WO2010123405A1 - Method for cooling an object and a device for carrying out said method - Google Patents

Method for cooling an object and a device for carrying out said method Download PDF

Info

Publication number
WO2010123405A1
WO2010123405A1 PCT/RU2010/000184 RU2010000184W WO2010123405A1 WO 2010123405 A1 WO2010123405 A1 WO 2010123405A1 RU 2010000184 W RU2010000184 W RU 2010000184W WO 2010123405 A1 WO2010123405 A1 WO 2010123405A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cooled
refrigerant
cooling
heat
substance
Prior art date
Application number
PCT/RU2010/000184
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Сергей Иванович ПЕТРОВ
Владимир Анатольевич ГРАМШ
Original Assignee
Petrov Sergey Ivanovich
Gramsh Vladimir Anatolievich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Petrov Sergey Ivanovich, Gramsh Vladimir Anatolievich filed Critical Petrov Sergey Ivanovich
Publication of WO2010123405A1 publication Critical patent/WO2010123405A1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D16/00—Devices using a combination of a cooling mode associated with refrigerating machinery with a cooling mode not associated with refrigerating machinery
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D11/00—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators
    • F25D11/006—Self-contained movable devices, e.g. domestic refrigerators with cold storage accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2303/00—Details of devices using other cold materials; Details of devices using cold-storage bodies
    • F25D2303/08—Devices using cold storage material, i.e. ice or other freezable liquid
    • F25D2303/083—Devices using cold storage material, i.e. ice or other freezable liquid using cold storage material disposed in closed wall forming part of a container for products to be cooled
    • F25D2303/0831—Devices using cold storage material, i.e. ice or other freezable liquid using cold storage material disposed in closed wall forming part of a container for products to be cooled the liquid is disposed in the space between the walls of the container
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2303/00—Details of devices using other cold materials; Details of devices using cold-storage bodies
    • F25D2303/08—Devices using cold storage material, i.e. ice or other freezable liquid
    • F25D2303/084—Position of the cold storage material in relationship to a product to be cooled
    • F25D2303/0843—Position of the cold storage material in relationship to a product to be cooled on the side of the product
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2303/00—Details of devices using other cold materials; Details of devices using cold-storage bodies
    • F25D2303/08—Devices using cold storage material, i.e. ice or other freezable liquid
    • F25D2303/084—Position of the cold storage material in relationship to a product to be cooled
    • F25D2303/0845—Position of the cold storage material in relationship to a product to be cooled below the product

Definitions

  • the present invention relates to the field of refrigeration, and more specifically to a method for cooling an object and a device for its implementation.
  • the cooling device In the field of refrigeration there is a problem of reducing the daily energy consumption consumed by the refrigeration unit (hereinafter referred to as the cooling device).
  • the value of the daily energy consumption is directly dependent on the duration of the interval of working time (the time interval between switching on and the subsequent switching off of the cooling device).
  • the duration of the working time interval is determined by the amount of heat that must be removed from the object to be cooled in order to lower its temperature to a predetermined value, and by the amount of heat flux through which the heat removed from the object to be cooled is supplied to the evaporated refrigerant.
  • a method of cooling air is known, based on a change in the state of aggregation of a refrigerant circulating in a closed circuit of a vapor compression refrigeration machine, described in the reference book “Household Refrigerators and Freezers” by B. S. Babakin, V.A. Vygodin, Moscow, Publishing House Kolos, 1998, p. 20.
  • the indicated cooling method consists in compressing the refrigerant vapor in a compressor, then the compressed vapor in the condenser, while the refrigerant vapor is condensed. Then, the process of throttling the condensed refrigerant and the subsequent process of its evaporation in the evaporator are carried out, while the evaporated refrigerant absorbs a certain amount of heat from the cooling object (cooling chamber).
  • the specified cooling method is used in most refrigeration units for various purposes, manufactured by the refrigeration industry at present.
  • the object of cooling is, as a rule, the air contained in the cavity of the refrigerator and in direct contact with the surface of the evaporator.
  • Usually pre-chilled products are placed in a modern household refrigerator.
  • heat is supplied to the evaporated refrigerant from air located in the cavity of the refrigerator, which is periodically heated, "absorbing" the heat coming from the environment through the walls of the refrigerator or through the door seals.
  • a significant amount of warm air enters the cavity of the refrigerator through a periodically opened door, which also becomes the object of cooling.
  • the air located in these compartments is the object of cooling as an intermediate coolant.
  • the cooling object can be frozen products that are directly in contact with the surface of the evaporator.
