ДВУХКАМЕРНЫЙ АБСОРБЦИОННЫЙ ХОЛОДИЛЬНИК Советский патент 1995 года по МПК F25B15/10 

Изобретение относится к бытовой холодильной технике, в частности к двухкамерным абсорбционным холодильникам.

Цель изобретения улучшение эксплуатационных характеристик ДАХ, а именно увеличение полезного объема НТО и ХК, снижение суточного энергопотребления, увеличение периода работы холодильника без оттаивания.

Цель достигается тем, что НТО холодильника выполнено в виде емкости с вертикальными цилиндрическими стенками и имеет дверь на крышке шкафа, при этом НТИ выполнен в виде спирали и связан с ВТИ, выполненным в виде разорванного кольца и имеющим тепловую связь с верхней металлической крышкой ХК через слой изоляции, разделяющий НТО и ХК, при этом НТИ и ВТИ выполнены в виде трехпоточного теплообменника и сплюснуты в зонах связи соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Выполнение НТО с дверью на крышке позволяет увеличить периоды работы холодильника без оттаивания снеговой шубы, образующейся на стенках НТО, так как попадание теплого воздуха из помещений в НТО в этом случае практически не наблюдается. При этом имеет место и снижение суточного энергопотребления за счет замедления роста снеговой шубы на стенках НТО.

Выполнение НТИ и ВТИ в виде спирали, а НТО в виде емкости с вертикальными цилиндрическими стенками позволяет увеличить длину обоих испарителей (за счет более рациональной компоновки) АДХА и, следовательно, увеличить холодильную мощность. Увеличение холодильной мощности позволяет повысить полезный объем НТО и ХК.

Выполнение НТИ в виде разомкнутого кольца и связанного в тепловом отношении с верхней металлической крышкой ХК позволяет увеличить полезный объем ХК путем увеличения ВТИ на единицу площади охлаждения.

Слой изоляции между НТО и ХК предотвращает намерзание снеговой шубы на потолке ХК и, следовательно, увеличивает период работы ДАХ без оттаивания.

Выполнение НТИ и ВТИ в виде сплюснутых трехпоточных теплообменников обеспечивает надежную тепловую связь с цилиндрическими стенками НТО и потолком ХК. Надежная тепловая связь, в свою очередь, позволяет с высокой эффективностью использовать потенциал как НТИ, так и ВТИ и в конечном счете, увеличить полезный объем НТО и ХК.

Эффективность достижения цели будет повышена за счет следующего.

1. ВТИ имеет тепловую связь с внутренней поверхностью верхней крышки ХК, содержащей оребрение в местах отсутствия тепловой связи. Указанный признак позволяет за счет обеспечения интенсивного теплоподвода к ВТИ повысить его холодильную мощность и, в конечном счете, увеличить полезный объем ХК.

2. ВТИ имеет тепловую связь с наружной поверхностью верхней крышки (потолка) ХК, т.е. расположен в объеме изоляции, разделяющей НТО и ХК. Это позволяет вынести ВТИ за пределы полезного объема ХК и увеличить тем самым ее полезный объем.

3. На внутреннюю сторону верхней крышки (потолок) нанесено оребрение, при этом ВТИ расположен с наружной стороны крышки. Указанный признак позволяет интенсифицировать процессы охлаждения в объеме ХК, увеличить тем самым холодильную мощность, а в конечном счете увеличить полезный объем ХК.

4. Полезный объем ХК может быть увеличен за счет увеличения поверхности охлаждения в ХК. При этом поверхность охлаждения увеличивается за счет установки на боковых стенках ХК панелей из металла с высокой теплопроводностью, причем повышение эффективности теплопередачи с верхней крышки ХК на боковые панели обеспечивается за счет ТТ или ДФТС, конденсационные участки которых закреплены на верхней крышке ХК, а испарительные на боковых металлических панелях ХК.

5. Признак по п.4 может быть развит путем использования и дополнительного оребрения на потолке ХК. Это приведет к дополнительному росту полезного объема ХК.

Существенные отличия заявляемой конструкции ДАХ следующие.

1. Выполнение НТО в ДАХ в виде емкости с вертикальными цилиндрическими стенками, при этом НТО имеет дверь, расположенную на крышке холодильного шкафа.

Указанное отличие позволяет сократить потери холода при открытии двери НТО, так как холодный воздух в режиме естественной конвекции не поднимается вверх.

Цилиндрическая форма НТО позволяет существенно увеличить производительность НТИ за счет увеличения его длины. С учетом того, что в заявляемой конструкции используется НТИ в виде трехпоточного теплообменника, будет достигнуто максимальное переохлаждение жидкого аммиака и очищенной парогазовой смеси (ПГС). Все это позволяет существенно повысить объем НТО при сохранении уровня температур порядка минус 24. минус 27^оС и перевести конструкцию абсорбционного холодильника в морозильник абсорбционного типа.

