Бескомпрессорный холодильный агрегат

 

Использование: в холодильной технике, преимущественно для бытовых холодильников и морозильных камер. Сущность изобретения: в холодильном агрегате применен принцип двухступенчатого охлаждения рабочего тела. Первой ступенью охлаждения является батарея полупроводниковых термоэлементов, вторая ступень - дроссельная. Холодильный агрегат содержит герметичные теплоизолированные друг от друга панель охлаждения и панель теплоотвода, имеющую ребристый радиатор. Панели соединены заполненным инертным рабочим телом герметичным U-образным каналом, ветви которого охватывают батареи полупроводниковых элементов, соединенных с источником электропитания, и дроссель. U-образный канал заполнен рабочим телом выше уровня батареи и снабжен обратным клапаном, установленным внизу канала. Дроссель размещен на ветви канала, соединенной с панелью охлаждения, и расположен выше уровня рабочего тела. Панели ниже уровня рабочего тела соединены через электроклапан. 2 ил.

Изобретение относится к холодильной технике и может применяться в производстве бытовых холодильников и морозильных камер.

Известны холодильные агрегаты с компрессорами, посредством которых обеспечивается циркуляция рабочего тела и осуществляется холодильный цикл. Недостатки таких агрегатов связаны со сложностью изготовления эффективных экономичных компрессоров, наличием шума при их работе.

Известны холодильные агрегаты адсорбционного типа.

Недостатки таких агрегатов обусловлены технологическими сложностями изготовления: наличием змеевиков, теплообменников типа труба в трубе, фасонных деталей с большим количеством сварных швов, выполняемых преимущественно ручной сваркой. В сочетании с высоким давлением рабочего тела в полости агрегата это приводит к отказам по герметичности.

Более просты, бесшумны в работе холодильные агрегаты на основе батарей полупроводниковых термоэлементов в соединении с замкнутым герметичным проточным трактом, имеющим панели охлаждения и теплоотвода.

Прототипом предлагаемого решения следует признать термоэлектрический холодильник, который кроме герметичного тракта с панелями охлаждения и теплоствола, охватывающими батарею термоэлементов, имеет насос для циркуляции рабочего тела, эжектор для турбулизации потока, дроссель для дросселирования рабочего тела перед охлаждаемым объектом, регулирующие вентили.

Прототип работает за счет принудительной циркуляции рабочего тела, осуществляемой насосом. Охлаждение рабочего тела и объекта осуществляется поглощением тепла "холодной" гранью термобатареи, при этом тепло, выделяемое "горячей" гранью термобатареи, рассеивается в окружающую среду.

Недостатки прототипа связаны со сложностью конструкции, обусловленной применением насоса и эжектора, а также шумом при работе.

Целью предлагаемого решения является упрощение конструкции агрегата, снижение шума при работе.

Цель достигается исключением насоса за счет осуществления процесса циркуляции рабочего тела в ветвях под воздействием перепада давления, возникающего при работе батареи, циклического выравнивания уровня рабочего тела в ветвях электроклапаном и введением дроссельной ступени охлаждения, работающей за счет перепада давления.

На фиг. 1 представлен предлагаемый агрегат (вид на охлаждаемую панель); на фиг. 2 то же (сечение по тракту рабочего тела).

Холодильный агрегат содержит полые герметичные панели охлаждения 1 и теплоотвода 2, например, плоские, соединенные участками герметичного тракта 3 и 4 U-образно. Панели с прилегающими участками тракта теплоизолированы друг от друга изоляцией 5.В нижней части участки тракта соединены через обратный клапан 6 с направлением потока в сторону охлаждаемой панели. В центральной части участки соединены соответственно с холодными 7 и горячими 8 гранями термобатарей 9 полупроводниковых термоэлементов. Участки тракта в полости охлаждаемой панели оканчиваются дросселями 10. Тракт заполнен инертным рабочим телом, например элегазом или смесью на его основе до уровня выше термобатарей. Панели соединены перемычкой с электроклапаном 11, расположенной выше термобатарей. Привод клапана 13, например, электромагнитный соединен с источником питания 13, например бытовой электросетью, через терморегулятор 14, с которым соединены также электровыводы батареи. Тепловыделяющая панель имеет радиатор теплоотвода 15, например ребристый. При использовании агрегата, например, в холодильниках охлаждаемая панель с прилегающими участками тракта 3 размещается в объеме охлаждения (панель в низкотемпературном отсеке холодильника), а панель теплоотвода 2 с участком тракта 4 и радиатором 15 размещается снаружи.

