ХОЛОДИЛЬНЫЙ АППАРАТ
CHILLING MACHINE

Область техники
Изобретение относится к холодильному аппарату согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.
Уровень техники
Расположение льдогенератора в холодильной камере холодильных аппаратов известно из уровня техники. При этом используются, во-первых, льдогенераторы, которые заполняются водой и охлаждаются снаружи, причем вода начинает замерзать снаружи и заканчивает замерзать внутри и создает при этом кубик льда. Далее, имеются так называемые льдогенераторы прозрачного льда, в которых множество холодильных стержней погружено в резервуар, заполненный водой. На холодильных стержнях, погруженных в воду, нарастает ледяной слой, который, как только он достигнет пригодного размера, отсоединяется от холодильных стержней. Подобный льдогенератор прозрачного льда описан в DE 10336834 A1. Такой тип льдогенераторов имеется в большом количестве вариантов реализации. Подобные льдогенераторы встраиваются, в общем, в холодильное отделение комбинированного аппарата охлаждения и заморозки.
Генератор холода холодильного аппарата состоит обычно из охлаждающего контура для хладагента с компрессором, конденсатором и испарителем, который удаляет тепло из охлаждаемой внутренней камеры и переносит на хладагент. Как правило, испаритель выполнен в виде проволочно-трубного испарителя и расположен в морозильном отделении. Испаритель выступает, тем самым, в роли теплообменника между воздухом во внутренней камере и хладагентом. В случае проволочно-трубных испарителей трубка испарителя, проводящая хладагент, изгибается в виде параллельных петель. Трубные петли жестко соединяются с проволочными прутками -в большинстве случаев с помощью точечной сварки - и таким образом стабилизируются. Проволочные прутки проходят параллельно на расстоянии друг от друга, под прямым углом к прямым трубным участкам трубных петель на их верхней и нижней стороне. Соединение трубных петель, проводящих хладагент, с проволочными прутками имеет целью, с одной стороны, предотвратить прогиб трубных петель, а с другой стороны достичь более высокой холодопроизводительности посредством увеличения поверхности.
Если в холодильном аппарате предусмотрен льдогенератор, то он может быть подключен, например, к охлаждающему контуру холодильного аппарата. Другая возможность состоит в том, чтобы оснастить льдогенератор собственным контуром хладагента и термически присоединить контур хладагента к испарителю холодильного аппарата.
В случае льдогенераторов прозрачного льда было установлено, что прозрачный лед может быть изготовлен только тогда, когда холодильные стержни имеют температуру, которая на несколько градусов ниже нуля. При этом обязательным является то, чтобы температура выдерживалась очень равномерной. Без дополнительной регулировки это, однако, невозможно, так как холодопроизводительность холодильного аппарата ориентируется на другие условия, например, на количество складированного охлаждаемого и замораживаемого продукта.
Раскрытие изобретения
В основе изобретения лежит задача создания такого холодильного аппарата, в котором температура, которую должны иметь холодильные стержни льдогенератора прозрачного льда, могла бы держаться с большой точностью постоянной без влияния регулировки температуры холодильного аппарата. Необходимые для этого компоненты должны быть экономичными и не должны сильно увеличить затраты на изготовление холодильного аппарата.
Согласно изобретению, задача решается посредством холодильного аппарата с признаками п.1 формулы изобретения. Благодаря наличию байпасной линии, по которой хладагент может проходить, минуя генератор холода, имеется возможность смешать хладагент из холодильных стержней льдогенератора прозрачного льда, причем льдогенератор прозрачного льда уже принял в себя тепло, смешать с хладагентом, приходящим из генератора холода, так, что в холодильных стержнях льдогенератора прозрачного льда точно поддерживается заданная температура.
