Строение холодильника

Авторы изобретения: В. Н. Валялкин и М. А. Малкин

Заявитель: Минский завод  холодильников

ХОЛОДИЛЬНИК

Изобретение относится к холодильному оборудованию, а именно к холодильникам с принудительной циркуляцией воздуха, преимущественно, для хранения крови и других биологических продуктов.

Известен  холодильник для хранения биоматериалов с принудительной циркуляцией воздуха, включающий теплоизоляционную камеру. размещенный в ней воздухоохладитель и связанный с ним воздуховод, коробчатой формы, в боковых стенках которого имеются отверстия для поступления охлажденного воздуха в камеру холодильника.

Однако конструкция  данного холодильника не обеспечивает равномерного распределения температуры по всему объему камеры, в результате чего продукты, находящиеся в непосредственной близости от воздуховода, охлаждаются значительно в большей степени, чем остальные.

Наиболее  близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является холодильник подобного назначения, содержащий теплоизолированную камеру   с полками и дверью, испаритель, вентилятор, панель с отверстиями, установленную вдоль одной из стенок с образованием вертикального канала для прохода охлажденного воздуха.

Однако и  в этом холодильнике температура  по объему камеры распределена неравномерно, поскольку отепленный продуктами воздух возвращается в зону испарителя вдоль внутренней панели двери, поэтому близлежащие продукты имеют более высокую температуру, чем в других зонах камеры.

Цель изобретения - обеспечение  равномерного распределения температуры по объему камеры холодильника путем отделения отепленного воздуха от остальной его массы.

Цель достигается  тем, что в холодильнике, содержащем теплоизолированную камеру с полками и дверью, испаритель, вентилятор, панель с отверстиями, установленную вдоль одной из стенок с образованием вертикального канала для прохода охлажденного воздуха, вдоль стенки, противоположной панели, установлена дополнительная; панель с отверстиями с образованием канала для прохода отепленного воздуха, сообщенного с зоной размещения испарителя, при этом отверстия в панелях выполнены под вышерасположенными полками.

Кроме того, дополнительная панель имеет выступы под вышерасположенными полками, а отверстия выполнены на этих выступах.

Основная  панель установлена вдоль задней стенки холодильника, дополнительная панель - вдоль двери и в ней в зоне размещения испарителя выполнены отверстия, а под ним ребро для перекрытия доступа воздуха непосредственно из камеры в зону испарителя.

На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый холодильник, общий вид; на фиг. 2 — то же, вид спереди без дверей.

Холодильник содержит, камеру 1, образованную теплоизолированным шкафом 2 и дверью 3. В камере 1 установлены полки 4 для размещения продуктов, а в верхней ее части расположены испаритель 5 и вентилятор 
6, отделенные от охлаждаемого объема теплоизолированным блоком 7. Вдоль задней стенки шкафа 2 установлена панель 8 с отверстиями 9, кромки которой находятся вблизи боковых стенок, образуя зазоры 10 для прохода воздуха в объем камеры 1. Воздушный вертикальный канал 11 между задней стенкой шкафа 2 и панелью 8 сообщен с зоной размещения испарителя 5 и вентилятора 6. Вдоль двери 3 холодильника установлена другая панель 12 с отверстиями 13 с образованием воздушного канала 14, который связан с зоной размещения испарителя 5 через отверстия 15, выполненные в верхней части панели 12. Последняя имеет также выступы 16 с отверстиями 13 под вышерасположенными полками 4 и ребро 17 для перекрытия доступа воздуха непосредственно из объема камеры 1 в зону испарителя 5.

При работе холодильника охлажденный воздух от испарителя 5 посредством вентилятора 6 поступает в канал 11, а отсюда через отверстия 9 и зазоры 10 в объем камеры 1, при этом продукты на полках 4 омываются охлажденным воздухом как с боков, так и сверху. Отепленный воздух из камеры 1 через отверстия 13, выполненные на выступах 16 панели 1.2, проходит в канал 14, откуда через отверстия 15 в верхней части панели 1.2 поступает к испарителю 5.

