абсорбционный холодильник

Формула изобретения

1. АБСОРБЦИОННЫЙ ХОЛОДИЛЬНИК, содержащий охлаждаемую камеру со стойками для установки передвижной полки, холодильный агрегат с испарителем, связанным в тепловом отношении с развитыми наружными поверхностями конденсаторов тепловых труб, испарители которых своими развитыми наружными поверхностями связаны в тепловом отношении со стенками камеры, и льдоформу, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационных характеристик, развитые поверхности конденсаторов тепловых труб и часть стенки испарителя холодильного агрегата выполнены с образованием полости.

2. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что испаритель холодильного агрегата установлен в верхней части охлаждаемой камеры и вмонтирован через отверстие в ее стенке.

3. Холодильник по п.2, отличающийся тем, что полость выполнена герметичной и имеет штуцер для заправки.

4. Холодильник по п.3, отличающийся тем, что в полости размещен холодоаккумулирующий материал на основе водно-солевых систем, температура фазового перехода которого выше или равна рабочей температуре испарителя холодильного агрегата, например, на основе хлоридов натрия, калия и аммония.

5. Холодильник по п.3, отличающийся тем, что в полости размещена жидкость с температурой фазового перехода ниже рабочей температуры испарителя холодильного агрегата, например этиловый спирт.

6. Холодильник по п.2, отличающийся тем, что в полости размещена теплопроводная паста, например кремнийорганическая теплопроводная паста КПТ-8.

7. Холодильник по п. 2, отличающийся тем, что испаритель холодильного агрегата выполнен из биметалла, например из алюминиевого сплава А5 и низкотемпературной стали Ст.10.

8. Холодильник по п.2, отличающийся тем, что на испарителе холодильного агрегата вне полости установлена с обеспечением тепловой связи полка для льдоформы.

9. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что испарители тепловых труб связаны в тепловом отношении со стойками через стенку камеры с помощью стяжных элементов, например винтов.

10. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что стойки и испарители тепловых труб выполнены как единое целое.

11. Холодильник по п.1, отличающийся тем, что передвижная полка выполнена из материала с высокой теплопроводностью и своей опорной тепловоспринимающей поверхностью сопряжена с испарителями тепловых труб или со стойками.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к бытовым абсорбционным холодильникам.

Известен абсорбционный холодильник Кристалл-9М, содеpжащий теплоизолированный шкаф с низкотемпературной и холодильной камерами, холодильный агрегат (ХА), включающий в себя змеевиковый испаритель, выполненный с прямолинейными участками, и передвижную решетчатую полку.

Такой холодильник выполнен неразборным, его конструкция не позволяет производить замену холодильного агрегата без разрушения теплоизоляции. В случае выхода ХА из строя (нарушение герметичности агрегата, отказ парогазового контура, отказ термосифона) необходимо заменить шкаф в сборе с агрегатом. Это существенно ухудшает эксплуатационные качества данного холодильника.

Известен абсорбционный холодильник, содержащий охлаждаемую камеру и связанный с ней в тепловом отношении змеевиковый испаритель, выполненный с расположенными под углом друг к другу прямолинейными участками, тепловые трубы (ТТ) со своими испарителями и конденсаторами. Змеевиковый испаритель размещен снаружи охлаждаемой камеры, а его прямолинейные участки продольно сопряжены с конденсаторами ТТ, испарители которых установлены на боковых стенках камеры с последовательным расположением сверху вниз соответственно, причем испаритель каждой ТТ расположен ниже ее конденсатора. ТТ выполнены из омегообразного алюминиевого профиля с развитой наружной поверхностью, основание которого связано в тепловом отношении с прямолинейным участком змеевикового испарителя и охлаждаемой камерой.

Недостатком холодильника-прототипа является его плохая ремонтопригодность. В частности, замена в нем ХА связана с выполнением достаточно трудоемких операций по отсоединению, а потом повторному монтажу нескольких ТТ, связанных в тепловом отношении с испарителем ХА. Кроме того, конструкция прототипа не дает возможность эффективно использовать в составе холодильника холодоаккумулирующие материалы (ХАМ), в частности не позволяет обеспечить условия для непосредственной тепловой связи между ХАМ и источником холода. В прототипе не предусмотрено использование таких элементов конструкции, как передвижные полки и стойки для их установки в качестве дополнительных тепловоспринимающих элементов. Это не позволяет интенсифицировать режим естественной конвекции воздуха для выравнивания температурного поля в объеме охлаждаемой камеры. Причем наибольшие трудности могут возникнуть при заполненной камере, когда естественно-конвективное движение воздушного потока затруднено, хотя именно в этом случае необходимо обеспечить максимальную циркуляцию воздуха для улучшения теплообмена между источником холода и продуктами. Перечисленные недостатки снижают эксплуатационные характеристики холодильника.