В простейшем случае используется хладагент, вязкость которого изменяется с температурой в соответствующем температурном диапазоне. В линии обратного потока к генератору холода между байпасной линией и генератором холода встраивается рассчитанный соответствующим образом дроссель, а в саму байпасную линию встраивается перепускной клапан. Если теперь хладагент, протекающий обратно из холодильных стержней, будет иметь сравнительно низкую температуру и, тем самым, вязкий, то только небольшая часть хладагента будет течь через дроссель к генератору холода. Большая часть хладагента нагнетается в байпасную линию, так как возникающее давление открывает перепускной клапан. На конце байпасной линии выходящий прямо холодильных стержней поток большого объема байпасной трубки смешивается с потоком небольшого объема из генератора холода и снова подводится к холодильным стержням. Если же, напротив, температура хладагента, вытекающего из холодильных стержней, относительно высока, то через дроссель к генератору холода нагнетается большее количество этого жидкого хладагента, в то время как только поток небольшого объема протекает по байпасной линии. Если температура по какой-либо причине увеличивается и далее, то через дроссель нагнетается столько хладагента, что возникающее давление является недостаточным для того, чтобы открыть предохранительный клапан. В этом случае весь хладагент подается к генератору холода, и, таким образом, на холодильных стержнях очень быстро снова устанавливается низкая температура.
В предпочтительном варианте реализации предусмотрено, однако, выполненное с возможностью управления устройство, с помощью которого регулируются расходные потоки хладагента через генератор холода и байпасную линию. Далее, имеется температурный датчик, который задает режим регулирования для устройства управления.
В одном из вариантов реализации изобретения выполненное с возможностью управления устройство выполнено в виде трехходового клапана. Такие трехходовые клапаны известны также под названием «смеситель» или «смесительный клапан». Трехходовой клапан может быть предусмотрен, например, там, где байпасная линия соединяется с трубкой, выходящей из генератора холода. Оба потока хладагента могут быть смешаны так, что на температурном датчике выставится в точности желаемая температура.
В другом варианте реализации предусмотрен двухходовой клапан. Этот простой клапан может быть предусмотрен в трубке, ведущей к генератору холода, или в трубке, ведущей от генератора холода, а также и прямо в байпасной линии. Однако этот клапан преимущественно находится в трубке, которая идет от генератора холода, на участке, который находится до места соединения этой трубки с байпасной линией. Таким образом, регулируется только объемный поток холодного хладагента, приходящего из генератора холода. Объемный поток через байпасную линию настраивается соответствующим образом.
В другом варианте реализации в байпасной линии предусмотрен второй двухходовой клапан. Посредством этого, возможно прямое управление обоих объемных потоков, то есть хладагента, который с более высокой температурой протекает через байпасную линию, и хладагента, который с более низкой температурой приходит из генератора холода.
Двухходовые клапаны в их наипростейшей форме могут быть выполнены так, что возможно только одно открытое или закрытое положение. Чтобы теперь иметь возможность по возможности точно регулировать объемный поток, клапаны могут работать периодически, например, с изменяемой частотой. Это означает, что или жестко установленному периоду закрытия сопоставляются различные периоды открытия, или же жестко установленному периоду открытия сопоставляются различные периоды закрытия.
Особенно предпочтительно, если генератор холода выполнен в охлаждающем контуре льдогенератора прозрачного льда в виде теплообменника. Этот теплообменник термически связан с испарителем холодильного аппарата. Поэтому для льдогенератора прозрачного льда не нужно ни предусматривать контур хладагента с собственным компрессором, испарителем и конденсатором, ни подсоединять льдогенератор прозрачного льда напрямую к контуру хладагента холодильного аппарата. Чтобы приводить в движение хладагент через теплообменник и через холодильные стержни льдогенератора прозрачного льда, в контур хладагента встроен циркуляционный насос.
В качестве хладагента преимущественной зарекомендовала себя смесь из гликоля и воды. Эта смесь может быть настроена так, что она в требуемом температурном диапазоне остается жидкой и, несмотря на это, может быть экономично изготовлена.
Преимущественно, в контуре хладагента льдогенератора прозрачного льда предусмотрено нагревательное устройство. Посредством пуска этого нагревательного устройства хладагент может быть нагрет настолько, что изготовленный прозрачный лед отсоединяется от холодильных стержней и может быть собран в приемном лотке. Посредством этого можно сэкономить на отдельных нагревательных устройствах на каждом отдельном холодильном стержне.
