Бытовой холодильник с подвижным конденсатором



Вопросы энергосбережения и энергоэффективности относятся и к бытовой технике. Большой парк эксплуатируемых бытовых машин и приборов, является основанием для совершенствования этой техники с точки зрения энергоэффективности. Особое место наряду с другими приборами занимают бытовые холодильники, которые непрерывно подключены к электросети и работают круглосуточно.

В рамках государственной программы РФ «Энергоэффективность и развитие энергетики» [1], выдвинуты требования по созданию и использованию новых энергоэффективных потребителей электроэнергии, к которым относятся и холодильные приборы, используемые в быту, в службах сервиса, например, в гостиничном хозяйстве и ресторанном бизнесе.

Известно, что наибольшее распространение в быту получили холодильники компрессионного типа. В этих холодильниках, в холодильном цикле компрессор, всасывая хладагент из испарителя, под давлением подает хладагент в конденсатор, в котором хладагент охлаждается и конденсируется, отдавая тепло окружающему воздуху.

От эффективности отвода тепла от конденсатора зависит эффективность процесса конденсации [2], что определяет давление на выходе из компрессора. Увеличение интенсивности конденсации хладагента приводит к снижению давления на выходе из компрессора, что обуславливает снижение его потребляемой мощности, а, следовательно, уменьшается энергопотребление холодильника, что соответствует решению задачи по энергосбережению. Повышение эффективности конденсации хладагента сказывается также на улучшении холодильного коэффициента, являющегося критерием эффективности холодильного цикла. Теоретический анализ показал [3], что увеличение интенсивности охлаждения конденсатора приводит к следующим изменениям в холодильном цикле: — понижению давлений конденсации и испарения, — понижению температуры нагнетания, и незначительному понижению температуры всасывания. При этом уменьшается коэффициент сжатия, повышается холодопроизводительность агрегата и понижается тепловой эквивалент работы компрессора.

Как известно [4], основным показателем энергетической эффективности работы холодильника является суточное потребление электроэнергии, определяемое из выражения:

кВт·ч/сут, (1)

где — мощность, потребляемая компрессором, Вт; — внешний теплоприток в шкаф холодильника, Вт; — холодопроизводительность агрегата, Вт. Или:

. (2)

учитывая, что , где — удельная холодопроизводительность.

Таким образом, энергопотребление бытового холодильникаЕ определяется значением холодильного коэффициента, зависящим от степени совершенства реального цикла холодильного агрегата, в том числе от эффективности процесса конденсации.

Известны исследования, например [5,6], посвященные исследованию различных способов охлаждения конденсатора, в том числе, патенты, в которых защищаются новые технологии охлаждения конденсатора и новые конструкции этого теплообменника.

Сделаем краткий обзор этих технологий.

В бытовых и торговых компрессионных холодильниках тепло от конденсатора передается окружающему воздуху путем естественного теплообмена, либо путем обдува его поверхности вентилятором [7].

В технике получения холода известно применение, так называемого испарительного охлаждения. Например, известны разработки [8] в которых поверхность конденсатора и компрессора увлажняется, а затем обдувается вентилятором. Интенсивный поток воздуха, пропускаемый вдоль поверхности конденсатора и поверхности корпуса компрессора, приводит к интенсивному испарению воды с поверхностей и их охлаждению.

Согласно разработкам [9,10] охлаждение конденсатора может быть осуществлено путем увлажнения его поверхности водой из мелкодисперсионных форсунок с приводом. Использование такого способа охлаждения поверхности конденсатора позволяет увеличить интенсивность охлаждения хладагента, позволяет упростить конструкцию, снизить удельное энергопотребление холодильника.

Увеличить интенсивность охлаждения конденсатора можно также за счет испарения талой воды на поверхности конденсатора [11].

При реализации этого способа талая вода после вывода её из холодильного шкафа направляются по каналу в желобок, закрепленный на поверхности компрессора. [12].

Талая ввода направляется в желобок, в средней части которого находится трубка змеевика конденсатора, при этом вода самотеком стекает по наклонным коленам желобка, увлажняя его поверхность и трубки конденсатора. Остатки талой воды направляются в емкость на компрессоре.