Цель изобретения улучшение эксплуатационных характеристик.

Цель достигнута за счет того, что развитые поверхности конденсаторов ТТ и часть стенки испарителя ХА образуют полость, испаритель ХА установлен в верхней части охлаждаемой камеры через отверстие в ее стенке, полость герметична и имеет штуцер для заправки, полость заправлена или жидкостью с температурой фазового перехода ниже рабочей температуры испарителя ХА, например этиловым спиртом, или ХАМ на основе водно-солевых систем, температура фазового перехода которого выше или равна рабочей температуре испарителя ХА, например, на основе хлоридов натрия, калия и аммония, или теплопроводной настой, например, кремнийорганической теплопроводной пастой КПТ-8, испаритель ХА выполнен из биметалла, например из алюминиевого сплава А5 и низкоуглеродистой стали Ст.10, на испарителе ХА вне полости закреплена с обеспечением тепловой связи полка для льдоформы, испарители ТТ связаны в тепловом отношении через стенку камеры со стойками для установки передвижной полки с помощью стяжных элементов, например винтов, или стойки и испарители ТТ выполнены как единое целое, передвижная полка выполнена из материала с высокой теплопроводностью и своей опорной тепловоспринимающей поверхностью сопряжена или с испарителями ТТ, или со стойками.

Сравнительный анализ показывает, что заявляемый холодильник отличается от прототипа, в частности, тем, что развитые поверхности конденсаторов ТТ и часть стенки испарителя ХА образуют полость, полость герметична и имеет штуцер для заправки жидкостью с температурой фазового перехода ниже рабочей температуры испарителя ХА, например этиловым спиртом, ХАМ на основе водно-солевых систем, температура фазового перехода которого выше или равна рабочей температуре испарителя ХА, например, на основе хлоридов натрия, калия и аммония, теплопроводной пастой, например, кремнийорганической теплопроводной пастой КПТ-8, стойки для установки передвижной полки и испарители ТТ связаны в тепловом отношении (или выполнены как единое целое) и сопряжены с тепловоспринимающей поверхностью полки. Указанные отличия позволяют сделать вывод, что заявляемое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого устройства не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое устройство от прототипа. Это дает основание признать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

Для обоснования перечисленных выше критериев и достигаемого с их помощью положительного эффекта можно отметить следующее.

Не известно решение, в котором развитые поверхности конденсаторов ТТ и часть стенки испарителя ХА образуют полость, которая может быть герметичной и иметь штуцер для заправки, например, жидкостью с температурой фазового перехода ниже рабочей температуры испарителя ХА, ХАМ на основе водно-солевых систем, теплопроводной пастой. Герметичность полости может быть обеспечена, в частности, путем обвальцовки (обжатием) развитых поверхностей конденсаторов ТТ вокруг испарителя ХА или использованием специальных герметизирующих манжет (сальников). Указанные признаки улучшают ремонтопригодность холодильника, поскольку предлагаемая конструкция дает возможность заменять ХА без разрушения теплоизоляции и демонтажа ТТ. Поскольку испаритель ХА является прямолинейным, то это позволяет достаточно легко извлечь его из охлаждаемой камеры, развальцев предварительно обжимающие его поверхности конденсаторов ТТ. После повторной установки ХА развитые поверхности конденсаторов ТТ опять обжимают вокруг испарителя ХА. В случае манжетного уплотнения полости операции по извлечению и установке испарителя еще более упрощается. Перед заменой ХА необходимо слить содержимое полости и снять с испарителя ХА полку для льдоформы. Кроме того, наличие полости дает возможность реализовать в холодильнике условия для эффективного использования ХАМ, поскольку полость позволяет осуществлять непосредственную тепловую связь между источником холода и ХАМ. Эффективное применение ХАМ в составе бытового холодильника позволяет снизить суточное энергопотребление за счет уменьшения числа включений ХА при его периодическом режиме работы. Заправка полости (значительно меньшей по объему, чем для ХАМ) теплопроводной пастой или жидкостью с температурой замерзания ниже рабочей температуры испарителя ХА позволит значительно уменьшить контактное тепловое сопротивление между соприкасающимися поверхностями испарителя ХА и конденсаторов ТТ. Это повысит эффективность работы абсорбционного холодильника за счет снижения тепловых потерь.

