Технические науки/3. Отраслевое машиностроение

Д.т.н. Кожемяченко А.В., к.т.н. Лемешко М.А., Новиков А.В.

Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) ДГТУ в городе Шахты

Разработка способа повышения энергетической эффективности бытовых холодильных приборов путем интенсификации охлаждения конденсатора

Бытовые холодильные приборы (БХП) используются для производства искусственного холода, обеспечивающего длительное и кратковременное хранение продуктов питания животного и растительного происхождения [1].

Они являются одними из основных потребителей электроэнергии не только в быту, но и в медицине, торговле, гостиничном и рестораном хозяйстве, и других организациях и предприятиях различной формы собственности [2].

Современные тенденции развития БХП предусматривают увеличение полезного объема холодильных и низкотемпературных отделений, применение озонобезопасных холодильных агентов, автоматизации процессов удаления инееобразования в низкотемпературных отделениях, применения систем принудительной циркуляции воздуха внутри шкафа, (система «NORD-FROST») и других устройств, повышающих их суточное энергопотребление [2,3].

С другой стороны закон Российской Федерации № 261-ФЗ от 23 ноября 2009 года, требует разработки новых конструкций бытовых холодильных приборов, характеризующихся низкими показателями энергетических характеристик [4].

Учитывая вышесказанное, в настоящей статье решается проблема повышения энергетической эффективности работы бытовых холодильных приборов за счёт совершенствования и интенсификации теплообменных процессов между конденсатором и воздухом окружающей среды.

Согласно [5,6,7], классический способ охлаждения конденсатора бытового холодильного прибора в термодинамическом цикле предусматривает сжатие холодильного агента компрессором, передачу тепла от холодильного агента конденсатору с последующим его испарением в испарителе. При этом конденсатор передает тепло окружающему воздуху путем естественного теплообмена. Повышение интенсивности теплообмена может быть достигнуто путем принудительного обдува поверхности конденсатора потоком воздуха от вентилятора.

Для решения поставленной проблемы предлагается способ охлаждения конденсатора [8], заключающийся в увлажнении его поверхности покрытой теплопроводным адсорбентом, который обеспечивает охлаждение за счёт испарения воды, подаваемой на поверхность конденсатора устройством, состоящим из раздаточного и собирающего лотков и насоса с прямым и обратным клапанами. При этом работа насоса обеспечивается вибрацией корпуса компрессора при его работе. В данном способе реализуется принцип испарительного охлаждения конденсатора, но его реализация относительно сложна и не надёжна, так как, вибрации насоса не достаточно для подъёма воды в верхний лоток; система верхнего и нижнего лотков громоздка.

Разработан способ охлаждения конденсатора компрессионного холодильника [9], в котором применяется увлажнение поверхности конденсатора, накопленной водой в поддоне под поверхностью конденсатора, используя вентилятор. Это техническое решение также реализует эффект испарительного охлаждения, но использование вентилятора увеличивает расход электроэнергии бытового холодильного прибора на получение требуемого холода.

Согласно работы [10], охлаждение конденсатора может быть осуществлено орошением его поверхности воздушно-водяной смесью мелкодисперсными форсунками с приводом. При этом включение/выключение привода осуществляется по сигналу с датчика влажности поверхности конденсатора.

Достоинством такого способа охлаждения конденсатора является то, что увлажнение поверхности конденсатора с последующим испарением влаги обеспечивает и охлаждение конденсатора, и снижение удельного потребления электроэнергии, увеличивая общий КПД холодильного цикла.

Недостатком способа является относительная сложность его реализации, так как необходимо использовать форсунки и привод для орошения поверхности конденсатора, на который затрачивается дополнительная электроэнергия, расходуемая на получение искусственного холода.

Наиболее совершенным является способ охлаждения поверхности конденсатора за счет испарения талой воды на поверхности компрессора и частично на поверхности конденсатора [11].

При реализации этого способа талая вода после вывода её из холодильного шкафа направляются по каналу в желобок, закрепленный на поверхности хладонового компрессора. Вода из желобка по капиллярным трубкам, закрепленным на верхней части компрессора, поднимается за счет капиллярного эффекта или с помощью насоса на верхнюю часть кожуха компрессора, где испаряется, снижая температурный уровень компрессора. Другим вариантом предусматривается подъём талой воды из желобка на средней части кожуха компрессора капиллярными трубками на поверхность конденсатора с использованием для этой цели насоса. Однако на работу насоса также затрачивается дополнительная электроэнергия, и капиллярные трубки ограничены возможностью подъёма воды на определенную высоту их длинной и производительностью.

