Бытовой холодильник

Полезная модель относится к бытовым холодильникам (без морозилки), предназначенным для хранения продуктов, и эксплуатируемых круглогодично в неотапливаемых помещениях. Фактически такой холодильник представляет собой термостат, поддерживающий в рабочем объеме температуру (5+3) С при наружной температуре, изменяющейся в диапазоне, например +30 С.Очевидно, что такой термостат должен содержать в теплоизолированном корпусе охладитель, нагреватель и терморегулятор. В то же время, он должен быть экономичным, удобным в эксплуатации и обеспечивать хранение любых продуктов.
Известны устройства для круглогодичного хранения сельхозпродукции в неотапливаемых помещениях, например, на балконе или лоджии жилого дома. В патенте RU 2011331 С1, МПК A01F 25/00, 1992 г. описан термоконтейнер ЕК-1, содержащий охладитель, нагреватель, терморегулятор и приспособление для вентиляции.
Однако этот термоконтейнер очень сложен в изготовлении и особенно в эксплуатации. Так, приспособление для вентиляции содержит в корпусе не меньше 6 отверстий с притертыми пробками, которые надо вставлять / вынимать в течение года несколько раз. Терморегулятор представляет собой установленный внутри контейнера спиртовой термометр и глазок, а регулировка температуры производится вручную путем включения / выключения нескольких секций нагревателя на полную или неполную мощность. В периоды межсезонья охладитель и нагреватель отключают вручную. Однако в эти периоды бывают заморозки до -(5-10) С.Кроме того, этот контейнер предназначен для хранения только овощей и фруктов (в больших упаковках), а не обычных продуктов питания.
В патенте RU 1237877 (А1), МПК F25D 13/00, 1984 г. описана холодильная камера для хранения овощей и фруктов. Она содержит охладитель, нагреватель, термореле, вентилятор, воздуховоды и и влагообменник. Цель - снижение энергопотребления за счет предотвращения появления снеговой шубы на испарителе охладителя. Однако эта камера сложна, малоэффективна в плане энергосбережения и требует ручного сезонного обслуживания. Так, зимой и летом необходимо вручную включать нагреватель или охладитель, а в межсезонье они включены вместе и управляются с помощью термореле. Это означает, что, например, при наружной температуре - 5°C сначала нагреватель поднимает температуру в камере до +8°C, затем термореле включает охладитель, понижающий температуру до +2°C, затем снова - нагреватель и т.д. Таким образом, в межсезонье энергопотребление оказывается максимальным (а это 25-30% годового потребления) и оно явно превышает экономию, достигаемую за счет устранения снеговой шубы. Кроме того, эта камера не предназначена для хранения обычных продуктов.
Известен термошкаф для хранения пищевых продуктов, содержащий теплоизолированный контейнер, две батареи термоэлектрических модулей Пельтье, блок питания этих модулей, два вентилятора с наружным и внутренним радиаторами, а также блок автоматического управления (см. описание Полезной модели RU 4368 (U1), МПК F25D, 1995 г.)
Однако это устройство имеет существенные недостатки. Оно содержит большое количество электрических узлов и элементов, что снижает его надежность. Кроме того, блок автоматического управления переключает режимы работы нагрев / охлаждение в зависимости от температуры окружающей среды безинерционно, т.е. практически мгновенно. Это приводит к тому, что, например весной, когда температура в течение суток может неоднократно меняться с плюса на минус, блок автоматического управления будет реагировать на все эти перемены и переключать режим работы, что уменьшает ресурс устройства. Но главный недостаток этого устройства состоит в повышенном энергопотреблении. В режиме охлаждения элементы Пельтье по сравнению с компрессионными охладителями, используемыми в бытовых холодильниках, потребляют существенно больше электроэнергии. Так, из графика на стр. 1 Приложения следует, что одноступенчатый компрессор при температуре испарения -20°C имеет коэффициент СОР - коэффициент эффективности охлаждения - равный 3, в то время как этот коэффициент для термоэлектрического холодильника (см. стр. 2 Приложения) составляет 0,3÷0,5, причем меньшее значение относится к холодильникам большего объема. В режиме нагрева разница еще значительнее. Именно поэтому термоэлектрические холодильники большого объема серийно не выпускаются.
