ХОЛОДИЛЬНЫЙ АППАРАТ
REFRIGERATING DEVICE

Область техники
Изобретение относится к холодильному аппарату согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Уровень техники
Для охлаждения внутренней полости холодильного аппарата обычно предусматривается холодильный контур, в котором циркулирует хладагент. Этот хладагент расширяется в испарителе, смонтированном во внутренней полости, и отбирает там тепло из внутренней полости. При открытии дверки в охлажденную полость попадает более или менее влажный воздух. Эта влага во время работы холодильного аппарата оседает на испарителе сначала в форме инея, который впоследствии постепенно превращается в лед. В морозильных аппаратах температура стенок также составляет менее 0°С, так что с течением времени стенки также покрываются слоем льда. Так как, в частности, толстый слой льда на испарителе мешает теплообмену между воздухом во внутренней полости и хладагентом в испарителе, компрессор должен работать очень долго, чтобы соответственно охладить внутреннюю полость. Поэтому необходимо проводить оттаивание слоя льда на испарителе.
В холодильных аппаратах ранних моделей оттаивание необходимо было проводить вручную, отключив холодильный аппарат и открыв дверки. Слой льда стаивал во внешнюю емкость или счищался из внутренней полости после того, как он отставал от испарителя или стенок под воздействием поступившего тепла. Такое оттаивание всегда было связано с большой трудоемкостью, так как охлаждаемые продукты во время оттаивания, которое могло длиться несколько часов, не могли оставаться в холодильном аппарате, но должны были перекладываться. Однако лишь регулярное освобождение испарителя от нарастающего на нем льда обеспечивает минимальное потребление тока и, тем самым, эффективное охлаждение.
В современных холодильных и морозильных аппаратах, как правило, устанавливается система автоматического оттаивания. При этом лед, образующийся на испарителе и понижающий его охлаждающую способность, превращается в воду, которую можно отвести во внешнюю емкость. Испарители подобных холодильных аппаратов оснащаются нагревательным устройством, которое включается при заданных условиях и нагревает испаритель до температуры выше точки замерзания. В DE 10053422 А1 описана система автоматического оттаивания, которая на основании различных введенных параметров определяет экономически целесообразное время запуска процесса оттаивания.
Чтобы предотвратить нагревание охлаждаемых или замороженных продуктов во время процесса оттаивания, испаритель в аппаратах с системой автоматического оттаивания обычно располагается в камере, изолированной от охлажденной внутренней полости. Во время нормальной фазы охлаждения воздухообмен между внутренней полостью и камерой испарителя осуществляется за счет системы рециркуляции воздуха. Эта камера обычно располагается на задней стенке холодильного аппарата, одна из ее сторон косо спускается вниз. Осаждающаяся из воздуха влага автоматически или по необходимости оттаивает, а образующаяся жидкость стекает по скосу в одно и то же место камеры, откуда через заднюю стенку попадает в сборный лоток, расположенный в двигательном отсеке. Там жидкость испаряется под действием тепла компрессора. На время процесса оттаивания воздухообмен между внутренней полостью и камерой испарителя, обеспечивающий подачу охлаждаемого воздуха на испаритель, прекращается. Таким образом, нагретый нагревательным устройством воздух не попадает в охлажденную внутреннюю полость. В итоге процесс оттаивания не оказывает отрицательного воздействия на охлаждаемые продукты.
Холодильный контур на внешней стороне холодильного аппарата содержит конденсатор, отводящий забранное хладагентом из внутренней полости тепло в окружающий воздух. Чтобы можно было обеспечить необходимый теплообмен, конденсатор должен иметь определенную величину, которая, в особенности во встраиваемых аппаратах, достигается за счет сокращения величины охлаждаемой внутренней полости.
При сохранении внешних габаритов холодильного аппарата увеличение охлаждаемой внутренней полости ведет к уменьшению конденсатора. Для компенсации уменьшения размера конденсатор нуждается в воздуходувном устройстве, которое способно отводить вырабатываемое конденсатором тепло. В большинстве случаев воздуходувное устройство располагается таким образом, что одновременно с конденсатором оно принудительно обдувает и компрессор. Такой вариант описан в DE 102004058198 А1. Обычно такие воздуходувные устройства работают вместе с компрессором.