Анализ исследований в данной области [12,13] показывает, что эффективное решение вышеуказанной проблемы, может быть достигнуто без применения насосов и вентиляторов.

Предлагаем способ охлаждения конденсатора компрессионного холодильного прибора, который включает использование талой воды и увлажнение ею поверхности конденсатора, и выполняется так, что из сборника талой воды в холодильном шкафе или из другого источника воды в холодильном приборе она 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. Наряду с талой водой для охлаждения конденсатора может быть вода применяемая в холодильнике для других целей, например, для приготовления пищевого льда или другая вода, специально набираемая в емкость для охлаждения конденсатора. При реализации предлагаемого способа использование талой воды для охлаждения конденсатора обеспечивает увеличение эффективности использования талой воды с одновременным увеличением эффективности испарительного охлаждения конденсатора БХП, так как испарительное охлаждение в предлагаемом способе реализуется более рационально по сравнению с ранее рассмотренными способами охлаждения конденсатора.

В сравнении с другими способами, увлажнение конденсатора талой водой в предлагаемом способе более эффективно, так как увлажняется большая площадь поверхности змеевика и не требуется насос для подачи талой воды в верхнюю часть конденсатора.

Реализация предлагаемого способа охлаждения конденсатора позволяет конструировать малогабаритные конденсаторы и существенно снизить энергопотребление, особенно при завышенных температурах окружающего воздуха.

Литература:

1. Кожемяченко, А.В. Методологические основы обеспечения технического состояния бытовых холодильных приборов в процессе их жизненного цикла [Текст]: дис. докт. техн. наук: 05.02.13: защищена 27.11.09: утв. 12.03.10, - Шахты: ГОУ ВПО «ЮРГУЭС», 2009. – 357 с.

2. Петросов, С.П. Научные основы повышения эффективности бытовых холодильников компрессионного типа [Текст]: дис. докт. техн. наук: 05.02.13: защищена 16.03.07: утв. 8.06.07, - Москва, 2007. – 375 с.

3. Seki, M. K. Perfomance of Refrigeration Cycle with R32-R34a and R32-R125 Based on the Reliable Thermodynamic Property Data / M. Seki, A. Osajima, Y. Nakane, H. Sato, K. Watanabe // Proc. 1994 Int. Refrig. Conf. – Purdue Univ., US. – 1996.07.19 – 22. – p. 67-72.

4. Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении измерений в отдельные законодательные факты российской федерации // Федеральный закон об энергосбережении и повышении энергетической эффективности, № 261-ФЗ, 23 ноября 2009 г.

5. Якобсон, В.Б. Малые холодильные машины [Текст] / В.Б. Якобсон. – Москва: пищевая промышленность, 1977. – С. 16-20.

6. Вейнберг В.Б. Бытовые компрессионные холодильники [Текст] / В.Б. Вейнберг, В.П. Вайн.- Москва: пищевая промышленность, 1974. – С. 99-101.

7. Корниенко Ф.В. Увеличение эффективности испарительного конденсатора компрессионных холодильных машин [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник Дона», 2012, № 3. – Режим доступа: http://www.ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/925 (доступ свободный) - Загл. с экрана. – Яз.рус.

8. Патент RU №2162576 С2 27.01.2001 Устройство холодильного агрегата бытового компрессионного холодильника.

9. Патент RU № 2458291 Бюл. №22 10.08.2012 Способ охлаждения конденсатора компрессионного холодильника.

10. Патент RU № 2455586 Бюл. № 19 10.07.2012 Способ охлаждения конденсатора компрессионного холодильника.

11. Patent DE № WO2008/025630 03.06.2008 Vorrichtung zum verdunsten von in einer sammelschale eines Kühlgerätes gesammeltem Abtauwasser und Kühlgerät mit einer solchen Vorrichtung.

12. Осацкий, С.А Исследования влияния испарительного конденсатора на теплоэнергетические характеристики бытового холодильного прибора компрессионного типа [Текст]: дис. канд. техн. наук: 05.02.13: защищена 25.12.06: утв. 10.04.07, - Шахты, 2006. –162 с.

13. Петросов С.П., Кожемяченко А.В. Результаты испытаний агрегата бытового холодильного прибора в условиях воздействия эксплуатационных факторов [Текст] // Известия вузов. Сев.- Кавк. регион. Техн. науки., 2006. - №10. – С.134-135.