Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_10884
.pdf
использовать значение 80 °F (27 °C). Количество холода, необходимое для поддержания в шкафу выбранной
температуры (36 °F) в условиях средней комнатной температуры, представляет собой произведение разницы
температур (80 °F - 36 °F) между внутренней и внешней сторонами шкафа на удельную теплопотерю на
градус в час, полученную в соответствии с товарной позицией 1 (3,4 БТЕ). Исходя из выбранных выше
значений, вычисление (80-36) x3.4=149.6 показывает, что реальная комнатная температура.
- b Температура шкафа.
36 36 36 36 36 c=(a-b) Температура.
Разница 24 34 44 34 64. Приведенная выше таблица показывает, что для поддержания внутренней
температуры 36°F при комнатной температуре 60°F исследуемому шкафу требуется 81,6 БТЕ в час
охлаждения.
Аналогично, это указывает на то, что 115,6 B.T.UJ., 149,6 B.T.U., 183,6 B.T.IU., 217,6 B.T.U.
Для поддержания температуры в этом шкафу на уровне комнатной температуры, соответственно, 70°F, 80°F,
90°F и 100°F, требуется холодильная мощность 251,6 БТ1Дж.
и 110 градусов по Фаренгейту.
При расчетах, представленных в таблице выше, предполагается, что необходимо поддерживать температуру
в камере на уровне 36 °F без существенных отклонений. Однако следует понимать, что в обычном бытовом
холодильнике температура внутри холодильной камеры может несколько отличаться от заданной, если она не
опускается значительно ниже 0°C (32°F).
или значительно повысить температуру выше 50 градусов по Фаренгейту на длительный период времени.
Таким образом, для поддержания внутренней температуры камеры на уровне 36°F при комнатной
температуре 80°F необходимо количество тепловой энергии, эквивалентное 149,6 БТЕ в час. Это значение в
149,6 БТЕ в час послужило основой для дальнейшего проектирования и строительства холодильной системы.
(3) Расчет требований к охлаждению для кафельных шкафов при различных комнатных температурах.
Требования к любому конкретному шкафу для поддержания практически постоянной внутренней температуры
шкафа при изменяющихся температурах в помещении рассчитываются на основе данных, полученных в
соответствии с разделом 1. Поскольку потребность в БТЕ на градус разницы внутренней и внешней
температур в час для любого конкретного шкафа может быть определена в соответствии с описанием в
пункте 1, полученное таким образом значение (3,4 БТЕ в час) умножается на общую разницу температур
между постоянной температурой шкафа и каждой из изменяющихся комнатных температур 60, 70, 80%, 90,
100 и 110. Для корректного расчета составлена следующая таблица: Утечка тепла в блоке 3,4 3,4 3,4 3,4 3,4
3,4 e=(cx d) Общая утечка тепла из корпуса 81,6 115,6 149,6 183,6 217,6 251,6 При проектировании
холодильной системы требования 9g0 для бытовых холодильников не требуют поддержания температуры в
камере без малейшего отклонения от выбранного значения.
Таким образом, в рамках данного изобретения значения в столбцах b «Температура шкафа», c «Разница
температур» и e «Общая тепловая утечка шкафа» могут быть выражены в терминах верхнего и нижнего
пределов, а не фиксированных температур, и при построении линий C и D, описанных ниже, на графиках
вместо линий формируются полосы, указывающие на зоны допустимой работы, а не негибкие линии, от
которых нельзя отклониться. Однако данное изобретение может быть, и предпочтительно, применяется с
такой точностью, что температура в камере может поддерживаться в гораздо более узких температурных
пределах, чем указано выше.
(4) Проектирование холодильной системы, обеспечивающей необходимую среднюю производительность при
непрерывной работе.
Холодильная система предназначена для производства необходимого количества холода, указанного в
пункте 2, которое при принятых значениях составило 149,6 БТЕ холодопроизводительности в час при
комнатной температуре 80 °F (27 °C) и непрерывной работе с постоянной скоростью. В условиях
современного развития холодильной техники считается излишним подробно описывать необходимые этапы и
расчеты для проектирования такой системы. Как известно, при использовании компрессора в сочетании с
выбранным хладагентом, конденсатором и испарителем необходимо обеспечить наличие компрессора
соответствующей объемной производительности. Любой инженер-холодильник, используя известные методы
и значения, может легко определить необходимые параметры.
(5) Калориметрические измерения системы TnH.
Затем проводится серия калориметрических испытаний системы для определения
холодопроизводительности при различных давлениях в испарителе и соответствующих давлениях в
конденсаторе при различных комнатных температурах. Для этой цели можно использовать любой тип
калориметрического теста, например, тест, описанный в журнале "Refrigerating Engineering", октябрь 1931 г.,
стр. 234-239.
(6) ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММ.
На основе данных, полученных в ходе калориметрических испытаний, построена диаграмма, в основном
соответствующая данным, представленным на рисунке 1. Аналогичную диаграмму можно составить для
любой желаемой системы, используя значения, полученные в ходе калориметрических испытаний,
проведенных аналогичным образом.
