5.1 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ БЫТОВЫХ КОМПРЕССИОННЫХ МОРОЗИЛЬНИКОВ И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЙ ИХ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
Бытовая холодильная техника по функциональному назначению подразделяется на холодильники, морозильники и холодильники-морозильники. В настоящее время отечественной и зарубежной промышленностью выпускаются одно-, двух-, трех- и многокамерные холодильники полезным объемом 60...500 дм3.
В зависимости от способа получения холода бытовые холодильники могут быть компрессионными (К), абсорбционными (А) и термоэлектрическими (ТЭ); от способа установки – напольными типа шкафа (Ш), напольными типа стола (С), встраиваемыми настенными (Н), блочно-встраиваемыми (Б); от степени комфортности – обычной и повышенной (П); по числу камер – одно-, двух- (Д) и трехкамерными (Т); по конструктивному исполнению: КШ – холодильники однокамерные в виде шкафа, КС – холодильники однокамерные в виде стола, КШД – холодильники двухкамерные в виде шкафа, КШТ – холодильники трехкамерные в виде шкафа, МКШ – морозильники в виде шкафа, МКЛ – морозильники в виде ларя, КШМХ – холодильники-морозильники комбинированные в виде шкафа.
В низкотемпературных камерах холодильников и морозильников достигается температура от 18 до 24С, поэтому необходимо предотвратить потери холода вследствие намерзания на испарителе снеговой шубы и ухудшения условий теплоотдачи. При применении системы охлаждения "No frost" в камере создается принудительная циркуляция холодного воздуха, благодаря чему иней в ней не образуется. Влага из воздуха превращается в иней вне морозильной камеры, там же иней периодически растапливается и испаряется. Преимущества для потребителя очевидны: не требуется время от времени размораживать морозильник, продукты сохраняются лучше и дольше, замороженные продукты не обрастают инеем, не примерзают друг к другу, с меньшей нагрузкой работает компрессор. Применение системы охлаждения "No frost" позволяет сократить время замораживания, и ускорить восстановление температурного режима после открывания двери.
Функциональные возможности бытовых холодильников во многом зависят от применяемых систем охлаждения. В настоящее время наибольшее распространение получили двухкамерные холодильники, в которых применяются системы охлаждения с естественной конвекцией и система "Nо frost" с принудительной циркуляцией охлажденного воздуха с помощью вентилятора.
Применение системы "Nо frost" позволяет существенно повысить скорость охлаждения и замораживания продуктов, расширить функциональные возможности, увеличить количество отделений и камер с различными температурами для хранения отдельных видов продуктов при оптимальных для них условиях. К недостаткам систем с принудительной циркуляцией воздуха можно отнести повышенный расход электроэнергии, необходимость хранения продуктов в холодильной камере в упакованном виде. Для двухкамерных холодильников оптимальной является комбинированная система охлаждения с принудительной конвекцией в низкотемпературной и естественной конвекцией в холодильной камере.
Представленные на отечественном рынке бытовой холодильной техники включает в себя одно-, двух- и трехкамерные холодильники, морозильники в виде шкафа и ларя, комбинированные холодильники-морозильники с разной компоновкой камер.
Все модели встречающиеся на российском рынке бытовой холодильной техники можно условно разделить на четыре направления выполнения дизайна:
однодверные со встроенным морозильным отделением,
азиатские,
американские
европейские.
К первой категории относятся модели холодильников с одной дверью и низкотемпературным отделением, встроенным в холодильную камеру. К недостаткам однокамерных холодильников относится необходимость открывания общей двери, что увеличивает теплопритоки и расход электроэнергии. Модель однокамерного холодильника Zanussi ZFT 154 показана на рисунке 5.1.
|
Рис. 5.1 – Холодильник Zanussi ZFT 154:
общий объем – 140 литров.
объем холодильной камеры 18 литров.
мощность замораживания до 2 кг в сутки.
автоматическое размораживание холодильника.
регулируемые по высоте три стеклянные полки; специальная полочка для бутылок.
возможность изменения стороны открывания двери.
класс энергопотребления В.
размеры:
высота - 86-5 см,
ширина - 55 см,
глубина - 60 см.
|
|
Рис. 5.2 – Холодильник Stinol 205 Е:
емкость холодильной камеры 270 л,
емкость низкотемпературного отделения 40 л,
температура замораживания -18 0с
система оттаивания холодильной камеры автоматическая,
система оттаивания морозильной камеры ручная
расход электроэнергии за 24 часа 1,0 квтч,
потребляемая мощность 150 вт,
количество компрессоров 1,
масса 66 кг,
габаритные размеры:
высота – 167,
ширина – 60,
глубина – 60 ,
хладагент R134a,
класс энергоэкономичности С.
|
Модель холодильника отечественного производства Stinol 205 Е показана на рисунке 5.2.
