Холодильный агрегат

Полезная модель относится к автономным холодильным агрегатам (моноблокам), предназначенным для присоединения к холодильной камере. Холодильные моноблоки - это готовые для эксплуатации морозильные агрегаты, предназначенные для охлаждения и дальнейшего поддержания необходимой температуры внутреннего объема холодильной камеры.
Из уровня техники известен холодильный аппарат, содержащий охлаждаемую внутреннюю полость и холодильный контур для циркуляции хладагента. Холодильный контур содержит испаритель, компрессор и конденсатор с воздуходувным устройством для охлаждения конденсатора и/или компрессора и с контроллером. 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. В лотке жидкость испаряется под действием тепла компрессора. Охлаждаемая внутренняя полость окружена изолирующим материалом. Изолирующий материал окружен внешней оболочкой, которая содержит крышку, дно и две боковые стенки. Верхняя часть внутренней полости разделена перегородкой, выше которой расположена камера испарителя. В камере испарителя находится испаритель, нагревательное устройство и вентилятор. Кроме того, в перегородке предусмотрено впускное отверстие и выпускное отверстие. В нижней части холодильного аппарата находится прямоугольный двигательный отсек. Двигательный отсек с боков и сверху ограничен изолирующим материалом, а снизу - перегородкой. Перегородка проходит параллельно дну и на незначительном удалении от него и снабжена отверстиями, через которые может циркулировать воздух. Перегородка вместе с промежуточной перемычкой и дном образует приточный канал и вытяжной канал. На перегородке неподвижно монтируется конденсатор, воздуходувное устройство и компрессор (RU 2472082, 10.01.2013).
Известен бытовой холодильник, содержащий теплоизолированный шкаф с холодильным и морозильный отделениями и холодильный агрегат. Холодильный агрегат выполнен в виде установленного под шкафом моноблока и включает компрессор, конденсатор, испаритель и вентилятор, сообщенный с воздушными каналами, выполненными вдоль задней стенки шкафа, с холодильным и морозильным отделениями. Испаритель и вентилятор размещены в теплоизолированном корпусе, связанном со шкафом через уплотнительный элемент. Секции установлены с образованием под ними воздушной полости. Испаритель расположен под воздушными каналами шкафа. Компрессор расположен в передней части моноблока, испаритель и вентилятор - на тыльной его стороне, а конденсатор - горизонтально в нижней части моноблока под компрессором и теплоизолированным корпусом. Вентилятор подает воздух в отделения по воздушным каналам через окна, из охлаждаемых отделений воздух поступает к секции испарителя по воздушным каналам через окна. Пройдя сверху вниз через секцию, воздух поступает в полость, затем проходит снизу вверх в секцию, охлажденный в испарителе воздух снова подается вентилятором в отделения. В процессе работы испаритель покрывается «снеговой шубой». Удаление «снеговой шубы» осуществляется автоматически горячими парами хладагента (SU 1684574, 15.10.1991).
Недостатком таких конструкций является то, что холодильная система интегрирована непосредственно в корпус (шкаф) холодильного аппарата, в связи с чем ее обслуживание и ремонт осуществляются непосредственно внутри корпуса холодильника, что является трудоемким, поскольку вызывает неудобства, связанные с ограниченностью пространства помещения, где установлен холодильник, труднодоступностью к отдельным узлам, закрепленным в корпусе. Кроме того, в случае повреждения корпуса приходится утилизировать весь холодильник вместе с холодильной системой.
