Абсорбційний холодильник

Изобретение относится к холодильной технике, в частности, к бытовым абсорбционным холодильникам. Известен абсорбционный холодильник-прототип [I, с.222-231, рис.90], содержащий теплоизолированный шкаф с проемом в задней стенке, в котором установлен блок и абсорбционно-диффузионный холодильный агрегат (АДХА) с испарителем. Испаритель АДХА в конструкции прототипа располагается непосредственно, в объеме НТО и ХК в вер хних и х частях. Объемный блок является неотъемлемой частью АДХА. Съемная конструкция позволяет достаточно просто произвести замену вышедшего из строя АДХА. Существенными недостатками прототипа являются низкие эксплуатационные характеристики: 1. Невысокий полезный объем холодильника, особенно НТО, из-за расположения испарителя АДХА непосредственно в объеме НТО и ХК. 2. Высокое энергопотребление и недостаточно низкий уровень температур в НТО (не ниже минус 12°С), связанные, в первую очередь, с малой величиной рабочей поверхности испарителей. Достаточное увеличение величины рабочей поверхности испарителей ограничивается величиной полезного объема НТО и ХК. В основу изобретения поставлена задача создания абсорбционного холодильника, в котором высокие эксплуатационные характеристики обеспечиваются адиабатно-дискретным режимом работы испарителя в теплоизолированном блоке и за счет этого повышается полезный объем как НТО, так и ХК, а также снижается уровень рабочих температур (до режима "три звездочки"). Очевидно, что в быту при прочих равных энергетических параметрах предпочтение отдадут модели с большим полезным объемом (особенно НТО) и меньшими рабочими температурами хранения продуктов и полуфабрикатов. Поставленная задача решается тем, что в абсорбционном холодильнике, содержащем теплоизолированный шкаф с проемом в задней стенке, в котором установлен блок, и абсорбционнодиффузионный холодильный агрегат, согласно изобретению блок выполнен в виде короба, залитого пенополиуретаном, с корпусом из полимерного материала, короб имеет тепловоспринимающую поверхность, обращенную во внутреннюю полость шкафа и выполненную из металла с высокой теплопроводностью, при этом тепловоспринимающая поверхность имеет по периметру отверстия, в которых находится полимерный материал, герметично связывающий тепловоспринимающую поверхность с остальной частью короба, а пенополиуретан в местах контакта с воздушной средой покрыт защитной герметичной оболочкой, испаритель расположен внутри короба, залит пенополиуретаном и имеет тепловую связь с тепловоспринимающей поверхностью короба, причем в случае однокамерного шкафа на тепловоспринимающей поверхности со стороны холодильной камеры крепится оребренная панель, выполненная из металла с высокой теплопроводностью, а в случае двухкамерного холодильника с низкотемпературным отделением и холодильной камерой теплопередающая поверхность разделена на верхнюю часть, имеющую тепловую связь с низкотемпературным отделением, и нижнюю часть, имеющую тепловую связь с холодильной камерой, низкотемпературное отделение выполнено в виде короба с корпусом из металла с высокой теплопроводностью, испаритель имеет как минимум два прямолинейных участка - низкотемпературный и высокотемпературный, при этом низкотемпературный испаритель крепится к верхней части теплопроводной пластины, которая со стороны камеры связана в тепловом отношении с задней стенкой короба низкотемпературного отделения, а высокотемпературный испаритель крепится к нижней части теплопроводной пластины, на которой со стороны камеры установлена оребренная панель, выполненная из металла с высокой теплопроводностью. Эффективность решения поставленной задачи согласно изобретению может возрасти за счет того, что на боковых стенках короба низкотемпературного отделения установлены испарительный участок тепловых труб или двухфазных термосифонов, а конденсационные участки на задней стенке короба. Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявленного изобретения и достигаемым техническим результатом, в качестве которого выступает более высокий полезный объем холодильника, пониженный температурный режим охлаждения и хранения при прочих идентичных условиях, заключается в следующем. Признак "блок выполнен в виде короба, залитого пенополиуретаном, с корпусом из полимерного материала" указывает на характер теплоизоляции и место установки испарителя. Признак позволяет обеспечить адиабатность испарителя в местах, где он не имеет тепловой связи с тепловоспринимающей поверхностью блока. Частичная адиабатность, в свою очередь, обеспечивает возможность перераспределения холодильной мощности испарителя на переохлаждение как жидкого аммиака, так и бедной парогазовой смеси, и как следствие, снизить уровень рабочих температур в НТО и ХК. Признак "короб имеет тепловоспринимающую поверхность, обращенную во внутреннюю полость шкафа и выполненную из металла с высокой теплопроводностью" позволяет обеспечить эффективную теплопередачу от стенок НТО и от панели ХК, понизив тем самым термическое сопротивление цепи "полезный объем испаритель АДХА". В конечном счете достигается снижение уровня температур в НТО и ХК. Признак "тепловоспринимающая поверхность имеет по периметру отверстия, в которых находится полимерный материал, герметично связывающий тепловоспринимающую поверхность с остальной частью короба, а пенополиуретан в местах контакта с воздушной средой покрыт защитной герметичной оболочкой" показывает на то, как обеспечивается герметичность объема ППУ в целях устранения его контакта с воздушной средой. Эти мероприятия позволяют снизить процесс взаимодиффузии газа-носителя ППУ (в качестве которого обычно выступает хладон-12) и влаги из воздушной среды. В противном случае в процессе длительной эксплуатации в объеме блока ППУ начинает скапливаться влага. При работе испарителя вода замерзает, снижая монолитность и ухудшая теплоизоляционные характеристики ППУ. Очевидно, что все это увеличит тепловые перетечки в камеры холодильника, и, в конечном счете, приведет к росту рабочих температур. Немаловажен и тот факт, что в местах скопления влаги образуется и микрофлора, которая приводит к появлению неприятного запаха в камерах холодильника. Указанный выше признак помогает устранить все перечисленные моменты. Признак "испаритель расположен внутри короба, залит пенополиуретаном и имеет тепловую связь с тепловоспринимающей поверхностью короба" позволяет обеспечить адиабатно-дискретную компановку испарителя, которая обеспечивает перераспределение холодильной мощности на предварительное переохлаждение бедной парогазовой смеси и жидкого аммиака. Процесс переохлаждения позволяет получить более низкий температурный потенциал в испарителе АДХА и камерах холодильника. Признак "в случае однокамерного шкафа на тепловоспринимающей поверхности со стороны холодильной камеры крепится оребренная панель, выполненная из металла с высокой теплопроводностью, а в случае двухкамерного холодильника с низкотемпературным отделением и холодильной, камерой теплопередающая поверхность разделена на верхнюю часть, имеющую тепловую связь с низкотемпературным отделением и нижнюю часть, имеющую тепловую связь с холодильной камерой" указывает на тип тепловой связи между испарителем АДХА и различными типами конструктивного исполнения холодильников, которая обеспечивает достижение технического результата в части увеличения полезного объема холодильного шкафа. Признак "низкотемпературное отделение выполнено в виде короба с корпусом из металла с высокой теплопроводностью" обеспечивает однородное изотермическое поле в объеме НТО на низком температурном уровне. При этом признак позволяет вынести за пределы шкафа испаритель АДХА и тем самым увеличить полезный объем НТО. Признак "испаритель имеет как минимум два прямолинейных участка - низкотемпературный и высокотемпературный, при этом низкотемпературный испаритель крепится к верхней части теплопроводной пластины, которая со стороны камеры связана в тепловом отношении с задней стенкой короба низкотемпературного отделения, а высокотемпературный испаритель крепится к нижней части теплопроводной пластины, на которой со стороны камеры установлена оребренная панель, выполненная из металла с высокой теплопроводностью" указывает на то, как достигается технический результат в случае двухкамерного холодильника с НТО (или морозильной камерой). Два витка испарителя в этом случае позволяют реализовать два температурных режима: низкотемпературного хранения (не выше минус 18°С) и холодильного хранения (не выше 5°С при температуре окружающего воздуха 32°С). Признак "на боковых стенках короба низкотемпературного отделения установлены испарительные