ОДНОКОНТУРНЫЙ ХОЛОДИЛЬНЫЙ ПРИБОР Российский патент 2018 года по МПК F25D11/02 

Область техники

Данное изобретение относится к одноконтурному холодильному прибору с двумя камерами для хранения, выполненными с возможностью регулирования температуры независимо друг от друга.

Уровень техники

В одноконтурном холодильном приборе компрессор, конденсатор и испарители камер для хранения, обычно двух, соединены последовательно в циркуляционный контур хладагента, так что весь поток хладагента, перекачиваемого компрессором, протекает поочередно через оба испарителя.

Распределение имеющейся холодильной мощности между испарителями камер для хранения в таком одноконтурном холодильном приборе обычно определяется геометрией и конструкцией испарителей. Однако доли отдельных камер в общей потребности устройства в охлаждении варьируются в зависимости от температуры окружающей среды. Если такой холодильный прибор приводится в действие при более низкой температуре окружающей среды, чем та, для которой он оптимизирован, то потребность более теплой камеры для хранения в охлаждении снижается относительно более резко, чем потребность в охлаждении более холодной камеры для хранения, так что, если работой компрессора управляют на основе потребности в охлаждении более теплой камеры для хранения, то более холодная камера для хранения уже охлаждается недостаточно. Если бы работой компрессора управляли, напротив, на основе потребности в охлаждении более холодной камеры для хранения, то следствием этого стало бы переохлаждение более теплой камеры для хранения Известное решение этой проблемы предусматривает наличие в более теплой камере нагревателя, подключение которого возможно при эксплуатации в холодной окружающей среде, чтобы искусственно повысить потребность в охлаждении более теплой камеры для хранения и обеспечить такую продолжительность работы компрессора, которая достаточна для поддержания должной температуры также в более холодной камере для хранения. Очевидно, что такое нагревание существенно ухудшает энергетическую эффективность холодильного прибора.

Двухконтурные холодильные приборы позволяют осуществлять регулирование температуры двух камер для хранения холодильного прибора независимо друг от друга. У этих устройств трубопровод хладагента включает в себя две ветви, причем по одной из этих ветвей возможно снабжение хладагентом только одного из двух испарителей, а по другой ветви - либо второго испарителя, либо обоих последовательно включенных испарителей. Необходимое разветвление делает контур хладагента значительно сложнее и приводит к более высоким производственным издержкам, чем в одноконтурном холодильном приборе.

В холодильных приборах с функцией автоматического размораживания имеется возможность управлять распределением холодильной мощности между камерами для хранения, модулируя теплообмен между испарителем и камерой для хранения при помощи вентилятора. Применение вентиляторов также повышает сложность устройства и производственные издержки; кроме того, если при выключении вентилятора теплообмен между испарителем и соответствующей ему камерой для хранения заблокирован, температура испарителя достигает очень низких значений, что также негативно влияет на энергетическую эффективность устройства.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения состоит в создании такого одноконтурного холодильного прибора, который позволяет регулировать независимо друг от друга температуры двух камер для хранения без необходимости нагревания одной из камер для хранения.

Задача решена за счет того, что в одноконтурном холодильном приборе с теплоизолирующим корпусом и циркуляционным контуром хладагента, в котором между напорным патрубком и всасывающим патрубком компрессора последовательно включены конденсатор, первый дросселирующий элемент, первый испаритель для охлаждения первой камеры для хранения, образованной в корпусе, второй дросселирующий элемент и второй испаритель, охлаждающий вторую камеру для хранения, образованную в корпусе, второй дросселирующий элемент имеет регулируемую характеристику проходимости. Возможность изменения задаваемой характеристики проходимости позволяет в процессе эксплуатации компрессора устанавливать для обоих испарителей разное давление и тем самым также разные температуры испарения хладагента в обоих испарителях, в зависимости от желаемой температуры в соответствующей камере для хранения.

Это решение применимо, в частности, также для приборов с плиточными испарителями и поэтому позволяет производить весьма энергоэффективные и тем не менее недорогие холодильные приборы.

Управляющая схема выполнена с возможностью соединения с первым датчиком температуры, расположенным в первой камере для хранения, и со вторым дросселирующим элементом и может быть рассчитана на повышение характеристики проходимости второго дросселирующего элемента при потребности в охлаждении первой камеры для хранения. При повышении характеристики проходимости в первом испарителе давление хладагента понижается, и в результате более низкой температуры испарителя первая камера для хранения усиленно охлаждается.