2. НТИ выполнен в виде спирали, имеющей тепловую связь с корпусом НТО, и связан с ВТИ, выполненным в виде разорванного кольца и имеющим тепловую связь с верхней металлической крышкой ХК через слой изоляции, разделяющей НТО и ХК.

Конструкция НТИ в виде спирали позволяет, как уже отмечалось, существенно увеличить его длину в полезном объеме, тем самым повысить его холодильную мощность за счет более высокого переохлаждения жидкого аммиака и ПГС.

Конструкция ВТИ в виде разорванного кольца, имеющего тепловую связь с верхней металлической крышкой ХК, позволяет существенно интенсифицировать процесс охлаждения в ХК.

Конструкция ВТИ в виде разорванного кольца позволяет увеличить его длину и, следовательно, повысить холодильную мощность.

Оребрение верхней крышки ХК, а также использование ТТ или ДФТС интенсифицирует процессы теплообмена и позволяет выравнивать температурное поле как по высоте, так и по объему ХК.

3. НТИ и ВТИ выполнены в виде трехпоточного теплообменника и сплюснуты в зонах тепловой связи соответственно с НТО и ХК в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Плющение позволяет обеспечить лучший тепловой контакт в зоне контактного теплообмена за счет увеличения поверхности соприкосновения и снижения величины контактного зазора.

На фиг. 1 приведена схема ДАХ с ВТИ, имеющим тепловую связь с внутренней оребренной поверхностью верхней крышки ХК (вид спереди); на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 вид сверху ДАХ (дверь НТО отсутствует); на фиг. 4 схема ДАХ с ВТИ, имеющим тепловую связь с внешней поверхностью верхней крышки ХК, на внутреннюю сторону крышки нанесено оребрение (вид спереди); на фиг. 5 схема ХК с ТТ или ДФТС (вид спереди); на фиг. 6 разрез В-В на фиг.5; на фиг. 7 разрез сплюснутого техпоточного испарителя АДХА.

Конструкция ДАХ содержит корпус, состоящий из низкотемпературной камеры 1, расположенной над ХК 2. Стенки камер покрыты теплоизоляционным материалом 3 и 4. Низкотемпературная камера 1 имеет в верхней части теплоизолированную дверь 5, открывающуюся вверх, ХК 2 имеет дверь 6 в передней части.

НТО 6 выполнено в виде емкости с вертикальными цилиндрическими стенками.

Внутренние 7 и наружные 8 боковые стенки, а также внутреннее 9 и внешнее 10 дно образуют полость 11, в которой расположен спиральный НТИ 12. Свободное пространство полости 11 заполняется теплоизоляцией, в частности пенополиуретаном. Внутренние стенки 7 и дно 9 НТО 6 выполнены из металла с высокой теплопроводностью (алюминия). Наружные стенки 8 полости 11 изготовлены из пластика. Наружное днище 10 полости 11 является одновременно и верхней крышкой ХК, оно изготавливается из материала с высокой теплопроводностью.

ВТИ 13 имеет тепловую связь с поверхностью крышки 10, покрытой оребрением 14. Во внутреннем объеме 15 ХК 2 расположены горизонтальные полочки 16 для хранения продуктов.

АДХА расположен на задней стенке шкафа и включает горячий узел 17, покрытый изоляционным кожухом, ректификатор 18, конденсатор 19, магистраль жидкого аммиака 20, абсорбер 21 и жидкостный теплообменник (на фиг. 2 не показан).

При использовании ТТ или ДФТС (фиг.5) их конденсационные участки 22 крепятся на крышке 10, а испарительные участки 23 на боковых поверхностях 24 ХК 2, выполненных из металла с высокой теплопроводностью. Для обеспечения надежной и высокоэффективной тепловой связи рабочих участков 22 и 23 ТТ или ДФТС выполнен с подложкой 25 из металла с высокой теплопроводностью.

Испаритель АДХА выполнен в виде сплюснутого трехпоточного теплообменника 26 и имеет во внутренней полости магистраль жидкого аммиака 20, канал очищенной ПГС 27. Внутренняя поверхность канала 26 покрыта капиллярной структурой 28, например радиальными капиллярными канавками.

Устройство работает следующим образом.