Для иллюстрации применения общего правила построения этих диаграмм будут использованы значения,
фактически полученные нами в ходе одной репрезентативной серии испытаний.
В ходе калориметрических испытаний системы при давлении всасывания или испарителя 20 дюймов и
комнатной температуре 80 °F (27 °C) было установлено, что система, испытанная нами с использованием
C2ClF4 в качестве хладагента, производит приблизительно 110 БТЕ в час.
Это определило одну точку на отметке 80 градусов по Фаренгейту.
Линия, которую необходимо нанести на диаграмму «А», точка которой обозначена на отметке 30. При
комнатной температуре 80°F и изменении давления в испарителе до дюймов вакуума система производила
примерно 180 BTW в час, и таким образом была определена еще одна точка, обозначенная цифрой 31, на
линии комнатной температуры 80°F на диаграмме «А». При противодавлении вакуума в 10 дюймов и
комнатной температуре 80 °F система производила 252 BTI в час, и таким образом была определена точка 32
линии комнатной температуры 80 °F. При противодавлении вакуума в 5 дюймов и комнатной температуре 80
°F система производила 325 70 БТЕ в час, и таким образом была установлена точка 33 линии комнатной
температуры 80 °F. Аналогичным образом были установлены линии, соответствующие температурам 60°F,
70°F, 90°F, 100°F и 110°F; система 75 работала при каждой из этих комнатных температур с
противодавлением 5, 10, 15 и 20 дюймов.
Для правильного проектирования системы, способной обеспечить результаты, описанные в данном
изобретении, сначала устанавливаются противодавления, обеспечивающие постоянную температуру в
камере при различных температурах в помещении, путем построения линий C и D на диаграммах «A» и «B»
соответственно. Расчеты по статье 3 показывают, что для рассматриваемого блока требовалось 81,6 БТЕ в
час охлаждения при комнатной температуре 60 °F и температуре в камере 36 °F. На диаграмме 090 "A" точка
пересечения линии 60 °F с вертикальной линией, соответствующей 81,6 БТЕ, определяет точку 50 линии C.
Аналогично, расчет по статье 3 при комнатной температуре 70 °F показывает, что для работы блока требуется
115,6 БТЕ, и, таким образом, точка пересечения линии 70 °F с вертикальной линией от точки 115,6 БТЕ
определяет точку 51 линии C. Аналогично, расчет по статье 3 показывает, что для работы блока требуется
149,6; 183,6; 217,6 и 251,6 B.T.IF при комнатной температуре 80°F, 90°F, 100°F и 110°F соответственно, и,
таким образом, точки пересечения 105 с 80°F, 90°F, 100°F и 110°F.
линии с вертикальными линиями от этих БТЕ.
Значения соответственно определяют точки 52, 53, 54 и 55 линии C. Таким образом, линия C может
использоваться для указания i10 различных противодавлений, необходимых в испарителе для поддержания
постоянной температуры камеры 36 °F при любой изменяющейся комнатной температуре от 60 °F до 110 °F,
путем проецирования на шкалу давления испарителя J15 точек пересечения линии C с каждой из желаемых
комнатных температур.
(7) Конструкция расширителя хладагента, способного поддерживать необходимое давление нагнетания и
отвода воздуха для поддержания постоянной температуры в камере при изменяющихся температурах в
помещении.
На диаграмме «А» показан ряд значений противодавления или давления всасывания, которые необходимо
поддерживать в холодильной системе для обеспечения постоянной температуры в холодильной камере при
различных температурах в помещении.
Следует понимать, что соответствующая длина и площадь 130 419 725 необходимы для получения
характеристик давления, которые были установлены ранее.
Калибровка удлиненного отверстия, далее именуемого «ограничителем», может быть выполнена либо с
использованием ограничителя регулируемой длины и площади поперечного сечения, либо путем замены для
каждого испытания другим ограничителем, имеющим другую длину или площадь, чем ограничитель 75,
испытанный в последний раз. В любом случае, после завершения калибровки создается ограничитель
определенной длины и площади поперечного сечения, который может быть воспроизведен для серийного
производства 80 единиц в этом готовом виде.
Для целей данного изобретения нет необходимости давать высокотехническое описание законов течения
расширяющегося хладагента через удлиненное отверстие диаметром 85°. Напротив, здесь описаны только те
принципы, относящиеся к данной теме, которые необходимы для того, чтобы помочь специалисту в данной
области правильно откалибровать удлиненное отверстие для получения требуемых результатов.
С учетом этих требований для калибровки ограничителя могут использоваться следующие общие принципы и
процедура: во время калибровки удлинение ограничителя или уменьшение его площади поперечного сечения
приводит к снижению противодавления и/или уменьшению давления в конденсаторе, тогда как уменьшение
длины или увеличение площади ограничителя имеет тенденцию к увеличению противодавления в испарителе
и/или повышению давления в конденсаторе.