  • the heat flux value is determined by the heat transfer coefficient of the cooled air or the heat transfer coefficient of the frozen products.
  • the value of the heat transfer coefficient of the cooled air is 3 - 5 Wt / m 2 * K
  • the value of the heat transfer coefficient of the cooled products is 10 - 20 W / m 2 * K.
  • the heat transfer coefficient of the evaporated refrigerant can reach a value of 1000 W / m 2 ⁇ shadow
  • the low thermophysical properties of the object being cooled reduce the heat flux through which the heat removed from the object to be cooled is supplied to the evaporated refrigerant.
  • a decrease in the value of the specified heat flux inevitably increases the time interval necessary for cooling the object to a given temperature.
  • a refrigerator with a cold storage device for quick freezing is known in the prior art (WO 95/28608).
  • the specified refrigerator contains a compartment designed for quick freezing, communicating with the compartment, in the cavity of which there is an evaporator and a mass of eutectic material distributed between many small cold accumulators.
  • These cold accumulators are located at a distance from each other and at a distance from the surface of the evaporator and the walls of the compartment in question so that there is free passage for the cooled air, which must be in contact with the surface of the evaporator and with the surface of the cold accumulators.
  • the process of cooling air in the refrigerator in question is as follows. Preliminarily, by means of an evaporator, the air surrounding the cold accumulators and the eutectic material contained in said accumulators are cooled. Then turn on the fan and move the cooled air into the compartment for quick freezing of products. At the same time, air is transported from the compartment intended for quick freezing of products to the compartment, in the cavity of which the evaporator and the cold accumulators are located. The transported air is cooled by heat exchange with the surface of the evaporator and the surface of the cold accumulators.
  • a eutectic fluid distributed between a plurality of cold accumulators and their location allows to increase the total surface area by which the air is cooled, which then enters the compartment for quick freezing of products.
  • An increase in the area of the cooling surface allows a corresponding increase in the amount of heat removed from the cooled air per unit time.
  • An increase in the heat flux discharged from the cooled air allows a reduction in the time interval necessary for the subsequent freezing of the products and ensures the preservation of their nutritional value.
  • the value of the heat flux supplied to the evaporated refrigerant is directly dependent on the value heat transfer coefficient of air.
  • the low thermophysical properties of the cooled air increase the amount of electricity consumed by the refrigerator in question for the process of quick freezing of products.
  • the refrigerator described in DE 39 26 250 is known from the prior art.
  • the refrigerator comprises a freezer compartment located at the top of the refrigerator and a refrigerator compartment below it.
  • the evaporator located in the freezer compartment is surrounded by a eutectic liquid whose heat capacity corresponds to the amount of heat that must be removed from the cooled air for a long time.
  • the specified refrigerator allows the process of cooling the object (air) in the time interval between turning off and then turning on the cooling device.
  • the heat removed in this case from the cooled object is accumulated by the eutectic liquid.
  • the accumulated heat is supplied to the evaporated refrigerant.
  • the density of the heat flux supplied to the evaporated refrigerant is determined by the heat transfer coefficient of the eutectic liquid, the value of which can reach 500 W / m 2 -K, which provides a significant increase in the heat flux supplied to the evaporated refrigerant.
  • the heat flux supplied to the evaporated refrigerant will increase significantly.
  • the heat flux supplied to the evaporated refrigerant will be determined by the thermal conductivity of the indicated ice layer.
  • the density of the heat flux supplied to the refrigerant in the evaporator of the refrigerator under consideration will be significantly higher than when the cooled air comes into contact with the evaporator.
  • density heat flux that can be absorbed by the evaporated refrigerant up to 1000
  • the use of a eutectic liquid does not allow increasing the density of the heat flux supplied to the evaporated refrigerant to the maximum possible value, the value of which is determined by the heat transfer coefficient of the refrigerant, and also does not allow reducing the working time interval of the cooling device to an appropriate level.
  • the basis of the present invention is the task of creating a method of cooling an object and a device for its implementation, design features and methods of which provide a reduction in the amount of electricity spent on cooling an object.