участки тепловых тр уб (ТТ) или двухфазных термосифонов, а конденсационные участки - на задней стенке короба" позволяет более эффективно осуществлять организацию отвода тепла из НТО и обеспечивать большую равномерность температур в объеме. На фиг. 1 изображен разрез двухкамерного абсорбционного холодильника, вид сбоку; на фиг. 2 - общий вид двухкамерного холодильника, вид спереди без двери; на фиг. 3 - разрез однокамерного абсорбционного холодильника, вид сбоку; на фиг. 4 - разрез съемного короба двухкамерного абсорбционного холодильника; на фиг. 5 - разрез короба однокамерного абсорбционного холодильника; на фиг. 6 - общий вид тепловоспринимающей поверхности короба; на фиг, 7-9 приведен разрез различных вариантов конструкций испарителей АДХА: на фиг. 7 - канал жидкого аммиака крепится к наружной стороне испарителя; на фиг. 8 канал жидкого аммиака расположен в межтрубном пространстве испарителя; на фиг. 9 - канал жидкого аммиака расположен аксиально. Абсорбционный холодильник содержит теплоизолированный шкаф 1, с проемом в задней стенке. В проеме установлен короб: 2, корпус 3 которого выполнен из полимерного материала, а внутренний объем залит ППУ. Поверхность ППУ в местах контакта с воздушной средой закрыта защитной герметичной оболочкой 4, в качестве которой может быть использован, например, целлофан, фольга и др. Внутренний объем шкафа двухкамерного холодильника разделен перегородкой 5 на НТО 6 и ХК 7. Корпус 8 НТО 6 выполнен из металла с высокой теплопроводностью, например, из пищевого алюминия. Задняя стенка корпуса 8 НТО 7 связана при помощи резьбовых соединений 9 с верхней тепловоспринимающей пластиной 10 короба 2. На нижней тепловоспринимающей пластине 11 установлена оребренная панель 12. Пластины 10 и 11, а также панель 12 выполнены из металла с высокой теплопроводностью (алюминия). Герметизация НТО 6 и ХК 7 обеспечивается уплотненной вставкой 13. Испаритель АДХА в случае двухкамерного холодильника имеет низкотемпературный участок 14 (НТИ) и высокотемпературный 15 (ВТИ). НТИ 14 и ВТИ 15 крепятся при помощи хомутов 16 и 17, соответственно, к верхней 10 и нижней 11 тепловоспринимающей пластины. В целях снижения термического сопротивления в зоне контакта между испарителями 14 и 15 и пластинами 10 и 11 может быть установлен высокопористый ячеистый материал с высокой скелетной теплопроводностью в сжатом состоянии. В случае однокамерного холодильника коробка имеет одну тепловоспринимающую пластину 18, на которой крепится оребренная панель 19. Крепление панели 19 осуществляется как одним участком НТТ 14 (фиг.3), так и с НТИ и ВТИ по аналогии с двухкамерным холодильником (на фигурах не показано). Крепление коробки 2 на шкаф 1 осуществляется при помощи резьбовых разъемных соединений 20. Теплорассеивающие панели 10, 11 и 18 имеют одинаковую конструкцию (фиг. 6) и отличаются лишь герметическими размерами. Панели 10, 11 и 18 в зоне теплового контакта выполнены выпуклыми и имеют по периметру ряд отверстий 21, которые могут иметь различные размеры. Испаритель АДХА выполнен в виде трех-поточного теплообменника. Могут быть использованы три варианта конструктивного исполнения испарителя АДХА (фиг.7-9). Все конструкции содержат внешний корпус 22, на внутренней поверхности которого нанесена радиальная канавчатая капиллярная структура, канал очищенной ПГС 23 и канал подачи жидкого аммиака 24. Подача аммиака осуществляется в межтрубное пространство 25, где он. стекая по канавкам, распределяется по всему периметру канала 22. В межтрубном пространстве 26 происходит испарение аммиака в ПГС с производством искусственного холода. Часть холода используется для переохлаждения очищенной ПГС и жидкого аммиака. Наиболее эффективное охлаждение достигается в конструкции испарителя, приведенной на фиг. 8, наименее эффективное - в конструкции, приведенной на фиг. 9. Вместе с тем, с точки зрения технологии изготовления наиболее целесообразно использование конструкции испарителя, приведенной на фиг. 7. Работу абсорбционного холодильника рассмотрим на примере конкретного выполнения конструкции. АДХА с коробом 2 устанавливается в проем шкафа серийного холодильника АШ-150 типа "Кристалл-4041". Холодильный шкаф двухкамерный, полный объем НТО 14 дм 3. НТО выполнена в виде алюминиевого короба с толщиной стенок 3 мм. Поверхность коробки, обращенная