Аналізатор енергетичної ефективності холодильного апарату

Аналізатор енергетичної ефективності холодильного апарата із паровим терморегулятором, до складу якого входять аналогові датчики температури, лічильник споживаної електричної енергії, керуючий випробуваннями програмований мікроконтролер та порт підключення до комп'ютера, яка відрізняється тим, що його виконано переносним аналізатором, через який холодильний апарат приєднується до мережі живлення, та таким, що має: три програмовані цифрові датчики температури, один з яких щільно прилягає до поверхні випарника на ділянці випаровування хладону, а U 1 3 До недоліку відомих стендів проведення теплових досліджень слід віднести: можливість їх улаштування лише в лабораторних умовах, шляхом утворення штучного клімату оточуючого середовища; потребу у значній кількості складного обладнання; можливість визначення тільки холодильної продуктивності компресора або холодильної машини в цілому без визначення реальних значень температур які можуть бути досягненні у морозильній і холодильній шафах; потребу у розгерметизації холодильної машини, яка підлягає випробуванню; виконання усіх видів робот у ручному режимі із подальшим аналізом отриманих результатів випробувань але вже не реального, а штучного холодильного апарату. Відома також автоматизована система [Гейер Г.В., Красовский И.Н., Афанасенко В.И. Измерительно-вычислительная система для исследований холодильной техники // Прогрессивная техника и технология машиностроения. Тезисы докладов международной научно-технической конференции. 12-15 сентября 1995 г. - Донецк: ДонГТУ, 1995.-c.338.] побудована на базі модулів серії 1-700 фірми ІСР DAS, Тайвань, і програмного забезпечення TRACE MODE 5 фірми AdAstra Research Group, Москва, для проведення теплоенергетичних випробувань холодильних апаратів на підставі вимірювально-обчислювального комплексу - ІВК без розгерметизації холодильного апарату. Комплекс забезпечує проведення випробувань холодильних апаратів у напівавтоматичному режимі із дотриманням вимог вітчизняних стандартів [ДСТУ 2295-93. Прилади холодильні електричні побутові. Загальні технічні умови. ДСТУ 3023-95. Прилади холодильні побутові. Експлуатаційні характеристики та методи випробувань] та зберіганням і обробкою результатів випробувань засобами ПЕОМ. Головними елементами комплексу є канали вимірювання: температур у морозильній і холодильній шафах; споживаної холодильником електроенергії; кількості циклів включення холодильної машини за відведений час досліджень. Тому, на початку випробувань холодильного апарату, в середню частину двері холодильної камери, на бар'єрну полицю і в геометричному центрі дна випарника морозильної шафи встановлюють термометри опору. Ручку терморегулятора холодильника встановлюють у середнє положення і вмикають холодильник у мережу живлення. Через деякий час, після виходу холодильної машини апарату в усталений режим роботи, фіксують показники датчиків температури - термоперетворювачів опору ТСМ-8114 або ТСМ0987, вимірювача спожитої електроенергії типу И440 і лічильника кількості циклів включення виключення компресора типу СЕІ-1, як початкових значень при відліку їх показань після завершення визначеної кількості досліджуваних циклів холодильної машини. Споживану електричну енергію і кількість циклів включення компресора за цей же час визначають по різниці кінцевого та початкового показань приладів. Холодильний прилад вважають таким, який пройшов випробування, якщо, при визначеній температурі оточуючого се 56237 4 редовища, температури в шафах і відділеннях холодильника, споживана електроенергія і кількість циклів включень компресора відповідають узагальненим вимогам до моделі холодильного апарату. Недоліком існуючого комплексу автоматизованої системи перевірки теплоенергетичних параметрів при проведені приймальноздавальних іспитів в умовах AT «НОРД», як провідного виробника холодильних апаратів в Україні, слід визнати: відсутність визначення головного показника їх конкурентної спроможності із існуючими зарубіжними їх аналогами, а саме енергетичної ефективності холодильної продуктивності і холодильного коефіцієнту, внаслідок обмежень повноти досліджень; значний рівень застосування ручної праці по контролю часу випробувань, фіксації даних вимірів їх обробки, прийняттю рішень і оформлення контрольного протоколу. Ці зауваження знижають якість випробувань, збільшують кількість помилкових рішень, а метрологічні характеристики застосованого обладнання ускладнюють проведення випробувань за умови європейських і міжнародних стандартів. Найбільш близьким