Ввиду этой неотъемлемой характеристики, в разрабатываемую холодильную систему включен ограничитель с
практической начальной длиной 105 и площадью поперечного сечения. Калибровка начинается с изменения
его длины или площади, или и того, и другого, при любой постоянной комнатной температуре (например,
минимальной комнатной температуре, которая, вероятно, будет встречаться) до тех пор, пока он не будет
поддерживать желаемую температуру в камере за счет поддержания противодавления, указанного на
диаграмме «А», необходимого при этой комнатной температуре. 115 Однако, скорее всего, этой калибровки
будет недостаточно для того, чтобы ограничитель мог поддерживать ту же температуру в камере при
максимальной температуре в помещении, которая может быть достигнута, поскольку в этих условиях
требуются совершенно другие значения давления в камере и противодавления. Поэтому дальнейшая
калибровка проводится при этой высокой комнатной температуре, а затем попеременно при низких и высоких
комнатных температурах. 125 Каждая калибровка приближает ограничитель к его окончательной форме, пока
не будет достигнут желаемый результат.
Для поддержания надлежащего напора и противодавления необходимо, чтобы ограничитель обеспечивал
поддержание необходимого давления в конденсаторе или напора в холодильной системе, однако эти
параметры будут поддерживаться автоматически, если поддерживаются противодавление или давление
всасывания. Таким образом, изготавливается расширитель, способный поддерживать противодавление,
указанное на диаграмме «А», которое для данной системы и шкафа составляет: в помещении с температурой
600 °F противодавление должно составлять 23 дюйма, как показано путем проецирования точки 50 на линии
600 °F горизонтально на испаритель или шкалу противодавления. В помещении с температурой 1100 °F
противодавление должно составлять 7 дюймов, как указано в пункте 55. Если конструкция расширителя
позволяет поддерживать противодавление 23 дюйма в помещении с температурой 600 °F и противодавление
7 дюймов в помещении с температурой 1100 °F, то он автоматически поддерживает практически надлежащее
противодавление для промежуточных температур в помещении, указанных в таблицах.
Таким образом, устанавливается условие, при котором температура в камере поддерживается практически на
уровне 360 °F (160 °C).
в диапазоне комнатных температур от 600 до 110 градусов по Фаренгейту.
Для использования между конденсатором и испарителем рассматриваются различные типы расширителей,
способных поддерживать требуемое давление в испарителе, указанное в данном документе, а также
соответствующее давление в конденсаторе. Фактически, многие используемые в настоящее время
расширители, при правильном проектировании и согласовании в соответствии с нашим изобретением, могут
быть использованы для этой цели. Правильно спроектированное удлиненное отверстие, имеющее
необходимую длину и площадь поперечного сечения, обеспечивает превосходные результаты.
Предпочтительно, отверстие имеет треугольное поперечное сечение и спроектировано с такой площадью
поперечного сечения и длиной, чтобы поддерживать надлежащее давление напора и противодавления в
системе для обеспечения постоянной температуры в камере при изменяющихся температурах в помещении.
Хотя удлиненные отверстия ранее использовались для расширения хладагента между конденсатором и
испарителем, таким отверстиям совершенно не хватало характеристик, позволяющих поддерживать
постоянную температуру в камере при изменяющихся температурах в помещении в сочетании с постоянно
работающим компрессором с постоянной скоростью вращения.
Один из способов создания правильного удлиненного отверстия заключается в размещении отверстия любой
произвольной длины, площади поперечного сечения и формы в холодильной системе, при этом все части
находятся в своем нормальном рабочем положении на корпусе, а затем в калибровке отверстия путем
изменения его длины и площади поперечного сечения в различных условиях эксплуатации до тех пор, пока
калибровка не даст отверстие надлежащего размера. В некоторых случаях может быть целесообразно
калибровать ограничитель, учитывая его влияние как на напор, так и на противодавление. Однако в обычных
условиях калибровку можно упростить, используя в качестве ориентира только влияние отверстия на
противодавление системы, что позволит давлению напора автоматически регулироваться до надлежащих
значений.
На рисунке 8 представлена диаграмма, аналогичная диаграмме «А» на рисунке 1, на которой размещены
определенные направляющие для калибровки, при этом в качестве определяющего фактора используется
противодавление холодильной системы. На этом рисунке все точки в области слева от линии C1 обозначают
условия давления, при которых температура в камере оказывается выше желаемой. Все точки справа от
линии C' обозначают более низкие температуры в шкафу. При интерпретации данных на этом графике
необходимо учитывать не только противодавление, но и температуру в помещении. Таким образом, точки m и
%, расположенные на одной горизонтальной линии, указывают на идентичные условия противодавления (10
дюймов) в системе; однако, если эти же точки считывать относительно линий комнатной температуры, точка
m указывает на то, что противодавление в 10 дюймов при комнатной температуре 1100 °F приводит к более
высокой температуре в шкафу, чем требуется, тогда как такое же противодавление в 10 дюймов при
комнатной температуре 60 °F приводит к более низкой температуре, чем требуется.
