Разработка нового типа бытовых приборов – холодильных аппаратов с нагревательной камерой

DEVELOPMENT OF A NEW TYPE OF HOUSEHOLD APPLIANCES — REFRIGERATORS WITH A HEATING CHAMBER

Аннотация

Объектом данного исследования являются холодильные приборы абсорбционного типа, которые позволяют расширить функциональные возможности бытовой техники без дополнительных энергозатрат.

Постановка проблемы: Цель настоящего исследования: во-первых, в связи с новизной предлагаемой техники необходимо было показать реальную возможность получения необходимых для технологических процессов уровня температур (до 70 °С); во-вторых, с учетом полученного опыта экспериментальных исследования следовало предложить новые конструкции для решения задач холодильной и тепловой обработки пищевых продуктов и сырья в бытовых условиях.

Главные научные результаты: Показано, что перспективным направлением энергосбережения в бытовой технике может стать разработка приборов, совмещающих функции холодильного хранения и тепловой обработки пищевых продуктов, полуфабрикатов и сельскохозяйственного сырья. В таких бытовых комбинированных приборах теплота, выделяющаяся при реализации холодильного цикла, не отводится сразу в окружающую среду, а передается в специальную нагревательную камеру, при этом в объеме нагревательной камеры поддерживается температура выше, чем температура воздуха в помещении. Эффект энергосбережения достигается за счет расширения функциональных возможностей бытовых приборов без привлечения дополнительных энергозатрат.

Предложены оригинальные конструкции комбинированных бытовых аппаратов абсорбционного типа, приведено описание их работы, преимущества и недостатки, области применения.

Область практического использования результатов: В процессе экспериментальных исследований было показано, что введение в состав бытовых абсорбционных холодильников дополнительной нагревательной камеры, связанной в тепловом отношении с подъемным участком дефлегматором абсорбционного холодильного агрегата, не приводит к росту энергопотребления (по результатам испытаний ниже, чем в серийном исполнении, на 5 %) и не ухудшает эксплуатационных характеристик камер охлаждения.

Область практического использования результатов исследования: бытовая энергосберегающая техника.

Инновационный технологический продукт: применение испарительно-конденсационного цикла, обеспечивающего высокоэффективную передачу тепла на расстоянии до 1 метра от зоны рассеивания тепла холодильного агрегата до полезного объема нагревательной камеры бытового прибора.

Ключ слова: комбинированная бытовая техника, холодильная камера, нагревательная камера, утилизация бросового тепла холодильного цикла, двухфазные термосифоны

1. Введение

1.1. Объект исследования

Объектом данного исследования являются холодильные приборы абсорбционного типа, которые позволяют расширить функциональные возможности бытовой техники без дополнительных энергозатрат.

1.2. Описание проблемы

Применение искусственного холода обусловлено необходимостью уменьшения естественных потерь и продолжения сроков хранения пищевого сырья и готовых продуктов в процессах транспортировки и хранения [1].

Уже давно специалистами был сделан вывод о том, что применение холодильных технологий позволяет сократить потери различных видов продукции на 20-60 % и продлить сроки ее хранения в 2-10 раз [2]. Установлено также, что энергетические затраты в холодильное хранение пищевого сырья и готовых продуктов составляет не более 3-8 % от общих энергетических в производство этой продукции [3].

Абсорбционные холодильные приборы (АХП) в современном мире занимают особую потребительскую нишу. Они не конкурируют с компрессионными аналогами в части энергетических показателей, а пользуются спросом у населения в случае наличия особых требований к работе и условий эксплуатации [4, 5]. В частности, АХП находят спрос в местах, где имеются проблемы с подачей электрической энергии. Это имеет место в регионах планеты, где полностью отсутствует электроснабжение либо имеются нестабильные источники электричества, либо на транспорте.

АХП уникальны в части использования различных источников тепловой энергии. Это и источники переменного и постоянного электрического тока и горелочные устройства на органических (природный и сжиженный газ, керосин, бензин [4-6]) и тепловой энергии и солнечного излучения [7]. 

В большинстве современных моделях АХП [4-6] имеются возможности использования трех типов источников тепловой энергии: переменного электрического тока (при работе в обычных условиях); постоянного электрического тока (при работе на транспортных средствах); горелочного устройства в местах отсутствия стабилизированных источников электроснабжения.