В патенте RU 2317495 С2, МПК F25D 29/00, 2003 г. описан холодильник с обогреваемым внутренним объемом. Он содержит холодильную и морозильную камеры с одним общим охладителем, электронагреватель и терморегулятор, размещенный внутри холодильной камеры. Холодильник рассчитан на эксплуатацию в условиях низких температур окружающей среды. При этом (в отсутствие или при выключенном электронагревателе) потребность холодильной камеры в охлаждении невелика, и терморегулятор включает охладитель ненадолго, что приводит к повышению температуры внутри морозильной камеры. Включение же электронагревателя повышает температуру в холодильной камере, при этом терморегулятор включает охладитель на большее время, в результате чего температура в морозильной камере поддерживается на необходимом уровне.
Существенный недостаток этого холодильника состоит в чрезмерном энергопотреблении. Так, при температуре окружающей среды, равной например -10°C, нагреватель и охладитель будут включаться поочередно друг за другом, а холодильник - непрерывно потреблять электроэнергию. Такие холодильники неперспективны, поскольку в настоящее время широко используются отдельно-стоящие морозильные и холодильные камеры.
Общеизвестны бытовые холодильники (без морозилки), работающие в отапливаемых помещениях, (преимущественно в кухнях), например, холодильник Атлант МХ-5810-62, Бирюса 542, Саратов 504 и др., они надежны и удобны в эксплуатации.
В качестве прототипа выбран холодильник Атлант МХ-5810-62. Он содержит теплоизолированный корпус с дверью и размещенными в нем полками для хранения продуктов, охладитель компрессионного типа, терморегулятор и систему автоматического оттаивания испарителя, которая исключает образование снеговой шубы и снижает энергопотребление холодильника.
Однако этот холодильник имеет существенные недостатки. Поскольку он эксплуатируется круглый год при температуре ~(22±2)°C, то постоянно (в любое время года) потребляет электроэнергию. Кроме того, он занимает в помещении полезную площадь, которая с учетом обеспечения места для человека при открытой двери холодильника составляет ~ 1 м.кв. Если учесть, что площадь кухонь в домах старой постройки часто составляет -6 м.кв, то эта доля превышает 15%. Да и в настоящее время застройщики предлагают однокомнатные квартиры общей площадью от 19 м.кв. с лоджией 3,5 м.кв. (напр. Государев - Дом - ЖК. ш), где доля каждого кв. метра еще больше.
Таким образом, можно ожидать, что предлагаемый холодильник будет востребован среди владельцев нижнего ценового сектора жилья.
Задачей и техническим результатом полезной модели является бытовой холодильник с пониженным годовым энергопотреблением, минимальной стоимостью и возможностью его эксплуатации в неотапливаемом помещении.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что бытовой холодильник, содержащий теплоизолированный корпус с дверью и размещенными в нем полками для хранения продуктов, охладитель компрессионного типа, систему автоматического оттаивания испарителя и терморегулятор, снабжен электронагревателем, а терморегулятор в нем выполнен двухсекционным, причем первая секция - это штатный 2-контактный термозависимый выключатель, размещенный внутри холодильника, а дополнительная вторая секция содержит аналогичный первому второй термозависимый выключатель и два электромагнитных реле, при этом один вывод нагревателя подключен к контакту первого выключателя, соединенному с одним контактом второго выключателя и одним сетевым выводом напряжения питания -220 В, второй сетевой вывод напряжения питания подключен к общим выводам питания обоих реле и к общему контакту второго реле, второй контакт первого выключателя соединен со вторым выводом питания первого реле и с одним выводом питания охладителя, второй контакт второго переключателя соединен со вторым выводом питания второго реле, нормально разомкнутый контакт которого соединен со вторым выводом питания охладителя, а нормально замкнутый - с нормально замкнутым контактом первого реле, кроме того, второй выключатель помещен в теплоизолированный контейнер, установленный снаружи корпуса, а тепловая инерционность контейнера выбрана соизмеримой с тепловой инерционностью корпуса.
Сущность полезной модели поясняется прилагаемыми чертежами.
На фиг. 1 представлена упрощенная электрическая схема холодильника. При этом не показаны такие узлы серийного холодильника, как испаритель охладителя, система автоматического оттаивания, тепловое и пускозащитное реле, лампа освещения и др.
На фиг. 2 в таблице приведены значения среднемесячной температуры воздуха в г. Москве, а также разность этих значений с температурой внутри холодильника.
На фиг. 1 обозначены следующие узлы холодильника: 1 и 2 - штатный и дополнительный термозависимые выключатели, 3 и 4 - электромагнитные реле, 5 - электронагреватель, 6 - мотор-копрессор охладителя, 7 - теплоизолированный контейнер.
