В данной статье раскрывается о теоретической модели БХМ с приточным охлаждением, при помощи включения в холодильный контур дополнительных элементов для возможности подачи воздуха из окружающей среды, с последующим выводом его на конденсатор, для создания подобия рекуперативного теплообмена в момент отключения компрессора контура морозильной камеры.
Ключевые слова: теоретическая модель, бытовая холодильная машина, система nofrost, эффективность работы, приточное охлаждение, эксплуатационные характеристики.
Принцип работы бытовой холодильной машины.
Холодильная машина предназначена для отвода тепловой энергии от охлаждаемого тела. Но есть небольшая проблема, ту энергию которую мы отбираем надо куда-то использовать, т. к. из закона сохранения энергии мы знаем, что она бесследно не куда деться не может. Для передачи энергии от менее теплого продукта, находящегося в холодильной камере, и более теплой окружающей средой нам помогают хладагенты. Это, так выразимся, “кровь” нашей ХМ. Хладагенты — это такие жидкости, которые при нормальных условиях кипят при отрицательных температурах. [1]
Для понимания принципа действия холодильной машины, не рассматривая всех дополнительных узлов, достаточно понять работу основных элементов — компрессора, конденсатора и испарителя и ТРВ.
Компрессор — это “сердце” холодильной машины, он предназначен для сжатия паров хладагента. Но при сжатии происходит повышение не только давления, но и температуры. После компрессора перегретый хладагент (газ) направляется в конденсатор. [2] Конденсатор представляет из себя змеевик (чаще всего медная трубка), где и происходит отдача тепловой энергии за счет теплообмена с окружающей средой, хладагент переходит из газообразного состояния в парожидкостную фазу, после чего конденсируется полностью в жидкость, продолжая свой путь к испарителю. Через дроссельный канал или по-другому ТРВ (терморегулирующий вентиль) хладагент понижает давление как следствие и температуру, начинает кипеть, испаряясь проходя по трубкам испарителя забирая тепло от продуктов из камеры, и идет опять к компрессору для повторного цикла, представлен на Рис.1. [3]
Рис. 1. Схема бытовой холодильной машины: 1 — фильтр осушитель, 2 — испаритель, 3 — конденсатор, 4 — рекуператор (рекуперативный теплообменник), 5 — вход в компрессор, 6 — дросель (ТРВ), 7 — компрессор, 8 — вход в конденсатор
1) Теоретическая модель экономичного бытового холодильника с приточным вентилируемым охлаждением.
Что из себя представляет данная модель:
За основу разработки модели, был взят холодильник Nord, на который ранее была установлена система «NoFrost» (о данной модернизации рассказывается в статье https://moluch.ru/authors/52366/).
В нижней и в верхней части холодильной камеры (далее ХК) проделаны два отверстия D=40 мм (Рис.2.), для подачи воздуха из окружающей среды в холодные периоды в течении всего года (зависит от климатических условий, в которых производится эксплуатация установки) и отвода на конденсатор для обеспечения замены рекуперативного теплообмена (компрессор холодильной камеры при эксплуатации данной системы находится в статическом состоянии, при этом для обеспечения минимальных потерь холодильного коэффициента морозильной камеры (далее МК), воздух забравший тепло, но достаточно холодный направляется на конденсатор в район компрессора МК). Для подачи и отвода используются два полиуретановых воздуховода (поз.5). Внутри холодильной камеры на отверстие для отвода воздуха монтируется кулер 40 мм (поз.1), а на отверстие подачи монтируется обратный клапан для исключения появления «сквозняка» при изменении температуры в камере при отводе тепла от продуктов (следовательно, появляется разность давлений внутри и с наружи ХК) (поз.2), такой же обратный клапан устанавливается на воздуховод отвода воздуха из ХК. Так же в воздуховод подачи устанавливается угольный фильтр для очистки окружающего воздуха от пыли и запаха (данные фильтра используются в промышленных вентиляционных системах). Воздуховоды крепятся с помощью фланцевых соединений к внешней обшивке холодильной камеры, воздуховод отвода ориентируется по корпусу БХМ и направляется на конденсатор первого контура (причины данного расположения воздуховода описаны выше), а воздуховод подачи при помощи крепежных элементов выводится на стену, граничащую с окружающей средой, крепится через фланцевое соединение. В стене предварительно делается отверстие диаметром 40 мм, и монтируется кулер на который при помощи крепежных элементов устанавливается фланец с воздуховодом. Все щели в элементах модели, граничащие с окружающей средой, германизируются силиконовым герметикам, а воздуховоды для избежания, преждевременного теплообмена до попадания воздуха в холодильную камеру оборачиваются самоклеящимся теплоизолирующим материалом. «Сердцем» данной установки является терморегулятор фирмы Siemens (поз.6), которой параллельно включается в цепь к компрессору второго контура (холодильный контур), и выставляется на температуру от 4 C до 7 C (оптимальная рабочая температура холодильной камеры), а термопара вынесена в окружающую среду. На эскизе поз.3 и 4 отмечены ТЭН и кулер включённые в электрическую цепь несущие функцию системы «NoFrost». [4]
Рис. 2. Эскиз теоретической модели БХМ с приточным вентилируемым охлаждение: 1 — куер отвода воздуха из ХК; 2 — отверстие подачи воздуха и окружающей среды с угольным фильтром и обратным клапаном; 3 — кулер рециркуляции воздуха в морозильной камере; 4 — ТЭНы; 5 — воздуховоды; 6 — терморегулятор
Принцип работы:
При повышении температуры в ХК, срабатывает датчик реле температуры ХК посылающий сигнал «о потребности понижения температуры», сигнал попадает на терморегулятор Siemens, который определяет какой элемент включить кулер подачи воздуха из окружающей среды или компрессор (в зависимости от температуры окружающей среды). В это же время на второй кулер подается сигнал о включении и отводе воздуха из холодильной камеры на конденсатор первого контура, для компенсации потерь холодильного коэффициента на компрессоре МК, через 7 сек. реле времени перестает подачу питания (выставление времени зависит от объёма холодильной камеры, мощности кулера и диаметра выходного отверстия, берется из расчета). Работу продолжает кулер подачи воздуха из окружающей среды или же компрессор, до момента, пока перестанет подаваться сигнал датчиком реле температуры ХК.
Данная представленная модель позволяет нам использовать природный холод взятый из окружающей среды, в целях экономии. [5]
Плюсы и минусы:
+ Позволяет уменьшить электропотребление с минимальными потерями холодильного коэффициента низкотемпературного контура МК.
— Месторасположение возле стены, граничащей с окружающей средой.
Литература:
- Доссат Рой Дж. Основы холодильной техники / Доссат Рой Дж. Перевод с англ.¬¬— М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984–520 с.
- Нащокин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача: учеб. пособие для вузов / В.В Нащокин. 3-е изд., испр. и доп. — Москва: Высш.школа, 1980.— 469 с.
- Кругляк И. Н. Бытовые холодильники (устройство и ремонт): учеб. пособие / И. Н. Кругляк — М.: Легкакя индустрия, 1974, — 205с.
- Теоретические основы теплотехники: учеб. пособие / Ю. И. Бабенков [и др.] — Ростов н/Д: Издательский центер ДГТУ, 2010. — 290 с.
- Розенфельд Л. М. Холодильные машины и аппараты / Л. М. Розенфельд, А. Г. Ткачев. — М.: Государственное издательство торговой лит-ры, 1960. — 651 с.