При подаче электроэнергии на электродвигатель в термосифоне АДХА (на фиг. не показан) начинается выпаривание аммиака из водоаммиачной смеси. В процессе поднятия по трубке термосифона пары аммиака транспортируют на заданную высоту слабый водоаммиачный раствор, который через жидкостный теплообменник поступает в адсорбер 21. Пар аммиака поступает в ректификатор 18, где очищается от паров воды и следует в конденсатор 19. В конденсаторе 19 пар сжижается с отводом теплоты парообразования. Сжиженный аммиак по каналу 20 поступает в испаритель АДХА, выполненный по типу трехпоточного теплообменника 26. Проходя через ВТИ 13, жидкий аммиак поступает на начальный участок НТИ 12. Туда же поступает по каналу 27 и очищенная ПГС. Аммиак, испарясь, диффундирует в среду инертного газа, осуществляя тем самым эффект искусственного охлаждения. Жидкий аммиак стекает по спиральным виткам НТИ 12 в ВТИ 13. В процессе стекания жидкий аммиак по капиллярной структуре 28 равномерно распределяется по поверхности, чем обеспечивается интенсификация процесса испарения. Насыщенная холодная ПГС, двигающаяся также из НТИ 12 в ВТИ, охлаждает поступающую из адсорбера по каналу 27 очищенную ПГС. В свою очередь, очищенная ПГС охлаждает жидкий аммиак, транспортируемый по каналу 20. Холодная насыщенная ПГС поступает в абсорбер 21, где очищается от паров аммиака и направляется обратно в испаритель АДХА. Насыщенный водоаммиачный раствор по жидкостному теплообменнику поступает в термосифон и цикл работы АДХА повторяется.

Процесс охлаждения в холодильном шкафу осуществляется следующим образом. Находящийся в тепловой связи со стенками НТО 6 спиральный НТИ 12 осуществляет отвод тепла и захолаживание полезного объема 6. Начальные (наиболее холодные) витки спирали НТИ 12 находятся в верхней части НТО 6. Это позволяет эффективно выравнивать температуру воздуха в НТО 6. Кроме этого, выравнивание температуры достигается за счет использования металла с высокой теплопроводностью (алюминия, который также совместим с пищевыми продуктами) для внутренней оболочки НТО (стенка 7, дно 9).

ВТИ 13 имеет тепловую связь с верхней крышкой 10 ХК 2. Процесс охлаждения интенсифицируется как применением материала с высокой теплопроводностью для изготовления крышки 10, так и нанесением на ее тепловоспринимающей поверхности оребрения 14. Кроме этого, интенсификация охлаждения полезного объема ХК 15 может быть достигнута за счет использования ТТ или ДФТС. Для этого на боковых (фиг. 5) поверхностях ХК 2 закрепляют материал 24 с высокой теплопроводностью (такую же пластину можно установить и на задней стенке ХК 2) и обеспечивают его тепловую связь (например, при помощи болтовых соединений) с конденсаторами 23 ТТ и ДФТС. Испарители 22 ТТ или ДФТС закрепляются на верхней крышке 10 ХК 2, реализуя замкнутый испарительно-конденсационный цикл ТТ или ДФТС, перенося тепло из нижней части полезного объема 15 ХК 2 в зону теплосброса (на холодную крышку 10). Установка панелей 24 на стенках ХК позволяет, в первую очередь, компенсировать теплопритоки, проникающие через теплоизоляционный кожух 4. Особенно эффективен вариант использования ТТ или ДФТС при установке горизонтальных полочек в объеме 15 ХК 2. Наличие полочек, особенно при их заполнении продуктами, не позволяет организовать циркуляцию воздуха в объеме 15, тогда как ТТ или ДФТС, обеспечивающие охлаждение с боковых и задней поверхностей, могут достаточно эффективно решить эту задачу.

Вариант ДАХ (фиг.4) с ВТИ, расположенным полностью в полости 11 и контактирующим с внешней поверхностью крышки 10, позволяет устранить операцию цинкования при изготовлении АДХА, так как устраняется контакт поверхности ВТИ с полезным объемом 15 ХК 2. При отсутствии операции цинкования себестоимость изготовления АДХА снизится, кроме этого, будет достигнут и экологический эффект защиты окружающей среды.

Связь НТИ 12 с ВТИ 13 через полость 11 позволяет, во-первых, увеличить суммарную длину испарителя, т.е. повысить его холодильную мощность, во-вторых, устранить потери холода с линии связи НТИ 12 и ВТИ 13 в окружающую среду (как в случае прототипа).

"Сбросовый" низкопотенциальный холод сосредотачивается в центре объема ДАХ и служит своеобразной изотермической оболочкой для днища 9 НТО 6, так и источником холода для ХК 2.

Рассмотрим пример конкретного выполнения ДАХ, в частности испарителя, выполненного по прототипу трехпоточного теплообменника. Исследования показали, что на холодильную мощность испарителей указанного типа в первую очередь влияет их длина. Это очевидно, так как обеспечивается достаточно высокая степень переохлаждения как жидкого аммиака, так и очищенной ПГС.