за технічною реалізацією до корисної моделі, що заявляється, є модернізований пристрій автоматизованої системи з перевірки холодильних апаратів, впроваджений у AT «НОРД», який побудовано на базі модулів серії 1-700 фірми ІСР DAS, Тайвань із програмним забезпеченням TRACE MODE 5 фірми AdAstra Resesrch Group, Москва. У пристрою - прототипі, шляхом улаштування стаціонарної станції з перевірки холодильних апаратів, виконано повну автоматизацію процесу визначення теплоенергетичних параметрів при проведені їх приймально-здавальних випробувань шляхом впровадження штучної мережі датчик мікроконтролер - ПЕОМ із видачею контрольного протоколу результатів аналізу. Така мережа усунула ручну працю під час отримання результатів аналізу, підвищила їх якість, скоротила час випробувань холодильного апарату. Програмою випробувань холодильного апарату передбачено вимірювання температур в холодильній, морозильній шафах, у додатковій точці та оточуючому середовищі із похибкою не більше ±0,5 °С; споживаної двигуном компресора електричної енергії із відносною похибкою 1% та параметрів циклу - час роботи та стоянки компресора із похибкою не більше ±5с. Загальна тривалість випробувань обмежена у часі чотирма годинами. У якості вимірювальних приладів автоматизованої системи застосовані аналогові датчики температури - термоперетворювачі опору НСХМ-50М, лічильник електричної енергії «Енергія-9» типу CTK1-10.BU1M із програмою відстеження значень напруги, струму, потужності споживаної двигуном компресора та з телеметричним імпульсним виходом, електронним оптичним портом і інтерфейсом RS-485 для приєднування до ПЕОМ при виготовлені контрольного протоколу. Головними елементами автоматизованої системи є аналогоцифровий перетворювач вимірюваних величин температури, керуючий роботою станції програмо 5 ваний контролер, виконаний на базі однокришталевій мікро ЕОМ із оперативним запам'ятовуючим пристроєм типу MM K8575 та інтерфейс RS-485. Під час застосування системи не автоматизованими залишаються процедури встановлення і зняття термометрів опору та включення і виключення холодильного апарату. Недоліками прототипу - станції з перевірки холодильного приладу, слід вважати: стаціонарне улаштування усіх пристроїв, призначених для проведення лабораторних випробувань; обмеженість досліджень холодильного апарату тільки тепловими випробуваннями та виміром спожитої ним електричної енергії; значний проміжку часу проведення випробувань і, як слідство, значні витрати енергії на проведення атестації холодильного апарату; нездатність станції визначати найважливіший показник холодильного апарату холодильну продуктивність; неспроможність на підставі результатів випробувань визначити показник енергетичної ефективності холодильного апарату - холодильний коефіцієнт. Відсутність у прототипі синхронізованого включення холодильного апарату та автоматизованої системи відстеження вимірюваних параметрів, необґрунтовано збільшує час випробувань. В основу корисної моделі покладено завдання усунути означені недоліки шляхом створення аналізатора, який не потребує спеціальної підготовки холодильної машини і, як слідство, зайвих витрат часу на підготовку лабораторного обладнання для атестації холодильного апарату, забезпечує вимірювання і аналіз температур у його шафах при проведенні теплових випробувань, встановлює холодильну продуктивність, енергетичну досконалість холодильного апарату у максимально стислий час, а також, завдяки своїм малим розмірам, стане придатним для проведень технічного нагляду за дотриманням вимог стосовно ефективності вжитої холодильником електричної енергії за місцем його встановлення у споживача без будь-якої його підготовки. Поставлене завдання вирішується тим, що стаціонарно улаштована лабораторна станція із визначення теплоенергетичних параметрів холодильних апаратів із паровим терморегулятором до складу якої входять аналогові датчики температури, лічильник споживаної електричної енергії, керуючий випробуваннями програмований мікроконтролер та порт підключення до комп'ютера яку, згідно до корисної моделі, що заявляється, виконано переносним аналізатором енергетичної ефективності через який холодильний апарат приєднується до мережі живлення, та таким, що має три програмовані цифрові датчики температури, один з яких щільно прилягає до поверхні випарника на ділянці випаровування хладону, а інші розміщені поодинці всередині об'ємів морозильної і холодильної шаф і за показаннями яких через проміжне реле здійснюється вмикання або вимикання електричного двигуна привода компресора холодильної машини та вентилятора