ХОЛОДИЛЬНАЯ МАШИНА И СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДЛЯ НЕЕ
REFRIGERATING MACHINE AND ITS OPERATING PROCEDURE

Область техники
Предлагаемое изобретение относится к холодильной машине, в частности бытовому холодильному аппарату, а также способу эксплуатации для такой холодильной машины.
Уровень техники
Холодильная машина обычно состоит из компрессора, конденсатора и испарителя, которые соединены в холодильный контур. От компрессора сжатый и при этом нагретый хладагент направляется к конденсатору, в котором он отдает теплоту в теплый резервуар и одновременно конденсируется, после чего хладагент направляется к испарителю, в котором благодаря расширению он охлаждается настолько, что становится способным отбирать теплоту из холодного резервуара. Испарившийся в результате этого хладагент возвращается на компрессор.
В большинстве случаев применения холодильной машины, в частности в бытовых холодильных аппаратах, компрессор работает с перерывами, то есть имеется рабочая фаза компрессора и фаза покоя компрессора. В то время как в рабочей фазе компрессор поддерживает неизменно высокое давление хладагента в конденсаторе и низкое давление хладагента в испарителе, при отключении компрессора разность давлений между конденсатором и испарителем выравнивается. Падение давления в конденсаторе приводит к адиабатическому охлаждению, так что содержащаяся в хладагенте термическая энергия более не может отдаваться в теплый резервуар. И наоборот, повышение давления в испарителе приводит к нежелательному повышению температуры в испарителе и, тем самым, в охлаждаемой испарителем полости.
Чтобы свести к минимуму потери энергии, связанные с каждым выключением компрессора, само собой напрашивается удлинение рабочей фазы и фазы покоя до максимально возможных значений. Однако длительная рабочая фаза и длительная фаза покоя обуславливают очень сильные колебания температуры в резервуарах. Если, например, холодный резервуар представляет собой полость холодильника для хранения продуктов, то сильные колебания температуры могут привести к тому, что охлаждаемые продукты иногда будут охлаждаться недостаточно, следствием чего будет уменьшение срока их годности, или же охлаждаемые продукты будут испорчены вследствие переохлаждения. В случае морозильника не приходится ожидать порчи замораживаемых продуктов вследствие опускания температуры на несколько градусов ниже температуры длительного хранения, однако такая, иногда нежелательно низкая температура хранения приводит к усиленному притоку тепла снаружи в полость для хранения и к не экономичному режиму работы.
Сущность изобретения
Поэтому задачей изобретения является разработка иной концепции, позволяющей повысить коэффициент полезного действия холодильной машины, работающей с перерывами.
Задача решается за счет того, что в холодильной машине с компрессором, конденсатором и испарителем, соединенными в холодильный контур, на пути хладагента от конденсатора к испарителю встраивается запорный вентиль. За счет того, что этот вентиль закрывается каждый раз при отключении компрессора, в фазе покоя компрессора можно поддерживать высокое давление в конденсаторе. За счет того, что запорный вентиль открывается при запуске компрессора, в испарителе сразу же оказывается расширившийся благодаря высокой разности давлений и, соответственно, холодный хладагент. Таким образом, отпадает необходимость в фазе предварительного прогона компрессора, которая обычно нужна для достижения необходимой для охлаждения разности давлений между конденсатором и испарителем.
Контроллер, управляющий закрытием запорного вентиля при отключенном компрессоре и открытием запорного вентиля при включенном компрессоре, рациональным образом является составной частью холодильной машины.
Контроллер предпочтительно настраивается таким образом, чтобы можно было по желанию открывать или не открывать запорный вентиль при отключенном компрессоре. Открытие дроссельного вентиля при отключенном компрессоре имеет смысл, в частности, при оттаивании испарителя, так как в этом случае желателен приток в испаритель расширенного за счет незначительной разности давлений и, соответственно, теплого хладагента, позволяющего ускорить оттаивание.
Для еще большего ускорения оттаивания к испарителю может быть подсоединен электрический нагревательный элемент.
Кроме того, для определения необходимости оттаивания контроллер может быть соединен с размещенным на испарителе датчиком обледенения и/или реле времени.
Далее задача решается способом эксплуатации холодильной машины вышеописанного типа, при котором компрессор работает с перерывами, а при отключении компрессора запорный вентиль закрывается или при включении компрессора запорный вентиль открывается.
Оттаивание может производиться периодически с помощью реле времени или оно может производиться по достижении критического обледенения испарителя.
Краткое описание чертежей
Прочие признаки и преимущества изобретения следуют из приведенного ниже описания примера исполнения изобретения на основании прилагаемой фигуры.