Нами исследуется и разрабатывается принципиально новый подход по охлаждению конденсатора бытового холодильника.

При работе типового компрессионного холодильника тепло от конденсатора передается в окружающий воздух путем естественного теплообмена. Недостатком таких холодильников является необходимость использования относительно большого змеевика конденсатора. Известен конденсатор с принудительной вентиляцией (обдувом) поверхности конденсатора [13].

Охлаждение конденсатора бытового холодильника обеспечивается движением потока воздуха от вентилятора относительно неподвижного конденсатора. Обдув поверхности конденсатора бытового холодильника потоком воздуха от вентилятора увеличивает интенсивность теплообмена, увеличивает теплоотвод от хладагента. Нами усовершенствован этот метод.

Холодильник с принудительным обдувом конденсатора характеризуется тем, что поток воздуха от вентилятора лишь частично охватывает поверхность конденсатора, участвуя в теплообменных процессах. Энергия, затрачиваемая вентилятором на создание воздушного потока, частично используется в обеспечении теплообменного процесса на поверхности конденсатора. Нами решена задача по увеличению эффективности теплообменного процесса на поверхности конденсатора [14]. В разработанной конструкции холодильника конденсатор выполнен в виде оребренного трубчатого змеевика, закрепленного к холодильному шкафу только в нижней части холодильного шкафа.

Верхняя часть конденсатора имеет возможность совершать свободные колебательные движения перпендикулярно поверхности задней стенке холодильника и взаимодействует с электромагнитным вибратором. Конденсатор снабжен ограничителем колебательных движений.

В предложенном техническом решении энергия, затрачиваемая на интенсификацию теплообменного процесса в большей степени, используется для осуществления процесса движения воздуха вокруг поверхности конденсатора без потерь на создание бесполезного движения потока воздуха от вентилятора. Технический результат обеспечивается тем, что при колебании плоскости конденсатора его трубопровод и элементы оребрения будут обдуваться потоком окружающего воздуха, будет создаваться турбулентные завихрения в области поверхности трубопровода конденсатора и элементов его оребрения, что увеличит интенсивность теплообмена между окружающим воздухом и поверхностью конденсатора. На рисунке 1 приведена схема холодильника с подвижным конденсатором.

Бытовой холодильник с подвижным конденсатором состоит из холодильного шкафа 1, герметичного агрегата, включающего соединительные трубопроводы, компрессор 7, испаритель 2 и конденсатор 6, выполненный в виде оребренного трубчатого змеевика и закрепленный вертикально на задней стенке холодильного шкафа 1; электромагнитного вибратора 3, закрепленного к корпусу холодильного шкафа 1, с возможностью совершать колебательные движения 4 перпендикулярно плоскости задней стенки холодильного шкафа 1. При этом электромагнитный вибратор закреплен на поверхности холодильного шкафа 1, а на поверхности конденсатора ответно ему установлен постоянный магнит или пластинка 11, выполненная из ферромагнитного материала.

Рис. 1. Схема размещения подвижного конденсатора

Затраты энергии на обеспечение колебаний плоскости конденсатора будут минимальны, так как предусматривается устанавливать частоту колебаний близкой к резонансной частоте, которая зависит от массы конденсатора и консольности его крепления. Частота колебания вибратора зависит от конструкции холодильника, размеров и массы конденсатора. Например, для бытового холодильника емкостью до 250 дм3 амплитуда колебаний вибратора должна составлять предпочтительно 5–10 мм, а частота колебаний выбираться предпочтительно в диапазоне от 0,5–5,0 Гц. Частота колебаний может подбираться с целью достижения явления резонанса, при котором затраты энергии на колебательный процесс будут минимальными. Энергопотребление электромагнитного вибратора значительно меньше, чем затраты энергии на создание воздушного потока с помощью вентилятора. В то же время незначительные затраты энергии на создание колебательного процесса будут сопровождаться интенсивным теплообменом поверхности конденсатора с окружающим воздухом. Относительно небольшая величина амплитуды колебания конденсатора не будет отражаться на колебаниях корпуса холодильного шкафа и снижать его потребительские качества.