При включении источника питания 13 на холодных гранях 7 термобатарей 9 тепло поглощается, а на горячих 8 выделяется. При этом давление пара рабочего тела в теплоотводящей панели увеличивается, а в охлажденной уменьшается. Происходит движение жидкой фазы рабочего тела в направлении охлаждаемой панели (под воздействием перепада давления) и дросселирование рабочего тела через дроссели 10, где происходит дальнейшее понижение температуры рабочего тела. Избыточное тепло от горячих граней термобатарей выделяется в окружающее пространство через панель теплоотвода и радиатор 15. Через определенный промежуток времени (определенный предварительно опытным путем) срабатывает привод 12 клапана 11 по сигналу от терморегулятора 14. Клапан открывается, и пар рабочего тела перетекает в панель охлаждения с барботированием через охлажденную жидкость и охлаждением. Давление в полостях панелей выравнивается и холодная жидкость под собственным весом перетекает в область горячих граней термобатарей, после чего клапан вновь закрывается. В связи с уменьшением перепада температур на термобатареях следующий цикл охлаждения оказывается еще более эффективным. Через некоторое время, когда в холодильнике достигается заданная температура, батарея отключается по сигналу от терморегулятора. При увеличении температуры в холодильнике батарея включается в работу и осуществляется вышеописанный рабочий цикл.

Отличия предложенного агрегата от прототипа заключаются в следующем: U-образный проточный канал заполнен жидкой фазой рабочего тела выше уровня батареи, а охлаждаемая и теплоотводящая панели соединены снизу через обратный клапан с направлением потока в сторону холодной ветви; дроссель расположен в охлаждаемой ветви канала выше уровня жидкой фазы рабочего тела; ветви соединены сверху через электроклапан, привод которого соединен с терморегулятором.

Указанные отличия позволяют добиться цели изобретения упрощения конструкции и устранения шума при работе агрегата за счет исключения насоса в результате осуществления циркуляции рабочего тела под воздействием перепада давления, возникающего при работе батареи, и циклического обратного перепуска накопленного в охлаждаемой ветви рабочего тела с помощью электроклапана, введения второй дроссельной ступени охлаждения, интенсивного циклического охлаждения горячей грани термобатареи в результате перепуска.

Полупроводниковые термобатареи для холодильников рассчитываются на режим максимальной холодопроизводительности. Их работа наиболее эффективна при малом расходе рабочего тела через холодную грань и интенсивном охлаждении горячей грани, что обеспечивается предложенным техническим решением: расход через дроссели минимален (с дополнительным охлаждением рабочего тела во второй ступени), охлаждение горячей грани частью уже охлажденного рабочего тела наиболее эффективно.

В конструкции применяются две полупроводниковых батареи термоэлементов, рассчитанных на режим максимальной холодопроизводительности при перепаде температур на холодной и горячей гранях 60-70^оС и потребляемой электромощности от сети переменного тока 220 В (50 Гц) 100 Вт каждая. Подключение батарей к сети может осуществляться через выпрямитель, преобразующий переменный ток в постоянный в пределах до 5.6 А. Панели и газовый тракт могут быть выполнены сваркой из труб прямоугольного сечения или трубчатого профиля.

Дроссели выполняются в виде переходников с отверстиями 0,3-0,4 мм или на основе капилляров с таким внутренним диаметром, герметизируемых, например, пайкой. Обратный клапан, электроклапан и терморегулятор с датчиком температуры могут быть подобраны из выпускаемых промышленностью и используемых в холодильниках в настоящее время. Пластины радиатора соединяются с панелями и трактом сваркой. В качестве рабочего тела может быть применена шестифтористая сера (элегаз) по ТУ 6-02-1249-83 или смесь на его основе.

Дополнительным преимуществом агрегата является возможность применения вместо фреонов и аммиака инертных экологически безопасных рабочих тел, таких как элегаз или углекислота.

Экономическая эффективность производства агрегата обусловлена возможностью получать максимально высокие прибыли от производства холодильников и морозильных камер ввиду сравнительно малого объема трудозатрат при производстве агрегата и его высокой технологичности.

Формула изобретения

БЕСКОМПРЕССОРНЫЙ ХОЛОДИЛЬНЫЙ АГРЕГАТ, содержащий герметичные теплоизолированные друг от друга панель охлаждения и панель теплоотвода, имеющую ребристый радиатор, панели соединены заполненным инертным рабочим телом герметичным U-образным каналом, ветви которого охватывают батареи полупроводниковых элементов, соединенных с источником электропитания, и дроссель, отличающийся тем, что U-образный канал заполнен инертным рабочим телом выше уровня батареи и снабжен обратным клапаном с направлением потока в сторону панели охлаждения, установленным внизу канала, дроссель установлен на ветви канала, соединенной с панелью охлаждения, и расположен выше уровня рабочего тела, а панели ниже уровня рабочего тела соединены через электроклапан, привод которого соединен с источником питания через терморегулятор.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2