ХОЛОДИЛЬНЫЙ АППАРАТ С СИСТЕМОЙ ИСПАРЕНИЯ КОНДЕНСАТА Российский патент 2010 года по МПК F25D21/14 

Область техники

Предлагаемое изобретение относится к холодильному аппарату с испарительной системой для удаления конденсата, образующегося во время работы холодильного аппарата на его испарителе.

Уровень техники

Обычно под испарителем в корпусе такого холодильного аппарата находится сточный желоб или поддон, в который стекает конденсат из испарителя. Этот желоб соединен отверстием в корпусе холодильного аппарата с расположенной снаружи испарительной чашей, в которой может испаряться стекающий в нее конденсат. Испарительная чаша обычно устанавливается на компрессоре холодильного аппарата, чтобы с помощью тепла, выделяющегося при работе компрессора, нагревать конденсат в испарительной чаше и тем самым способствовать его испарению.

В последние годы прилагались значительные усилия для снижения энергопотребления холодильных аппаратов за счет более эффективной изоляции и повышения кпд холодильной машины. Это привело к тому, что в современных холодильных аппаратах снизилась продолжительность включения компрессора и уменьшилась его теплоотдача. Таким образом, в современных холодильных аппаратах количество тепла, которое можно использовать для нагрева конденсата, уменьшилось по сравнению с прежними моделями. Однако если вследствие недостаточного тепловыделения вода в испарительной чаше будет испаряться медленнее, чем поступать конденсат из испарителя, то, в конечном счете испарительная чаша переполнится, и вода начнет переливаться, что может привести к повреждению аппарата и окружающих предметов. Предусматривать дополнительный источник тепловой энергии для ускорения испарения нежелательно, так как это приведет к увеличению удельного расхода энергии в аппарате. Поэтому требуются решения, которые позволят повысить эффективность действия испарительной чаши без использования для этого дополнительной энергии.

Другая проблема, относящаяся, главным образом, к морозильным шкафам с автоматическим оттаиванием, состоит в том, что конденсат стекает из испарителя через большие промежутки времени, когда происходит оттаивание, но зато в большом количестве. Испарительная чаша, способная гарантированно вместить такое количество, должна иметь значительные размеры; однако, чем больше испарительная чаша и содержащееся в ней количество воды, тем меньше температура, до которой можно нагреть воду за счет тепла, выделяющегося из компрессора, а следовательно, тем менее эффективна испарительная чаша.

Раскрытие изобретения

Поэтому возникает задача предложить такой холодильный аппарат, который с помощью простых технических средств сможет даже при большом количестве выделяющегося конденсата эффективно нагреть и испарить его.

Эта задача решается холодильным аппаратом с признаками, перечисленными в пункте 1 формулы изобретения.

Благодаря тому, что в отводном желобе, ведущем от испарителя к испарительной чаше, образовано проходное сопротивление для обратного подпора талой воды, она поступает в испарительную чашу в меньшем количестве и более равномерно. В идеале конденсат поступает в испарительную чашу в малых количествах, например по каплям. Благодаря этому можно обеспечить, чтобы в испарительной чаше всегда было мало воды и она бы эффективно нагревалась и быстро испарялась за счет ограниченного количества тепла, выделяющегося в месте расположения испарительной чаши. Отводной желоб и/или испарительная чаша образуют аккумулирующий объем для задержанной талой воды. Если в качестве аккумулирующего объема используется отводной желоб, то он, по меньшей мере, в зоне обратного подпора выполняется в виде трубопровода. Для расширения аккумулирующего объема в трубопроводе может быть предусмотрена камера.

Проходное сопротивление может быть выполнено в виде простого сужения, например в виде капиллярной трубки.

Если испарителю придан нагреватель для оттаивания, то производительность нагревателя, выраженная количеством воды, образующейся при оттаивании в единицу времени, должна в несколько раз превосходить пропускную способность сужения, так что вода, поступающая от нагревателя сверх пропускной способности сужения, скапливается в аккумулирующем объеме.

В состав проходного сопротивления может входить также запорный элемент, позволяющий в случае необходимости полностью перекрывать поступление воды из аккумулирующего объема в испарительную чашу.

Испарительная чаша предпочтительно разделяется на несколько секций, различающихся по тепловой мощности, приходящейся на единицу площади их дна. Благодаря этому вода в той секции, в которой на единицу площади приходится наибольшая тепловая мощность, нагревается до более высокой температуры, чем в случае неразделенной испарительной чаши, вследствие чего эффективность испарения повышается. Предпочтительно отводной желоб заканчивается в той секции, в которой на единицу площади приходится наибольшая тепловая мощность, так что эта секция наполняется конденсатом в первую очередь.

Если канал содержит трубопровод между испарителем и испарительной чашей, то аккумулирующий объем может быть образован в виде предусмотренной в трубопроводе камеры. Другая возможность состоит во встраивании аккумулирующего объема в саму испарительную чашу.