Использование в предлагаемом холодильнике дополнительного канала 14 для отвода отепленного воздуха из камеры 1 в зону испарителя 5, наличие отверстий 9 и 13, выполненных соответственно на панелях 8 и 12, позволяет существенно повысить равномерность распределения температур по объему камеры и тем самым улучшить условия хранения биологических продуктов. В описываемом холодильнике отклонения от заданной температуры по всему объему камеры находятся в пределах ±1С, в то время как в прототипе температурная неравномерность составляет ±2 С.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Холодильник, содержащий теплоизолированную камеру с полками и дверью, испаритель, вентилятор, панель с отверстиями, установленную вдоль одной из стенок с образованием вертикального канала для прохода охлажденного воздуха, отличающийся тем, что, с целью обеспечения равномерного распределения температуры по объему камеры путем отделенияотепленного воздуха от остальной его массы, вдоль стенки противоположной панели, установлена дополнительная панель с отверстиями с образованием канала для прохода отепленного воздуха, сообщенного с зоной размещения испарителя, при этом отверстия в панелях выполнены под вышерасположенными полками. Холодильник по п. 1, отличающийся тем, что дополнительная панель имеет выступы под вышерасположенными полками, а отверстия выполнены на этих выступах.

2. Холодильник по п. 1, отличающийся тем, что основная панель установлена вдоль задней стенки, дополнительная панель — вдоль двери, а в ней в зоне размещения испарителя выполнены отверстия, а под ним ребро для перекрытия доступа воздуха непосредственно из камеры в зону испарителя.

 

2.Расчет основных элементов  конструкции холодильника

 

1. Расчет теоретического цикла.

 

В основе работы бытовой  компрессионной холодильной машины лежит теоретический цикл, которой  называется циклом с регенеративным теплообменником.

Перед расчетом теоретического цикла выполняется построение теоретического цикла холодильной машины в одной  термодинамических диаграмм состояния  холодильного агента.

Для построения теоретического цикла используется исходные данные и диаграмма состояния i-lg p   хладагента R134a. Исходные данные:

Хладагент R 134a

Температура кипения To= -25 C

Температура конденсации Tk= 55 C

Температура всасывания Tвс = -10 C

Удельная энтальпия  точки 3 определяется из уравнения теплового  баланса по формуле:

I3 - i3 = i1 - i1

i3 = i3 - i1 + i1

По известным термодинамическим  параметрам состояния определяется величины характеризующие цикл, и  сводятся в таблицу.

По формуле находим i3.

I3 = 280 - (410 - 385,4) = 255,4 кДж/кг

      Эта  энтальпия соответствует температуре 40 С.

По известным параметрам состояния таблицы производиться  расчет теоретического цикла.

• дельная массовая холодопроизводительность:

q_o = i₁ – i₄ = 385 – 255 = 130 (кДж/кг)

• Удельная объемная холодопроизводительность:

q_v = q_o / v_i = 130 / 0,185 = 702,7  (кДж/м)

• Количество теплоты, отводимой из конденсатора:

q_k = i₂ – i₃ = 470 – 283 = 187 (кДж/кг)

• Работа компрессора в адиабадическом процессе сжатия:

L = i₂ – i₁ = 470 – 412 = 58 (кДж/кг)

• Холодильный коэффициент:   

E = q_o / L = 130 / 58 = 2,24 ;  2 < E < 6 – цикл эффективный

Параметры хладагента.

№ Т	t , °C	P, мПа	V, м3/кг	i, кДж/кг	S, кДж/кгК
1	-25	0,127	0,160	385	1,73
1΄	10	0,127	0,185	412	1,85
2	55	0,640	0,014	470	1,72
2΄	95	0,640	0,017	440	1,85
3	55	0,640	-	283	-
3΄	40	0,640	-	255	-
4	-25	0,127	-	255	0,40

 

Теоретический цикл для  хладагента R 134a

 

 

 

 

2.2   РАСЧЁТ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХОЛОДОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ХОЛОДИЛЬНОГО АГРЕГАТА

 

Проектирование бытовых холодильников  ведется на основе теплового расчета  учитывающего виды теплопритоков, которые могут повлиять на изменения температурного режима в камере холодильника.

Исходные данные для расчета:

Компрессионный холодильник КШД 133/80 .

Внутренний рабочий  объем 305 дм³.

Внутренний объем холодильной камеры 133 дм³.

Внутренний объем низкотемпературной камеры 80 дм³.