Обращаясь к рисунку 8, правило калибровки гласит: если точка находится слева от линии C', площадь
поперечного сечения ограничителя увеличивается, а если она находится справа от линии C', длина
ограничителя увеличивается, если первоначально выбранный ограничитель кажется слишком коротким или
имеет слишком малую площадь поперечного сечения. Если же, с другой стороны, первоначально выбранный
ограничитель оказывается слишком длинным или имеет слишком большую площадь поперечного сечения,
можно провести калибровку для уменьшения размера, т.е.
Площадь поперечного сечения ограничителя уменьшается, когда точка находится справа от линии ct, а длина
ограничителя уменьшается, когда точка находится слева от линии c'.
С учетом этих правил калибровки, ограничитель произвольной длины и площади поперечного сечения
помещается в систему и шкаф и эксплуатируется при самой низкой комнатной температуре (600 °F), которая
может быть достигнута. Полученный результат, с точки зрения обратного давления и комнатной температуры,
вполне может отличаться от надлежащих требований пункта 501. Вместо этого полученный результат будет
наблюдаться на линии комнатной температуры 600 °F либо справа, либо слева от линии C'. Для наглядности
предположим, что первоначально выбранный ограничитель слишком короткий и имеет слишком малую
площадь, и что такая точка будет располагаться слева и может быть обозначена как точка V. В соответствии с
правилом калибровки, площадь поперечного сечения отверстия увеличивается до тех пор, пока точка 501 не
совпадет с ординатами противодавления и комнатной температуры. В целом, если чрезмерное охлаждение
происходит внутри самого ограничителя, а не в испарителе, это указывает на то, что ограничитель либо
слишком длинный, либо имеет слишком большую площадь поперечного сечения, и в этом случае следует
использовать правило калибровки с уменьшением размера.
Первоначальная калибровка, описанная выше, удовлетворяет требованиям при комнатной температуре 60°F
(185°C), но, вероятно, недостаточна для обеспечения работы отверстия, способного поддерживать требуемое
противодавление в помещении при температуре 110°F (43°C). Поэтому второй этап калибровки проводится в
помещении с температурой 90-110 градусов по Фаренгейту. Полученный результат, вероятно, не совпадет с
условиями, указанными в точке 551, но может наблюдаться в точке справа или слева от точки 551 на линии
комнатной температуры 110°F. Для наглядности предполагается, что результат можно отобразить в виде
точки a слева от точки 55 вдоль линии 110 F. Правило калибровки 100 в этих условиях заключается в
увеличении площади поперечного сечения до тех пор, пока она не создаст противодавление при комнатной
температуре, условия, по существу идентичные тем, которые указаны в пункте 55. На этом завершается
второй этап калибровки (105), как показано на рисунке 8 линией 102, точкой и стрелкой, указывающей на 55'.
Этот второй этап калибровки исказил результаты первой калибровки в помещении при температуре 60°F.
Поэтому проводится третий этап калибровки. Система была повторно запущена в помещении с температурой
60 градусов по Фаренгейту, и был зафиксирован результат. Возникающее противодавление будет, при
Эти условия, вероятно, находятся справа от линии C', а результат можно обозначить точкой V'. Правило
калибровки для результатов, попадающих справа от линии C', заключается в том, что длину ограничителя
следует увеличить. Поэтому длина отверстия 120 увеличивается до тех пор, пока условия противодавления
при комнатной температуре снова не станут практически равны точке 501. На этом завершается третий этап
калибровки, обозначенный линией 103, точкой V' 125 и стрелкой, указывающей на 50K. Четвертый этап
калибровки при необходимости выполняется в помещении с температурой 110°F.
Полученный результат наносится на линию комнатной температуры 110 °F и будет 130. Испаритель имеет
U-образную форму и состоит из двух листовых металлических пластин 59 и 60, причем пластина 60 имеет
гофры или углубления 60a, расположенные на ней достаточно часто, так что две пластины 59 и 60 могут быть
сварены точечной сваркой в этих углублениях для образования пространства для хладагента 51a. Хладагент
протекает между пластинами 59 и 60 вниз по отводу 58a, вокруг изогнутого основания 61, а затем 75 вверх по
отводу 62. В верхней части рычага 62 в пластине 59 выполнен полуцилиндрический канал 63, который
образует наружный корпус теплообменника 55 и одновременно служит выходным отверстием для хладагента
испарителя 80 51, к которому подсоединена труба 64, ведущая к компрессору 10. В данной конструкции
эффективная площадь хладагента испарителя простирается от входного отверстия 58 в верхней части плеча
58a 85 и распространяется на различные расстояния при различных условиях вниз по плечу 58 вокруг нижней
части 61, вверх по плечу 62 и, при самых высоких комнатных температурах, почти до теплообменника 56; при
промежуточных комнатных температурах эффективная площадь хладагента заканчивается в некоторой точке
между промежуточным входным отверстием 58 и выходным отверстием 63 испарителя.