Выключатель 1 одним контактом соединен с выключателя 2, а также с одним выводом нагревателя 5 и одним сетевым выводом напряжения питания ~220 В, второй вывод напряжения питания подключен к общим выводам питания реле 3 и 4 и к общему контакту реле 4. Второй контакт выключателя 1 соединен со вторым выводом питания реле 3 и с одним выводом питания мотор-компрессора охладителя 6. Второй контакт выключателя 2 соединен со вторым выводом питания реле 4, нормально разомкнутый контакт этого реле подключен ко второму выводу питания мотор-компрессора 6, а нормально замкнутый - к нормально замкнутому контакту реле 3, общий контакт которого соединен со вторым выводом нагревателя 5.
Устройство работает следующим образом.
Летом при температуре окружающей среды +8°C контакты выключателя 2 замкнуты, на реле 4 поступает напряжение -220 В, реле срабатывает, его нормально разомкнутые контакты замыкаются и охладитель 6 оказывается подключен к сети питания -220 В. Холодильник работает в штатном режиме - при температуре внутри корпуса +8°C контакты выключателя 1 замыкаются, включается охладитель 6, температура понижается до +2°C, контакты выключателя 1 размыкаются, охладитель выключается, температура поднимается до +8°C и т.д.
Зимой, при температуре окружающей среды +2°C контакты выключателей 2 и 1 разомкнуты, реле 4 и 3 обесточены и нагреватель 5 через нормально замкнутые контакты реле 3 и 4 оказывается подключен к напряжению питания -220 В. В результате этого температура внутри холодильника повышается до +8°C и контакты выключателя 1 замыкаются, напряжение питания -220 В подается на реле 3, при срабатывании которого разрывается цепь питания нагревателя 5, температура в холодильнике опускается до +2°C и цикл повторяется.
В межсезонье, когда среднесуточная температура окружающей среды близка к рабочей температуре внутри холодильника (2÷8)°C, последний может вообще не включаться ни на нагрев, ни на охлаждение и не потреблять электроэнергию.
Эксплуатация такого холодильника, особенно в зимний период, может оказаться неудобной для домохозяйки, т.к. ей придется в течение дня неоднократно выходить на лоджию/балкон. Поэтому напрашивается такой вариант - установить на кухне (на столе, на тумбе) небольшой холодильник объемом 50÷80 л. и загружать его продуктами по мере необходимости, например 1 раз в неделю. В таком случае в межсезонье (если дверь холодильника не открывается в течение недели) коммутация выключателя 1 внутри холодильника может происходить очень редко, например 1 раз в несколько дней. А вот выключатель 2, установленный снаружи корпуса и имеющий небольшую тепловую инерционность, будет реагировать на изменение окружающей температуры и может в течение суток несколько раз переключать режим работы холодильника лето/зима. Такая ситуация вполне вероятна, например весной (ночной заморозок - утром солнце нагрело корпус холодильника - подул ветер, пошел дождь - снова солнце). Конечно, количество срабатываний выключателя 2 в течение года меньше, чем у выключателя 1, но следует учесть, что и условия его эксплуатации (температура, влажность) намного сложнее, а штатный ресурс невелик - 5 лет.
Для устранения этого недостатка выключатель 2 помещен в теплоизолированный контейнер 7, тепловая инерционность которого выбрана соизмеримой с тепловой инерционностью корпуса холодильника, так что выключатель 2 в межсезонье включается довольно редко. Это увеличивает ресурс холодильника, а, кроме того, позволяет использовать в нем более простой и дешевый выключатель.
Реализация предлагаемого устройства технических трудностей не представляет. В качестве электронагревателя может быть использован, например, плоский гибкий силиконовый нагреватель или гибкий ТЭН (то и др. см. например, polymemagrev.ru), выключатель 2 идентичен штатному выключателю 1, реле 3 и 4 выбирают просто по величине коммутируемой мощности, а теплоизолированный контейнер 7 можно выполнить в виде короба, покрытого несколькими слоями полипропилена.
В таблице на фиг. 2 приведены значения среднемесячной температуры в г. Москве, а также ее разности с температурой внутри холодильника. Для прототипа она в течение года практически постоянна и составляет ~(22-5=17)°C. Для предлагаемого холодильника и прототипа эта разность в зимние месяцы одинакова, в другие месяцы - явно ниже, а в 4 и 10 - почти равна нулю. Поэтому можно полагать, что годовая экономия энергопотребления предлагаемого холодильника для средней полосы РФ составит ~(25÷30)%.