Краткий перечень чертежей

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

Фиг.1 - схематическое изображение в разрезе предлагаемого в изобретении холодильного аппарата.

Фиг.2 - увеличенная деталь холодильного аппарата по фиг.1.

Фиг.3 - перспективное изображение испарительной чаши и заканчивающегося в ней канала для конденсата.

Фиг.4 - перспективное изображение альтернативного варианта испарительной чаши.

Осуществление изобретения

Схематически изображенный в разрезе на фиг.1 холодильный аппарат состоит из корпуса 1 и навешенной на него двери 2, которые охватывают внутреннюю полость 3. На задней стороне внутренней полости 3, разделенной на секции несколькими полками 4, отделена камера 6, в которой расположен пластинчатый испаритель 5. Камера 6 соединена с внутренней полостью 3 отверстиями 7 в задней стенке. Контур хладагента проходит от выхода высокого давления компрессора 8 через расположенный снаружи на задней стороне корпуса 1 конденсатор 9 и испаритель 5 к всасывающему патрубку компрессора 8. Компрессор 8 расположен вблизи от пола в нише 10 на задней стороне корпуса 1 под испарителем 5.

Расположенный у одного из отверстий 7 (не изображенный на чертеже) вентилятор обеспечивает воздухообмен между внутренней полостью 3 и камерой 6, причем водяной пар, содержащийся в воздухе, поступающем из внутренней полости 3, конденсируется на испарителе 5. Если холодильный аппарат представляет собой холодильник, то в зависимости от заданного значения температуры во внутренней полости 3 температура испарителя 5 либо всегда положительна, либо принимает положительные значения, по меньшей мере, в промежутке между двумя включениями компрессора 8, так что сконденсировавшаяся на испарителе 5 влага может стекать непрерывно или, по меньшей мере, во время пауз между двумя включениями компрессора 8 и, следовательно, большое количество жидкости на испарителе 5 скапливаться не может.

Если холодильный аппарат представляет собой морозильник, то температура испарителя 5 в нормальном режиме остается ниже 0°С и во время пауз компрессора 8, так что по мере следующих друг за другом включений и отключений компрессора происходит постепенное обледенение испарителя 5. В этом случае на испарителе 5 устанавливается (не изображенный на чертеже) нагреватель, который во время останова компрессора 8 нагревает испаритель до температуры выше 0°С, позволяя стечь конденсату.

Как в том, так и в другом случае конденсат скапливается в желобе 11 на дне камеры 6, от нижней точки которой отходит трубопровод 12. Этот трубопровод проходит через слой изоляции в корпусе 1 в камеру 13, служащую аккумулирующим объемом для конденсата, а затем через выходящий из дна камеры 13 капилляр 14 входит в испарительную чашу 15, установленную на компрессоре 8 в тесном термическом контакте с последним.

Как хорошо видно на увеличенном изображении фиг.2, внутренний диаметр трубопровода 12, ведущего от желоба 11 к камере 13, составляет несколько миллиметров, так что капли воды могут стекать по внутренней стенке трубопровода 12, не растягиваясь капиллярными силами по всему сечению трубопровода. Воздух, вытесняемый стекающим конденсатом из камеры 13, может выходить из нее по трубопроводу 12.

Если обеспечить выпуск воздуха из камеры 13 другим способом, то диаметр трубопровода 12 можно сделать и меньше, лишь бы он был достаточен, чтобы вода из желоба 11 могла стекать с той же скоростью, с какой она стекает с испарителя 5 в желоб.

Живое сечение капилляра 14, выходящего из дна камеры 13, значительно меньше живого сечения трубопровода 12, так что вода из камеры 13 может попадать в находящуюся под ней испарительную чашу 15 только в виде отдельных капель. Назначение образованного капилляром 14 сужения состоит в том, чтобы обеспечить равномерное поступление конденсата в испарительную чашу 15. Значит, в случае холодильника, когда скорость поступления конденсата колеблется в такт с фазами включения и останова компрессора 8, она с одной стороны должна быть достаточно большой, чтобы конденсат, выделившийся в течение рабочей фазы компрессора, успел полностью стечь за время этой рабочей фазы и следующей за ней фазы останова, а с другой стороны должна быть по возможности малой, чтобы поступление конденсата в испарительную чашу 15 было как можно равномернее.

На фиг.3 представлено перспективное изображение специального исполнения испарительной чаши 15 и входящего в нее канала. Изображенный на фигуре участок канала между аккумулирующим объемом, которым является камера 13, и испарительной чашей 15 выполнен здесь в виде трубопровода 16 с запорным клапаном 17. Запорный клапан 17 автоматически открывается и закрывается не изображенным на чертеже устройством управления. Это устройство управления может, например, в течение одного периода заданной продолжительности открывать клапан на определенный регулируемый промежуток времени. Это позволит простыми средствами реализовать очень маленькую среднюю скорость подачи из аккумулирующего объема 13 в испарительную чашу 15.