Азиатское, американское и европейское направление дизайна являются разновидностью современных моделей холодильной техники. "Азиатские" холодильники имеют округлые формы, и обычно морозильная камера вверху, а холодильная - внизу. Аналогичное решение у холодильника “INDESIT” модели RG 2290 WE, показанного на рисунке 5.3.
Такой дизайн характерен и для многих моделей американских холодильников. Кроме того, типично американской является компоновка "side by side", когда большая дверь справа - это холодильник, а дверь поменьше слева - морозильник. Например, двухкамерный холодильник южнокорейской фирмы LG - GR-151SF/GR-051SF общим объемом 749 дм3 (рис. 5.4):
|
Рис. 5.3 – Холодильник INDESIT RG 2290 WE
общий объем: 282 дм3
объем холодильной камеры 215 дм3
объем морозильной камеры 67 дм3 ,
система оттаивания холодильной камеры:
автоматическая
система оттаивания морозильной камеры:
ручная
температура в морозильной камере, -18С
расход электроэнергии за 24 часа при t = 25С – 1,35квтчас
мощность замораживания 3,5 кг/сутки
габаритные рамеры, мм (ВШГ): 1640545600
|
|
Рис. 5.4 – Общий вид двухкамерного холодильника фирмы LG модели GR-151SF/GR-051SF:
потребление электроэнергииэнергии - 2,1 кВтч/сутки.
уровень шума 41 дБ.
цветовая гамма: в бежевом и белом тоне
габаритные размеры: : 960х1780х845 мм.
|
Морозильная камера (рис. 5.4) расположена в левой части холодильника. Система охлаждения – "No frost". В камере предусмотрено отделение для быстрой заморозки продуктов, льдогенератор, три полки из закаленного стекла и два выдвижных ящика, пять полок на двери. Холодильная камера расположена справа.
Рис. 5.5 – Холодильник "Атлант" MXM-1704:
| | |
375
|
|
объем морозильной камеры, л
|
115
| | |
260
|
система оттаивания холодильной камеры
|
автоматическая
|
система оттаивания морозильной камеры
|
автоматическая
|
мощность замораживания, кг/сутки
|
12
|
температура в морозильной камере, C
|
18
|
расход электроэнергии, кВт·ч/сутки
|
1,3
|
режим быстрого замораживания
|
есть
| | |
+
| | |
2
|
габаритные размеры, мм (ВШГ)
|
1950600600 мм
| | |
88
|
В камере имеется три выдвижных полки из закаленного стекла, два ящика для овощей, две лампы освещения вверху и внизу. В двери предусмотрены пять глубоких полок с фиксаторами, а также вмонтирован мини-бар, температура в котором регулируется отдельно. Чтобы предохранить холодильную камеру от потери холода и повышенного потребления энергии, в двери камеры встроена дверца для открывания мини-бара. При открывании дверцы загорается лампа подсветки бара. Холодильник (рис. 5.4) снабжен дисплеем для установки и контроля температуры в морозильной и холодильной камерах.
Холодильники "европейского" дизайна выполниются высокими и узкими, способными разместиться на тесной кухне. Обычно морозильная камера внизу, холодильная – вверху. В качестве примера можно привести модель фирмы ’’Атлант’’, выполненную в стиле "Soft line", основное направление которого – поверхность без углов и острых кромок.
В современной холодильной технике применяются зоны охлаждения с близкриоскопической температурой около 0С. При нулевой температуре ряд продуктов, в том числе парное мясо и рыба сохраняются без замораживания в свежем с виде в течение недели. Многие фирмы производят холодильники с дополнительной близкриоскопической камерой или зоной нулевой температуры.
Обычно такие модели холодильников являются трехкамерными. Примером является холодильник фирмы BOSCH KSF 3201, у которого морозильная камера располагается вверху, в центре камера с нулевым температурным режимом, и внизу холодильная камера. В близкиоскопической камере две зоны с различными уровнями влажности - 50% (171 л) и 90% (22 л.)
Бытовые холодильники и морозильники – самые крупные потребители электроэнергии среди всех электробытовых машин. Так в США на их долю приходится более 30 %, в Японии – 24, в Германии – 23 % электроэнергии, потребляемой бытовыми приборами. Поэтому энергопотребление имеет решающее значение при создании конкурентоспособных моделей холодильников и морозильников.