Производство искусственного холода в АХП осуществляют абсорбционные холодильные агрегаты (АХА), в составе которых отсутствуют движущиеся элементы (компрессора и насосы) [4-7]. 

В связи с этим АХП практически бесшумны в работе, надежны, долговечны в эксплуатации и имеют минимальную среди аналогов стоимость. Эти моменты также привлекает внимание потребителей на рынке бытовой холодильной техники. Бесшумность в работе особенно привлекательна для отельно-гостиничного бизнеса, где АХП практически незаменимs.

Рабочим телом АХА является природная трехкомпонентная смесь, состоящая из: аммиака, как холодильного агента; воды, как абсорбента (поглотителя); инертного выравнивающего газа (водорода либо гелия) [4-7]. ВУ последнее время для повышения энергетической эффективности АХА стали использовать рабочую водоаммиачную смесь с добавкой дополнительного поглотителя абсорбента [8] и нанофлюидов [9].

Анализ тепловых режимов АХА показал, что перспективным направлением в энергосбережении может стать разработка бытовых приборов, совмещающих функции холодильного хранения и тепловой обработки пищевых продуктов, полуфабрикатов и сельскохозяйственного сырья. 

В таких комбинированных бытовых приборах теплота, выделяющаяся при реализации холодильного цикла, не отводится в окружающую среду, а направляется в специальную нагревательную (тепловую) камеру (НК). В объеме ТК поддерживается температура выше, чем температура воздуха в помещении.

Эффект энергосбережения достигается за счет того, что температурные режимы в ТК поддерживаются без привлечения дополнительных энергозатрат. 

На предварительном этапе разработки бытовых комбинированных приборов был приведен анализ технологий, использующих термическую обработку продуктов, полуфабрикатов и сырья. Было показано, что для реализации в быту подавляющего числа пищевых технологий достаточным является диапазон температур 50…70 °С [10].

В бытовой холодильной технике такой диапазон температур отвода тепла холодильного цикла может быть получен только в АХА [11]. Анализ температурных полей теплорассеивающих элементов АХА показал, что необходимым температурным потенциалом (более 70 °С) обладает опускной и подъемный участки дефлегматора и ректификатор (рис.1).

Рис. 1. Температурные поля типичной АХА: R – ректификатор-дефлегматор; K – конденсатор; А – абсорбер; V — испаритель

Использование НК в бытовых условиях возможно для подогрева продукта до заданной температуры и различных видов технологической обработки, в результате которой может быть получен новый продукт (сушка, вяление, брожение и др.). 

В НК возможно также освежение хлеба при подогреве его до 60 0С — крахмальные зерна вновь набухают и восстанавливается эластичность мякиша.

Процесс очерствения характерен и для блюд из крупяных и макаронных изделий даже при непродолжительном хранении при комнатной температуре. Подогрев этих блюд до температуры 60 °С восстанавливает их первоначальные свойства. 

Наряду с подогревом блюд из крупяных и макаронных изделий НК могут быть использованы для подогрева первых и вторых блюд. В этом случае подогрев пищи не сопряжен с опасностью использования открытого огня, что позволяет производить его детьми младшего школьного возраста. 

Одним из важных направлений применения НК может быть сушка плодов, овощей, рыбы, лекарственных трав, ягод, грибов при температурах 40…70 °С. Особый интерес в домашних условиях представляет сушка белых кореньев, зелени, грибов и других овощей, сушка которых в осенний период особенно ра­циональна в НК. 

В НК можно производить также сушку и вяление рыбы.

Не исключено также использование НК для размягче­ния масла и маргарина при замесе теста разных видов (33…35 °С), подсушивания семечек, сушки дрожжей, подсушивания круп для удаления жучка, запаривания настоев трав и пр. 

Для решения этих задач разработаны различные схемы бытовых аппаратов с дополнительной НК, отличающиеся:

а) способом передачи тепла — непосредственный контакт теплорассеивающих элементов и НК (Рис. 2) [12], либо использование промежуточных теплопередающих устройств (Рис. 3) — двухфазных термосифонов (ТС) [12-14], в том числе и с эффектом «осмоса» [15];

б) расположением НК (сверху холодильного шкафа [12-14] и в нижней части [15]);

в) конструктивным исполнением НК (однокамерная [11-13,15] двухкамерная [14]).