В этой конструкции морозильная камера для кубиков льда 95 создается путем размещения полок 65 и 66 на
выступах 67 и 68, образованных на пластине 59.
Поскольку эта часть испарителя защищена верхней пластиной 69 и торцевыми пластинами 69a и 69b от
циркулирующего воздуха в пространстве для хранения продуктов 50a шкафа, эта часть испарителя
достаточно холодная, чтобы заморозить кубики льда за разумное время. Торцевая пластина 69a снабжена
отверстиями 69c для размещения лотков для заморозки кубиков льда 69d.
Ограничитель или расширитель 56 может иметь любую подходящую конструкцию, обеспечивающую длинное
отверстие, через которое хладагент 110 расширяется перед подачей в испаритель O. Один из вариантов,
признанных удовлетворительными, включает в себя наружную цилиндрическую оболочку 70, расположенную
над болтообразным цилиндрическим элементом 71, снабженным треугольной резьбой 72, причем эта резьба
1i5 образует длинный непрерывный канал для расширения хладагента. В одном из способов сборки оболочка
70 нагревается до относительно высокой температуры и помещается над элементом 71 таким образом, чтобы
она плотно прилегала {20} в фиксированном положении к указанному элементу 70. При необходимости сетка
73 помещается во внутреннюю полость 74 болтообразным элементом 71, и ее конец соприкасается с
болтообразным элементом 71 в точке 75. Другой конец экрана 73 (125) закреплен в точке 76 на
цилиндрическом элементе 70.
Хладагент из конденсатора, проходящий по трубе 54, поступает в ограничитель или расширитель в точке 77,
130, расположенной между точкой x и точкой 55.
Таким образом, это можно обозначить точкой x&, и, следуя правилу калибровки, площадь поперечного
сечения увеличивается до тех пор, пока не будут получены условия противодавления и комнатной
температуры, соответствующие точке 5'5. Четвертый этап калибровки обозначен линией 104, точкой x1 и
стрелкой, указывающей на 55'.
Таким образом, можно заметить, что после этого каждая последующая калибровка при высоких и низких
комнатных температурах дает результат, более близкий к линии R cl. Таким образом, при необходимости
могут быть предприняты дальнейшие шаги по калибровке. Например, пятый этап калибровки включает
изменение комнатной температуры со 110 °F до 60 °F.
температура, при которой противодавление, достигаемое при комнатной температуре 60 °F, представлено
точкой V", находящейся между V' и 502. Поскольку точка V1 находится справа от линии Cl, длина
ограничителя увеличивается до тех пор, пока не будут восстановлены требования к противодавлению и
комнатной температуре, указанные в точке 501.
Данная процедура обозначена строкой 105, точкой "V" и стрелкой, указывающей на 501.
Следует отметить, что линия 105 очень близко совпадает с линией Cl, и что калибровку можно продолжать до
тех пор, пока не будут получены результаты, практически идентичные линии C0.
На чертежах показан конкретный холодильный агрегат.
Описанный здесь способ охлаждения применим ко многим типам холодильных установок. Для более ясного
понимания изобретения, и не с целью ограничения его объема, его применение к одной конкретной форме,
показанной на чертежах, будет описано далее со ссылкой на рисунки 2-7. Холодильное устройство включает в
себя шкаф, снабженный обычным пространством для хранения продуктов 50а. Компрессор 10, конденсатор
11 и испаритель 51 установлены на корпусе или собраны с ним в единое целое. Компрессор подает хладагент
по трубе 52 в конденсатор 11, где хладагент конденсируется и поступает в ресивер 53. Затем
сконденсированный хладагент проходит по трубе 54 к испарителю 51, но перед тем, как попасть в указанный
испаритель, он проходит через теплообменник 55, оставаясь под давлением конденсатора, а затем через
расширитель или ограничитель хладагента 56. После расширения в ограничителе 56 хладагент проходит
через трубу 57 к входному концу относительно длинного и узкого холодильного пространства 51а испарителя
61.
Входное отверстие для хладагента испарителя расположено в верхней части 58 плеча 58а испарителя.
419,725 проходит через сетку 73, затем попадает в конец 78 канала для хладагента, образованного резьбой
72, и, наконец, выходит через радиальный канал 79 в выходной конец 80, соединенный с трубой 57, ведущей к
входу в испаритель. Внутренняя поверхность оболочки 70 и внешняя поверхность болтообразных элементов
71 предпочтительно хромированы и имеют гладкую отделку. В представленной форме капиллярный канал,
образованный нитью 72, не регулируется ни по длине, ни по площади.
Этот тип расширителя предпочтительно использовать в готовом изделии после завершения всех
предварительных калибровок. Если такой расширитель используется для калибровки, изготавливается
несколько таких расширителей с различными размерами, чтобы их можно было заменять во время
калибровки до тех пор, пока не будет изготовлен расширитель нужной длины и площади поперечного сечения.