внутрь шкафа 1, монтируется на литформе. Полимерная масса подается в литформу и охватывает по периметру тепловоспринимающие пластины 10, 11, 18, при этом полимерная масса заходит в отверстия 21 и связывает пластины 10,11, 18 с корпусом 3 коробки 2. На тепловоспринимающей пластине 11 короба 2 при помощи разъемных резьбовых соединений крепится оребренная панель 12. Длина панели 342 мм, высота 144 мм, высота ребра 55 мм, длина ребра 120 мм, толщина ребра 1,2 мм, шаг ребра 9 мм, число ребер 28 шт., материалребра и панели алюминий. В целях интенсификации теплообмена в зоне контакта между пластинами 10, 11, 18 и панелями 12, 19, а также задней стенкой короба НТО 8 наносится слой теплопроводной пасты КПТ-8. При сборке (стяжке) теплопроводная паста заполняет все неровности контактирующих поверхностей, короб 2 с АДХА (на фиг. не показан) устанавливается в проем шкафа 1 и крепится резьбовыми соединейиями 20. После чего в полости НТО 6 устанавливается короб 8 и крепится резьбовыми соединениями 9 к панели 10. В конструкции используется испаритель, приведенный на фиг. 7. Крепление прямоугольных участков испарителя 14 и 15 к панелям 10 и 11 осуществляется хомутами 16 и 17. В межконтактных зазорах установлен сжатый высокопористый ячеистый материал (ВПЯМ), пропитанный пастой КПТ-8. При использовании: ВПЯМ из меди эффективная теплопроводность в зазорах составляет 80-110 Вт/м×К. ВПЯМ лозволяет обеспечить эффективный тепловий контакт между цилиндрической поверхностью испарителя и плоской пластины. При работе АДХА жидкий переохлажденный аммиак по каналу 24 поступает в межтрубное пространство испарителя. В межтрубное пространство 25 поступает и очищенная охлажденная ПГС. Аммиак, стекая по испарителю, испаряется в ПГС. Испарение осуществляется при парциальном давлении аммиака в ПГС 1,03,5 бар, чем обеспечивается температура на стенке испарителя минус 30- минус 60°С Рост температур в конце испарения определяется ростом парциального давления аммиака в ПГС. Низкая температура в объеме НТО 6 поддерживается за счет кондуктивной передачи тепла через стенки корпуса 8 НТО 6. Охлаждение объема ХК 7 производится в режиме естественной конвекции. Источником холода здесь служит оребренная панель 12. В однокамерном варианте (фиг. 3 и 5) абсорбционного холодильника источником холода служит только оребренная панель 12. В целях интенсификации процессов охлаждения в период нестационарной работы холодильника (при загрузке продуктов или при работе в автоматическом режиме "включение-выключение") на боковых поверхностях корпуса 8 НТО 6 целесообразно устанавливать теплопередающие устройства на базе тепловых труб (ТТ) или двухфазных термосифонов (ДФТС). Испарительные участки ТТ (ДФТС) крепятся на боковых стенках корпуса 8, а конденсационные - на задней стенке, в непосредственной близости от НТИ 14. При этом в случае использования ДФТС испарительная их часть располагается ниже участков конденсации в целях обеспечения эффективного стока конденсата теплоносителя. Применение ТТ (ДФТС) позволяет увеличить объем НТО и снизить перепады температур в камере в режиме хранения. На Васильковском заводе холодильников проведены испытания опытных конструкций двухкамерных абсорбционных холодильников. Испытания показали, что использование заявляемой конструкции позволяет: 1. Увеличить полезный объем холодильника до 160 дм 3 (вместо 150 дм 3 у серийной конструкции) за счет выноса испарителя за пределы шкафа в коробку 2. 2. Согласно ГОСТ 27137-86 "Холодильники и морозильники электрические" суточное энергопотребление для моделей АШ-150 второй ступени составляет 1,82 кВт×ч. Суточное энергопотребление опытной конструкции по результатам испытаний составило 1,68 кВт×ч, при этом температура в НТО была минус 20,8°С. Таким образом, достигнуто снижение суточного энергопотребления на 7,7%. Этот результат достигнут более свободной компановкой испарителя АДХА в объеме короба 2 и, в первую очередь, за счет увеличения его длины, а следовательно и теплообменных поверхностей. 3. Заявляемая конструкция холодильника позволила исключить попадание влаги в изоляцию шкафа холодильника 1, а также и в изоляцию коробки, где расположен испаритель АДХА. Тем самым устраняется намерзание влаги в объеме теплоизоляции, устраняется фактор образования микрофлоры, сопровождающийся неприятным запахом.