Литература:

1. Энергоэффективность и развитие энергетики. Государственная программа Российской Федерации (утв.постановлениемПравительства РФ от 15 апреля 2014 г. № 321). — Режим доступа: http://minenergo.gov.ru/system/download-pdf/323/664
2. Вейнберг, Б. С. Бытовые компрессионные холодильники // Вейнберг, Б. С., Вайн, Л. Н. — М.: Пищ.промышленность, 1974. — 272 с.
3. Лемешко, М. А. Технологии повышения энергетической эффективности бытовых холодильных приборов. // Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. — 2014. — № 13. — С. 188–196.
4. Лемешко, М. А., Кожемяченко, А. В., Урунов, С. Р. Зависимость энергетической эффективности компрессионного холодильника от способа охлаждения его конденсатора. // Технико-технологические проблемы сервиса. –2014. –№ 4 (30). –С. 58–60.
5. Лемешко, М. А. Увеличение интенсивности теплообменных процессов конденсатора компрессионного холодильника. // Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. –2014. –№ 12. –С. 65–69
6. Лемешко, М. А., Урунов, С. Р., Головина, Е. И. Использование испарительного охлаждения для увеличения энергетической эффективности бытового холодильника. // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. –2015. –№ 1 (103). –С. 114–116.
7. Пат. 102006040379 DE. Холодильник, содержащий конденсатор с принудительной вентиляцией / БСХ БОШ УНД СИМЕНС ХАУСГЕРЕТЕ ГМБХ (DE). 29.08.2006
8. Пат. № 2511804 Российская Федерация, МПК F25B 1/00, F25B 31/00, F25B 39/04, F25B 49/02 от 10.04.14 г. Способ охлаждения герметичного компрессорно-конденсаторного агрегата компрессионного холодильного прибора / М. А. Лемешко, С. П. Петросов, Ф. В. Корниенко, В. А. Аристархов, Ю. П. Кривоносов, Е. А. Рабичев.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС». –№ 2012122751/06; заяв. 01.06.2012 г.; опубл. 10.12.2013 г., бюл. № 10. –7 с.
9. Пат. № 2455586 Российская Федерация, МПК F25B49/02, F25B1/00, F25B39/04 от 29.11.2010 г.Способ охлаждения конденсатора компрессионного холодильника (варианты) / Лемешко М. А., Русляков Д. В., Корниенко Ф. В., Пахнюк В. А., Соколов Д. В., Лалетин В. И. Заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС». –№ 2010148815/06, заяв. 29.11.2010; опубл. 10.07.2012 г.
10. Пат. № 2458291 Российская Федерация, F25B1/00, F25B39/04 от 13.11.2010г. Способ охлаждения конденсатора компрессионного холодильника / Лемешко М. А., Петросов С. П., Кожемяченко А. В., Алехин С. Н., Лалетин В. И., Корниенко Ф. В., Петросов Р. С., Лемешко А. М. Заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС». –№ 2010146366/06, заяв. 13.11.2010 г.; опубл. 25.05.2012 г.
11. Кожемяченко А. В. Снижение энергопотребления бытового холодильного прибора путем интенсификации охлаждения конденсатора / Кожемяченко А. В., Лемешко М. А., Рукасевич В. В., Шерстюков В. В. // Инженерный вестник Дона. — 2013. — Т.24. — № 1. — С.60 -65
12. Пат. Российская Федерация № 2521424, МПК F25B49/02, F25D29/00 27.06.2014 г. Способ охлаждения конденсатора компрессионного холодильника / Лемешко М. А., Кожемяченко А. В., Рукасевич В. В., Шерстюков В. В., Романова М. И., Дейнека И. Г., Заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС». –№ 2013111167/06, 12.03.2013 г., заяв 12.03.2013 г.; опубл. 27.06.2014 г.
13. Бабакин Б. С., Выгодин В. А. Бытовые холодильники и морозильники, 2000 г., с. 104–105.
14. Пат. № 2570533 С1 Российская Федерация, МПК F25D11/02. Бытовой холодильник с подвижным конденсатором / Лемешко, М. А., Кожемяченко, А. В., Урунов, С. Р.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ДГТУ». –№ 2014154241/06,; заяв. 29.12.2014; опубл. 10.12.2015 Бюл.№ 34.