Наиболее близким аналогом к заявленной полезной модели является охлаждающая кассета для охлаждаемой торговой витрины, содержащей шкаф с внутренним охлаждаемым пространством для размещения продуктов. Кассета содержит корпус в виде ящика, внутреннее пространство которого имеет первую секцию, связанную воздушным потоком с охлаждаемым внутренним пространством шкафа, и вторую секцию, изолированную от упомянутой первой секции и связанную потоком текучей среды с окружающим пространством снаружи шкафа, узла испарителя, расположенного в упомянутой первой секции, узел конденсатора, расположенный в упомянутой второй секции, компрессор, связанный потоком хладагента с упомянутым узлом испарителя и упомянутым узлом конденсатора для циркуляции хладагента через упомянутый узел испарителя и упомянутый узел конденсатора, разделительную панель, разделяющую внутреннее пространство внутри упомянутого корпуса на упомянутые первую и вторую секции, поддон сбора конденсата, сливающегося из упомянутого узла испарителя, расположенный в выпускном канале в целом под упомянутым узлом испарителя, при этом упомянутая разделительная панель имеет переднюю часть и заднюю часть, причем передняя часть расположена проходящей наклонно вниз от верхней передней области внутреннего пространства к задней части и образует сходящийся канал, а задняя часть расположена проходящей под упомянутой первой секцией с зазором над упомянутой панелью основания и образует выпускной канал. Выпариватель конденсата соединен с лотком для конденсата со сливом, агрегатный отсек содержит конденсатор, соединенный с вентилятором конденсатора, и установленный между ними компрессор, а камера испарителя содержит испаритель, соединенный с вентилятором, причем камера испарителя сообщается с камерой холодильного аппарата посредством воздушного канала, из которого поступает теплый воздух, и выпускного канала, через который холодный воздух поступает на полки с продуктами (RU 2007138619, 27.04.2009).
В устройстве, известном из наиболее близкого аналога, агрегатная секция и секция испарителя разделены частично наклонной перегородкой, что усложняет распределение в нем воздушных потоков. В частности, в агрегатном отсеке затруднен обдув конденсатора и компрессора, а в отсеке испарителя воздушный поток следует по каналу, имеющему несколько изгибов и сужений, что затрудняет «холодосъем» с испарителя и требует установки более мощного вентилятора. Для эксплуатации такой конструкции необходимы теплоообменники (испаритель и конденсатор) с увеличенной площадью теплообмена, что приводит к повышенному энергопотреблению при ее эксплуатации.
Кроме того, известная из наиболее близкого аналога охлаждающая кассета предназначена для установки в нижней части холодильного аппарата, в результате чего для эффективной работы моноблока необходимо использование испарителя и вентилятора испарителя с большей мощностью для эффективной работы аппарата, что также обеспечивает высокие энергозатраты при эксплуатации.
Технической проблемой заявленной полезной модели является создание более совершенной и эффективной конструкции моноблока для установки в верхней части охлаждаемого корпуса (шкаф, витрина и т.п.).
Техническим результатом заявленной полезной модели является снижение энергозатрат, что достигается за счет снижения потерь мощности воздушных потоков и повышения эффективности теплообменных процессов в холодильном агрегате.
Технический результат достигается за счет выполнения холодильного агрегата, содержащего корпус с агрегатным отсеком и установленной под ним камерой испарителя, отделенной от агрегатного отсека теплоизолированной горизонтальной стенкой, в агрегатном отсеке последовательно установлены конденсатор, вентилятор конденсатора и компрессор, в камере испарителя установлены испаритель и вентилятор испарителя, при этом компрессор, конденсатор, испаритель соединены между собой трубопроводом с хладагентом, агрегатный отсек содержит канал для забора воздуха из окружающей среды и канал отвода воздуха, а в нижней части камеры испарителя выполнены выпускной канал для отвода холодного воздуха из камеры испарителя в холодильную камеру и впускной канал для подачи теплого воздуха из холодильной камеры в камеру испарителя
Предложенная конструкция холодильного агрегата размещена в едином корпусе (т.е. смонтирована в единый блок) и состоит из взаимосвязанных между собой трубопроводом компрессора, конденсатора, испарителя. Таким образом, все компоненты холодильной системы функционально взаимосвязаны и не могут использоваться отдельно друг от друга.
За счет того что холодильный агрегат содержит корпус, в котором размещены горизонтально друг над другом агрегатный отсек и камера испарителя, разделенные горизонтальной стенкой, минимизируются потери мощности воздушных потоков. При горизонтальном делении отсеков агрегатная секция имеет больше свободного пространства. Такое выполнение холодильного агрегата исключает завихрения и потери мощности воздушного потока. Таким образом, разделение "горячего" и "холодного" отсеков по горизонтали позволяет максимально использовать мощность воздушного потока при продувке конденсатора, тем самым повышается эффективность теплообменных процессов в холодильной системе и, следовательно, эффективность работы всей холодильной системы при обеспечении возможности снижения габаритов самого агрегата, что обеспечивает снижение энергозатрат и повышение производительности холодильного агрегата.