Для достижения максимальной энергетической эффективности холодильных аппаратов электрические потребители, например компрессор или воздуходувное устройство, рассчитываются в точности на необходимую мощность и ни в коем случае не имеют избыточных габаритов. Таким образом, эти электрические потребители очень компактны и потребляют минимум тока.
Когда температура в охлаждаемой внутренней полости достигнет своего заданного значения, работа компрессора и, тем самым, воздуходувного устройства прерывается, и испаритель более не забирает тепло из внутренней полости холодильного аппарата. Конденсатор, однако, в состоянии покоя компрессора нагревается сильнее. Это можно объяснить тем, что находящийся под давлением газ продолжает конденсироваться и после отключения компрессора, вследствие чего высвобождается тепло. Однако это тепло более не отводится воздуходувным устройством. Кроме того, компрессор также продолжает выделять тепло, которое также более не отводится воздуходувным устройством и дополнительно нагревает конденсатор. Это может привести к тому, что конденсатор более не сможет выполнять свои функции, и во всем холодильном контуре останется только газообразный хладагент.
Когда в результате поступления тепла через изоляционный материал или открытую дверку холодильного аппарата температура во внутренней полости поднимется до определенной отметки, компрессор снова будет включен. Для производства холода в испарителе в конденсаторе должен содержаться жидкий хладагент, который в испарителе может переходить в газообразное состояние. Если же в конденсаторе при повторном включении компрессора окажется только газообразный хладагент, то, несмотря на включение компрессора, холод в испарителе производиться не будет. Лишь после того, как воздуходувное устройство охладит конденсатор до определенной температуры, и компрессор проработает так долго, что соответственно сжатый хладагент сможет конденсироваться в конденсаторе, производство холода испарителем снова восстановится.
Обнаружилось, что после запуска компрессора может пройти значительное время, прежде чем в конденсаторе появится жидкий хладагент, способный к расширению. Этот временной промежуток существенно превышает длительность обычной фазы работы компрессора. Если же компрессор рассчитан на обычную длительность включения, то избыточно длительная работа компрессора приведет к его перегрузке и перегреву. Такой перегрев может привести к срабатыванию защиты электродвигателя компрессора, которая отключит питание компрессора. Компрессор будет запущен повторно лишь после того, как его температура опустится ниже определенной отметки. Так как, в итоге, в испаритель в течение длительного времени не подается холодный хладагент, и, тем самым, тепло из внутренней полости холодильного аппарата не забирается, заложенные на хранение охлаждаемые или замороженные продукты могут быть повреждены.
Раскрытие изобретения
Задачей изобретения является разработка холодильного аппарата, в котором испаритель по завершении фазы покоя компрессора быстрее начинает производить холод и может забирать тепло из внутренней полости.
Задача решается согласно изобретению холодильным аппаратом с признаками, раскрываемыми в пункте 1 формулы изобретения. Согласно изобретению используется контроллер, управляющий воздуходувным устройством во время фазы покоя компрессора. Таким образом, теперь можно отводить тепло и во время фаз покоя компрессора и поддерживать температуру конденсатора на уровне, на котором при повторном включении компрессора в конденсаторе присутствует жидкий хладагент. Тем самым, значительно сокращается временной промежуток, в течение которого, несмотря на работу компрессора, испаритель не производит холода. Также сокращается общее время работы компрессора в фазе сжатия. Кроме того, компрессор в фазе покоя охлаждается воздуходувным устройством, и при повторном запуске может работать на более низкой температуре. В результате перегрузка компрессора и срабатывание защиты его электродвигателя может происходить лишь в очень редких, исключительных случаях.