Таким образом, поставленная задача выполнена и технический результат достигнут.
ПРИЛОЖЕНИЕ
График 1. Сравнение показателя СОР (холодильного коэффициента) для двухступенчатого и одноступенчатого винтовых компрессорных агрегатов (оба с экономайзерами)
СОР это отношение холодопроизводительности компрессорного агрегата к потребляемой им электрической мощности (СОР=Qo/Pe). Из графика видно, что при температуре кипения хладагента -40°C одноступенчатый винтовой компрессорный агрегат потребляет электроэнергии на 17% больше чем двухступенчатый, а режим кипения хладагента -40°C является самым распространенным в системах заморозки предприятий мясо- и птицепереработки.
В качестве примера приведу следующие цифры: одноступенчатый винтовой компрессорный агрегат с экономайзером холодопроизводительностью 454,5 кВт потребляет 306,9 кВт электроэнергии, а ближайший его двухступенчатый аналог холодопроизводительностью 455,2 кВт - 258,1 кВт.
Приняв среднегодовую наработку компрессорных агрегатов 5 тыс часов и среднюю стоимость 1 кВт электроэнергии 3,5 руб.
- ЗАСОР КАПИЛЛЯРА
- ДЕФЕКТЫ FULL NO
- FROST
- ЗАМЕНА
- КОМПРЕССОРА
- РЕМОНТ ИСПАРИТЕЛЯ
- ЗАМЕНА ИСПАРИТЕЛЯ
- ЗАПРАВКА ФРЕОНА
- ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ РЕМОНТА
- СДЕЛАТЬ САМОМУ
- НАРУШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
- ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ
- Главная
- Термоэлектрические холодильные машины.
Термоэлектрические холодильные машины.
Сущность термоэлектрического охлаждения заключается в том, что при прохождении постоянного тока через термобатарею, составленную из последовательно соединенных двух различных материалов-термоэлементов (ТЭМ), происходит выделение тепла с одной стороны батареи и поглощение тепла с противоположной. Единичным элементом ТЭМ является термопара, включающая в себя одну ветвь р - типа и одну ветвь n - типа проводимостей. Ветви соединяются между собой с помощью коммутационной пластины из меди. В качестве материала ветвей традиционно используются полупроводники на основе висмута, теллура, сурьмы, селена. Термоэлектрический модуль представляет собой совокупность термопар, электрически соединенных последовательно. Термопары помещаются между двух плоских керамических пластин, изготовленных на основе оксида алюминия. Количество термопар может изменяться в широких пределах (от нескольких до сотен пар), что позволяет создавать ТЭМ практически любой холодильной мощности - от десятых долей до сотен ватт. Одни спаи этой батареи охлаждаются, а другие нагреваются. Таким образом, роль рабочего вещества - переносчика тепла - здесь выполняет постоянный электрический ток. Поместив холодные спаи термобатареи в охлаждаемую среду, представляется возможным легко обеспечить передачу тепла из холодильной камеры в более холодную среду, окружающую холодные спаи. Преимущества термоэлектрического охлаждения заключается в том, что нет движущихся частей, а значит, бесшумность работы агрегата, возможность точного регулирования степени охлаждения пропорционально величине силы тока. При смене полярности постоянного тока горячая и холодная пластины меняются местами. Экономичность протекающих процессов характеризует коэффициент СОР (coefficient of performance), равный отношению холодильной мощности модуля к электрической энергии, им потребляемой, и характеризующий экономичность протекающих процессов. Для термоэлектрических устройств СОР в среднем составляет 0,3…0,5. В настоящее время интенсивно развивается производство бытовых холодильников с использованием термоэлектрического охлаждения, известные фирмы "Позис", " Атлант", заводы г. Мурома, г. Миасса производят достаточно широкий спектр холодильников. Они практически не требуют обслуживания, на термоэлектрические модули имеют гарантию до 25 лет.
Абсорбционная холодильная машина
Принцип работы холодильного агрегата абсорбционного типа заключается в следующем. Концентрированный раствор постоянно нагревается в генераторе пара 1 до температуры кипения каким - либо источником тепла (электрическим, газовым и т.д.) Так как температура кипения хладагента значительно ниже температуры кипения растворителя (абсорбента)
Холодильник будущего