Можно также предусмотреть в испарительной чаше 15 датчик уровня воды, в зависимости от показаний которого схема управления открывала бы запорный клапан 17 при понижении уровня воды в испарительной чаше 15 ниже заданного значения и снова открывала бы его, когда уровень воды превысит другое заданное значение.

Испарительная чаша 15 на фиг.3 разделена перегородками в виде перемычек на несколько секций 18-23, причем секция 18, ограниченная самыми низкими перегородками, находится в самом высоком месте дна испарительной чаши 15. Это место соответствует гребню компрессора 8, прилегающего снизу к испарительной чаше, и здесь на единицу площади поверхности приходится самый большой тепловой поток от компрессора среди всех секций. Секции соединяются между собой неглубокими вырезами 24 в верхних кромках перегородок, так что всякий раз, когда секция наполняется до краев, через такой вырез 24 заполняется соседняя секция.

Из трубопровода 16 конденсат поступает сначала в секцию 18, где он может нагреться до сравнительно высокой температуры и соответственно быстро испариться.

Если случается, что приток конденсата в секцию 18 превышает ее испарительную способность, то вода перетекает в соседнюю секцию 19, а если и она наполнится - в одну из следующих секций 20-23. Когда приток ослабеет, то интенсивнее всего будет испаряться вода опять-таки в секции 18, которая вскоре снова сможет принимать воду.

На фиг.4 изображена испарительная чаша 25, соответствующая другому варианту реализации изобретения. Эта испарительная чаша отличается дополнительной секцией 26, дно которой расположено выше, чем у испарительных секций 18-23 на фиг.3. Трубопровод 12, отводящий конденсат из приемного желоба 11, входит прямо, без промежуточного аккумулирующего объема и без сужения в секцию 26, которая в данном случае играет роль аккумулирующего объема. Сужение между аккумулирующей секцией 26 и первой испарительной секцией 18 образовано здесь капиллярной трубкой 27, которая просто насажена на край секции 26. Один конец капиллярной трубки, не видимый на фигуре, находится в секции 26 вблизи ее дна, а другой конец расположен над испарительной секцией 18 ниже дна секции 26. Когда конденсат через трубку 12 стекает в секцию 26, то он вследствие капиллярного действия трубки 27 заполняет секцию 26 до верхнего края, а затем, под действием сифонного эффекта, по каплям стекает в секцию 18, где он быстро испаряется, а в случае переполнения секции 18 перетекает в одну из следующих секций и испаряется там.

Холодильный аппарат с испарителем, отводным желобом для отвода конденсата от испарителя и подвода конденсата в испарительную чашу. В отводном желобе образован аккумулирующий объем для конденсата, а после аккумулирующего объема образовано проходное сопротивление для обратного подпора конденсата в аккумулирующем объеме. Использование данного изобретения позволяет повысить эффективность испарительной чаши без использования для этого дополнительной энергии. 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Холодильный аппарат с испарителем (5), отводным желобом (12, 13, 14, 12, 13, 16, 17, 12, 26, 27) для отвода конденсата от испарителя (5) и подвода конденсата в испарительную чашу (15, 25), отличающийся тем, что в отводном желобе (12, 13, 14, 12, 13, 16, 17, 12, 26, 27) образован аккумулирующий объем (13, 26) для конденсата, а после аккумулирующего объема (13, 26) образовано проходное сопротивление (14, 17, 27) для обратного подпора конденсата в аккумулирующем объеме (13, 26).

2. Холодильный аппарат по п.1, отличающийся тем, что испаритель (5) оборудован нагревателем для оттаивания.

3. Холодильный аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что проходное сопротивление содержит сужение (14, 27).

4. Холодильный аппарат по п.2, отличающийся тем, что производительность нагревателя, выраженная количеством воды, образующейся при оттаивании в единицу времени, в несколько раз превосходит пропускную способность сужения.

5. Холодильный аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что проходное сопротивление содержит запорный элемент (17).

6. Холодильный аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что проходное сопротивление образовано капиллярной трубкой.

7. Холодильный аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что испарительная чаша (15, 25) нагревается компрессором (8) холодильного аппарата.

8. Холодильный аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что испарительная чаша (15) разделена на несколько секций (18, 19, 20, 21, 22, 23), различающихся по тепловой мощности, приходящейся на единицу площади их дна.

9. Холодильный аппарат по п.8, отличающийся тем, что отводной желоб заканчивается в той секции (18) испарительной чаши (15), в которой на единицу площади приходится наибольшая тепловая мощность.

10. Холодильный аппарат по п.1 или 2, отличающийся тем, что канал содержит трубопровод (12, 14), а аккумулирующий объем образован этим трубопроводом (12, 14).

11. Холодильный аппарат по п.10, отличающийся тем, что трубопровод (12, 14) содержит камеру (13), расширяющую аккумулирующий объем (26).

12. Холодильный аппарат по одному из пп.1, 2, 9, отличающийся тем, что аккумулирующий объем (26) встроен в испарительную чашу (25).