Не известно решение, в котором стойки для установки передвижной полки связаны в тепловом отношении с испарителями ТТ (или выполнены с ними как единое целое) и сопряжены с опорной тепловоспринимающей поверхностью полки, выполненной из теплопроводного материала. Такое решение позволяет максимально задействовать практически все имеющиеся в охлаждаемой камере поверхности для улучшения теплообмена между испарителем ХА и охлаждаемыми продуктами путем создания наиболее рациональных условий для естественно-конвективного движения воздушных потоков в камере.

Все перечисленные выше признаки в совокупности повышают эксплуатационные характеристики предлагаемого абсорбционного холодильника.

На фиг. 1 изображен абсорбционный холодильник, вид сбоку в разрезе на фиг.2 то же, вид спереди; на фиг.3 то же, вид сверху; на фиг.4 разрез испарителя ХА и полости из поверхностей конденсаторов ТТ (расположенные внутри испарителя ХА трубы для подачи водорода и аммиака не показаны).

Абсорбционный холодильник содержит охлаждаемую камеру 1 со стойками 2 для установки передвижной полки 3. На задней стороне холодильника расположен абсорбционно-диффузионный ХА (не показан) с испарителем 4, связанным в тепловом отношении с развитыми наружными поверхностями 5 конденсаторов 6 ТТ. Испарители 7 ТТ своими развитыми наружными поверхностями 8 связаны в тепловом отношении со стенками камеры 1. ТТ выполнены из омегообразного профиля, который выполнен из материала с высокой теплопроводностью, например, из алюминиевого сплава. Развитые поверхности 5 конденсаторов 6 ТТ и часть стенки испарителя 4 ХА образуют полость 9, которая имеет штуцер для заправки (не показан). Полость 9 может быть загерметизирована путем обвальцовки (обжатием) развитых поверхностей 5 конденсаторов 6 ТТ вокруг испарителя 4 ХА, установкой специальных герметизирующих манжет (сальников) (не показаны) или каким-либо другим способом.

Испаритель 4 ХА установлен в верхней части охлаждаемой камеры 1 через отверстие в ее стенке, которое после установки испарителя 4 ХА в камере 1 герметизируется заглушкой 10. Заглушка 10 выполнена из упруго-пластичного материала, например, пенополиэтилена. Испаритель 4 ХА может быть выполнен из биметалла, например, из алюминиевого сплава А5 и низкоуглеродистой стали Ст. 10.

Предлагаемое решение позволяет отказаться от экологически вредной операции цинкования испарителя ХА, применением сварки упростить технологию обеспечения эффективной тепловой связи между конденсаторами ТТ и испарителем ХА.

Наличие неразъемного сварного соединения при замене ХА приводит к необходимости демонтажа ТТ. Для этого в конструкции холодильника предусмотрена съемная задняя теплоизолирующая панель (фиг.1 и 2). Однако, учитывая, что ХА рассчитан на долговременную работу без перезаправки и в процентном отношении количество отказов ХА незначительно, можно утверждать, что при крупносерийном производстве холодильников использование сварного соединения ТТ с испарителем ХА целесообразно.

На испарителе 4 ХА вне полости 9 закреплена с обеспечением тепловой связи полка 11 для льдоформы 12.

ТТ установлены так, что их испарители 7 связаны в тепловом отношении со стойками 2 через стенку камеры 1 с помощью стяжных элементов, например винтов (фиг.3). Возможен вариант, когда стойки 2 и испарители 7 ТТ выполнены как единое целое (не показан).

Передвижная полка 3 изготовлена из теплопроводного материала, и на ней предусмотрены узлы крепления, позволяющие без особых усилий переставлять полку по высоте камеры и консольно закреплять ее на стойках 2. Один из возможных вариантов реализации предложенного технического решения показан на фиг. 1 и 2. В данном случае полка 3 содержит в качестве элементов крепления крючки специальной конфигурации, а стойки 2 соответствующие приемные пазы, расположенные с определенным шагом по высоте. В закрепленном положении полка 3 своей опорной тепловоспринимающей поверхностью 13 сопряжена с соответствующими поверхностями стоек 2.

