Способ увеличения энергоэффективности бытовых холодильных приборов




Лемешко Михаил Александрович и др.

доцент
ИСОиП (филиал) ДГТУ, Россия, г. Шахты


Аннотация: В статье приведено описания нового способа увеличения эффективности теплообменного процесса поверхности конденсатора компрессионного бытового холодильного прибора с окружающим воздухом, что обеспечивает увеличение энергоэффективность холодильного прибора. Описан способ охлаждения конденсатора и устрой-ство бытового холодильника с подвижным конденсатором. Эффект получен путем замещения вентилятора, обдувающего поверхность конденсатора на колеблющийся под действием электромагнита подвижный конденсатор, консольно подключенный к герметичному агрегату холодильника.

Ключевые слова: бытовой холодильный прибор компрессионного типа, конденсатор, энергетическая эффективность, теплообмен, колебания.




Библиографическое описание: Лемешко М.А., Алехин С.Н., Урунов С.Р., Серебряков А.В. СПОСОБ УВЕЛИЧЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ БЫТОВЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ ПРИБОРОВ [Текст] // Научный поиск в современном мире: сборник материалов 11-й международной науч.-практ. конф., (г. Махачкала, 31 января 2016 г.) - Махачкала: Издательство “Апробация", 2016 – С.33-36


Большое количество электроприборов используются в быту, и их применение упрощает повседневную жизнь людей и способствует созданию комфортности в домашнем хозяйстве.

Эти приборы потребляют электроэнергию, и они характеризуются энергосбережением и энергоэффективностью [1]. В настоящее время разработчики бытовой техники ведут активный поиск новых технологий, конструкций приборов, снижающих их энергопотребление.

Неотъемлемой частью бытовых приборов являются компрессионные бытовые холодильные приборы (КБХП), которые непрерывно подключены к электросети и на их функционирование круглосуточно затрачивается электроэнергия. Затраты электроэнергии на КБХП составляют 60%-70% общих расходов электроэнергии в домашнем хозяйстве [2].

Очевидна актуальность исследований в совершенствовании КБХП с целью увеличения их энергоэффективности.

Решения указанной проблемы энергосбережения в холодильной технике осуществляются известными подходами [3,4]. Исследования [5] показали, что в холодильной технике, в частности в КБХП, для улучшения их теплоэнергетических показателей целесообразно исследовать и совершенствовать методы охлаждения хладагента в конденсаторе холодильного агрегата. Этот теплообменный аппарат и процесс конденсации хладагента в нем существенно влияют на энергопотребление холодильника. Увеличение интенсивности охлаждения хладагента в конденсаторе холодильного прибора можно обеспечить путем изменения его конструкции, увеличения габаритных размеров змеевика конденсатора, применением испарительного охлаждения [6], применением вентилятора для обдува поверхности конденсатора [7] или путем обдува агрегата холодильника в целом [8].

Метод увеличения теплообменной площади естественного теплообмена с окружающим воздухом обладает рядом недостатков, например, появляется необходимость использования относительно большой змеевик конденсатора, что увеличивает его металлоемкость и себестоимость. Увеличение интенсивности охлаждения конденсатора путем принудительного обдува его поверхности вентилятором, также имеет недостатки. Поток воздуха, от вентилятора лишь частично охватывает поверхность конденсатора, участвуя в теплообменных процессах. Энергия, затрачиваемая вентилятором на создание воздушного потока, лишь частично используется в обеспечении теплообменного процесса на поверхности конденсатора.

Поставлена задача более эффективно использовать воздушный поток для охлаждения конденсатора. Для увеличения энергоэффективности КБХП был разработан новый способ охлаждения конденсатора за счет колебаний его поверхности [9].

Разработан КБХП состоящий из холодильного шкафа, герметичного агрегата, включающего соединительные трубопроводы, компрессор, испаритель и конденсатор в виде оребренного трубчатого змеевика, закрепленного вертикально на задней стенке холодильного шкафа, в котором конденсатор закреплен консольно в нижней части холодильного шкафа. Верхняя часть конденсатора взаимодействует с исполнительным органом электромагнитного вибратора, прикрепленного к корпусу холодильного шкафа, с возможностью совершать колебательные движения перпендикулярно плоскости задней стенки холодильного шкафа. Устройство колебаний снабжено ограничителем колебательных движений плоскости конденсатора, который состоит из кронштейна, прикрепленного к корпусу холодильного шкафа, возвратной пружины и регулировочного винта с шайбой, прижимающего плоскость поверхности конденсатора к кронштейну.

В разработанном способе энергия, затрачиваемая на интенсификацию теплообменного процесса в большей степени, используется для осуществления процесса движения воздуха вокруг поверхности конденсатора без потерь на создание бесполезного движения потока воздуха от вентилятора. При этом увеличится интенсивность теплообмена между окружающим воздухом и поверхностью конденсатора. Энергия, затрачиваемая на колебательный процесс плоскости конденсатора будет максимально использована на интенсификацию теплообменного процесса.

Консольность конструкции конденсатора обеспечивает достаточность минимальных усилий и затрат энергии на его колебания. Затраты энергии на обеспечение колебаний плоскости конденсатора будут минимальны, так как частота колебаний устанавливается близкой к резонансной частоте, которая рассчитывается и зависит от массы конденсатора, габаритных размеров и консольности его крепления. На рисунке 1 приведена схема конструкции разработанного конденсатора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Схема устройства подвижного конденсатора КБХП.