Возможно соединение управляющей схемы, напротив, с расположенным во второй камере для хранения вторым датчиком температуры и ее выполнение с расчетом на понижение проходимости второго дросселирующего элемента при потребности в охлаждении второй камеры для хранения. Это приводит к повышению давления в первом испарителе и, следовательно, также температуры в нем, так что он воспринимает меньше тепла из первой камеры для хранения, и большая доля имеющейся холодопроизводительности высвобождается для охлаждения второй камеры для хранения.

Если потребность в охлаждении имеется в обеих камерах для хранения, то управляющая схема должна предоставлять большую холодильную мощность, повышая число оборотов компрессора с регулируемой скоростью вращения.

Характеристика проходимости второго дросселирующего элемента в положении максимального открытия может быть большой по сравнению с характеристикой потока первого дросселирующего элемента. Таким образом, если второй дросселирующий элемент находится в положении максимального открытия, создаваемое компрессором давление по существу полностью падает на первом дросселирующем элементе, и разница давлений между обоими испарителями незначительна, так что значения температуры в обеих камерах для хранения получаются по существу одними и теми же.

Так как давление в нижнем относительно направления потока испарителе не может быть выше, чем в первом, находящемся выше по потоку, целесообразно предназначение второй камеры для хранения для более низкой рабочей температуры, чем первой камеры для хранения. В частности, эксплуатация в качестве морозильной камеры должна быть возможна по меньшей мере для второй камеры для хранения. Возможно ли использование первой камеры для хранения также в качестве морозильной камеры или при более высокой температуре, устанавливается путем настройки второго дросселирующего элемента.

Эксплуатация же в качестве обычной камеры для хранения, напротив, должна быть возможна, по меньшей мере, для первой камеры для хранения, что не исключает использования при более низких температурах, при соответствующей настройке второго дросселирующего элемента.

Чтобы минимизировать шумообразование при эксплуатации холодильного прибора, второй дросселирующий элемент должен включать в себя пропорциональный клапан. Поскольку в таком клапане имеется возможность постоянно устанавливать разные поперечные сечения прохода, колебания давления хладагента во время работы компрессора минимизируются, что позволяет сделать шумообразование холодильного прибора в целом незначительным.

Краткий комментарий к фигурам чертежей

Дальнейшие признаки и преимущества изобретения следуют из приведенного ниже описания вариантов осуществления, ссылающегося на прилагаемые фигуры. Показаны:

фиг. 1 - схематичное изображение циркуляционного контура хладагента холодильного прибора согласно изобретению; и

фиг. 2 - схематичный разрез корпуса холодильного прибора.

Осуществление изобретения

Показанный на фиг. 1 циркуляционный контур хладагента включает в себя компрессор 1 с регулируемым числом оборотов, с напорным патрубком 2 и всасывающим патрубком 3. Отходящий от напорного патрубка 2 трубопровод 4 хладагента проходит в направлении циркуляции хладагента сначала через конденсатор 5 и первый дросселирующий элемент 6, здесь реализованный обычным для этой области техники образом в форме капиллярной трубки, к первому испарителю 7. Второй, регулируемый дросселирующий элемент 8 находится между выходным патрубком испарителя 7 и входным патрубком второго испарителя 9. Выходной патрубок испарителя 9 соединен со всасывающим патрубком 3 компрессора 1.

Два температурных датчика 10, 11 расположены в камерах для хранения 12, 13, охлаждаемых испарителями 7 или 9, и соединены с блоком 14 управления, который на основании значений температуры, регистрируемых температурными датчиками 10, 11, управляет числом оборотов компрессора 1 и характеристикой потока дросселирующего элемента 8.

В первом режиме работы блок 14 управления постоянно сравнивает температуру, регистрируемую температурными датчиками 10, 11, с заданными значениями температуры для камер для хранения 12, 13, которые устанавливает пользователь обычным способом. Если температура, регистрируемая в одной из камер для хранения 12, 13 значительно, т.е. больше, чем на задаваемую величину ε, превышает установленное заданное значение температуры, то блок 14 управления распознает потребность в охлаждении соответствующей камеры для хранения; это распознанное состояние продолжается до тех пор, пока измеренная в соответствующей камере температура не опускается до уровня, который ниже заданного значения температуры для этой камеры на величину, большую чем ε.