Абсорбционный холодильник работает следующим образом.

Перед началом работы полость 9 заполняют ХАМ на основе водно-солевых систем, температура фазового перехода которого выше или равна рабочей температуре испарителя 4 ХА, например на основе хлоридов натрия, калия и аммония (температура плавления минус 25,7 0,5^оС, теплота плавления 230 10 кДж/кг). Полость после заправки герметизируют.

После включения ХА температура испарителя 4 ХА начинает снижаться. Поскольку испаритель 4 имеет посредством ХАМ тепловую связь с развитыми поверхностями 5 конденсаторов 6 ТТ, то начинает снижаться и температура указанных конденсаторов. Это приводит к тому, что теплоноситель, находящийся в испарителях 7 ТТ, начинает испаряться, производя холодильное действие. Пары теплоносителя поступают по ТТ в конденсаторы 6 ТТ, где конденсируются, отдавая тепло содержимому полости 9 и испарителю 4 ХА. Образовавшийся конденсат поступает в испарители 7 ТТ, после чего испарительно-конденсационный цикл повторяется. Учитывая, что стенки камеры 1, стойки 2 и полка 3 выполнены из теплопроводного материала, это позволяет подключить к охлаждению практически все имеющиеся в камере 1 поверхности и обеспечить быстрое и равномерное захолаживание воздуха в полезном объеме холодильника. После достижения воздухом охлаждаемой камеры 1 требуемой температуры терморегулятор (не показан) отключает ХА. В дальнейшем терморегулятор обеспечивает цикличный режим работы ХА для поддержания в камере 1 заданной температуры.

ХАМ, находясь в полости 9, имеет непосредственную тепловую связь с испарителем 4 ХА. Это обеспечивает оптимальные условия для его охлаждения. Поскольку температура фазового перехода ХАМ выше или равна рабочей температуре испарителя 4, то водно-солевой раствор замерзает. В дальнейшем при отключении ХА ХАМ поддерживает в камере 1 необходимую температуру в период до следующего цикла производства холода (за счет отбора теплоты плавления от воздуха охлаждаемой камеры 1).

Чтобы исключить возможность возникновения избыточного деформирующего давления при кристаллизации водно-солевого раствора полость 9 заполняется ХАМ неполностью.

Если полость 9 конструктивно выполнена из сопряженных по длине с испарителем 4 ХА развитых поверхностей 5 конденсаторов 6 ТТ, то вполне целесообразно заправить ее жидкостью с температурой фазового перехода ниже рабочей температуры испарителя 4 ХА, например, этиловым спиртом. Данная жидкость заполнит микрозазоры между сопряженными поверхностями и улучшит тепловую связь между ними, поскольку теплопроводность жидкости значительно выше теплопроводности воздуха. Заправку жидкости в этом случае производят с таким расчетом, чтобы часть полости 9 осталась незаполненной для резерва под увеличение объема жидкости при температурном расширении.

Кроме перечисленных выше способов, полость 9 для обеспечения эффективного теплового контакта между соприкасающимися или сближенными поверхностями испарителя 4 ХА и конденсаторов 6 ТТ может быть заполнена теплопроводной пастой, например, кремнийорганической теплопроводной пастой КПТ-8. Данная паста химически инертна, негорюча, не оказывает раздражающего и общетоксичного действия на организм и отнесена по ГОСТ 12.1.007-76 к малоопасным веществам. В настоящее время паста КПТ-8 широко применяется для улучшения тепловой связи между узлами холодильника (например, между испарителем ХА и холодильной камерой) при серийном производстве на Васильковском заводе холодильников (г. Васильков Киевской обл.).

В случае использования теплопроводной пасты КПТ-8 в составе холодильника полость 9 может быть выполнена негерметичной. Это значительно упрощает производство и ремонт холодильника предлагаемой конструкции.

В настоящее время на заявляемый абсорбционный холодильник разработана конструкторская документация и изготовлена опытная партия (12 шт.). Испытания опытных образцов по методике ГОСТ 16317-87 дали положительные результаты, в частности снижение на 8.10% суточного энергопотребления по сравнению с холодильниками аналогичного класса традиционной конструкции.