Способ повышения энергоэффективности холодильников
METHOD OF INCREASING ENERGY EFFICIENCY OF REFRIGERATORS

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к холодильникам компрессионного типа.
Известно, что при повышении температуры окружающей среды (температуры месторасположения холодильника) ухудшаются условия конденсации хладагента в конденсаторе из-за повышения температуры и давления процесса конденсации. В результате, снижается холодопроизводительность агрегата, увеличивается потребляемая мощность двигателя и энергопотребление холодильника в целом.
В связи с этим непрерывно ведутся поиски рациональной конструкции конденсатора, интенсивно отводящего тепло, и способов принудительного охлаждения его при работе холодильника.
Известен способ охлаждения конденсатора с использованием увлажнения его поверхности (патент RU №2162576 "Устройство холодильного агрегата бытового компрессионного холодильника» [1]).
Способ заключается в увлажнении поверхности конденсатора, покрытой теплопроводным адсорбером, что обеспечивает его охлаждение за счет испарения, при этом вода подается на поверхность конденсатора устройством, состоящим из раздаточного и собирающего лотков и насоса с прямым и обратным клапанами, что повышает интенсивность охлаждения конденсатора. Недостатком способа является сложность конструктивного исполнения и реализации, низкая надежность функционирования, нерегулируемость объема воды, достаточного для увлажнения поверхности конденсатора. Другим недостатком способа охлаждения является относительно низкая интенсивность испарения влаги с поверхности конденсатора и поэтому низкая эффективность охлаждения.
Подобные способы интенсификации работы конденсатора путем его охлаждения водной и водно-воздушной средой представлены также в патенте RU №2458291 «Способ охлаждения конденсатора компрессионного холодильника» [2] и патенте RU №2455586 «Способ охлаждения конденсатора компрессионного холодильника» [3].
Описанные в указанных патентах способы интенсификации работы конденсатора компрессионного агрегата существенно усложняют конструктивное исполнение холодильника и удобство его технического обслуживания, а процесс эксплуатации холодильника приводит к снижению комфортности окружающей среды из-за изменения влажности воздуха в помещении.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является способ, описанный в книге Вайнберг В.Б., Вайн В.П. «Бытовые компрессионные холодильники» (М.: Пищевая промышленность, 1974 г., С. 99-101) [4].
Интенсификация работы холодильного агрегата здесь достигается за счет установки вблизи конденсатора холодильного агрегата дополнительного устройства (вентилятора), обеспечивающего охлаждение конденсатора путем обдува поверхности его потоком воздуха, что увеличивает интенсивность теплообмена конденсатора с окружающей средой. Главной целью данного технического решения является повышение интенсивности работы конденсатора и, следовательно, холодильного агрегата в целом. Однако при этом существенно возрастает энергопотребление из-за дополнительного потребления электрической энергии вентилятором.
Задачей предложенного способа является повышение энергоэффективности холодильников компрессионного типа за счет полезного использования части тепловой энергии, отбираемой с поверхности конденсатора в процессе его охлаждения.
Поставленная задача решается за счет того, что способ повышения энергоэффективности холодильников компрессионного типа включает операцию отбора части тепловой энергии с поверхности конденсатора и отличается тем, что отбор части тепловой энергии с поверхности конденсатора осуществляют путем теплопередачи ее многослойным пленочным термопарам и преобразования в электрическую энергию, а полученную электрическую энергию аккумулируют. Аккумулированная электрическая энергия может быть использована для питания дополнительного вентилятора обдува поверхности конденсатора, или для обеспечения работы холодильника при аварийном отключении электросети, или для обеспечения работы дополнительных устройств, повышающих уровень комфортности холодильника. Для крепления многослойных пленочных термопар к поверхности конденсатора может быть использована фольговая пластина, или же фольговая пластина может являться подложкой, на которой изготовлены многослойные пленочные термопары методом напыления тонких термопарных пленок
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является обеспечение перспективы совершенствования конструкции холодильников и создания новых моделей холодильников с повышенным КПД и более высоким уровнем комфортности.
Содержание заявленного изобретения иллюстрируется ниже приведенным чертежом - схема общего вида холодильного агрегата с устройством утилизации тепла конденсатора.
Способ реализуется следующим образом.