В многообразии современных направлений технического совершенствования бытовой холодильной техники четко выделяется тенденция к созданию энергоэкономичных моделей.
С 1995 года все холодильные приборы европейских производителей снабжаются специальными цветными наклейками, которые дают четкое представление об уровне потребления электроэнергии приборами: от А до G. Класс от А до С означает от "очень экономичен" до "экономичен", цвет наклеек от темно – зеленого до желто – зеленого, класс D – промежуточное значение, от Е до G – высокий расход электроэнергии. Кроме того, указывается количество потребляемой электроэнергии в кВтчас за год.
Наиболее экономичные холодильники выпускаются японскими фирмами. Сравнение технических характеристик двухкамерных холодильников полезным объемом 200 – 300 дм3 свидетельствует о том, что японские модели потребляют на 40 % меньше электроэнергии, чем американские и итальянские. Снижение потребления электроэнергии еще на 10 – 20 % возможно после проведения следующих мероприятий:
оптимизации температурных зон внутри камер;
использование прямоточного всасывания (ротационных компрессоров);
интенсификации процессов кипения и конденсации;
снижения температурного уровня компрессора.
|
Рис. 5.6 – Холодильник BOSCH KSF 3201:
полезный объем: 322 л.
объем морозильной камеры: 65 л.
объем близкиоскопической камеры: 193 л.
объем холодильной камеры: 64 л.
режим суперзамораживания.
система сигнализации при повышении температуры.
длительность хранения при отключении электроэнергии: 18 ч
энергопотребление: 580 кВтч/год.
расход электроэнергии за 24 часа при t = 25C 1,59 кВтч
габаритные размеры, мм (ВШГ): 1950600600
масса: 69 кг.
|
К 2010 году в странах Общего рынка, по оценкам специалистов, среднегодовой темп снижения удельного энергопотребления должен достичь 3,1%.
Исследования, проведенные в США, показали, что совершенствование отдельных узлов холодильника позволит значительно снизить расход электроэнергии в результате [5]:
- улучшения теплоизоляции холодильника и уплотнения двери на 20 – 30%;
- повышения механического КПД герметичного компрессора на 12 – 16%;
- снижения температуры всасываемых паров на 14 %;
- улучшения теплоотдачи испарителем и конденсатором на 8 %;
- оптимизации регулирования процессов на 4 – 16 %.
При реализации перечисленных направлений в целом можно сократить потребление электроэнергии холодильниками на 35 – 40 %.
Улучшение показателей энергоэкономичности связано с дополнительными затратами производителей, что обусловливает повышение розничных цен.
Одно из направлений снижения энергопотребления бытовой холодильной техники – повышение эффективности теплоизоляции. С 1973 года в Европе начали использовать вместо стекловолокна более эффективный теплоизоляционный материал - пенополиуретан. Повышение цен на электроэнергию заставило производителей холодильников и морозильников увеличить толщину теплоизоляционного слоя.
Подсчитано, что утолщение теплоизоляции позволяет сократить энергопотребление, но приводит к повышению цены холодильников. Поэтому фирмы – изготовители вынуждены искать разумный компромисс между двумя этими показателями.
В настоящее время ведущие фирмы изготавливают двухкамерные холодильники с теплоизоляцией из пенополиуретана средней толщиной стенки холодильной камеры 47,5 мм, а морозильной 65 мм. В морозильниках ларях применяют усиленную теплоизоляцию – толщиной до 100 мм (суперизоляция).
Существенное снижение расхода электроэнергии достигается за счет улучшения качества теплоизоляции. Применение новой заливочной теплоизоляции с использованием пентана с коэффициентом теплопроводности, меньшим на 20 – 30 %, чем у широко используемого ППУ обеспечивает сокращение потребления электроэнергии холодильниками на 30 – 40 %.
Заметную экономию электроэнергии позволяет получить исключение из электрической схемы нагревателя оттайки испарителя холодильной камеры за счет строго дозированной подачи в него хладагента и самооттайки в каждом цикле.
Около 5 % экономии электроэнергии можно получить за счет правильной эксплуатации холодильника (своевременная оттайка испарителя, исключение помещения в холодильник горячей пищи, длительного и частого открывания дверей, неправильной упаковки продуктов и т.д.). Фирмы "АЕG" и "Bosch" разработали образцы холодильников с системой регенерации теплоты, выделяющейся в конденсаторе и компрессоре в процессе работы.
Рассмотрим конструктивные решения современных бытовых холодильников.
