Одним из важных направлений развития современной бытовой холодильной техники является расширение спектра функциональных возможностей при обеспечении высоких показателей качества и технико-эксплуатационных характеристик.
Так, в современных моделях бытовых холодильников все более широкое применение находит функция хранения охлаждённых продуктов при температурах, близких к нулю. Зоны холодильной камеры, предусмотренные для реализации данной функции, в разных моделях, а также в зависимости от вида продуктов (животного или растительного происхождения), носят различное название («нулевая зона», «зона свежести», «зона Biofresh» и другие) (далее — «нулевая зона») [3, 4]. Однако, функциональное назначение температурной обработки продуктов в «нулевой зоне» остаётся одинаковым — обеспечить качественное и долгосрочное хранение продуктов без их замораживания.
Как показал предварительный анализ температурно-влажностных характеристик «нулевых зон», приведённый в работе 1, современные конструкции бытовых холодильных приборов не позволяют обеспечить требуемые диапазоны температуры и влажности в «нулевых зонах» холодильной камеры. Это объясняется рядом конструктивных недоработок как самих схем подачи холодного воздуха в «нулевую зону», так и устройств, обеспечивающих требуемую влажность [1, 3, 4].
Так, управляющее устройство системы подачи воздуха регулирует потоки подаваемого в «нулевую зону» воздуха на основе сигналов датчиков температуры и влажности, установленных непосредственно в «нулевой зоне», то есть по их фактическим значениям, характеризующих текущее состояние воздуха в «нулевой зоне», которое в данный момент уже может не соответствовать требуемым параметрам. То есть, существенным недостатком известных систем подачи воздуха в «нулевую зону» является недостаточность управления данным процессом, а также невысокая степень и длительный период отклика адекватного реагирования на изменение температурно-влажностных характеристик воздуха в «нулевой зоне», что приводит к «инерционности» реагирования системы и значительному, недопустимому разбросу фактических значений температуры и влажности в «нулевой зоне». Следовательно, необходим опережающий контроль значений температуры и влажности, что позволит системе подачи воздуха заранее реагировать на возможные изменения в «нулевой зоне» [2, 5].
Такие изменения температурно-влажностных характеристик могут быть вызваны следующими основными причинами:
открытие дверей шкафа холодильника или дверцы «нулевой зоны»;
дополнительное выделение или поглощение влаги из воздуха продуктами, размещёнными в «нулевой зоне»;
изменение температурно-влажностных характеристик окружающего воздуха;
наличие пауз в цикличной работе компрессора холодильного прибора;
изменение настройки терморегулятора холодильника или «нулевой зоны» потребителем;
размещение или укладка продуктов в «нулевой зоне».
Авторами данной публикации были разработаны система и способ регулирования температурно-влажностных характеристик «нулевой зоны», позволяющие в основном устранить имеющиеся недостатки конструкций холодильных приборов, приведённые выше, либо снизить их негативное влияние.
Принципиальная схема управления температурно-влажностными характеристиками показана на рис.1.
Рис. 1. Схема управления температурно-влажностными характеристиками: ДТ1, ДТ2 и ДВ1, ДВ2 — датчики, соответственно, температуры и влажности; t1…t6 и 1…6 — значения, соответственно, температуры и влажности; РПВ — устройство регулирования потоков холодного воздуха; ИВВ — устройство источника влажного воздуха; ДИХВ — устройство дополнительного источника холодного воздуха; УУ — управляющее устройство
Рассмотрим работу системы управления температурно-влажностными характеристиками «нулевой зоны» для условий цикличной работы компрессора холодильника.
В течение всего времени цикличной работы холодильного прибора (в период паузы и в период работы компрессора) управляющее устройство УУ непрерывно производит оценку значений температур и влажности на всём пути движения потоков воздуха в «нулевую зону» и через неё на основе сигналов от датчиков температуры и влажности (рис.1). В момент времени окончания паузы в цикличной работе компрессора управляющее устройство УУ анализирует температурно-влажностные характеристики воздуха в «нулевой зоне» и на основании этого делает выводы о режиме работы системы.