В особенности преимущества конструкции согласно изобретению проявляются во время фазы покоя, когда запускается процесс оттаивания. Если бы воздуходувное устройство не управлялось, то при повторном запуске компрессора температура газообразного хладагента в компрессоре вследствие нагрева испарителя была бы выше, чем могла бы быть после обычной фазы покоя. Следовательно, временной промежуток до конденсации хладагента в конденсаторе после процесса оттаивания был бы длиннее, чем мог бы быть после обычной фазы покоя. Если же во время фазы оттаивания работает воздуходувное устройство, то конденсатор и компрессор при повторном включении компрессора имеют более низкую температуру, и конденсация занимает лишь непродолжительное время. Как следствие, повышается эффективность компрессора и, тем самым, всего холодильного контура. Это означает, что энергопотребление аппарата снижается.
В возможном варианте исполнения изобретения воздуходувное устройство управляется таймером. При этом считается, что в каждой фазе покоя должно отводиться приблизительно равное количество тепла. Временной промежуток рассчитывается таким образом, что в каждом случае температура опускается настолько, что при повторном запуске компрессора в конденсаторе присутствует жидкий хладагент.
Чтобы сэкономить еще больше энергии, и наилучшим образом согласовать длительность работы воздуходувного устройства с количеством подлежащего отведению тепла, воздуходувное устройство во время процесса оттаивания выгодным образом управляется в зависимости от температуры. Например, воздуходувное устройство работает до тех пор, пока температура не опустится до заданной отметки.
В особенно выгодном варианте воздуходувное устройство работает до тех пор, пока температура конденсатора и/или компрессора не опустится до заданной отметки. Таким образом, воздуходувное устройство работает лишь до тех пор, пока конденсатор и, возможно, компрессор не охладятся до заданной температуры. Например, для управления воздуходувным устройством может использоваться температура двигательного отсека.
В особенно выгодном варианте заданной температурой является температура окружающей среды. Охлаждение конденсатора ниже температуры окружающей среды было бы возможно только с помощью дополнительного холодильного контура. Однако экономически это не целесообразно.
В следующем варианте исполнения воздуходувное устройство работает в течение всего периода оттаивания. Благодаря этому измерение температуры и, тем самым, датчик температуры не требуется. Энергопотребление по сравнению с предыдущим вариантом возрастает незначительно, так как в этом случае воздуходувное устройство продолжает работать даже тогда, когда температура конденсатора сравнялась с температурой окружающей среды. С другой стороны, можно сократить производственные расходы за счет контроллера и датчика температуры.
Краткое описание чертежей
На фигуре изображено:
Фиг.1: схематичный разрез холодильного аппарата согласно изобретению.
Осуществление изобретения
На разрезе холодильного аппарата 1, представленном на фиг.1, отрезана передняя часть с дверкой, и открыт вид на заднюю часть холодильного аппарата 1. Охлаждаемая внутренняя полость 2 окружена изолирующим материалом 3. Изолирующий материал 3 окружен внешней оболочкой 4, которая содержит крышку 5, дно 6 и две боковые стенки 7. Верхняя часть внутренней полости 2 разделена перегородкой 8, выше которой расположена камера 21 испарителя. В камере 21 испарителя находится испаритель 9, нагревательное устройство 10 и вентилятор 11. Кроме того, в перегородке 8 предусмотрено впускное отверстие 22 и выпускное отверстие 23.
В нижней части холодильного аппарата 1 находится прямоугольный двигательный отсек 12. Двигательный отсек 12 с боков и сверху ограничен изолирующим материалом 3, а снизу - перегородкой 13. Перегородка 13 проходит параллельно дну 6 и на незначительном удалении от него и снабжена отверстиями 14, через которые может циркулировать воздух. Перегородка 13 вместе с промежуточной перемычкой 26 и дном 6 образует приточный канал 24 и вытяжной канал 25. На перегородке 13 неподвижно монтируется конденсатор 15, воздуходувное устройство 16 и компрессор 17. Стрелки 18 показывают направление циркуляции воздуха, причем воздух движется в направлении наконечника 19 стрелок. Кроме того, холодильный аппарат 1 имеет контроллер 20, который показан на фигуре схематически.
По соображениям наглядности соединение испарителя 9 с конденсатором 15 не показано. Также не показан сборный лоток для талой воды в двигательном отсеке 12, скосы камеры 21 испарителя, по которым талая вода направляется в отверстие, через которое она в дальнейшем попадает в приемный лоток, и соответствующие соединительные трубопроводы.