На рисунке 5.7 приведена компоновочная схема шкафа однокамерного холодильника "Other MME1650", встраиваемого в кухонную мебель. Верхняя панель холодильника выполнена в виде сервировочной плоскости. Корпус холодильника является несущей конструкцией, которая должна быть достаточно жесткой. Корпус изготовлен из листовой стали. Поверхность шкафа при изготовлении фосфатируется, затем грунтуется и несколько раз покрывается эмалью. Поверхность сервировочного столика покрывается специальным полиэфирным лаком.
Внутренний шкаф холодильника "Other MME1650" изготовлен из акрилбутадиенового стирола, называемого АБС-пластиком, который имеет высокие механические свойства и стойкость по отношению к хладагентам. Детали из АБС-пластика можно покрывать для улучшения декоративного оформления хромом и никелем. Преимущества применяемых в настоящее время пластмассовых камер заключаются в технологичности изготовления, низком коэффициенте теплопроводности и небольшой, по сравнению с металлическими, массой. К недостаткам можно отнести быстрое старение материала, со временем приводящее к потере товарного вида, меньшую долговечность и прочность по сравнению с металлическими. В холодильниках с пластмассовыми камерами роль накладок, закрывающих теплоизоляцию по периметру дверного проема, играют отбортованные края наружного шкафа.
Рис. 5.7 Компоновочная схема шкафа однокамерного холодильника
"Other MME1650"
Компоновочная схема дверей однокамерных и двухкамерных холодильников показана на рисунке 5.7. Двери холодильников состоят из наружной и внутренней панелей, теплоизоляции между ними и уплотнителя. Панели двери изготовляют из ударопрочного полистирола методом вакуум-формования. Толщина листа 2...3 мм. Двери большинства холодильников открываются слева направо. В большинстве холодильников предусмотрена возможность перенавески двери, что позволяет открывать дверь справа налево.
Дверь холодильника должна плотно прилегать к дверному проему, чтобы предотвратить проникновение теплого воздуха в камеру. Чтобы обеспечить герметичность, внутреннюю сторону двери по всему периметру окантовывают магнитным уплотнителем (рис. 5.8) разного профиля.
Двери в закрытом положении удерживаются с помощью магнитных затворов. Ручку двери можно расположить на разной высоте, исходя из требований технической эстетики. Вместо дверных петель в современных холодильниках применяются специальные навески, укрепляемые сверху и снизу двери, что уменьшает общие размеры холодильника при открывании двери и позволяет устанавливать холодильники в углу помещений.
Магнитное уплотнение дверей холодильников и морозильников, которое имеет сложный профиль, содержащий магнитные вставки, обеспечивающие плотный прижим. Замкнутая полость в объеме уплотнителя выполняет функции дополнительной теплоизоляции, предотвращающей запотевание уплотнителя.
Рис. 5.8 Компоновочная схема дверей холодильников
Рис. 5.9 Компоновочная схема узлов холодильного агрегата с естественной конвекцией воздуха в камерах
Рис. 5.10 Компоновочная схема узлов холодильного агрегата холодильника ARISTON TNFP330E с принудительной конвекцией воздуха в камерах
Компоновочная схема узлов холодильного агрегата с естественной конвекцией воздуха в камерах показана на рисунке 5.9.
Испаритель 1 (рис. 5.9) низкотемпературной камеры листотрубного типа U-образной формы применяется в холодильниках с естественной конвекцией охлажденного воздуха. Конденсатор 2 (рис. 5.9) листотрубного или проволочно-трубного типа с вертикальными или горизонтальными каналами также применяется в большинстве моделей современных холодильников. Конденсаторы такой конструкции размещаются за задней стенкой холодильника. Отвод теплоты, выделяющейся при конденсации, происходит за счет естественной конвекции. Для улучшения условий конвективного теплообмена конденсатор может устанавливаться наклонно, при отклонении верхней части от вертикали на угол 5.
Рис. 5.11 Компоновочная схема шкафа двухкамерного холодильника ARISTON ADF230EU с естественной конвекцией воздуха
Компоновочная схема узлов холодильного агрегата при применении системы "No frost" с принудительной циркуляцией воздуха в камерах приведена на рисунке 11. Отличием данной схемы от предыдущей является конструкция испарителя 1 (рис. 5.10) радиаторного типа, выполненного в виде пространственного двухрядного змеевика с оребрением в виде плоских пластин. Испаритель располагается вне охлаждаемой камеры, а циркуляция охлажденного воздуха производится с помощью осевого вентилятора. Конструкция конденсатора 3 (рис. 5.10) листотрубного типа аналогична рассмотренной выше. Герметичный компрессор 2 закрепляется на раме 4 и устанавливается в компрессионном отделении. На крышке кожуха компрессора 2 (рис. 5.11) закрепляется лоток 5 для сбора воды, образующейся при автоматической оттайке испарителя.