За счет выполнения выпускного канала для отвода холодного воздуха в камеру холодильного аппарата и впускного канала для подачи теплого воздуха в камеру испарителя, сообщающихся с камерой испарителя, непосредственно в нижней части холодильного агрегата, обеспечивается возможность установки его на верхнюю часть холодильной камеры. Такое выполнение холодильного агрегата приводит к тому, что в процессе его эксплуатации более тяжелый холодный воздух опускается вниз, в результате чего для циркуляции воздуха в холодильной камере требуется гораздо меньше энергии. Следовательно, при таком выполнении достигается снижение энергозатрат и повышение производительности холодильного агрегата.
В частном случае канал для забора воздуха может быть выполнен в передней части агрегатного отсека, рядом с конденсатором, а канал отвода воздуха выполнен в его задней части, что обеспечивает прохождение воздуха, нагнетаемого вентилятором конденсатора, в агрегатный отсек, последующее прохождение его через конденсатор, обдув прямотоком компрессора, и выход через заднюю часть корпуса агрегатного отсека. Каналы агрегатного отсека для забора воздуха из окружающей среды и отвода воздуха могут дополнительно содержать решетки. При этом достигается максимально эффективный прямоточный обдув конденсатора и компрессора, что позволяет снизить энергозатраты при его эксплуатации. Дополнительно такое выполнение позволяет уменьшить габариты применяемых элементов холодильной системы (конденсатора, компрессора, испарителя), а соответственно, габариты самого устройства и его стоимость.
Холодильный агрегат может быть выполнен съемным, в виде заменяемого картриджа (сменной кассеты, моноблока), что обеспечивает возможность его быстрого монтажа в любой корпус холодильного аппарата. В таком случае он является универсальным, поскольку может быть отсоединен от охлаждаемого объема для проведения ремонтно-сервисных мероприятий либо снят и установлен в другой аналогичный по объему холодильный шкаф. Такое выполнение обеспечивает возможность быстрого отсоединения его от охлаждаемого объема холодильного аппарата для упрощения проведения ремонтно-сервисных мероприятий (повышение ремонтопригодности агрегата). В случае повреждения корпуса холодильного аппарата, холодильный агрегат (картридж) может быть просто установлен в другой корпус, что снижает трудозатраты на осуществление ремонта холодильного аппарата. Кроме того, холодильный агрегат может быть установлен в различные корпуса холодильного аппарата, не привязываясь к их конкретным размерам.
Фиксация корпуса холодильного агрегата к верхней панели корпуса холодильного аппарата осуществляется за счет эксцентриков (или других фиксирующих приспособлений).
Холодильный агрегат дополнительно может содержать устройство (средство) для удаления конденсата, образующегося при оттаивании испарителя, которое включает в себя лоток для сбора талой воды, установленный изолированно, в передней части камеры испарителя, ниже уровня установки испарителя для обеспечения стекания воды по отводной трубке, соединяющей камеру испарителя с лотком и сам выпариватель, и выпариватель, выполненный в виде трубки из металла или сплава (например, из меди, алюминия или стали), соединенной с компрессором и нагревающейся горячими парами хладагента. За счет такого выполнения происходит нагрев и выпаривание конденсата при оттайке. Лоток с находящейся в нем трубкой выпаривателя в таком случае может быть расположен под конденсатором и за теплоизолированной стенкой ниже испарителя.
Корпус устройства может быть выполнен из интегрального пенополиуретана, что обеспечивает повышение теплоизолирующих свойств. Интегральный ППУ обладает полноценными теплоизолирующими свойствами, а также механической прочностью, позволяющей устанавливать в него все составляющие конструкции (компрессор, теплообменники и прочее) без применения дополнительных усиливающих элементов, в отличие от известных конструкций, где силовыми элементами корпуса являются металлические детали.
Вентилятор испарителя предпочтительно может быть выполнен тангенциальным, что обеспечивает циркуляцию воздуха в холодильной камере, равномерный обдув испарителя, без «слепых зон», появляющихся при применении, например, компактных осевых вентиляторов.
На корпусе устройства может быть закреплен съемный блок электронного управления режимами работы компрессора, вентилятора конденсатора и вентилятора испарителя, являющийся командным элементом системы.
Холодильный агрегат может содержать датчик испарителя, установленный в верхней трети камеры испарителя, и датчик объема подачи воздуха, установленный рядом с впускным каналом для подачи теплого воздуха в камеру испарителя, причем с указанными датчиками соединен блок электронного управления.