Рис. 2. Аппарат с непосредственным контактом НК и теплорассеивающих элементов (дефлегматора) АХА: 1 – НК; 2 – испаритель АХА; 3 – холодильная камера; 4 – генераторный узел; 5 – дополнительный теплоизоляционный кожух; 6 – дефлегматор АХА; 7 – конденсатор АХА; 8 – зона контакта дефлегматора АХА и корпуса НК 
Рис. 3. НК с промежуточным ТС: а – разрез НК; б – конструкция тепловой связи корпуса НК и конденсатора ТС; 1 – крышка НК; 2 – внутренний металлический корпус НК; 3 – теплоизоляция корпуса НК; 4 – наружный корпус НК; 5 — теплопроводная паста; 6 – конденсатор ТС; 7 – подложка конденсатора ТС; 8 – резьбовые соединения

Наиболее простой в конструктивном исполнении является схема с промежуточным теплопередающим устройством, которая предполагает минимум изменений в составе холодильного аппарата и АХА. ТС крепится к подъемному участку дефлегматора в зоне теплоизоляционного кожуха генераторного узла (Рис. 4). 

Рис. 4. Абсорбционный холодильный аппарат с дополнительной нагревательной камерой: 1 – генераторный узел АХА; 2 – электронагреватель; 3(4) – подъемный участок дефлегматора; 5, 6, 7 – испарительный, транспортный, конденсационный участок ТС, соответственно; 8 – нагревательная камера; 9,10,11 – конденсатор, испаритель, абсорбер АХА, соответственно

В такой схеме для снижения потерь при переносе тепла и для предотвращения конденсации аммиака весь дефлегматор и транспортная зона ТС закрываются теплоизоляционным кожухом.

Разработано, изготовлено и исследовано два типа таких бытовых аппаратов — с воздушной НК (Рис. 5) и жидкостной НК (Рис. 6). В первом случае тепло от теплорассеивающих элементов камеры передается к объектам воздействия (пищевым продуктам) через воздушную среду, а во-втором — объектом воздействия является жидкость (пищевые растворы типа браги, вода для хозяйственных целей и т.п.), которая заливается в НК через верхнюю крышку. Жидкостная НК выполняется в виде бака, стенки которого связаны в тепловом отношении с теплорассеивающими элементами АХА. 

Рис. 5. Бытовой аппарат с воздушной НК: 1 – холодильное отделение; 2 – НК
Рис.6. Бытовой аппарат с жидкостной НК: 1 – холодильное отделение; 2 – НК

2. Материалы и модели

Расчет конструктивных параметров НК был проведен по тепловой нагрузки на подъемном участке дефлегматора 19…22 Вт.

Толщины теплоизоляции боковых стенок, дна и крышки НК определены в результате математического моделирования нестационарных температурных полей. 

При этом учитывались:

а) ориентация поверхностей камеры и ее тепловая связь с холодильной камерой;

б) конструктивные особенности НК (воздушная камера выполнена в виде шкафа, а жидкостная в виде ларя);

в) коэффициент рабочего времени КРВ серийной модели бытового однокамерного абсорбционного холодильника «Кристалл-408» АШ -150.

 Опытные конструкции были изготовлены на Васильковском заводе холодильников (ВЗХ). Во всех случаях наружные геометрические параметры НК составляли: высота — 0,420 м; глубина — 0,540 м; ширина — 0,570 м; полезный объем – 35 дм3. Толщина теплоизоляции : боковых стенок — 0,080 м; дна- 0,075 м; крышки, задней и передней стенок — 0,10 м. В жидкостной НК внутренний корпус был изготовлен в виде целостного короба. Материал короба — нержавеющая сталь. Толщина стенки короба — 0,001 м. Внутренний корпус воздушной НК изготовлен из пищевого алюминия. Толщина стенки составляла — 0,001 м.

Для обеспечения тепловой связи подъемного участка дефлегматора АХА с НК использовался двухфазный термосифон (ТС) длиной 1,200 м и диаметром — 0,0100,001 м. Материал корпуса ТС — нержавеющая сталь. Теплоноситель — этиловый спирт. Крепление ТС к дефлегматору диаметром 0,0160,0014 м осуществлялось при помощи медной обжимающей пластины, причем для снижения термического сопротивления в зоне контакта находился сжатый высокопористый ячеистый материал на основе меди, поры которого были заполнены теплопроводной пастой КТП-8 (Рис. 7).