примусової конвекції повітря у холодильній шафі; лічильник електричної енергії, виконаний на мікроконтролері потужності; оптичну електричну 56237 6 пару для встановлення часу втікання тепла до шафи охолодження при відкритті її дверці та такі, вихідні цифрові сигнали від яких потрапляють безпосередньо до програмованого контролера і передаються у реальному часі через комбінований порт підключення до комп'ютера із подальшою їх візуалізацією, аналізом та аналітичним розрахунком холодильного коефіцієнту апарату, оформленням контрольного протоколу досліджень, за керуючою програмою, написаною на мові Visual Basic Application у програмному середовищі EXCEL.EXE. Відмінними ознаками корисної моделі, що заявляється є: мобільність і автономність роботи пристрою, що надає можливість застосувати його як у виробника холодильних апаратів під час проведення їх атестації так і за місцем їх використання у споживача; здатність проводити теплові випробування за вимогами ДСТ при одночасній можливості визначати холодильну продуктивність і холодильний коефіцієнт апарату на протязі одного циклу роботи холодильної машини в упорядкованому режимі; синхронізація включення холодильного апарату та автоматизованої системи відліку вимірюваних параметрів завдяки безпосередньому включенню двигуна компресора через аналізатор; повна автоматизація процесу атестації холодильного апарату за максимумом показників; можливість застосування приладу для проведення наукових досліджень із виявлення ознак переваги або незадовільної роботи холодильних апаратів з метою їх усунення. Виходячи з описаного рівня техніки, випливає, що вказані відміни корисної моделі, що заявляються, є новими. Завдяки застосуванню цифрових програмованих датчиків температури типу TCN75, які мають функцію завдання верхнього та нижнього порогу спрацьовування за встановленими дослідником температурами, доцільно при випробуваннях використовувати їх у якості терморегулятора високої точності підтримання температур у морозильній і холодильній шафах з будь-яким температурним гістерезисом. Застосований програмований мікроконтролер, що має на виході, два малопотужних транзисторних ключа, які керують двома додатковими силовими транзисторними ключами навантаженими на котушки проміжних електромагнітних реле постійного струму, а їх силові контакти придатні вмикати або вимикати електричний двигун компресора та вентилятор примусового охолодження конвекцією за умови досягнення встановлених дослідником температур у морозильній і холодильній шафах, зростають точність підтримання температур у шафах до рівня ±0,25 °С та точність аналізу енергетичної ефективності холодильного апарату оскільки один з них виконує функцію електронного терморегулятора замість парового аналогу, яким оснащують холодильні апарати, а другий - пускового реле електричного двигуна компресора. Лічильник активної потужності, споживаної електричним двигуном приводу компресора, виконаний електронним високошвидкісним приладом з розмірами 30х10х5мм, надто менше існуючих стаціонарних 7 лічильників та такий, що додатково вимірює і реактивну потужність двигуна та визначає його найважливіший показник - коефіцієнт потужності. Керуюча програма із розрахунку енергетичної ефективності холодильного апарату за результатами виміру температур у трьох точках шаф холодильника написана за авторською методикою на мові Visual Basic Application у програмному середовищі EXCEL.EXE і придатна для застосування у будь-якому комп'ютері. Загальний час проведення повного аналізу холодильного апарату, включаючи визначення енергетичної ефективності, наприклад в режимі холостого ходу без завантаження камер імітаторами теплового потоку - пакетами із піском, дорівнює одному циклу включення компресора і знаходиться в межах 8...12 хвилин, що у десятки разів менше ніж у прототипі. Всі процедури з проведення досліджень холодильного апарату, за винятком розміщення трьох датчиків температури у шафах, автоматизовані, а незначні загальні розміри аналізатора енергетичної ефективності 150х80х60 мм роблять його переносним приладом. Додаткове улаштування приладу електронною оптичною парою дозволяє встановити вплив відкриття двері холодильної камери на спроможність шафи холодильника запобігати зайвому втіканню тепла із оточуючого середовища і, тим, впливати на енергетичну ефективність холодильного апарату. У корисній моделі, що заявляється, дослідження проводяться у повністю автоматичному режимі із видачею контрольного протоколу, що унеможливлює вплив особи дослідника на якість результатів аналізу холодильного апарату. Завдяки автоматизації