Блок управления может быть соединен с датчиком испарителя и с датчиком объема подачи воздуха. Блок управления принудительно выключает компрессор через определенный временной интервал. После выключения компрессора теплый воздух из холодильной камеры подается на испаритель, и он начинает оттаивать. После включения компрессора электронным блоков вода из лотка начинает испаряться, т.к. начинает снова работать выпариватель (металлическая трубка, соединенная с компрессором).
Все конструктивные элементы системы установлены в корпусе предпочтительно в специализированные посадочные места и жестко зафиксированы к корпусу соответствующими фиксирующими элементами. В частности, испаритель может быть закреплен на нише, прикрепленной к боковым стенкам камеры, при этом он предпочтительно расположен в центре нижнего отсека и не соприкасается со стенками. Компрессор предпочтительно может быть закреплен в центральной части агрегатного отсека на платформе при помощи болтов таким образом, что он не контактирует со стенками отсека, что обеспечивает его более полный обдув.
На передней стенке корпуса может быть установлена световая панель, соединенная с блоком управления.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 - холодильный агрегат.
На фиг. 2 - схема работы холодильного агрегата.
На фиг. 3 - схема работы холодильного агрегата с дополнительным рассекателем и панелью «фриза», установленными в холодильном аппарате.
На фиг. 4 - схема реверсивной оттайки.
На фиг. 5 - схема работы выпаривателя конденсата.
На фиг. 6 - схема установки блока электронного управления в корпус агрегата.
На фиг. 7 - схема установки датчиков.
Устройство представляет собой автономный холодильный агрегат, предназначенный для охлаждения продуктов питания и напитков. Устройство устанавливается в верхнюю часть холодильного шкафа. Корпус устройства выполнен из интегрального пенополиуретана с соответствующими посадочными местами для крепления внутренних компонентов устройства. Устройство содержит две горизонтальные изолированные друг от друга секции корпуса: агрегатный отсек 1 и камеру испарителя 2, между которыми установлена теплоизолированная горизонтальная стенка 3, и содержит выпариватель конденсата 4, соединенный с лотком для конденсата 5 со сливом, причем агрегатный отсек 1 содержит конденсатор 6, соединенный с вентилятором 7 конденсатора, и установленный между ними компрессор 8, а камера испарителя 2 содержит испаритель 9, соединенный с тангенциальным вентилятором испарителя 10, при этом в нижней части камеры испарителя 2 выполнены впускной канал 11 теплого воздуха, через который осуществляется забор теплого воздуха, и выпускной канал 12 холодного воздуха. На передней стенке корпуса может быть установлена световая панель 17. Устройство содержит датчик испарителя 18 и датчик объема 19 (фиг. 1, 2).
Эксплуатация заявленного устройства в частном случае осуществляется следующим образом.
Холодильный агрегат является единой замкнутой системой, состоящей из нескольких взаимосвязанных трубопроводами элементов, а именно компрессора, конденсатора, испарителя и управляющего контроллера, в которой циркулирует хладагент - газ. Вентилятор 7 конденсатора 6 нагнетает воздух в агрегатный отсек 1 через канал для забора воздуха. Далее воздух проходит через конденсатор и компрессор, охлаждая их, и выходит через заднюю часть агрегатного отсека 1.
Компрессор 8 подает в конденсатор 6 пары хладагента, которые в конденсаторе 6 конденсируются в жидкость, которая уже подается в испаритель 2, где происходит превращение жидкости в пар с забором тепла из холодильной камеры.
Вентилятор 7 конденсатора 6 создает поток, необходимый для охлаждения горячих паров, пар конденсируется (переходит в жидкую фазу).
Жидкий хладагент после прохождения через компрессор 8 и конденсатор 6 подается в испаритель 2, где под действием дросселирующего устройства «вскипает», превращаясь в пар, что обуславливает эффект охлаждения.
Забор воздуха из холодильной камеры и выпуск охлажденного в испарителе воздуха обратно в холодильную камеру осуществляется через переднее и заднее заборные отверстия, выполненные в нижней части камеры испарителя.