Чтобы охладить внутреннюю полость 2 до заданной температуры, с помощью вентилятора 11 через впускное отверстие 22 в перегородке 8 из внутренней полости 2 всасывается воздух. Этот воздух направляется на испаритель 9, по которому циркулирует хладагент. При этом воздух охлаждается с отдачей влаги и через выпускное отверстие 23 снова попадает во внутреннюю полость 2. Влага оседает на испарителе 9 сначала в виде инея и постепенно образует слой льда. Газообразный нагретый хладагент устремляется в компрессор 17, который сжимает хладагент и дополнительно нагревает его, а затем в конденсатор 15, где хладагент изменяет свое агрегатное состояние с газообразного на жидкое с отдачей тепла.
Тепло, выделяемое частично конденсатором 15, а частично двигателем компрессора 17, отводится из двигательного отсека 12 воздуходувным устройством 16. Для этого холодный внешний воздух всасывается через отверстия 14 приточного канала 24 и проходит через конденсатор 15 с отбором тепла. В дальнейшем этот воздух направляется на компрессор 17, отбирает тепло у него и через отверстия 14 вытяжного канала 25 и собственно вытяжной канал 25 снова отдается в окружающую среду.
Когда температура внутренней полости 2 достигнет заданной отметки, компрессор 17 и вентилятор 11 отключаются. В результате дополнительный холод не производится.
Слой льда на испарителе 9 ухудшает теплопередачу между охлаждаемым воздухом из внутренней полости 2 и хладагентом. Это означает, что компрессор 17 должен работать дольше, чтобы получить заданную температуру во внутренней полости 2, и, в результате, должен израсходовать больше энергии. Поэтому испаритель 9 размораживается либо регулярно, либо в экономически целесообразное время. Для этого испаритель 9 нагревается посредством нагревательного устройства 10. Талая вода отводится в приемный лоток в двигательном отсеке 12. На период оттаивания компрессор 17 отключается.
Согласно изобретению воздуходувное устройство 16 работает даже тогда, когда компрессор 17 отключен. В представленном здесь варианте исполнения контроллер 20 определяет температуру на конденсаторе 15 и не выключает воздуходувное устройство 16 до тех пор, пока температура конденсатора 15 не сравняется с температурой окружающей среды.
Также возможно отказаться от измерения температуры на конденсаторе 15. В этом случае воздуходувное устройство 16 будет работать в течение всего времени простоя компрессора 17. Это означает, что воздуходувное устройство 16 будет работать даже тогда, когда температура конденсатора 15 сравняется с температурой окружающей среды. При этом потребление энергии вырастает незначительно.
Так как запуск компрессора 17 происходит при температуре окружающей среды, хладагент в конденсаторе 15 сразу же конденсируется. Таким образом, время работы компрессора 17 до достижения заданной температуры во внутренней полости 2 уменьшается до нормальных значений, и перегрева компрессора 17 не происходит. В результате увеличивается срок службы компрессора 17. Также не происходит возможное включение защиты двигателя. Энергопотребление холодильного аппарата уменьшается за счет сокращения длительности включения компрессора 17, хотя воздуходувное устройство 16 работает дольше.
Управление воздуходувным устройством согласно изобретению работает, в частности, во время процесса оттаивания. По завершении процесса оттаивания хладагент, поступивший из компрессора 17 в испаритель 9, будет теплее, чем после обычной фазы покоя компрессора 17, так как нагревательное устройство 10 привносит в хладагент дополнительное тепло. Следовательно, конденсация может произойти только тогда, когда хладагент в конденсаторе 15 будет соответственно охлажден. Включение воздуходувного устройства 16 во время процесса оттаивания гарантирует, что температура конденсатора при повторном запуске компрессора 17 позволит практически сразу восстановить функции конденсатора 15. Поэтому испаритель 9 по завершении процесса оттаивания очень быстро начинает снова производить холод, и охлаждаемые продукты не могут нагреться до критической температуры.