Если требуется более быстрое замораживание, чем обеспечивает испаритель, показанный на рисунках 3–5,
можно использовать модификацию, показанную на рисунке 6. В данной модификации хладагент, пройдя через
теплообменник 80, соответствующий теплообменнику 56, проходит через ограничитель или расширитель
хладагента 81, соответствующий ограничителю 56. После этого хладагент сначала контактирует с
устройством для заморозки льда, проходя по трубе 82 вниз и соприкасаясь с дном полки 83 лотка для льда.
Предпочтительно, контакт осуществляется в виде извилистых петель 82а, при этом труба прикреплена или
припаяна к пластине 83.
После этого хладагент проходит через участок 84 трубы 82 и поступает во входное отверстие для хладагента
85, которое соответствует ранее описанному входному отверстию для хладагента 58. После этого хладагент
стекает по патрубку 86 и продолжает движение g5 вокруг испарителя практически так же, как описано в
отношении рисунков 3–5. На рисунке труба 82 показана в контакте только с пластиной 83 в петле 82а, однако
после этого контакта труба может также продолжаться вниз и соприкасаться со второй или оставшимися
полками.
Полки 83 термически изолированы от внешней поверхности испарителя, поскольку расположены на
расстоянии, показанном на рисунке 88, от внешней оболочки испарителя. Для поддержки полок используются
небольшие выступы, но они сделаны максимально маленькими, чтобы минимизировать тепловой контакт.
Приведенное ранее описание надлежащей конструкции холодильной системы и расширителя не изменяется
описанными способами замораживания льдом. Система и расширитель спроектированы таким образом, что
замораживание льдом не требуется, и система автоматически увеличивает свою производительность при
помещении лотков со льдом и водой в испаритель. При установке лотков для льда противодавление и напор
автоматически повышаются на короткий промежуток времени, что временно существенно увеличивает
производительность системы, после чего давление стремится вернуться к нормальным значениям. В
изготовленном нами шкафу № 75 объемом примерно 5 куб.
В испарителе, аналогичном показанному на рисунке 6, были установлены лотки для льда общей
вместимостью 4 фунта, каждый из которых имел внутренний размер 80 футов. Было установлено, что при
комнатной температуре 600°F (160°C) лед замерзал примерно за четыре часа, а при комнатной температуре
1100°F (110°C) — за относительно более длительный период времени.
Испаритель должен иметь достаточную площадь (85%) для обеспечения достаточного теплообмена с
атмосферой в пространстве для хранения продуктов (50a) шкафа при максимальной нагрузке. В
предпочтительном варианте исполнения испаритель имеет конструкцию под углом 90 градусов для
обеспечения большой площади контакта с поверхностью, при этом хладагент подается с одного конца и
удаляется с другого. Эффективная холодопроизводительность простирается на различное расстояние от
входного отверстия испарителя 95 в зависимости от условий охлаждения. Эта область более или менее четко
обозначена образованием инея на испарителе, причем точка его окончания указывает на место, где
последние существенные следы жидкого хладагента превратились в газ. Эффективная площадь охлаждения
увеличивается с повышением температуры наружного воздуха или комнатной температуры из-за увеличения
количества жидкого хладагента, поступающего в испаритель 105. Температура хладагента внутри испарителя
также повышается с повышением температуры наружного воздуха.
Однако увеличение площади охлаждающей поверхности, обусловленное большим количеством жидкого
хладагента (110), относительно больше по сравнению с повышением температуры хладагента, поэтому
эффект воздушного охлаждения внутри камеры усиливается, несмотря на повышение температуры
испарителя.
Испаритель может иметь любую форму, обеспечивающую надлежащую компенсацию между охлаждающей
способностью воздуха и проникновением тепла, например, прямую полую вертикальную пластину 120, а
средства замораживания льда могут быть изолированы от основного испарителя, при этом хладагент сначала
проходит через средства замораживания льда, но предпочтительно изготавливать их в формах, показанных и
описанных на рисунке 125.
Запуск компрессора осуществляется с помощью ручного выключателя 90, который включает в себя
управление пусковой цепью и защиту от перегрузки.
Данный переключатель предназначен для использования только при первом запуске системы после
установки, а в дальнейшем — только при размораживании испарителя, осмотре или ремонте системы.
Мы подробно описали, как наше изобретение может быть применено ко многим типам шкафов или других
объектов, подлежащих охлаждению.
Кроме того, необходимо предпринять несколько дополнительных координационных шагов, если изобретение
применяется к бытовым холодильникам, где требуется поддерживать температуру для хранения продуктов в
относительно большом отделении, обычно в диапазоне от приблизительно 0°C до приблизительно 10°C, что
подходит для хранения обычных продуктов, используемых в быту, и в то же время требуется обеспечить
относительно небольшое отделение с более низкой температурой, подходящее для заморозки воды,
десертов и тому подобного.
Далее описываются эти дальнейшие координационные шаги.