На рисунке 5.11 представлена компоновочная схема шкафа двухкамерного холодильника ARISTON ADF230EU с естественной конвекцией воздуха в камерах.
Рис. 5.12 – Общий вид холодильника ЗИЛ-65 КШТ-400П:
1 морозильная камера; 2 корзина для хранения замороженных продуктов; 3 ванночки для льда; 5, 21 сетки; 6 полка нижняя; 7 полка универсальной камеры; 8 полка панели двери; 9 универсальная камера; 10 терморегулятор морозильной камеры; 11 терморегулятор универсальной камеры; 12 терморегулятор холодильной камеры; 13 полка холодильной камеры; 14 полка; 15 холодильная камера; 16 выключатель электронагревателя отделения для хранения яиц; 17 отделение для хранения масла; 18 ложемент; 19 емкость для яиц; 20 крышки; 22 емкость для фруктов; 23 емкость для мяса; 24 винт для регулирования положения передних роликов; 25 лоток для талой воды; 26 регулятор температуры (заслонка) в емкостях для мяса и фруктов; 27 реле времени автоматического оттаивания испарителя; 28 выключатель электронагревателей проема морозильной камеры; 29 выключатель электронагревателей проема универсальной камеры.
|
На рисунке 5.12 приведена компоновочная схема узлов и деталей холодильника ARISTON DNF390GR с системой "No frost".
На рисунке 5.13 показано другое компоновочное решение холодильника с принудительной циркуляцией охлажденного воздуха. В холодильнике "Зил-65" камеры применена так называемая "распашная" схема расположения камер, при которой камеры расположены не одна над другой, а рядом и разделены вертикальной перегородкой.
Циркуляция воздуха осуществляется вентилятором испарителя, забирающим воздух из нижней части морозильной камеры, который затем проходит через испаритель и охлаждается. Основное количество охлажденного воздуха выходит в морозильную камеру, а часть его (в зависимости от открытия заслонки терморегуляторов универсальной 11 и холодильной 12 камер) через канал, расположенный в задней части универсальной камеры, подается для охлаждения универсальной и холодильной камер.
Режим охлаждения морозильной камеры задается терморегулятором 10 (рис. 5.15), осуществляющим плавное регулирование температур от положения «1» (наименьшее охлаждение) до положение «5» (наибольшее охлаждение). При достижении заданной температуры в морозильной камере холодильный агрегат отключается. Одновременно выключаются вентиляторы.
Режим охлаждения универсальной камеры задается терморегулятором 11 универсальной камеры, устанавливающим необходимую подачу холодного воздуха в универсальную камеру. От положения «1» до положения «5» регулятором задается режим регулирования от более теплых температур до более холодных. В положениях «О» и «*» заслонка регулятора соответственно закрыта или открыта при любых значениях температур в универсальной камере.
Режим охлаждения холодильной камеры задается терморегулятором 12 аналогично регулированию в универсальной камере. Ручное регулирование температуры в емкостях для мяса и фруктов осуществляется регулятором (заслонкой) 26. При установке ручки в положение «Холод» заслонка полностью открыта. Холодный воздух из морозильной камеры поступает в нижнюю часть холодильной камеры, в зону расположения сосудов. При положении «Тепло» заслонка закрыта и температура в сосудах соответствует температуре в холодильной камере.
Обзор рассмотренных конструктивных решений холодильников показывает, что с точки зрения потребительских свойств наиболее целесообразным является применение многокамерных холодильников с поддержанием в камерах разных температур.
Оптимальной для двухкамерных и многокамерных холодильников является комбинированная система охлаждения с принудительной конвекцией воздуха в низкотемпературной или морозильной камере и естественной конвекцией воздуха в холодильной камере.
Некоторые овощи и фрукты, вина и другие напитки необходимо хранить при температуре от 12 до 15°С, поэтому целесообразно применение в проектируемом холодильнике отделения с данным температурным диапазоном.
Обзор рассмотренных тенденций развития и энергетических характеристик бытовых холодильников показывает, что одним из основных направлений повышения конкурентоспособности отечественных холодильников является снижение их энергопотребления и уровня звуковой мощности.
Целью разработки является снижение энергопотребления и уровня звуковой мощности холодильника за счет выносного компрессорноконденсаторного блока, расположенного вне помещения.
6 КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ
|