Рис. 7. Схема крепления ТС к дефлегматору АХА: 1 – ТС; 2 – дополнительная теплоизоляция; 3 – теплоизоляция генераторного узла АХА; 4 – зона контакта дефлегматора и ТС; 5 – подъемный участок дефлегматора; 6 – конденсатор АХА

Во всех случаях испарительный участок ТС крепился в нижней части подъемного участка дефлегматора и устанавливался параллельно ему. Длина участка испарения ТС в исследованиях варьировалась путем изменения зоны тепловой связи с дефлегматором. Транспортная зона ТС закрывалась теплоизоляционным кожухом. Длина конденсационного участка ТС не изменялась и составляла — 0,3 м.

Исследование тепловых режимов НК осуществлялось как в стационарном (в «жестких» условиях — =32 0С, коэффициент рабочего времени холодильного прибора (КРВ=1), так и в переходных ( < 32 0С, КРВ<1) режимах работы АХА.

3. Результаты

В результате исследований была определена оптимальная длина испарительного участка ТС — 0,15 м. На выходе этого участка температура дефлегматора составляет 73…76 °С. 

Наиболее благоприятными условиями для НК были режимы с повышенными температурами окружающей среды, когда снижаются тепловые потери, а КРВ АХА и, соответственно, период подачи тепловой нагрузки увеличивается.

В связи с недостаточной величиной тепловой мощности дефлегматора для подогрева воды либо другой жидкости в НК изучалась и работа аппарата в режиме термостатирования. В этом случае вода нагревалась до температуры 60 0С специальным электронагревателем, а после его отключения тепловые потери в окружающую среду компенсировались за счет теплоподвода от дефлегматора, что позволяло поддерживать температуру в НК в диапазоне 55…65 0С.

С учетом результатов экспериментальных исследований проведен вариантный расчет толщины теплоизоляции НК. Для создания некоторого запаса расчет проведен при =20 °С и КРВ=0,55 и представлен в виде номограмм. Рассмотрено два варианта теплоизоляции – пенополиуретан и стекловолокно, при этом зафиксирована наружная ширина (0,570 м) и глубина (0,54 м), в соответствии со стандартными размерами холодильного шкафа.

Выбор определенной конструкции НК проводится с учетом располагаемой тепловой нагрузки подъемного участка дефлегматора с температурным уровнем 70 С и выше, при этом варьируемыми параметрами являются: тип тепловой изоляции (стоимость); величина полезного объема НК; высота НК (Рис.8а. и 8б.)

a)
b)

Рис. 8. Номограмма  для определения толщины теплоизоляции (δ) нагревательных камер бытового абсорбционного аппарата: a– в зависимости от  величины полезного объема (10… 50 дм3) и тепловой нагрузки на дефлегматоре  (материал теплоизоляции — стекловолокно); в зависимости от  величины полезного объема (10… 50 дм3) и тепловой нагрузки на дефлегматоре (материал теплоизоляции – пенополиуретан)

На основе опыта практических разработок и моделирования тепловых режимов была разработана перспективная конструкция бытового аппарата с двумя НК на базе серийных моделей ВЗХ [16].

Устройство содержит вертикальный теплоизолированный шкаф, разделенный поярусно на холодильную камеру (ХК) 1, низкотемпературное отделение (НТО) 2, НК 3 и НК с повышенной, на 10…15С, по сравнению с температурой воздуха окружающей среды (КПТВ) 4 (Рис.9).

Рис. 9. Конструкция  бытового прибора с двумя НК на базе абсорбционного холодильника производства ВЗХ: а – вид сзади; б – вид сбоку (разрез); 1 – ХК; 2 – НТО; 3 – НК; 4 — КПТВ; 5 – генераторный узел; 6 – дефлегматор; 7 – конденсатор; 8,9 – испарители; 10 – абсорбер; 11 – бачок абсорбера; 12 – жидкостный теплообменник; 13 – ТС; 14 – конденсатор ТС; 15 – вытяжной кожух; 16 – вытяжная полость; 18-21 – теплоизолированные двери камер.

На заднем стенке шкафа установлена АХА, включающая горячий узел 5, дефлегматор 6, конденсатор 7, низкотемпературный 8 и высокотемпературный испарители 9 (НТИ и ВТИ), установленные в НТО 2 и ХК 1 соответственно, абсорбер 10, бачок абсорбера 11, жидкостный теплообменник 12.