Дальнейшие координационные шаги для бытового холодильного оборудования, использующего средства для
производства льда.
При применении принципов данного изобретения к бытовому холодильнику соотношение
холодопроизводительности системы, теплопотерь в корпус и давления в испарителе координируется
относительно температуры замерзания воды таким образом, чтобы льдогенераторное отделение испарителя
постоянно работало при температуре ниже точки замерзания воды; и чтобы система имела достаточный
резерв холодопроизводительности для замораживания воды. Компоненты системы скоординированы таким
образом, что ограничитель изменяет производительность системы в пределах нормального диапазона
комнатной температуры (60–110 °C) на величину, достаточную для производства необходимого количества
льда и поддержания температуры внутри камеры в пределах зоны, предназначенной для хранения продуктов.
Обычно поддерживаемая температура в холодильной камере выбирается достаточно низко, чтобы она была
значительно ниже максимально допустимой температуры для сохранения продуктов (приблизительно 50 °C),
так что при возникновении большой нетипичной холодильной нагрузки на систему (например, из-за
производства льда) температура в камере может временно повыситься на несколько градусов и при этом
оставаться ниже верхнего допустимого предела для сохранения продуктов. Допустимое повышение
температуры в холодильной камере временно снижает потребность камеры в охлаждении и высвобождает
определенную часть холодильной мощности системы для производства льда. Повышение температуры в
холодильной камере также высвобождает определенное количество холода, что влияет на «хранительную»
способность камеры и ее содержимого. Кроме того, когда на систему возникает дополнительная холодильная
нагрузка, например, когда шкаф необходимо охладить изначально, или когда в шкаф помещаются продукты,
или когда вода для приготовления льда подается в испаритель, сконструированный, как описано в данном
документе, холодильная мощность системы автоматически увеличивается на определенную величину, чтобы
удовлетворить возросшую нагрузку, так что эта избыточная мощность становится доступной для
приготовления льда в дополнение к увеличению холодильной мощности, вызванному повышением
температуры в шкафу.
Эти координационные шаги теперь более подробно описаны со ссылкой на рисунки 9 и 10. На рисунке 9
представлена диаграмма, в значительной степени похожая на диаграмму «А» на рисунке 801, с
дополнительной информацией, иллюстрирующей некоторые из этих координационных шагов, введенных в
связи с требованиями к производству льда. На рисунке 10 диаграмма «F» соответствует диаграмме 85 «A» на
рисунке 1 и показывает характеристики системы соответствующей вместимости для используемого шкафа.
Диаграмма «G» на рисунке 10 представляет собой пример холодильной системы, которая имеет слишком
большую мощность, чтобы в полной мере использовать все преимущества данного изобретения, при
использовании такой системы с рассматриваемым холодильным шкафом. Диаграмма "HI" представляет собой
пример холодильной системы с температурой 95°C, мощность которой слишком мала для обеспечения
температуры, достаточной для производства льда в испарителе при использовании с корпусом, в котором
рассматривается утечка тепла.
На рисунке 9 показана холодильная система 100, по существу идентичная той, что показана на рисунке 1 и на
диаграмме «F» рисунка 10, но на линии комнатной температуры рисунка 9 наложены две линии, 170 и 171,
которые представляют соответственно постоянные температуры в камере 32 и 50 и построены на основе
результатов, полученных путем умножения коэффициента теплопотери (3.4) на разницу температур между
температурой в камере и в помещении. Пространство между этими двумя линиями обозначает
температурный диапазон, в котором можно удовлетворительно поддерживать температуру в холодильной
камере для хранения продуктов. Расширитель хладагента 5 может быть откалиброван для поддержания
температуры в камере в любой точке этой зоны и, следовательно, может поддерживать температуру в
камере, соответствующую линиям C11, 172 или 173 или любой другой линии i20, которая может быть
проведена в пределах этой зоны, так что некоторые преимущества этого изобретения могут быть достигнуты
даже в том случае, если температура в камере незначительно изменяется, но все еще находится в пределах
допустимой температурной зоны для продуктов питания перед подачей на стол.
Указанная зона сохранения продуктов питания соответствует общепринятой для бытовых холодильников.
Следует понимать, что различные зоны могут быть установлены в тех случаях, когда условия отличаются от
условий в бытовом холодильнике, и если данное изобретение применяется к шкафам, в которых охлаждаются
другие предметы, имеющие особые требования к охлаждению, то допустимая зона температуры шкафа
может быть скорректирована в соответствии с конкретными требованиями охлаждаемых предметов.
Линия Cl расположена очень близко к нижней предельной линии 170 и соответствует линии (, C1 на рисунках 1
и 8. Температура в холодильной камере, работающей в соответствии с линией Cl', может значительно
повыситься, прежде чем превысит верхний предел зоны хранения продуктов. Производительность системы по
производству льда предпочтительно должна быть ограничена таким образом, чтобы, хотя это может
временно вызвать небольшое повышение температуры в камере, температура в камере все же не
поднималась выше 50 °C.