Краткое описание чертежей
Другие подробности и преимущества изобретения вытекают из зависимых пунктов формулы изобретения вместе с описанием вариантов реализации, которые подробно описаны со ссылкой на прилагаемые чертежи.
На них показано следующее.
Фиг.1: предложенный изобретением холодильный аппарат с морозильным отделением и льдогенератором.
Фиг.2: детальный вид проволочно-трубного испарителя с присоединенным теплообменником.
Фиг.3: первый вариант реализации холодильного контура льдогенератора прозрачного льда.
Фиг.4: второй вариант реализации.
Фиг.5: другой вариант реализации.
Осуществление изобретения
Фиг.1 показывает холодильный аппарат 1 с открытой дверью 2 и внутренним пространством 11. Внутреннее пространство 11 разделено на холодильную камеру 2 и морозильное отделение 3. Из соображений наглядности на морозильном отделении 3 не представлено никакой дверцы. В холодильной камере 2 находится льдогенератор 4 прозрачного льда. В этом льдогенераторе 4 прозрачного льда согласно процессу, который не поясняется подробно, с помощью множества холодильных стержней изготавливается прозрачный лед, который складывается в приемный лоток 10. Приемный лоток 10 находится под льдогенератором 4 прозрачного льда. Холод, требуемый для изготовления прозрачного льда, производится теплообменником 5 (см. также фиг.2), который соединен с холодильными стержнями.
Проволочно-трубный испаритель 6, находящийся в морозильном отделении и расположенный горизонтально, состоит из трубки 7 испарителя, изогнутой с образованием параллельных петель. Трубка 7 проволочно-трубного испарителя 6 на верхней и нижней стороне жестко соединена с проволочными прутками 8, которые проходят параллельно торцу и расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. Расположение проволочных прутков 8, с одной стороны, способствует увеличению поверхности, через которую тепло из морозильного отделения 3 может лучше приниматься, а с другой стороны, препятствует прогибу трубки 7 проволочно-трубного испарителя 6. С целью лучшей наглядности на фиг.2 представлены только проволочные прутки 8 проволочно-трубного испарителя 6, которые находятся на торце и на противоположной ему стороне.
Теплообменник 5 состоит из трубки 9 теплообменника. Трубка 9 теплообменника 5 проходит в области проволочно-трубного испарителя параллельно испарительной трубке 7 также в виде петель в той же плоскости. При этом трубка 9 теплообменника 5, как и испарительная трубка 7 проволочно-трубного испарителя 6, находится точно так же между проволочными прутками 8.
Чтобы иметь возможность получить достаточно тепла из теплообменника 5 в проволочно-трубный испаритель 6, необходим хороший тепловой контакт между этими обоими компонентами. Для этого трубка 9 теплообменника 5 соединена с трубкой 7 испарителя и с нижними и верхними проволочными прутками 8 проволочно-трубного испарителя 6. Трубка 9 теплообменника 5 имеет тот же внешний диаметр и выполнена из того же материала, что и трубка 7 проволочно-трубного испарителя 6.
В качестве соединений, обладающих хорошей теплопроводностью, возможны точечная сварка, пайка или приклеивание. Также и лакирование, в особенности порошковая окраска, которая наносится на окончательно смонтированную конструкцию, состоящую из теплообменника 5 и проволочно-трубный испаритель 6, обладает достаточной теплопроводностью.