На задней внутренней стенке НК установлен конденсаторный участок 14 ТС 13, причем нагревательный участок (на Рис.9 не показан) связан с дефлегматором АХА в объёме теплоизоляционного кожуха горячего узла 5.

На задней стенке конструкции установлен кожух 15, образующий вытяжную полость 16, причем НК 3 и КПТВ 4 имеет вытяжные полости и на боковых стенках (на рис.9 не показаны).

Камеры – ХК 1, НТО 2, нагревательная камера 3 и КПТВ 4 имеют раздельные теплоизолированные двери 18, 19, 20, 21 соответственно.

Предложенное устройство работает следующим образом.

В процессе работы АХА осуществляется производство искусственного холода в НТИ 6 и ВТИ 9, при этом обеспечивается охлаждение НТО 2 и ХК 1. Реализация холодильного цикла АХА сопровождается рассеиванием тепла в окружающую среду с теплонагруженных элементов – дефлегматора 6, конденсатора 7 и абсорбера 10. Очистка паров хладагента (аммиака) от паров абсорбента (воды) в дефлегматоре 6 осуществляется в процессе конденсации. Теплота фазового перехода передается нагревательному участку ТС, в котором происходит генерация паров теплоносителя. Пары теплоносителя поступают в зону конденсации 14, где сжижаются с отводом теплоты парообразования в нагревательную камеру 3. Этим обеспечивается температурный режим камеры 3 на уровне до 70С.

Наличие кожуха 15 на задней панели шкафа и у боковых стенок нагревательной камеры 3 и КПТВ 4 позволяет организовать вытяжные полости 16 и 17, служащие для интенсивной циркуляции воздуха. Охлаждение абсорбера 10 осуществляется в режиме вынужденной тяги, создаваемой конденсатором 7 и дефлегматором 6.

Нагретый воздух омывает боковые и задние стенки нагревательной камеры 3 и КПТВ 4, обеспечивая снижение тепловых потерь в окружающую среду из нагревательной камеры 3 и подогрев воздуха в КПТВ 4 на 10…15 °С, по сравнению с температурой воздуха окружающей среды.

Проведенные экспериментальные исследования опытного образца показали, что тепловые потери из НК снизились на 26 % при рабочей температуре камеры 70 °С и температуре окружающего воздуха 26 °С при этом суточное энергопотребление АХА снижено на 15…20 %.

Следует отметить и разработку оригинальной конструкции с НК «диодного» типа (Рис. 10) [17].

Рис. 10. Аппарат с «диодной» НК: а – общий вид аппарата; б – схема работы «диодной» НК; 1 — холодильный шкаф; 2 — НК; 3 — генератор; 4 — дефлегматор; 5 — конденсатор; 6 — магистраль жидкого аммиака; 7 — уравнительная магистраль; 8 — абсорбер; 9 — бачок абсорбера; 10 — жидкостный теплообменник; 11(12) — конденсатор (испаритель) ТС; 13 — теплоизоляционный кожух; 14 — внутренняя полость НК; 15 — теплоизоляция НК; 16 — дополнительные «диодные» ТС; 17(18) — испаритель (конденсатор) дополнительных «диодных» ТС

Устройство содержит холодильный шкаф 1 и установленную на его верхней крышке НК 2. АХА содержит генератор 3, дефлегматор 4, конденсатор 5, магистраль жидкого аммиака 6, уравнительную магистраль 7, абсорбер 8, бачок абсорбера 9, жидкостный теплообменник 10 и испаритель (на рис. не показан).

Дефлегматор 4 АХА имеет тепловую связь с ТС, конденсационный участок 11 которого закреплен на теплорассеивающей поверхности НК 2. Испарительный участок 12 ТС находится в тепловой связи с дефлегматором 4 АХА в зоне, покрытой изоляционным кожухом 13. Внутренняя полость 14 НК 2 покрыта теплоизоляцией 15.

В объеме теплоизоляции 15 расположены дополнительные «диодные» двухфазные термосифоны (ДТС) 16. Испарительные участки 17 ДТС связаны в тепловом отношении со стенкой внешнего кожуха НК 2, а конденсационные участки 18 со стенками внутренней полости НК.

Аппарат работает следующим образом.