Если, например, фиксируют потребность в охлаждении в камере для хранения 12, но не в камере для хранения 13, то блок 14 управления повышает характеристику проходимости дросселирующего элемента 8 на заданную величину приращения, вследствие чего падение давления на дросселирующем элементе 8 уменьшается, а на дросселирующем элементе 6 - возрастает. Давление в испарителе понижается, следовательно, опускается также температура кипения хладагента в испарителе 7, и камера для хранения 12 охлаждается усиленно. Так как производительность компрессора 1 неизменна, холодильная мощность, приходящаяся на испаритель 9, напротив, уменьшается.

Величина приращения может задаваться как постоянная или устанавливаться блоком 14 управления пропорционально отклонению измеренной температуры от заданной температуры соответствующей камеры для хранения. Если через несколько минут после регулирования дросселирующего элемента 8 фиксируют понижение температуры, то, очевидно, регулирование дросселирующего элемента 8 достаточно; если понижения температуры не наблюдается, то характеристику проходимости снова повышают.

Если в результате это приводит к нагреванию камеры для хранения 13 и ее температура превышает заданное значение для этой камеры больше чем на величину ε, блок 14 управления фиксирует потребность в охлаждении в камере для хранения 13. Это положение также остается в действии так долго, пока температура в камере для хранения 13 не снизится до значения, которое ниже заданного по меньшей мере на величину ε.

Если в камере для хранения 13 имеется потребность в охлаждении, однако в камере для хранения 12 таковой нет, блок 14 управления реагирует снижением характеристики проходимости дросселирующего элемента 8. В результате давление в испарителе 7 растет, а в испарителе 9 падает. Вследствие этого температура кипения в испарителе 7 повышается, и из камеры для хранения 12 отбирается меньше тепла, так что большая доля хладагента достигает испарителя 9 в жидком состоянии. Таким образом, за счет меньшего охлаждения камеры для хранения 12, для охлаждения камеры для хранения 13 имеется в распоряжении большая холодильная мощность.

Если число оборотов компрессора 1 в целом достаточно для поддержания в обеих камерах 12, 13 заданных для них значений температуры, фазы усиленного охлаждения камеры 12 и фазы усиленного охлаждения камеры 13 чередуются таким образом. Если в течение более длительного времени ни камера 12, ни камера 13 не испытывает потребности в охлаждении, значит, производительность компрессора 1 выше, чем это необходимо для охлаждения камер 12, 13; в этом случае скорость вращения компрессора 1 медленно, небольшими шагами, уменьшают, чтобы найти такое устанавливаемое значение, при котором производительность компрессора 1 как можно более точно соответствует потребности в охлаждении камер 12, 13.

Одновременная потребность в охлаждении в обеих камер 12, 13 - признак того, что производительность компрессора 1 недостаточна для поддержания в камерах 12, 13 заданного уровня температуры; поэтому в таком случае блок 14 управления медленно и постепенно увеличивает число оборотов компрессора 1 до тех пор, пока потребность в охлаждении в одной из камер для хранения 12, 13 не исчезнет.

При неизменных окружающих условиях описанный выше гистерезис с установлением наличия или отсутствия потребности в охлаждении приводит к тому, что холодильные камеры 12, 13 приближаются к режиму, в котором они испытывают потребность в охлаждении поочередно со смещением по фазе. Поэтому работа компрессора 1 получается очень равномерной, с редким и только незначительным, на несколько единиц, изменением числа оборотов; для распределения холодильной мощности между камерами для хранения 12, 13 хватает незначительных изменений характеристики проходимости в дросселирующем элементе 8. При непрерывной эксплуатации температура каждого из обоих испарителей 7, 9 удерживается в пределах, близких к заданной температуре соответствующей камеры для хранения 12 или 13, что позволяет осуществлять эксплуатацию очень эффективно с точки зрения энергозатрат. Выполняя дросселирующий элемент 8 в виде пропорционального клапана с возможностью изменения проходного сечения, принимающего самые разные положения, соответствующие реализуемым характеристикам проходимости, избегают колебаний давления в циркуляционном контуре хладагента, которые иначе могли бы привести к шуму при эксплуатации.

На фиг. 2 показан схематичный разрез холодильного прибора с показанным на фиг. 1 циркуляционным контуром хладагента. Его корпус 15 обычным для этой области техники образом содержит теплоизолированную коробку 16 корпуса, в которой образованы две камеры для хранения 12, 13, каждая из них закрыта дверью 17. Каждый из испарителей 7, 9 расположен между внутренним резервуаром 20 соответствующей камеры для хранения 12, 13 и окружающим его слоем 18 изоляционного материала. Возможно расположение испарителя, как в случае камеры для хранения 12, только на задней стенке 19 или, как в случае камеры для хранения 13, также на других стенках внутренней камеры 20. Компрессор 1, а в рассмотренном здесь случае также конденсатор 5 и второй дросселирующий элемент 8 размещены в машинном отделении 21 на задней стороне коробки 15 корпуса.