Тип исполнения холодильника УХЛ для умеренных широт:

t_окр.ср. = 32°С 

t_НТК = -18°С

t_хк = 0…+5°С

Холодильный агент R 134А

Т_о = -25°С

Т_к = 55°С

Т_вс = 10°С

Изоляционный материал – пенополиуритан.

Наружный шкаф – углеродистая листовая сталь (Ст3).

Внутренний шкаф –  полистирол.

Теплопритоки через  стенку охлаждаемой камеры холодильника.

Q₁ = kFΔT, где

Q₁ – теплоприток, Вт;

k – коэффициент теплопередачи, Вт/мК;

ΔT – разность температур по обе стороны стенки, К;

F – площадь наружной поверхности ограждения, м³.

Коэффициент теплопередачи

 

k = 1/ (1/α _н + δ₁/ λ₁ + δ₂ / λ₂ + …+ δ _n / λ_n + 1 / α_вн) (*), где

α _н – коэффициент теплопередачи с внешней поверхности ограждения, Вт/мК;

α_вн – коэффициент теплопередачи с внутренней поверхности ограждения, Вт/мК;

δ – толщина отдельных  слоев конструкции ограждения;

λ – коэффициент теплопроводности изоляционного материала.

Расчет производится в следующей последовательности:

       Рассчитаем все возможные коэффициенты теплопередачи.

а) коэффициент теплопередачи  холодильной камеры по формуле (*)

t₁ – температура окружающей среды

t₂ –температура внутренней холодильной камеры

δ₁ – толщина внешней поверхности

δ₂ – толщина изоляции

δ₃ – толщина внутренней поверхности

λ₁ – коэффициент теплопроводности стали

λ₂ – коэффициент теплопроводности пенополиуритана

λ₃ – коэффициент теплопроводности полистирола

α_н = 22,7 Вт/мК                          α_вн = 9 Вт/мК

λ₁ = 81 Вт/мК

λ₂ = 0,029 Вт/мК

λ₃ = 0,14 Вт/мК

Все остальные данные возьмем с учетом проектирования

t = 32°С                 t₂ = 0° С          δ₁ = 0,6 мм          

δ₂ = 33 мм             δ₃ = 2 мм

k₁ = Вт/мК

б) рассчитывается коэффициент  теплопередачи низкотемпературной камеры

t = 32°С                 t₂ = -20° С          δ₁ = 0,6 мм          

δ₂ = 44 мм             δ₃ = 2 мм             α_вн = 3,5 Вт/мК

k₂ = Вт/мК

Геометрические размеры  холодильника

а) геометрические размеры  температурной камеры

где h₁ – высота морозильной камеры,

в – глубина морозильной камеры

Внутренний рабочий объем НТК – 80 дм³.

Объем камеры определяется по формуле:

V_HTK = α·в·h

Определим высоту камеры:

V_HTK = (0,6-0,08·2)(0,6-0,08·2)·h

h = 0,08/0,1936= 0,4132 м

Определим габаритный размер камеры НТК с учетом изоляции и  перегородок и учитывая то, что высота отсчитывается от средней линии в перегородке

1 – внутренняя и  внешняя стенка

2 – изоляционный слой

h = h + (8+5) 

h = 41,32 + (8+5) = 45,4= 0,454 м

б) геометрические размеры  холодильной камеры (хк)

    Внутренний  объем ХК:

      V_хк = 133 дм³

Объем холодильной камеры определяется по формуле:

V_хк = α·в·h, где

h – действительная высота холодильной камеры

V_хк = 133 дм³ = 0,133 м³            α = 0,6 м            в = 0,6 м

Толщина изоляции и перегородки 80 мм = 0,08 м

V_хк = (0,6-0,08·2)(0,6-0,08·2) h

h = 0,133/0,1936 = 0,686 м

Определим габаритный размер холодильной камеры, с учетом изоляции перегородок и учитывается то, что высота отсчитывается с учетом средней линии:

h₂ = h + (8+5) = 68,6 + 13 = 0,817 м

в) геометрические размеры камеры для хранения овощей и фруктов:

    Внутренний  объем ХК:

      V_хк = 92  дм³

Объем холодильной камеры определяется по формуле:

V_хк = α·в·h, где