесном контакте с испарителем нагреватель оттаивания 8.

Испарительная камера 5 вместе с отверстиями 4 именуется также воздушным каналом.

Схема управления 10 управляет работой холодильной машины 6 и установленного у верхнего отверстия 4 вентилятора 11 в зависимости от измерительного сигнала, поступающего от датчика температуры (не изображенного), установленного в холодильной камере 2. Холодильная машина 6 и вентилятор 11 могут включаться и отключаться одновременно. Однако предпочтительно, чтобы вентилятор 11 включался и отключался с некоторым запаздыванием относительно холодильной машины 6, чтобы сначала дать испарителю 7 возможность охладиться, прежде чем начнется циркуляция воздуха, и чтобы еще некоторое время использовать остаточный холод испарителя 7 после отключения холодильной машины 6.

Первый температурный датчик 12 прикреплен непосредственно к поверхности испарителя 7, который при работе вентилятора 11 обтекается воздухом, циркулирующим по воздушному каналу, и на котором вследствие этого конденсируется влага из этого воздушного потока и с течением времени образуется слой льда, изображенный в виде редко заштрихованной поверхности.

Второй температурный датчик 14 установлен в верхнем отверстии 4, из которого воздух, охлажденный в испарительной камере 5, возвращается обратно в холодильную камеру 2.

Чтобы поддерживать температуру в холодильной камере 2 в заданных пределах, испаритель 7, как это обычно делается, работает, т.е. получает жидкий хладагент из холодильной машины, в прерывистом режиме. Схема управления 10 измеряет разность между значениями температуры, измеренными датчиками 12 и 14, или с заданной выдержкой времени после ввода испарителя в работу, или в момент, когда скорость изменения температуры, измеренной одним из датчиков температуры 12, 14, падает ниже предельного значения, и поэтому, можно предположить, что распределение температур в воздушном канале не слишком отличается от стационарного распределения. Разность между значениями температуры, измеренными в такой момент температурными датчиками 12, 14, меньше всего, когда толщина ледяного покрова равна нулю, и эта разность увеличивается по мере увеличения толщины слоя льда. Это наглядно показано на графике, на фиг.2, на котором разность температур ΔТ изображена в функции толщины слоя d. Когда эта разность температур ΔТ превысит предельное значение ΔTmax, предполагается, что толщина ледяного покрова 13 превысила критическое значение dmax, и требуется оттаивание испарителя 7. В этом случае схема управления 10 выжидает, пока холодильная камера 2 охладится настолько, чтобы могли отключиться холодильная машина 6 и вентилятор 11, и после этого включает выключатель 9, которым подается электропитание на нагреватель оттаивания 8.

Промежуток времени, в течение которого выключатель 9 остается замкнутым, фиксирован, и выбирается с учетом мощности нагревателя оттаивания 8 так, чтобы отданное в течение этого промежутка времени количество тепла было достаточным, чтобы оттаять слой льда 13.

На фиг.3 схематически представлен в увеличенном масштабе участок холодильного аппарата согласно второму варианту реализации изобретения. Он отличается от варианта, представленного на фиг.1, только размещением датчиков температуры 12', 14', поэтому нет необходимости снова изображать и описывать холодильный аппарат полностью. Два датчика температуры 12', 14' установлены здесь на держателе 15 из материала с низкой теплопроводностью, который прикреплен, например приклеен, к поверхности испарителя 7, на которой может образоваться ледяной покров 13.

На фиг.4 показана при тех же условиях, что и в варианте, изображенном на фиг.1, измеренная разность температур ΔТ между датчиками в функции толщины d слоя льда. Пока толщина слоя льда меньше, чем расстояние d1 датчика температуры 12' от поверхности испарителя 7, оба температурных датчика обтекаются воздушным потоком в испарительной камере 5, и их температура в основном определяется температурой этого потока. Так как расстояние второго датчика температуры 14' от испарителя 7 больше, чем расстояние первого датчика 12', второй датчик все же незначительно теплее первого. Но когда ледяной покров 13 начнет нарастать, захватывая первый датчик 12', температурное равновесие между датчиками нарушится, и температура датчика 12' будет больше, чем прежде определяться температурой испарителя 7, что проявится в виде излома кривой на фиг.4 при толщине d1. Разность температур начнет теперь быстро возрастать по мере увеличения толщины слоя d. Разность температур, соответствующая критической толщине покрова dmax, может иметь другое значение ΔTmax', чем в варианте, изображенном на фиг.1. Так как в окрестности dmax может быть реализована большая крутизна кривой фиг.4, то возможно точное и воспроизводимое определение критической толщины слоя dmax.

Изобретение относится к холодильному аппарату с теплоизоляционным корпусом (1), окружающим холодильную камеру (2), с расположенным в корпусе (1) испарителем (7), на поверхности которого в процессе работы образуется слой льда (13). Два температурных датчика (12, 14) расположены в окрестности испарителя (7) так, что только один из температурных датчиков (12) оказывается погруженным в слой льда (13). Схема управления (10), подключенная к двум температурным датчикам (12, 14), выполнена с возможностью в случае, когда скорость изменения температуры, измеряемой, по меньшей мере, одним из двух датчиков (12, 14), падает ниже заданного предельного значения, определять разность между значениями температуры, измеренными температурными датчиками (12, 14), и на основании разности включать или не включать оттаивание испарителя (7) посредством подачи выходного сигнала. Технический результат заключается в повышении надежности холодильного аппарата. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Холодильный аппарат с теплоизоляционным корпусом (1), окружающим холодильную камеру (2), с расположенным в корпусе (1) испарителем (7), на поверхности которого в процессе работы образуется слой льда (13), отличающийся тем, что два температурных датчика (12, 14) расположены в окрестности испарителя (7) так, что при определенной толщине слоя льда (13) только один из температурных датчиков (12) оказывается погруженным в слой льда (13), а также тем, что содержит схему управления (10), подключенную к двум температурным датчикам (12, 14) и выполненную с возможностью в случае, когда скорость изменения температуры, измеряемой, по меньшей мере, одним из двух датчиков (12, 14), падает ниже заданного предельного значения, определять разность (ΔT) между значениями температуры, измеренными температурными датчиками (12, 14), и на основании разности (ΔT) включать или не включать оттаивание испарителя (7) посредством подачи выходного сигнала.2. Холодильный аппарат по п.1, отличающийся тем, что один из температурных датчиков (12) установлен непосредственно на поверхности испарителя (7), а другой (14) - на некотором расстоянии от поверхности.3. Холодильный аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что испаритель (7) расположен в канале (4, 5), сообщающемся с холодильной камерой (2).4. Холодильный аппарат по п.3, отличающийся тем, что второй температурный датчик (14) расположен в отверстии (4) канала (4, 5), выходящем в холодильную камеру.5. Холодильный аппарат по одному из пп.1 и 2, 4, отличающийся тем, что содержит нагреватель (8), управляемый указанным выходным сигналом, причем нагреватель (8) служит для обогрева испарителя.6. Способ эксплуатации холодильного аппарата, заявленного в любом из предшествующих пунктов, включающий следующие операции:

a) определяют разность (ΔT) между значениями температуры, измеренными температурными датчиками (12, 14), и

b) принимают решение о необходимости оттаивания, если разность (ΔT) превысит предельное значение (ΔTmax),

причем шаги а) и b) выполняют, когда скорость изменения температуры, по меньшей мере, на одном из двух датчиков (12, 14) упадет ниже заданного предельного значения.