При подводе тепловой мощности к генератору 3 осуществляется генерация паров и циркуляция жидкого раствора. Циркуляция осуществляется через жидкостный теплообменник 10 абсорбер 8 и бачок абсорбера 9. Пар, содержащий преимущественно аммиак, поступает из генератора 3 в дефлегматор 4. В дефлегматоре осуществляется отделение паров воды, которые конденсируются на внутренней стенке с выделением теплоты парообразования. Конденсат стекает в зону генерации, а очищенный пар аммиака поступает в конденсатор АХА 5. Теплота дефлегмации передается в зону испарения ТС 12, частично заполненную жидким теплоносителем, где осуществляется генерация паров теплоносителя. Пар транспортируется в зону конденсации 11, связанную в тепловом отношении с внутренней полостью 14 НК 2 и сжижается, отдавая теплоту фазового перехода НК 2. Конденсат стекает в зону испарения ТС 12 и испарительно-конденсационный цикл повторяется.

Пар аммиака, поступающий в конденсатор 5, сжижается с отводом теплоты парообразования в окружающую среду. Конденсат по магистрали 6 поступает в испаритель, где, испаряясь в среду инертного газа, обеспечивает эффект искусственного охлаждения. Стабилизация подачи жидкого аммиака в испаритель осуществляется при помощи уравнительной магистрали 7. Насыщенная аммиаком парогазовая смесь поступает в бачок абсорбера 9, откуда противотоком слабому раствору поднимается по абсорберу 8. При взаимодействии слабого раствора и насыщенной парогазовой смеси производится очистка парогазовой смеси от паров аммиака и насыщение слабого раствора аммиаком. Очищенная парогазовая смесь поступает в испаритель, а крепкий раствор через бачок абсорбера 9 и жидкостный теплообменник 10 в нижнюю часть генератора 3. После этого цикл АХА повторяется.

Внутренняя полость 14 НК 2 заполняется водой, которую необходимо подогреть для бытовых нужд, например, для мытья посуды в сельской местности, где в основном отсутствует горячее водоснабжение. Колодезная или водопроводная вода даже в летнее время имеет температуру 16…18 С, а температура окружающего воздуха 25…30 С. Наличие перепада температур 10…15 С между внешним кожухом и внутренней полостью 14 вызывает генерацию паров теплоносителя, частично заполняющего испарительную зону 17 ДТС 16. Пары теплоносителя поступают в зону конденсации 18 ДТС 16, связанную в тепловом отношении со стенками внутренней полости 14, где, сжижаясь, отдают теплоту парообразования ( ) для обогрева воды, заполняющей внутреннюю полость 14. При подогреве воды до температуры, равной температуре окружающего воздуха и выше, ДТС 16 «отключается».

«Выключение» ДТС 16 достигается тем, что теплоноситель сосредотачивается в зоне испарения 17, которая имеет температуру меньшую, чем в зоне конденсации 18. Таким образом, достигается опрокидывание испарительно-конденсационного цикла. Можно говорить, что ДТС 17 работает в режиме «теплового диода».

Представленные в данном материале исследования выполнены на серийном холодильном оборудовании ВЗХ, которое относят к среднему (по полезному объему) классу – 120…150 дм3

В этой связи остается открытым вопрос -насколько будет энергетически эффективна модернизация бытового холодильного оборудования минимального (30…50 дм3) и максимального (180…300 дм3) объёма.

В дальнейшем авторы и видят продолжение представленных в данной работе исследований в изучении энергетической целесообразности установки НК в бытовых абсорбционных холодильных приборах малого и большого объема.

При дальнейших разработках в целях эффективного продвижения на рынок новой техники было бы целесообразно войти в контакт с дизайнерами-разработчиками кухонной мебели.

4. Заключение

1. Перспективным направлением энергосбережения в бытовой технике может стать разработка приборов, совмещающих функции холодильного хранения и тепловой обработки пищевых продуктов, полуфабрикатов и сельскохозяйственного сырья. В таких бытовых комбинированных приборах теплота, выделяющаяся при реализации холодильного цикла, не отводится сразу в окружающую среду, а передается в специальную НК, при этом в объеме НК поддерживается температура выше, чем температура воздуха в помещении. Эффект энергосбережения достигается за счет расширения функциональных возможностей бытовых приборов без привлечения дополнительных энергозатрат. 