Испаритель расположен в циркуляционном контуре хладагента выше по течению - здесь это также испаритель верхней камеры для хранения 12, так что направление циркуляции жидкого хладагента через испарители 7, 9 проходит по существу сверху вниз. Поскольку давление в верхнем относительно направления потока испарителе 7 никак не может быть ниже, чем в нижнем относительно направления потока испарителе 9, возможно использование камеры для хранения 12 в качестве обычной камеры для хранения, а камеры для хранения 13 - в качестве морозильной камеры, но не наоборот.

Возможна установка в блоке 14 управления второго режима работы, в котором дросселирующий элемент 8 постоянно поддерживают в положении максимального проходного сечения, так что разница давлений между обоими испарителями 7, 9 пренебрежимо мала относительно разницы давлений на дросселирующем элементе 6. В этом рабочем состоянии обе холодильные камеры 12, 13 эксплуатируют с одной и той же заданной температурой, в частности, в качестве обычной камеры для хранения или морозильной камеры, в зависимости от установленной производительности компрессора 1.

Обозначения

1 компрессор

2 напорный патрубок

3 всасывающий патрубок

4 трубопровод хладагента

5 конденсатор

6 первый дросселирующий элемент

7 первый испаритель

8 второй дросселирующий элемент

9 второй испаритель

10 температурный датчик

11 температурный датчик

12 камера для хранения

13 камера для хранения

14 блок управления

15 коробка корпуса

16 дверь

17 дверь

18 слой изоляционного материала

19 задняя стенка

20 внутренняя камера

21 машинное отделение

Одноконтурный холодильный прибор содержит теплоизолированный корпус и циркуляционный контур хладагента, в котором между напорным патрубком и всасывающим патрубком компрессора последовательно друг за другом включены конденсатор, первый дросселирующий элемент, первый испаритель, охлаждающий образованную в корпусе первую камеру для хранения, второй дросселирующий элемент, второй испаритель, охлаждающий образованную в корпусе вторую камеру для хранения. Второй дросселирующий элемент имеет регулируемую характеристику проходимости. Использование данного изобретения позволяет осуществить независимую регулировку температуры камер. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Одноконтурный холодильный прибор с теплоизолированным корпусом (15) и циркуляционным контуром хладагента, в котором между напорным патрубком (2) и всасывающим патрубком (3) компрессора (1) последовательно друг за другом включены:

- конденсатор (5),

- первый дросселирующий элемент (6),

- первый испаритель (7), охлаждающий образованную в корпусе (15) первую камеру для хранения (12),

- второй дросселирующий элемент (8), имеющий регулируемую характеристику проходимости,

- второй испаритель (9), охлаждающий образованную в корпусе (15) вторую камеру для хранения (13), и

- управляющая схема (14), соединенная с расположенным в первой камере для хранения (12) первым датчиком температуры (10),

отличающийся тем, что управляющая схема (14) рассчитана на повышение характеристики проходимости второго дросселирующего элемента (8) при потребности в охлаждении первой камеры для хранения (12).

2. Одноконтурный холодильный прибор по п. 1, отличающийся тем, что испарители (7, 9) представляют собой плиточные испарители.

3. Одноконтурный холодильный прибор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что управляющая схема (14) соединена с расположенным во второй камере для хранения (13) вторым датчиком температуры (11) и рассчитана на понижение проходимости второго дросселирующего элемента (8) при потребности в охлаждении второй камеры для хранения (13).

4. Одноконтурный холодильный прибор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что управляющая схема (14) рассчитана на повышение числа оборотов компрессора (1) с регулируемой скоростью вращения при потребности в охлаждении первой и второй камер для хранения.

5. Одноконтурный холодильный прибор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что характеристика проходимости второго дросселирующего элемента (8) в положении максимального открытия велика по сравнению с характеристикой проходимости первого дросселирующего элемента (6).

6. Одноконтурный холодильный прибор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что второй дросселирующий элемент (8) содержит пропорциональный клапан.

7. Одноконтурный холодильный прибор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере вторая камера для хранения (13) рассчитана на эксплуатацию в качестве морозильной камеры.

8. Одноконтурный холодильный прибор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере первая камера для хранения (12) рассчитана на эксплуатацию в качестве обычной камеры для хранения.