  • the problem is solved by creating a method of cooling an object, namely, that the refrigerant vapor that circulates in a closed circuit of a working cooling device is compressed by means of a compressor, cooled and condensed in the cavity of the condenser channels, then the condensed refrigerant is throttled, after which the refrigerant is evaporated however, according to the invention, by means of evaporated refrigerant cool solid storage substance in contact with by means of an evaporation channel or directly with a refrigerant and having a heat transfer coefficient higher than the heat transfer coefficient of the evaporated refrigerant, at the same time with the help of an accumulating substance they cool an object that is in direct contact with the surface of the indicated accumulating substance or with an intermediate element whose thermal conductivity is at least equal to the heat transfer coefficient of the object being cooled, while the accumulating substance is cooled to the rear by means of the evaporated refrigerant constant temperature, then the cooling device is switched off and in the time interval between switching off and subsequent switching on the
  • Direct contact of the cooled object with the surface of the storage substance or with an intermediate element, the thermal conductivity of which is at least equal to the heat transfer coefficient of the cooled object, is a prerequisite for the process of heat transfer from the cooled object to the storage substance without the participation of an intermediate coolant, and ensures the implementation of the cooling process object when the cooling device is turned off.
  • the storage substance is heated, therefore, the heat removed from the object to be cooled is accumulated by the specified substance.
  • the contact of the storage substance with the wall of the evaporation channel or directly with the evaporated refrigerant is a prerequisite for the process of heat transfer from the storage material directly to the evaporated refrigerant, which eliminates losses associated with the use of an intermediate coolant.
  • the use of an accumulating substance having a higher heat transfer coefficient compared with the evaporated refrigerant allows you to increase the density of the heat flux supplied to the evaporated refrigerant to the maximum possible value, the value of which is determined by the value of the heat transfer coefficient of the refrigerant.
  • the maximum possible density of the heat flux supplied to the evaporated refrigerant, together with the preliminary accumulation of heat removed from the cooled object, provides a technical result, which consists in increasing the heat flux supplied to the evaporated refrigerant.
  • the technical result from the application of the present invention is to reduce the time interval necessary for supplying heat to the evaporated refrigerant equal to the amount of heat that must be removed from the object to be cooled in order to lower its temperature to a predetermined value.
  • the problem is solved in the same way by creating a cooling device containing at least a compressor, a condenser, a throttling device and a device for evaporating refrigerant, which is located in the cavity of the refrigerator and represents a heat accumulator, while according to the invention, the heat accumulator contains a solid storage substance, the heat transfer coefficient of which exceeds the heat transfer coefficient of the refrigerant, and evaporation channels, at least part of the surface of which is the heat exchange surface of the evaporated refrigerant with the storage substance, the heat accumulator is located in the cavity of the refrigerator with direct contact cooled object with the surface of the storage substance or with an intermediate element, heat Single whose conductivity is at least equal to the coefficient of heat transfer of the cooled object.
  • the use as a device for evaporating the refrigerant of a heat accumulator which contains an accumulating substance having a higher heat transfer coefficient compared to the evaporated refrigerant, provides an increase in the heat flux supplied to the evaporated refrigerant to the maximum possible value.
  • the increase in the density of the specified heat flux in conjunction with the preliminary accumulation of heat removed from the cooled object provides a technical result, which consists in increasing the heat flux supplied to the evaporated refrigerant.
  • the technical result from the application of the invention is to reduce the operating time of the cooling device required to cool the object to a predetermined temperature, as well as to reduce the daily energy consumption of the proposed cooling device.
  • the proposed method of cooling the object is as follows.
  • the storage agent When the cooling device is first turned on, the storage agent is cooled by means of an evaporated refrigerant. As the temperature of the storage substance decreases, the object that is in direct contact with its surface is cooled. It is advisable to cool the storage substance to a temperature lower than the predetermined cooling temperature of the object.
  • the predetermined temperature for its cooling can be minus 18 ° C. In this case, the storage substance is cooled to a temperature minus 24 ° C - 28 ° C. In this case, the value of the heat flux removed from the cooled meat to the accumulating substance will be significantly less than the heat flux, which at the same time is removed from the accumulating substance to the evaporated refrigerant.
  • the heat flux removed from the cooled meat is determined by the heat transfer coefficient of the meat
  • the heat flux removed from the storage substance is determined by the heat transfer coefficient of the evaporated refrigerant.
  • the heat transfer coefficient of the evaporated refrigerant may exceed the heat transfer coefficient of the frozen meat by tens of times.
  • the specified ratio of heat transfer coefficients provides conditions for the simultaneous implementation of the process of cooling the storage substance (by means of evaporated refrigerant) and the cooling process of frozen meat (by means of the storage substance).
  • the cooling device is turned off when the temperature of the storage substance drops to a predetermined value.
  • the object is cooled by means of an accumulating substance.
  • the heat removed from the cooled object is accumulated, while increasing the temperature of the storage substance. For example, in the case when frozen meat is cooled by means of an accumulating substance, the temperature of the accumulating substance is increased to minus 20 0 C. Then the cooling device is turned on and the process of cooling the accumulating substance is again carried out to a temperature of minus 24 ° C to 28 ° C.