Так, после паузы, обычно, необходимо некоторое понижение температуры в «нулевой зоне». Для этого в неё подают холодный воздух от источника холодного воздуха, в качестве которого используется, чаще всего, испаритель холодильника. Однако, при этом, безусловно, будет изменяться и влажность воздуха в «нулевой зоне». Поэтому, для обеспечения требуемых температурно-влажностных параметров необходимо отдельное регулирование влажностью и температурой воздуха, подаваемого в «нулевую зону». Для этого предлагается поток холодного воздуха, поступающий от источника холодного воздуха с параметрами t1 и 1, делить с помощью устройства регулирования потоками воздуха РПВ на два потока, один из которых с параметрами t2 и 2 направляется в источник влажного воздуха ИВВ, а другой с параметрами t3 и 3 — в дополнительный источник холодного воздуха ДИХВ.
При этом, управляющее устройство УУ на основе анализа данных о температурно-влажностных характеристиках воздуха в «нулевой зоне» в момент времени перед включением компрессора после окончания периода паузы определяет необходимую температуру t5 и соответствующую ей влажность 5 воздуха, поступающего из дополнительного источника холодного воздуха ДИХВ, а также необходимую влажность 4 и соответствующую её температуру t4 воздуха, поступающего из источника влажного воздуха ИВВ, которые при смешивании в «нулевой зоне» должны обеспечить требуемые параметры воздуха при включении компрессора и начале процесса понижения температуры в ней.
В данной работе не ставится задача выбора устройств, используемых в качестве дополнительного источника холодного воздуха ДИХВ и источника влажного воздуха ИВВ. Однако, предварительно можно предложить для ДИХВ: испаритель или теплообменник другого типа, нагреватель, поглотитель влаги с регулируемой поверхностью абсорбции и т. п.; для ИВВ: открытый источник влаги, генератор «холодного» пара на основе, например, использования ультразвуковых колебаний и т. п.
Таким образом, использование данной системы управления температурно-влажностными характеристиками в «нулевой зоне» позволяет получить следующие преимущества перед традиционными системами:
- Обеспечение предварительной (заблаговременной) оценки параметров воздуха, подаваемого в «нулевую зону», то есть, снижение степени инерционности (запаздывания) адекватного отклика системы на внешние входные параметры.
- Отдельное регулирование потоками холодного и влажного воздуха.
- Возможность более широкого использования различных устройств для обеспечения требуемых параметров воздуха.
- Возможность регулирования температурно-влажностных характеристик «нулевой зоны» в более широких пределах в зависимости от вида охлаждаемых продуктов.
Использование предлагаемой системы позволяет более точно и в более широких временных интервалах поддерживать необходимую влажность и температуру в «нулевой зоне». Кроме этого, рациональный выбор режима работы системы и устройств, обеспечивающих требуемые параметры воздуха, позволяет также снизить энергетические потери холодильного прибора.
Литература:
- Влияние режима работы бытового холодильного прибора на температурно-влажностные характеристики воздуха зоны «свежести» / В. Н. Плескачев, С. Н. Алехин.// Юбилейная конференция студентов и молодых ученых, посвященная 85-летию ДГТУ. Сборник докладов (Ростов-на-Дону, 12–13 мая 2015 г.). – С 4417–4423.
- Контроль и регулирование влажности воздуха в камерах холодильников / Ф. В. Лебедев, Б. С. Тихонов, В. В. Русанов, Б. С. Бабакин: Обзорн. информ. — М.: АгроНИИТЭИММП. 1990. — 28 с.
- Alechin S. N., Kutsowa E. L., Pleskatschew W. N., Zum Thema der Qualitätssicherung bei Lagerung von Lebensmitteln in modernen Kühlgeräten // Журнал «Молодой ученый». № 3 2015 г. с 83–85.
- Исследование температурно-влажностных характеристик зоны «свежести» бытовых холодильных приборов. / В.Н Плескачев, С. Н. Алехин, С. П. Петросов.// Инженерный вестник Дона, № 2 (2015). Интернет ресурс: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2p2y2015/2924
- Холодильная техника и технология продуктов питания: Учебник для студ. Высш. Уч. Заведений/ С. А. Большаков. — М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 304 с.