На конденсатор 2 устанавливается пластина 6 из фольги, например, алюминиевой. Способ крепления пластины 6 может быть различным, например, с помощью струбцин (на фиг. не показано). Размещение пластины 6 на конденсаторе 2 не препятствует свободному подходу для диагностики и ухода за элементами холодильного агрегата (мотор-компрессора 1, испарителя 3, капиллярной трубки 4 и осушителя 5).
На фольговой пластине 6 как на базовой поверхности закрепляют пленочную термопару 7 (на фиг. показана условно). Термопара 7 может быть также выполнена непосредственно на пластине 6 путем использования известных технологий напыления тонких пленок на подложку [6]. В этом случае фольговая пластина 6 будет служить такой подложкой. Получаемая с пленочной термопары 7 электроэнергия с помощью коммутационных шин (на фиг. не показано) поступает на накопитель энергии - аккумулятор (на фиг. не показано) с адаптерами и контроллером для управления процессом распределения получаемой электроэнергии и далее используется для питания вентилятора (на фиг. не показано), дополнительно охлаждающего конденсатор, или для питания самого холодильника - при отключении электричества в сети, или для питания систем повышения комфортности работы холодильника (на фиг. не показано). Такими системами могут быть: автоматическая система оттаивания и отвода талой воды за пределы шкафа; система No frost, препятствующая образованию инея на продуктах и стенках морозильной камеры; автоматическая система поддержания оптимальных температурных режимов; автоматическая система, информирующая потребителя об аварийном изменении температурных режимов (световая либо звуковая сигнализация); устройство, сохраняющее оптимальный температурный режим при аварийном отключении электроэнергии и др.
Термопара 7 может быть выполнена по патенту RU 2131156 [5] как термоэлектрический преобразователь - батарея.
Такая термопара состоит из металлической фольги спая, например из меди, на поверхности которой расположены две пленки из металлов, например железо-никель, образующих ветви, между которыми размещена теплоэлектроизоляционная вставка, например, из оксида алюминия. Ветви термопары представляют собой тонкие пленки, формируемые на основе известных пленочных технологий микроэлектроники. Поверх пленок ветвей расположены пленки спаев, полученные напылением из того же металла, что и нижний спай, и служащие в качестве коммутационных шин для съема электрического тока. При работе термоэлектрического преобразователя генерируется термоЭДС, вследствие эффекта Зеебека из-за перепада температур между горячими и холодными спаями, и по коммутационным шинам в полезную нагрузку поступает вырабатываемая электрическая энергия. Величина термоЭДС батареи термопар зависит от числа термопар, которые соединены последовательно или комбинированно (последовательно-параллельно). Термопарную поверхность подобной конструкции можно выполнить сколь необходимо большой и организовать значительный отбор тепла термопарой. При последовательном напылении нескольких слоев такая конструкция преобразователя получается достаточно прочной. Данный вид термоэлектрических преобразователей экологически чист, прост по конструкции, технологичен в изготовлении, что позволяет автоматизировать производство термобатарей с любым количеством термопар. За счет применения для изготовления элементов термопар недефицитных дешевых материалов преобразователь имеет низкую стоимость изготовления.
Таким образом, заявляемый способ повышения энергоэффективности холодильников обеспечивает экономию электрической энергии, повышение КПД и уровня комфортности холодильников и возможности их дальнейшей модернизации. По сравнению с аналогами предлагаемый способ положительно отличается простотой, эстетичностью и эргономичностью исполнения.
Источники информации
1. Патент RU №2162576 от 27.01.2001 «Устройство холодильного агрегата бытового компрессионного холодильника».
2. Патент RU №2458291 «Способ охлаждения конденсатора компрессионного холодильника». Бюл. №22 от 10.08.2012.
3. Патент RU №2455586 «Способ охлаждения конденсатора компрессионного холодильника». Бюл. №19 от 10.07.2012.
4. Вайнберг В.Б., Вайн В.П. Бытовые компрессионные холодильники. - М.: Пищевая промышленность, 1974 г. С. 99-101.
5. Патент RU №2131156 "Термоэлектрический преобразователь". Бюл. №15 от 27.05.99 г.
6. Жерихин А.Н. Лазерное напыление тонких пленок. Итоги науки и техники. Серия: Современные проблемы лазерной физики, М.: ВИНИТИ, 1990, 107 с.