 

Реализация разработанного метода осуществляется следующим образом (рисунок 1): при включении КБХП подается напряжение на электромагнитный вибратор 3. Частота вибратора 3 устанавливается на резонансной частоте колебания плоскости конденсатора 4, вследствие чего плоскость конденсатора будет совершать возвратно-поступательные движения в пределах ограничения амплитуды колебания настраиваемых ограничителем колебательных движений. При подаче напряжения на катушку электромагнитного вибратора 3, его магнитное поле будет взаимодействовать с постоянным магнитом или пластинкой 2, выполненной из ферримагнитного материала, закрепленной на поверхности конденсатора 4 и вызывать колебательные движения 5 верхней части плоскости конденсатора 4. Конденсатор своим трубопроводом подключен к агрегату консольно. Его нижняя часть закреплена неподвижно. Строго говоря, плоскость конденсатора совершает вращательные колебания. При этом образуются турбулентные завихрения воздуха окружающей среды вокруг оребрения змеевика конденсатора. Будет интенсивно обдуваться поверхность змеевика и элементов оребрения конденсатора 4, обеспечивая этим интенсивный теплообмен между поверхностью конденсатора и окружающим воздухом. Частота колебания вибратора, может регулироваться и зависит от конструкции холодильника, размеров и массы конденсатора. Например, для бытового холодильника емкостью до 250 дм3 амплитуда колебаний вибратора должна составлять, предпочтительно, 5-10 мм, а частота колебаний вибратора выбираться, предпочтительно, в диапазоне от 0,5-5,0 Гц. Частота колебаний может подбираться с целью достижения явления резонанса, при котором затраты энергии на колебательный процесс будут минимальными

Энергопотребление электромагнитного вибратора значительно меньше чем затраты энергии на создание воздушного потока с помощью вентилятора, так как не создается воздушный поток неиспользуемый в теплообменном процессе. Относительно небольшая величина амплитуды колебания конденсатора не будет отражаться на колебаниях корпуса холодильного шкафа, и снижать его потребительские качества. Относительно низкая частота колебаний не будет сказываться на ухудшении шумовых характеристик при эксплуатации холодильника. В сравнение с охлаждением поверхности конденсатора с помощью вентилятора шумовые характеристики процесса охлаждения намного лучше при колебательном процессе охлаждения конденсатора.

 

Список литературы:

1.  Энергоэффективность и развитие энергетики. Государственная программа Российской Федерации (утв. постановлением Правительства РФ от 15 апреля 2014 г. № 321). – Режим доступа: http://minenergo.gov.ru/system/download-pdf/323/664

2.  Лемешко, М.А. Технологии повышения энергетической эффективности бытовых холодильных приборов. // Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. – 2014. – № 13. – С. 188-196.

3.  Вейнберг, Б.С. Бытовые компрессионные холодильники // Вейнберг, Б. С., Вайн, Л.Н. – М.: Пищевая промышленность, 1974. – 272 с.

4.  Лемешко, М.А. Увеличение интенсивности теплообменных процессов конденсатора компрессионного холодильника. // Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. –2014. –№ 12. –С. 65-69.

5.  Лемешко, М.А., Кожемяченко, А.В., Урунов, С.Р. Зависимость энергетической эффективности компрессионного холодильника от способа охлаждения его конденсатора. // Технико-технологические проблемы сервиса. –2014. –№ 4 (30). –С. 58-60

6.  Лемешко, М.А., Урунов, С.Р., Головина, Е.И. Использование испарительного охлаждения для увеличения энергетической эффективности бытового холодильника. // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. –2015. –№ 1 (103). –С. 114-116.

7.  Пат. 102006040379 DE. Холодильник, содержащий конденсатор с принудительной вентиляцией / БСХ БОШ УНД СИМЕНС ХАУСГЕРЕТЕ ГМБХ (DE). 29.08.2006

8.  Пат. № 2511804 Российская Федерация, МПК F25B 1/00, F25B 31/00, F25B 39/04, F25B 49/02. Способ охлаждения герметичного компрессорно-конденсаторного агрегата компрессионного холодильного прибора / М.А. Лемешко, С.П. Петросов, Ф.В. Корниенко, В.А. Аристархов, Ю.П. Кривоносов, Е.А. Рабичев.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ЮРГУЭС». –№2012122751/06; заяв. 01.06.2012; опубл. 10.04.2014, бюл. №10. –7 с.

9.  Пат. № 2570533 С1 Российская Федерация, МПК F25D11/02. Бытовой холодильник с подвижным конденсатором / Лемешко, М.А., Кожемяченко, А.В., Урунов, С.Р.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ДГТУ». –№ 2014154241/06,; заяв. 29.12.2014; опубл. 10.12.2015 Бюл.№34.

Предстоящие заочные международные научно-практические конференции
XVII Международная научно-практическая конференция «Теоретические и практические проблемы  развития современной науки»
XVII Международная научно-практическая конференция «Теоретические и практические проблемы развития современной науки»
XIX Международная научно-практическая конференция «Научный поиск в современном мире»
XIX Международная научно-практическая конференция «Научный поиск в современном мире»
XVIII Международная научно-практическая конференция «Научный поиск в современном мире»
XVIII Международная научно-практическая конференция «Научный поиск в современном мире»