Домашній холодильник

Изобретение относится к устройствам для опреснения соленой воды, очистки загрязненной водопроводной воды или концентрирования пищевых жидкостей вымораживанием в бытовых условиях и может быть использовано в приставках, установленных при домашних холодильниках. Известен домашний холодильник, имеющий в морозильном отделении льдогенератор (Патент США №4628699, 11.04.85). Он содержит корпус с горизонтально расположенной ячейкой-льдоформой для приготовления пищевого льда в виде кубиков. Однако такой льдогенератор не может быть использован для очистки загрязненной воды, так как он не содержит устройства для очистки льда от рассола. Он использует уже очищенную питьевую воду. Известен домашний холодильник, имеющий в морозильном отделении автоматический льдогенератор (Патент США №4628698, 09.01.85). Он содержит горизонтальный поддон, который может поворачиваться для сбора льда. Однако такой льдогенератор также не может использован для очистки воды. Известен домашний холодильник, содержащий теплоизолированный шкаф и холодильную установку, включающую последовательно соединенные в циркуляционный контур компрессор, конденсатор, испаритель морозильного отделения шкафа и содержащую подключенный трубопроводами после компрессора и параллельно конденсатору вертикальный опреснительный, размещенный в теплоизолированном кожухе снаружи шкафа льдогенератор-плавитель, в верхней части которого размещен приемный карман исходной соленой или водопроводной воды, дно которого состоит из льдообразующей поверхности на величину зазора, обеспечивающего пленочное натекание воды, а нижняя часть образует карман опресненной воды и рассола (Патент СССР №1808077, от 08.07.89). Такой льдогенератор позволяет опреснять соленую воду за счет отвода рассола от поверхности льда при его намораживании на поверхности льдогенератора-плавителя и последующем плавлении с промывкой льда расплавом. Недостатки этого известного холодильника - низкая производительность по очищенной воде вследствие длительного времени плавления льда теплом окружающей среды (около 3-х часов), потери холода в окружающую среду через перфорацию кожуха, недостаточное понижение солесодержания в опресненной воде при использовании морской воды в качестве исходной вследствие промывки льда только с наружной поверхности ледяного слоя. Задача, на решение которой направлено предложение: сокращение времени таяния льда и вследствие этого повышение производительности льдогенератораплавителя, снижение солесодержания опресненной воды, снижение потерь холода в окружающую среду. На фиг.1 представлена схема подключения льдогенератора-плавителя к холодильной установке домашнего холодильника в точках А и Б и конструктивные элементы секций льдогенератора-плавителя во взаимосвязи; на фиг.2 - схема конструкции двухсекционного золотникового распределителя; на фиг.3 - график изменения давления конденсации Pк при перемещении во времени t из одного крайнего положения 1 в другое 11. Поставленная задача достигается тем, что в домашнем холодильнике, содержащем теплоизолированный шкаф и холодильную установку, включающую последовательно соединенные в циркуляционный контур компрессор, конденсатор, испаритель морозильного отделения шкафа и содержащую подключенный трубопроводами после компрессора и параллельно конденсатору вертикальный опреснительный, размещенный в теплоизолированном кожухе шкафа льдогенератор-плавитель, в верхней части которого размещен приемный карман исходной соленой или водопроводной воды, дно которого отстоит от льдообразующей поверхности на величину зазора, обеспечивающего пленочное натекание воды, а нижняя часть образует карман опресненной воды и рассола, льдогенератор-плавитель выполнен из 2 - х параллельно установленных секций, соединенных между собой через регулирующий вентиль в нижней части секций и через паровой распределитель в верхней части секций. Кроме того, на наружной поверхности секций трубчатого льдогенератора-плавителя навиты спиральные ребра высотой и шагом 6 - 12мм, при этом в верхней части на длине, соответствующей 1/3 длины секции и вокруг нее установлен спирально-трубчатый теплообменник, вход которого соединен через паровой распределитель с линией нагнетания компрессора, а выход со входом этой секции льдогенератораплавителя, причем дно приемного кармана исходной воды снабжено отверстием диаметром 1,5 - 3мм, расположенным на стыке дна кармана и корпуса секции льдогенератора-плавителя и на стороне, противоположной входу пара в секцию льдогенератора-плавителя, а