Используется система холодопроизводительности, при которой точка 155 (нормальное рабочее давление
испарителя при самой высокой комнатной температуре) находится на достаточном расстоянии ниже линии
120 (которая соответствует температуре замерзания воды), чтобы обеспечить достаточно низкую
температуру и резервную холодопроизводительность для желаемой производительности льдогенератора.
«Точка 175 (204 B.T.Y) — это вертикальное показание от точки 176 (температура шкафа 50 градусов в
помещении -t ---), а точка 177 (2516 B.T.J) — это вертикальное показание от точки p6int (нормальная
температура шкафа в помещении 110 градусов)». Расстояние между точками и 177 (скобка 180) представляет
собой остаточную холодопроизводительность, доступную для производства льда, когда температура в
кальбинете повышается до максимально допустимого предела (500 °F). Запас холода в камере и ее
содержимом также становится доступным для приготовления льда, поскольку при нагреве с 36 (в нормальном
режиме работы) до 500 градусов он «высвобождает» дополнительное количество холода, поглощая тепло,
тем самым обеспечивая возможность приготовления льда.
Поглощенное таким образом тепло для удобства обозначено скобками -X на рисунке 9. Кроме того,
производительность системы автоматически и по своей природе незначительно увеличивается при
помещении воды, подлежащей замораживанию, в испаритель. Вместо работы в точке 155 система работает с
немного увеличенной мощностью, указанной в точке 178. Показания по вертикали -179 указывают на общее
количество БТЕ, произведенных системой при данной аномальной нагрузке, из которых производительность
системы по производству льда обозначена скобками X и 181. Теплообменная способность между
испарителем и лотками для льда настолько пропорциональна, что лотки для льда не могут передавать тепло
со скоростью, превышающей ту, которая указана в скобках X и 181, в течение длительного периода времени.
При правильной конструкции или размерах испарителя температура в камере не будет подниматься выше
максимально допустимого предела (50 °F) во время производства льда.
Поскольку во всем диапазоне комнатных температур сохраняются практически одинаковые или более
благоприятные условия (70%), данное условие для приготовления льда автоматически выполняется и при
всех других комнатных температурах.
С помощью описанного здесь шкафа и испарителя, аналогичного показанному на рисунке 6, с двумя полками,
охлаждаемыми трубой 829a, и двумя лотками для льда, общим весом 4 фунта воды, замораживание
происходило за пять часов в помещении площадью 110 квадратных футов. 80 Из вышеизложенного видно,
что система снабжена средствами для поддержания температуры внутри шкафа на уровне или ниже
максимально допустимой температуры хранения продуктов в помещении для хранения продуктов, а также
для поддержания температуры заморозки в помещении для производства льда в пределах нормального
диапазона комнатной температуры, несмотря на непрерывную работу компрессора. 90 Диаграмма «F»,
рисунок 10, показывает систему желаемой производительности для льдогенераторов в рассматриваемом
шкафу. На этой диаграмме показана та же система, что и на рисунках 1, 8 и 9, линии комнатной температуры
и линия шкафа Cl диаграммы «F», показывающие те же значения, что и соответствующие линии на рисунках
1, 8 и 9, но в уменьшенном масштабе, чтобы можно было показать систему в ее отношении к системам с
менее желаемой холодильной мощностью.
Диаграмма «F», рассматриваемая вместе с рисунком 9, иллюстрирует правильное согласование мощности
холодильной системы с бытовым шкафом, оборудованным для приготовления кубиков льда.
Диаграмма «G» представляет собой систему с большей холодильной мощностью, чем требуется для
рассматриваемого конкретного шкафа 110. Система способна производить более чем в два раза больше BTIT
в час в помещении 10 B при том же противодавлении, чем система, соответствующая диаграмме «F» (см.
диаграмму 15). Система, показанная на схеме «G», при согласовании с конкретным шкафом работает при
излишне низких температурах хладагента в испарителе, при этом теоретическая температура пара в
испарителе 120 фактически ниже 0°F при максимальной нормальной комнатной температуре 110°F. Из-за
этого такая система лишь частично использует преимущества данного изобретения, поскольку работает с
нежелательно низкой эффективностью, и, если не требуются чрезвычайно низкие температуры или
чрезвычайно высокая скорость заморозки, более выгодной будет система меньшей мощности.
Линия Cii показывает противодавление при 130 419, -725, когда компрессор работает непрерывно и подает
хладагент в испаритель через постоянно открытое удлиненное отверстие заданной длины и поперечного
сечения, так что оно приспособлено для пропуска 70 регулируемого переменного количества хладагента в
испаритель из конденсатора в соответствии с изменениями давления в последнем (которые являются
функцией изменений температуры окружающей среды 75), чтобы поддерживать температуру воздуха в
помещении для хранения пищевых продуктов в пределах допустимых значений при нормальных колебаниях
температуры окружающей среды, без запуска и остановки 80 компрессора.
Соседние файлы в папке патенты