На фигуре 1 показана структурная схема холодильной машины согласно изобретению.
Осуществление изобретения
Холодильный контур холодильной машины последовательно проходит от компрессора 1 через конденсатор 2, запорный вентиль 3, дроссель 4 и испаритель 5 обратно к компрессору 1. Могут использоваться любые известные конструкции испарителя 5, например намоточный, проволочно-трубный и т.д. На фигуре схематически показан листотрубный испаритель с расположенным на металлической пластине меандрообразным трубопроводом, в котором дроссель 4 в виде капиллярной трубки встроен в пластину.
Холодильная машина является частью бытового холодильного аппарата, конструкция которого уже известна и потому не показана здесь. Электронный контроллер 6 управляет работой компрессора 1 и состоянием (открыт/закрыт) запорного вентиля 3 с помощью температурного датчика 7, установленного в охлаждаемой испарителем 5 полости холодильного аппарата, предназначенной для хранения продуктов, а также установленного на самом испарителе датчика обледенения 8. Когда компрессор 1 отключен, контроллер 6 сравнивает температуру, измеренную температурным датчиком 7, с установленным верхним предельным значением, и если обнаруживает превышение предельного значения, то запускает компрессор 1 и открывает запорный вентиль 3. Хладагент, находящийся под высоким давлением, накопленный еще со времени предыдущей рабочей фазы компрессора 1 в конденсаторе 2, направляется через дроссель 4 в испаритель 5, при этом он расширяется и охлаждается. Таким образом, охлаждающая способность испарителя 5 восстанавливается после включения компрессора 1 практически без задержки.
В зависимости от условий пуска компрессора 1 время пуска компрессора и время открытия запорного вентиля 3 могут быть незначительно сдвинуты относительно друг друга, причем временной сдвиг выбирается таким образом, чтобы свести к минимуму колебание давления в конденсаторе 2, обусловленное запуском компрессора и открытием вентиля.
При работающем компрессоре 1 контроллер 6 сравнивает температуру, измеренную температурным датчиком 7, с нижним предельным значением, и если обнаруживает опускание температуры ниже этого нижнего значения, снова отключает компрессор 1. В этот момент проверяется, показывает ли датчик обледенения 8 критическое обледенение испарителя 5, требующее оттаивания. Если это не так, то контроллер 6 одновременно с отключением компрессора 1 закрывает запорный вентиль 3, чтобы сохранить избыточное давление в конденсаторе 2 в последующей фазе покоя компрессора 1.
Если обнаружена необходимость оттаивания, что обычно может происходить с интервалом в несколько дней, то запорный вентиль 3 остается открытым, и происходит выравнивание давлений между конденсатором 2 и испарителем 5. Во-первых, связанное с этим повышение давления в испарителе 5 обуславливает адиабатический нагрев уже содержащегося в испарителе 5 хладагента. Во-вторых, происходит прогрессирующее ослабление охлаждения хладагента, поступающего через дроссель 4 в ходе выравнивания давлений, за счет уменьшающейся разности давлений. Таким образом, к концу процесса выравнивания давлений в верхнюю область испарителя 5 попадает все более теплый хладагент, в результате испаритель 5 нагревается. Дополнительное тепло, необходимое для оттаивания испарителя 5, поставляется электрическим нагревательным элементом 9, который также управляется контроллером 6.
Для максимального повышения отдачи тепла хладагента в испаритель 5 при оттаивании можно предусмотреть дискретное открывание запорного вентиля 3 во время процесса оттаивания. Это удлиняет процесс выравнивания давлений, и хладагент, который во время выравнивания давлений расширяется в конденсаторе 2 и при этом охлаждается, получает возможность снова самостоятельно нагреться в конденсаторе 2, чтобы на позднем этапе выравнивания давлений поступить в испаритель 5 с более высокой температурой.
Согласно альтернативному варианту непосредственный контроль обледенения испарителя 5 посредством датчика обледенения 8 может быть заменен косвенной оценкой обледенения, например, за счет соединения контроллера 6 с реле времени (не показано на фигуре), чтобы по истечении заданного промежутка времени, за который обычно образуется требующий оттаивания слой льда, запустить процесс оттаивания.
С помощью разнообразных мер можно улучшить оценку обледенения контроллером 6. Так, например, контроллер 6 может быть соединен с дверным выключателем освещения, который предусмотрен в большинстве бытовых холодильных аппаратов для включения и отключения освещения внутренней полости, чтобы на основании количества и/или продолжительности открытий дверки оценить объем влаги, попавший в аппарат через открытую дверку. Для повышения точности такой оценки может быть предусмотрен датчик наружной температуры, позволяющий оценить влажность наружного воздуха.