на линии слива установлен распределитель сильфонный, термочувствительный баллон которого имеет тепловой контакт со дном секции для закрытия линии при нагреве баллона от конденсации холодильного агента. Кроме этого, паровой распределитель выполнен золотниковым, состоит из 2 - х секций - низкого и высокого давлений пара, расположенных в одном цилиндрическом корпусе с общим золотником, имеющим четыре равноудаленных друг от друга поршня, причем секция низкого давления пара соединена в своей средней части со входом компрессора, а по краям через попеременно открывающиеся окна с выходом секций льдогенератора-плавителя, секция высокого давления пара соединена в средней своей части с выходом компрессора, а по краям через попеременно открывающиеся окна со входом в секции льдогенератораплавителя, при этом торцевые полости секции низкого давления снабжены линиями для подвода импульса давления конденсации на золотник через обратные клапаны, настроенные на предельные значения давления конденсации, а также линиями перепуска в среднюю полость этой секции через регулирующие вентили. Применение в качестве секций льдогенератора-плавителя двух параллельных труб, переключающихся из режима испарения хладоагента в режим его конденсации и обратно с помощью золотникового распределителя позволяет использовать для плавления льда тепло конденсации хладоагента, что уменьшает тремя таяния льда, а также уменьшает потери холода. Это приводит к повышению производительности льдогенератора по опресненной воде в 2 - 3 раза. Кроме того, плавление льда как с наружной, так и с внутренней поверхности позволяет реализовать промывку слоя льда во всем его объеме, что снижает остаточное солесодержание опресненной воды и расширяет возможности льдогенератораплавителя по его использованию, например, для концентрирования соков или молока в домашних условиях. Применение навивки из ребер на трубах секций льдогенератора-плавителя сужает фронт набегания кристаллизуемой воды на охлаждающей поверхности (т.е. увеличивает коэффициент орошения - расхода воды, приходящейся на единицу длины фронта, перпендикулярному набегающему потоку воды, кг/(м с)). Опытами установлено, что чем больше этот коэффициент, тем лучше лед опресняется в процессе своей кристаллизации. На плоском льдогенераторе при малых расходах воды невозможно получить равномерно сток воды в виде тонкой пленки. Опытами установлено, что при стоке на трубке вода собирается в виде струйки (корпускулы), которая стекает вниз винтообразно. Кроме того навивка из ребер уменьшает как время льдообразования, так и время таяния льда: скорость льдообразования увеличивается за счет увеличения коэффициента теплоотдачи от воды к льдообразующей поверхности при увеличенной скорости воды, скорость таяния льда увеличивается за счет удерживания тающего льда ребрами навивки, что сохраняет тепловой контакт тающего льда с теплой поверхностью плавителя. Ускоренные льдообразование и плавление льда способствует также уменьшению холодопотерь в окружающую среду. Навивка капиллярных трубок спирально-трубчатого теплообменника на верхней части секций льдогенератора-плавителя, не касающихся наружных кромок ребер, приводит к подплавлению наружной поверхности льда, что способствует его промывке от солей. Тот же результат обеспечивается и с внутренней стороны льда путем конденсации агента внутри трубы. Таким образом, созданы условия, снижающие солесодержание льда и его расплава как в процессе льдообразования, так и в процессе таяния льда. Кроме того, навивка труб теплообменника на верхнюю часть секций льдогенератора-плавителя ускоряет время таяния льда (во время режима таяния) за счет подвода тепла ко льду и с наружной поверхности ледяной корки. Хладоагент, конденсируясь в трубках этого теплообменника, полезно регенерирует холод таяния льда, таким образом уменьшая и холодопотери. Использование в дне приемного кармана солей воды отверстия, а не щели, как в прототипе, согласуется с тем опытным фактором, что при малых расходах вода стекает через такие щели только в одном месте. Струйное (корпускулярное) вытекание исходного раствора на поверхность льдообразования увеличивает производительность по льду и уменьшает солесодержание льда. Размещение ввода горячего пара в верхнюю часть секций льдогенератора-плавителя ниже дна приемного кармана исходной воды и на стороне противоположной стороне размещения отверстия обеспечивает нерасплавление льда, закупорившего это отверстие и, таким образом, препятствует загрязнению льда протоком исходной