Исследовался испаритель с диаметрами наружной трубы 28 х 1,5 мм, внутренней 22 х 1,5 мм. Диаметр канала аммиака 8 х 1,0 мм. Длина испарителей АДХФ составляла 1400, 1600 и 1800 мм. Оценка величины холодильной мощности испарителя показала, что испаритель длиной 1800 мм имеет производительность 30.35 Вт, тогда как испаритель длиной 1600 мм 20.25 Вт, а длиной 1400 18.20 Вт.

Несложные расчеты показывают, что в случае использования цилиндрической емкости диаметром 400 мм в качестве корпуса НТО всего лишь два витка спирали позволяют получить длину испарителя в 2500 мм. Расчеты к тому же показали, что в этом случае холодильная мощность НТИ 12 составит 50.60 Вт. Этой мощности будет достаточно, чтобы обеспечить работу морозилки с объемом 55.60 л.

Положительный эффект от использования заявляемой конструкции заключается в следующем.

1. Решается достаточно актуальная социальная задача обеспечения населения страны морозильниками и холодильниками.

2. Повышаются эксплуатационные характеристики ДАХ, в частности увеличивается полезный объем морозильного отделения и холодильной камеры, снижаются суточное энергопотребление и частота оттаиваний.

3. Снижается себестоимость изготовления АДХА за счет полного устранения операции цинкования испарителей, при этом улучшается экологическая ситуация.

Использование: в холодильной технике. Сущность изобретения: низкотемпературное отделение 6 холодильника выполнено в виде емкости с вертикальными цилиндрическими стенками и имеет дверь 5 на крышке шкафа. При этом низкотемпературный испаритель выполнен в виде спирали 12 и связан с высокотемпературным испарителем (ВТИ)13, выполненным в виде разорванного кольца и имеющим тепловую связь с верхней металлической крышкой 10 холодильной камеры (ХК)2 через слой изоляции, разделяющий низкотемпературное отделение и ХК, при этом низкотемпературный и высокотемпературный испарители 12 и 13 выполнены в виде трехпоточного теплообменника и сплюснуты в зонах тепловой связи соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях. ВТИ 13 имеет тепловую связь с внутренней поверхностью верхней крышки 10 ХК, содержащей оребрение 14 в местах отсутствия тепловой связи. ВТИ 13 имеет тепловую связь с наружной поверхностью верхней крышки 10 ХК 2, при этом на внутреннюю сторону крышки 10 нанесено оребрение 14 или она связана в тепловом отношении с конденсационными участками тепловых труб (ТТ) или двухфазных термосифонов (ДФТС), испарительные участки которых связаны в тепловом отношении с панелями, выполненными из металла с высокой теплопроводностью, которые закреплены на стенках ХК. 5 з. п. ф-лы, 7 ил.

1. ДВУХКАМЕРНЫЙ АБСОРБЦИОННЫЙ ХОЛОДИЛЬНИК, содержащий теплоизолированный шкаф с раздельными дверями и абсорбционно-диффузионный холодильный аппарат, низкотемпературный и высокотемпературный испарители которого имеют тепловую связь соответственно с низкотемпературным отделением и холодильной камерой, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик, низкотемпературное отделение выполнено в виде емкости с вертикальными цилиндрическими стенками и имеет дверь на крышке шкафа, а низкотемпературный испаритель выполнен в виде спирали и соединен с высокотемпературным испарителем, выполненным в виде разорванного кольца имеющим тепловую связь с верхней металлической крышкой холодилной камеры через дополнительно установленный слой изоляции, разделяющий низкотемпературное отделение и холодильную камеру, при этом низкотемпературный и высокотемператуный испарители выполнены в виде трехпоточного теплообменника и сплюснуты в зонах тепловой связи соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях. 2. Холодильник по п. 1, отличающийся тем, что высокотемпературный испаритель имеет тепловую связь с внутренней поверхностью верхней крышки холодильной камеры, содержащей оребрение в местах отсутствия тепловой связи. 3. Холодильник по п. 1, отличающийся тем, что высокотемпературный испаритель имеет тепловую связь с наружной поверхностью верхней крышки холодильной камеры. 4. Холодильник по п.3, отличающийся тем, что на внутреннюю сторону верхней крышки холодильной камеры нанесено оребрение. 5. Холодильник по п. 3, отличающийся тем, что внутренняя сторона верхней крышки холодильной камеры связана в тепловом отношении с конденсационными участками тепловых труб или двухфазных термосифонов, испарительные участки которых связаны в тепловом отношении с панелями, выполненными из металла с высокой теплопроводностью, которые закреплены на стенках холодильной камеры. 6. Холодильник по п. 3, отличающийся тем, что внутренняя поверхность верхней крышки холодильной камеры оребрена и связана в тепловом отношении с конденсационными участками тепловых труб или двухфазных термосифонов, испарительные участки которых связаны в тепловом отношении с панелями, выполненными из металла с высокой теплопроводностью, которые закреплены на стенках холодильной камеры.