Фиг.3 показывает первый вариант реализации охлаждающего контура льдогенератора 4 прозрачного льда. Охлаждающий контур обычно заполнен смесью воды и гликоля, причем эта смесь экономично изготавливается и является жидкой в соответствующем температурном диапазоне. Хладагент охлаждается в теплообменнике 5 посредством проволочно-трубного испарителя 6. С помощью циркуляционного насоса 17 хладагент подается в контур. В контуре перед льдогенератором 4 прозрачного льда находится температурный датчик 13, с помощью которого контролируется, имеет ли хладагент температуру, необходимую для изготовления прозрачного льда. Нагревательное устройство 14 требуется для того, чтобы отсоединить готовый прозрачный лед от холодильных стержней льдогенератора прозрачного льда, и, таким образом, он может собираться в приемном лотке 10. Байпасная линия 18 включена в контур хладагента так, что хладагент может проходить, минуя теплообменник 5. Через линию 19 обратного потока хладагент, который уже прошел через льдогенератор 4 прозрачного льда, снова подводится к теплообменнику 5. «Холодный» клапан 12 включен в охлаждающий контур между теплообменником 5 и байпасной линией 18. В очень простом варианте «холодный» клапан 12 выполнен в виде запорного клапана, который может быть установлен только в одно закрытое или одно открытое положение.
Как только циркуляционный насос 17 входит в работу, один частичный поток хладагента проходит через линию 19 обратного потока, а другой частичный поток проходит через байпасную линию 18. Это приводит к тому, что перед циркуляционным насосом 17 смешиваются холодный частичный поток из теплообменника 5 и теплый частичный поток из байпасной линии 18. Поперечное сечение потока через байпасную линию 18 настроено так, что при нормальных условиях посредством смешивания холодного и теплого частичных потоков на температурном датчике 13 возникает температура хладагента, которая лежит ниже температуры, идеальной для льдогенератора 4 прозрачного льда. «Холодный» клапан 12 предусмотрен для того, чтобы влиять на температуру хладагента в льдогенераторе 4 прозрачного льда. Если теперь на температурном датчике 13 детектируется температура, которая слишком низкая для того, чтобы иметь возможность производить прозрачный лед, то частичный поток через линию 19 обратного потока и теплообменник 5 должен быть уменьшен, а частичный поток через байпасную линию 18 должен быть увеличен. Для этого «холодный» клапан 12 работает периодически, то есть закрывается и снова открывается с определенной частотой. Чем длиннее периоды закрывания «холодного» клапана 12, тем больше будет частичный поток через байпасную линию 18. Следовательно, в случае слишком низкой измеренной температуры хладагента периоды закрывания «холодного» клапана 12 должны быть увеличены, а в случае слишком высокой измеренной температуры хладагента периоды закрывания «холодного» клапана 12 должны быть уменьшены.
Однако «холодный» клапан 12 может быть выполнен также в виде управляемого клапана. Такой клапан необязательно должен работать периодически, так как поперечное сечение открытого клапана может настраиваться. Таким образом, с каждым положением клапана может быть достигнуто определенное соотношение смеси частичных потоков из байпасной линии 18 и из теплообменника 5.
Когда на холодильных стержнях льдогенератора 4 прозрачного льда создана соответствующая толщина льда, то включается нагревательное устройство 14. Одновременно с этим «холодный» клапан 12 полностью закрывается. Хладагент нагревается до температуры чуть выше 0°C и полностью пропускается через байпасную линию 18. Как только температура в льдогенераторе 4 прозрачного льда лежит выше граничного значения 0°C, то лед, напрямую контактирующий с холодильными стержнями, плавится, и готовый лед падает в приемный лоток 10.
В варианте реализации, показанном на фиг.4, в байпасную линию 18 дополнительно включен байпасный клапан 15. Независимо от того, работают ли клапаны 12 и 15 периодически или снабжены непрерывно меняющимся поперечным сечением потока, в данном варианте реализации температура хладагента может управляться быстрее и более непосредственно. Таким образом, желаемая температура хладагента в льдогенераторе 4 прозрачного льда может поддерживаться с небольшими колебаниями.
Еще более непосредственная регулировка температура возможна в варианте реализации, который показан на фиг.5. В этом случае вместо обоих клапанов 12 и 15 установлен смесительный клапан 16. Этот смесительный клапан 16 находится там, где частичный поток из теплообменника 5 объединяется с частичным потоком из байпасной линии 18. С помощью этого смесительного клапана 16 эти частичные потоки могут напрямую регулироваться. Таким образом, температура хладагента может быть настроена в льдогенераторе 4 прозрачного льда очень точно и без колебаний.