воды во время процесса таяния и промывки льда. Двухходовой двухсекционный золотниковый распределитель, размещенный на всасе и нагнетании компрессора, с системой трубопроводов обеспечивает взаимосвязанную поочередную работу секций льдогенератора-плавителя в процессах кипения агента (льдообразования) и конденсации агента (плавления льда). Распределитель сильфонный, установленный на линии слива рассола, обеспечивает своевременность перекрытия этой линии и не допускает потери и засоления опресненной воды. Согласно фиг.1 секции 1 и 2 льдогенератора-плавителя соединены между собой снизу через регулирующий вентиль 3 и сверху - через секцию низкого давления 4 и секцию высокого давления 5 золотникового распределителя с линиями всаса и нагнетания компрессора 6. Для данной схемы льдогенератора-плавителя применяется стандартная холодильная установка домашнего холодильника, включающая компрессор 6, испаритель 7 морозильного отделения, терморегулирующий вентиль 8, конденсатор 9 и регенеративный теплообменник 10. При отсутствии необходимости работы льдогенератора-плавителя закрывают подачу исходной воды и вентиль 3. Для включения льдогенератора-плавителя постепенно открывают вентиль 3 и подачу исходной воды. Согласно фиг.2 в двухсекционном золотниковом распределителе секция низкого давления 4 и секция высокого давления 5 расположены в одном цилиндрическом корпусе с общим золотником, имеющим четыре равноудаленных друг от друга поршня 11, 12, 13 и 14. Секция низкого давления пара 4 соединена в средней части с входом компрессора 6, а по краям через попеременно открывающиеся окна 15 и 16 с выходами секций льдогенератора-плавителя 1 и 2. Секция высокого давления пара 5 соединена в средней части с выходом компрессора 6, а по краям через попеременно открывающиеся окна 17 и 18 со входами в секции льдогенератора-плавителя. Торцовые полости секции низкого давления снабжены линиями 19 и 20 для подвода импульса давления конденсации через обратные клапаны 21 и 22, настроенные на предельные значения давления конденсации ПкII и РкII, а также линиями перепуска 23 и 24 в среднюю полость этой секции через регулирующие вентили 25 и 26. Кроме этого, секция низкого давления снабжена в торцовой части пружиной 27, сжатие которой при перемещении золотника или поршня из положения I в положение II осуществляется под действием давления конденсации, равном значению Pк. Секция высокого давления снабжена также линией 27 для выравнивания давления в торцевых полостях секции. На фиг.3 представлен характер перемещения золотника во времени t (сплошная линия I) под действием импульса давления, проходящего через обратные клапаны 21 и 22 по достижению давления конденсации предельных значений PКI и PкII. Характер изменения давления конденсации во времени представлен пунктирной линией 2. Настройка клапана 22 на давление срабатывания PкII = PкI + Pк, большее, чем давление срабатывания клапана 21, позволяет реализовать периодическое перемещение золотника для попеременного переключения секций льдогенератора-плавителя из режима льдообразования в режим плавления и обратно. Секции льдогенератора-плавителя выполнен из труб 28 диаметром 20 - 30мм, имеющих навивку из спиральных ребер высотой и шагом 6 - 12мм. Труба секции льдогенератора-плавителя включает в 1/3 верхней части навивку из капиллярной трубки 29 (спирально-трубчатый теплообменник), отстоящей на расстоянии 10мм от наружных кромок ребер 30 секций льдогенератора-плавителя, нижний конец которой соединен с нагнетанием компрессора 6 через золотниковый распределитель трубкой 31, а верхний конец трубки 29 соединен с верхней стороной секций льдогенератора-плавителя ниже дна 32 приемного кармана исходной воды 33 на 30 - 100мм и на стороне трубы 28, противоположной стороне размещения отверстия 34. Это отверстие имеет иглу 35, закрепленную на кронштейне (не показан) и предназначенную для периодической чистки отверстия 34. Секции льдогенератора-плавителя совершенно одинаковы. Каждая из них помещена в теплоизолированном кожухе 36, дно которого образует приемный карман 37 опресненной воды и рассола. Эти карманы имеют трубки слива рассола 38 и опресненной воды 39. Слив 39 расположен выше слива 38 на 5 - 8мм. На линии слива рассола 38 расположен распределитель сильфонный 40, термочувствительный баллончик 41 которого прикреплен в тепловой контакт с дном трубы 28 секции льдогенератора-плавителя. Баллончик 41 и распределитель 40 соединен капиллярной трубкой 42. В конструкции предусмотрен теплообменник исходной воды 43, фильтр 