процесу випробувань холодильного апарату суттєво скорочується час їх проведення. На Фіг.1 подано схему корисної моделі, що заявляється. Аналізатор енергетичної ефективності холодильного апарату має три цифрові програмовані датчики температури 3 типу TCN75, програмований мікроконтролер 9 типу AT89C52-L з двома малопотужними транзисторними ключами 7, 12, виконаними на базі транзистору 2N7002, які навантажені на котушки проміжних електромагнітних реле 8, 13 постійного струму типу JQX-7F-1Z, що вмикають двигун 11 компресора та вентилятора 6 примусового охолодження, лічильник активної потужності 10, виконаний на мікроконтролері типу ADE7755ARS, електронну оптичну пару 2 із датчиком 1.50131RAB та приймачем SFN-313FA і комбінований порт RS232 підключення до комп'ютера 5 через драйвер 4 типу МАХ232А, а також малопотужний блок живлення 1, виконаний на регуляторі напруги LM7805. Аналізатор енергетичної ефективності холодильного апарату працює таким чином. До початку випробувань з атестації холодильного апарату три датчики температури 3 аналізатору встановлюються уручну по одинці на ділянці випаровування хладону у випарнику щільним приляганням до його поверхні та всередині об'ємів холодильної і морозильної шаф. Одночасно комбінований порт 5 приєднується до 56237 8 ПЕОМ в якій у середовищі EXCEL повинна бути встановлена відповідна програма, керуюча випробуваннями та розрахунками енергетичних показників холодильного апарату, яку написано на мові Visual Basic Application. Після вмикання аналізатору енергетичної ефективності до однофазної мережі живлення її напруга потрапляє до малопотужного блоку 1, живлячому постійним струмом всі ланки пристрою на рівнях ±5В та ±12В і, одночасно, до електричного двигуна 11 приводу компресора холодильної машини та 6 - приводу вентилятора примусового охолодження. Запуск програми моніторингу значень температури та споживаної холодильним апаратом електричної енергії і їх відлік починається відразу, як то передбачено програмою теплових випробувань, із видачею результатів на монітор комп'ютера та оформленням контрольного протоколу досліджень. Таким чином забезпечується синхронність початку випробувань холодильної машини із початком вимірювання її енергетичної досконалості. Холодильна машина починає відпрацьовувати розбіжність температури в неупорядкованому режимі роботи, яку встановлено в шафах холодильного апарату за допомогою власного парового терморегулятора або за допомогою програмованих датчиків температури 3, тимчасово виконуючих функцію терморегулятора та, поступово, виходить в упорядкований режим роботи. Випробування енергетичної досконалості холодильного апарату починається автоматично з моменту виходу його холодильної машини в упорядкований режим роботи, за умови, що тривалість часу циклів між послідовними включеннями двигуна компресора не відрізняється більш ніж на 5%, або у напівавтоматичному режимі - оператором у будь яку мить часу, який уручну запускає програму випробувань, кликнувши кнопкою миші на строчці „Пуск" керуючої програми. Тестування енергетичної досконалості апарату у автоматичному режимі роботи аналізатора починається в мить часу включення двигуна приводу компресора для циклу, який тестується та закінчуються у наступну мить включення двигуна компресора, тобто на протязі одного повного циклу його роботи. Заздалегідь запрограмований, мікроконтролер 9 встановлює послідовність і швидкість зчитування вимірюваних показників та їх передачу до ПЕОМ у програмне середовище EXCEL.EXE за допомогою драйверу 4 через комбінований порт підключення аналізатора 5, а саме: поточного часу, температур датчиків, інформації про відкриття двері холодильної шафи яка надходить від електронної оптичної пари 2, величини споживаної потужності, електричної енергії, що надходять від лічильника 10. По закінченню одного досліджуваного циклу роботи холодильної машини, програма випробувань холодильного апарату завершується із видачею його робочих характеристик на екрані монітору та контрольного протоколу. Виконання аналізатору енергетичної ефективності холодильного апарату згідно до опису, і його застосування при проведенні випробувань моделі побутового холодильника типу КШД160, підтвердили означені у опису переваги 9 56237 корисної моделі порівняно із пристроєм прототипом, а також надійність її роботи. На Фіг. 2 наведено загальний вигляд аналізатору енергетичної ефективності холодиль Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 10 ного апарату за місцем використання розміщення датчиків температури. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 та