2.  Для реализации в быту подавляющего числа пищевых технологий достаточным является диапазон температур 50…70 °С. В современной бытовой холодильной технике такой диапазон температур могут обеспечить только АХА, при этом в качестве источника тепловой нагрузки дополнительной НК следует использовать подъемный участки дефлегматора.

3.  Предложены оригинальные конструкции комбинированных бытовых аппаратов абсорбционного типа, приведено описание их работы, преимущества и недостатки, области применения. 

4.  Результаты экспериментальных исследований бытовых комбинированных приборов абсорбционного типа на базе серийной модели ВЗХ «Кристалл – 408» АШ-150 показали:

а) для снижения энергопотребления в пусковой период целесообразно использовать дополнительные источники тепловой нагрузки для обеспечения приемлемых тепловых режимов НК, причем эту задачу можно решить и при использовании теплоаккумулирующих материалов;

б) введение в состав бытовых абсорбционных холодильников дополнительной НК, связанной в тепловом отношении с подъемным участком дефлегматором АХА, не приводит к росту энергопотребления (по результатам испытаний ниже, чем в серийном исполнении, на 5 %) и не ухудшает эксплуатационных характеристик камер охлаждения.

5.  Результаты расчета параметров теплоизоляции дополнительных НК приведены в виде номограмм, по которым в зависимости от тепловой нагрузки подъемного участка дефлегматора АХА и объема НК можно найти толщину теплоизоляции, выполненной из стекловолокна или пенополиуретан. Расчеты показали, что при начальной температуре воды в НК 16 С, температуре окружающего воздуха 25 С и тепловой мощности, подводимой с дефлегматора 4 АХА – 10 Вт, 40 литров воды будет нагреваться до температуры 50 С в 1,5 раза быстрее, чем при отсутствии ДТС, связывающих внутреннюю полость 14 с внешним кожухом.

Конфликт интересов

The authors declare that there is no conflict of interest in relation to this paper, as well as the published research results, including the financial aspects of conducting the research, obtaining and using its results, as well as any non-financial personal relationships.

Финанисирование

Работа выполнена в рамках плана научных исследований аспирантки Гратий Т.И. (Hratii Tetiana)

Доступность

В рукописи нет связанных данных.

Титлов Александр Сергеевич
Titlov Oleksandr
д-р техн. наук, проф.
Кафедра нефтегазовых технологий, инженерии и теплоэнергетики
Одесский национальный технологический университет (ОНТУ)
Канатная,112, Одесса, 65039
Email   [email protected]
ID ORCID: 0000-0002-7275-5061

Гратий Татьяна Ивановна
Hratii Tetiana
аспирантка
Кафедра нефтегазовых технологий, инженерии и теплоэнергетики
Одесский национальный технологический университет (ОНТУ)
Канатная,112, Одесса, 65039
Email: [email protected]
ID ORCID: 0000-0002-3525-8410

Литература

1. Laguerre, O. The analysis of the factors determining temperature in a house refrigerator / O. Laguerre, E. Derens, B. Palagos // Int.J. Refr. GB, 2002.08. – Vol. 25. – № 5. – P. 653–659.

2. Холодильное хозяйство в сфере хранения продовольствия. Проблемы мо-дернизации и методы их решения / И. Г. Чумак, В. П. Кочетов, С. А. Усатюк, А. В. Ломакин // Холодильная техника и технология. – 2002. – № 1(75). – С.5–8. 

3. Tassou S., De-Lille G., Ge, Y. Food transport refrigeration – Approaches to reduce energy consumption and environmental impacts of road transport. Ap-plied Thermal Engineering. 2009. № 29(8-9). Р. 1467—1477. doi:10.1016/ j.applthermaleng.2008.06.027.

4. Pongsid Srikhiin, Satha Aphornratana, Supachart Chungpaibulpatana. A review of absorption refrigeration technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2001. № 5. Р. 343—372.

5. Rodríges-Muños J.L., Belman-Flores J.M. Review of diffusion-absorption refrigeration technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014. №. 30. P. 145—153.

6. Guiseppe Starace, Lorenzo De Pascalis. An enhanced model for the design of Diffusion Absorption Refrigerators. International Journal of Refrigeration. 2013. № 36. 1495—1503.