44 воды от взвешенных частиц, бак 45 опресненной воды с переливной трубой 46. Предлагаемое устройство работает следующим образом. Для пуска льдогенератора-плавителя приоткрывают вентиль 3 и подают исходную воду, поддерживая минимальный перелив из приемного кармана 33. Затем постепенно открывают вентиль 3, увеличивая производительность льдогенератора. Разность давлений кипения и конденсации хладоагента в секциях 1 и 2, соответствующая переключению режимов их работы, регулируется соответствующими винтами обратных клапанов 21 и 22. Согласно схемам на фиг.1 и 2 для фиксированного момента времени (tф на фиг.3) хладоагент, сжатый компрессором 6, поступает через золотниковый распределитель в секцию i льдогенератора-плавителя, где конденсируется (при предварительном снятии перегрева в трубке 29). Из этой секции хладоагент циркулирует через дроссельный вентиль 3 в секцию 2, где испаряется при давлении всасывания компрессора 6 с поглощением тепла от потока исходной воды, часть из которой замерзает на поверхности трубы 28. Нагрузка льдогенератора уменьшается при увеличении толщины намерзаемого льда за один цикл до переключения окон и не регулируется (отверстие 34 по сечению постоянно). Максимальное количество намерзаемого льда за цикл ограничивается требованием сохранения зазора между поверхностью льда и змеевиком 29. Исходная вода из водопровода (или из соленого источника) очищается от взвешенных частиц в фильтре 44, охлаждается в теплообменнике 43 до 8°C и поступает в приемный карман 33 секции 2. Затем она проходит через отверстие 34 и стекает по трубе 28, вращаясь на ребрах 30 по спирали, в виде тонкой струйки и частично замораживается (меньшая часть, примерно 1/5). Большая ее часть (4/5) протекает над образуемым льдом, смывая примеси над ним. Через карман 37, трубку 38 и распределитель сильфонный 40 рассол сливается в канализацию. Чтобы получить пресный лед, плотность орошения должна быть не ниже 120 + 3000кг/(м × с). После замораживания воды между ребрами закрывается также льдом отверстие 34 и проток воды прекращается. В секции 1 при конденсации агента лед плавится. В первую очередь он плавится как с наружной поверхности (от теплоты перегрева пара агента, передаваемого лучеиспусканием от змеевика 29), так и с внутренней стороны (со стороны трубы 28). Это приводит к промывке оставшейся массы льда со сбросом рассола в карман 37. Через некоторое время (20 - 30сек) промывка заканчивается, а термобаллончик 41 нагревается, повышая через трубку 42 давление газа в сильфоне распределителя 40 (I - ой секции). Сильфон удлиняется, закрывая слив рассола по трубке 38. Под действием тепла конденсации промытый лед продолжает плавиться, а его расплав - опресненная вода - через трубку 39, теплообменник 43 сливается в бак 45. Пары агента после его кипения в секции 2 через золотниковый распределитель поступают на всасывание компрессора 6. В данной конструкции льдогенератора-плавителя все элементы установлены так, что каждый их них приводит к уменьшению солесодержания опресненной воды: 1. При замораживании вода движется по льдообразующей поверхности с повышенной скоростью (так как максимально узок фронт движения воды). 2. Замораживание на трубе начинается с нижней части льдогенератора (т.е. слив примесей на поверхности льда максимальный). 3. Плавление льда охватывает все поверхности льда (снаружи и внутри). 4. Плавление льда начинается сверху (так как сверху расположен наиболее горячий участок трубы), что обеспечивает промывку нижнего слоя льда. 5. Разность температур в процессе теплопередачи при льдообразовании поддерживается вентилем 3 небольшой (4 - 5°C) и независимо от работы компрессора на испаритель 7 домашнего холодильника. Согласно расчетным и экспериментальным данным предлагаемое устройство, выполненное в виде приставки к холодильнику "Днепр" позволяет вырабатывать опресненную воду в количестве 1л/ч с остаточным содержанием солей, удовлетворяющих качеству питьевой воды. Производительность предлагаемого устройства в 3 - 4 раза больше, чем у прототипа за счет использования тепла конденсации хладоагента для плавления льда, а также снижения потерь холода благодаря герметизации теплоизолирующего кожуха. Кроме этого, степень разделения солей в опресненной воде и рассоле в предлагаемом устройстве выше, чем у прототипа за счет промывки льда по всему объему ледяного массива, что позволяет использовать домашний холодильник и для концентрирования в домашних условиях пищевых жидкостей, например вина, разбавленного молока, соков и др.