Вентилятор 10 испарителя 9 нагнетает воздух в камеру испарителя через впускной канал воздуха из холодильной камеры. Воздушный поток, создаваемый вентилятором 10 испарителя 9, обеспечивает охлаждение проходящего вдоль ламелей (ребер) испарителя 9 воздуха и отвод холодного воздуха через выпускной канал в холодильную камеру. В холодильной камере поток воздуха поступает в воздушный канал 12, направляется по задней стенке камеры и через перфорацию на воздушной панели 13 подается горизонтально вдоль полок с продуктами, охлаждая их. Далее воздух из холодильной камеры поступает в камеру испарителя через фронтальную перфорацию воздухозаборника (впускного канала 11), подается на испаритель 9 и снова охлаждается.
Далее жидкий хладагент (газ) из испарителя снова поступает в компрессор 8 и цикл повторяется.
При установке в холодильном аппарате рассекателя 14 и панели «фриза» 15 на выходе из воздушного канала появляется дополнительный поток, образующий воздушную завесу по передней части полок с продуктом (фиг. 3).
Оттайка испарителя
В процессе работы испарителя происходит образование «оледенения» на ламелях и трубках испарителя 9. Процесс оттайки организован реверсом горячего пара (реверсивная оттайка). Данный метод оттаивания основывается на подаче горячих паров хладагента из нагнетающей магистрали трубопровода в испаритель 2. Так, если при «пассивном» оттаивании и оттаивании с использованием электронагревателей снежная шуба на испарителе 2 плавится, то при оттаивании горячим паром она отстает целыми кусками, поскольку тепло поступает через стенки испарителя 2. Данная методика отличается быстротой и эффективностью, поскольку время оттайки уменьшается в два-три раза. Температура в объеме холодильника не повышается, что снижает энергозатраты. Принципиальная схема реверсивной оттайки приведена на фиг. 4.
Удаление конденсата
Следующим характерным отличием данной модели является устройство выпаривателя конденсата (фиг. 5). Выпариватель, представляющий из себя горячую "нагнетательную" трубку, идущую от компрессора, располагается в нижней части устройства под конденсатором. Между конденсатором и выпаривателем свободное пространство (полость). Испаритель находится за теплоизолированной стенкой выше выпаривателя и имеет лоток конденсата со сливом, сообщающимся с резервуаром выпаривателя.
После цикла оттайки вода из лотка конденсата поступает в резервуар выпаривателя, где за счет горячей трубки превращается в пар. Пар, захваченный воздушным потоком, проходящим через конденсатор, удаляется из устройства и рассеивается.
Стандартная схема предполагает, что талая вода от испарителя самотеком течет в ванночку, установленную либо на компрессоре, либо под ним, и далее выпаривается либо за счет тепла от компрессора, либо специальной трубки. Однако в заявленной конструкции, в которой холодный отсек с испарителем установлен под горячим отсеком с компрессором и конденсатором, вода не может стекать самотеком в горячий отсек, в связи с чем заявленный холодильный агрегат выполнен с обеспечением возможности отекания талой воды в специальный поддон (выпариватель конденсата), который установлен ниже холодного отсека, и выпаривание происходит за счет отвода трубки от линии нагнетания (т.е. части трассы, по которой проходит «горячий» пар от компрессора на конденсатор, поскольку эта часть является самой горячей в системе (90°) ее используют как нагревательный элемент, в частности, для выпаривания оттаявшего конденсата).
Управление
Блок электронного управления интегрирован в передней части в специальное посадочное гнездо в корпусе устройства и может быть легко извлечен при сервисном обслуживании. Блок имеет соответствующую коммутацию для подключения освещения на световой панели и в кабинете холодильного шкафа. Холодильный агрегат управляется электронным микропроцессором с двумя управляемыми датчиками температуры и дисплеем с кнопками быстрого программирования. Схема установки датчиков представлена на фиг. 6. Датчик испарителя 18 позволяет программировать управление вентиляторами испарителя и циклом оттайки испарителя. Устанавливается в верхней трети испарителя в 50 мм от входа дросселирующего устройства (ТРВ/Капиллярная трубка). Датчик объема 19 управляет работой холодильного агрегата. Устанавливается в зоне забора «теплого» воздуха из объема холодильного шкафа.
Размеры как заявленного устройства, так и теплообменного оборудования могут меняться в зависимости от размеров самого охлаждаемого кабинета.
Таким образом, заявленное устройство является более производительным и экономичным при эксплуатации за счет его конструкции, обеспечивающей возможность установки электрокомпонентов с меньшим энергопотреблением и теплообменного оборудования с меньшим объемом и габаритными размерами, что приводит к снижению его себестоимости и является преимуществом перед существующими аналогичными устройствами.