7. Jacob J., Eiker U., Barth U. Raumklimatisierung mittels solarbetriebener Diffusions-Absorptionskältemaschine. Horizonte 2005.  № 26. P. 11—14.

8. Acuña A., Velazquez N., Cerezo J. Energy analysis of a diffusion absorp-tion cooling system using lithium nitrate, sodium thiocyanate and water as ab-sorbent substance and ammonia as the refrigerant. Applied Thermal Engineering. 2013. № 51. P. 1273—1281.

9. Adnan Sozen, Tayfun Menlik. The effect of ejector on the performance of diffusion absorption refrigeration systems with alumina nanofluid: An experimental study. Applied Thermal Engineering, 2014. № 44. Р. 73—80. 

10. Титлов А.С. Разработка бытовых комбинированных приборов абсорбционного типа / А.С. Титлов, Ю.А. Козонова, В.Г. Приймак // Холодильна техніка та технологія. – 2018. – Т.54. – № 2. – С.10-24.

11. Titlov A.S. Tendenzen der Entwicklung von Hauschalts-Kugl-und Gefriegeraten in der Ukraine und Untersuchungen neuer Arbeitsver-fahren / A.S. Titlov, M.V. Rybnikov // Die Kalte und Klima-technik. – 1994. – № 6. – S. 386-388.

12 Деклараційний патент № 47866А України, МКИ F 25 D 11/02; Комбінований абсорбційний холодильник // О.С. Тітлов, М.Д. Захаров, О.Б. Василів, С.В. Вольневіч. -№ 2001106933; Заявл. 11.10.2001; Опубл. 15.07.2002, Бюл. № 7. 

13. Пат. 1835898 Российской Федерации, МКИ F25 D 11/00. Устройство для тепловой обработки и хранения продуктов /А.С. Титлов, В.Ф. Чернышев, Г.И. Овечкин, К.Г. Смирнов-Васильев, В.В. Двирный, Н.Ф. Хоменко, Г.М. Олифер — №4874603/23-13; Заявл. 17.10.90; Опубл. 06.06.94, Бюл. №25.

14. Патент 1814006 Российской Федерации, МКИ F25 D 11/02. Комбинированный абсорбционный холодильник /В.Ф. Чернышев, В.В. Двирный, Г.И. Овечкин, А.С. Титлов, К.Г. Смирнов-Васильев, Н.Ф. Хоменко, В.Х. Демтиров, Г.И. Григоров, Г.М. Олифер –N№4890425/06; Заявл. 13.12.90; Опубл. 07.05.93, Бюл. № 17.

15. Патент 1814008 Российской Федерации, МКИ F25 D 11/02. Комбинированный абсорбционный холодильник /В.Ф. Чернышев, В.В. Двирный, А.С. Титлов, Г.И. Овечкин, К.Г. Смирнов-Васильев, Н.Ф. Хоменко, Демтиров, Г.И. Григоров, Г.М. Олифер -№ 4890428; Заявл. 13.12.90; Опубл. 07.05.93, Бюл. № 17.

16. Деклараційний патент № 47751А України, МКИ F25 B 15/10; Комбінований абсорбційний холодильник // О.С. Тітлов, М.Д. Захаров, О.Б. Василів, С.В. Вольневіч. -№ 2001096073; Заявл. 04.09.2001; Опубл. 15.07.2002, Бюл. № 7.

17. Патент 1814007 Российской Федерации, МКИ F 25 D 11/02. Комбинированный абсорбционный холодильник: Пат. 1814007 Российской Федерации, МКИ F 25 D 11/02 /А.С. Титлов, В.Ф. Чернышев, В.В. Двирный, Г.И. Овечкин, К.Г. Смирнов-Васильев, Н.Ф. Хоменко, Г.М. Олифер, В.Х. Демтиров, Г.И. Григоров; -№ 4890427/06; Заявл . 13.12.90; Опубл. 07.05.93, Бюл. № 17.


Подписывайтесь на наш Telegram канал «Гранит науки»
Читайте нас на Яндекс Дзен

У нас есть страница на Facebook и Вконтакте
Журнал «Гранит Науки» в Тeletype
Прислать статью [email protected]


Больше на Granite of science

Подпишитесь, чтобы получать последние записи по электронной почте.

Добавить комментарий

Больше на Granite of science

Оформите подписку, чтобы продолжить чтение и получить доступ к полному архиву.

Continue reading