  • the cooling device can operate continuously for 24 hours before the first shutdown.
  • the present invention allows the process of freezing meat in intermittent mode. Moreover, as the liquid crystallizes in the fibers of the frozen meat, the heat transfer coefficient of the meat decreases, and the ratio of the heat transfer coefficients of the evaporated refrigerant and the frozen meat increases. As the ratio increases, the interval of working time of the cooling device will decrease, and the time interval between turning it off and then on will increase, which will provide a corresponding reduction in the amount of electricity that needs to be consumed for the meat freezing process.
  • the energy savings will be more significant, because the heat transfer coefficient of air is several times less than the heat transfer coefficient of frozen products.
  • FIG. 1 schematically depicts the proposed device, made according to the invention, a partial fragment in section.
  • FIG. 1 shows a fragment of a refrigerator 1, which contains a low-temperature compartment 2 and a refrigeration compartment 3.
  • a cooled object 4 which is, for example, fresh meat that needs to be frozen.
  • a device 8 for cooling the air which is a heat accumulator containing an accumulating substance 9 and evaporation channels 10.
  • the accumulating substance 9 is in direct contact with the surface of the evaporation channels 10, and is separated from the cooled air by the back wall 11 of the low-temperature compartment 2, the thermal conductivity of which exceeds the heat transfer coefficient of the cooled air.
  • the wall 11 can be made of impact-resistant polystyrene with a thickness of 1 mm, while the thermal conductivity of the wall 11 will be more than 500 W / m 2 -K.
  • a device 12 for cooling the air which is a heat accumulator containing an accumulating substance 13, in the body of which vaporization channels 14 are made, which provides direct contact of the accumulating substance 13 with the evaporated refrigerant.
  • the surface of the accumulating substance 13 is in direct contact with the cooled air located in the cavity of the channels 15 and 16. These channels 15 and 16 provide movement of the cooled air along the surface of the accumulating substance 13.
  • the compressor, condenser and throttling device of FIG. 1 are conventionally not shown, and the movement of cooled air is shown by dashed arrows.
  • the design of the device for cooling frozen products 5, as well as devices 8 and 12 for cooling air, may be different with respect to the options depicted in FIG. 1 on those grounds that are not essential to obtain the claimed technical result.
  • the heat exchange surface area of the storage substance 6, 9 and 13 with the wall of the evaporation channels 7, 10, and 14 is determined by the coefficient of the working time of the cooling device, its nominal cooling capacity, defined by the value of the heat transfer surface of the storage substance 6, 9 and
  • thermophysical properties, technical and technological requirements for the storage substance it is advisable to use aluminum or an aluminum alloy as the storage substance 6, 9 and 13.
  • the proposed cooling device operates as follows.
  • the refrigerant After turning on the cooling device in the cavity of the evaporation channels 7, 10, and 14, the refrigerant is vaporized. In this case, by means of the evaporated refrigerant, the storage agent 6, 9 and 13 are cooled. At the same time, as the temperature of the storage agent 6, 9 and 13 decreases, the object 4 is cooled, as well as the air contained in the cavity of the low-temperature compartment 2 and the air contained in cavity refrigeration compartment 3.
  • the object 4 is cooled by a heat transfer process from the object 4 to the storage substance 6, and the air contained in the cavity of the low-temperature compartment 2 is cooled by the heat transfer from the cooled air to the storage substance 9 through the wall 11 of the low-temperature compartment 2. Air contained in the cavity of the refrigeration compartments 3 are cooled by a heat transfer process from the cooled air to the storage substance 13.
  • the storage substance 6, 9 and 13 by means of the evaporated refrigerant is cooled to a predetermined temperature lower than the predetermined cooling temperature of the object 4 and / or the predetermined cooling temperature of the air.
  • the cooling device is turned off, while the process of evaporating the refrigerant is stopped and the cooling process of the storage substance 6, 9 and 13 is stopped.
  • the object 4 and the air contained in the cavity of the low-temperature compartment 2 and in the cavity of the refrigerator compartment 3 are cooled by means of the corresponding the storage substance 6, 9 or 13.
  • the storage substance 6, 9 and 13 is heated to a predetermined maximum temperature, then the cooling device is turned on and the next storage of the storage substance 6, 9 and 13 is carried out by means of the evaporated refrigerant.
  • the present invention can be used in domestic refrigerators for cooling the air contained in the cavity of the refrigerator compartment, and for cooling products placed in the cavity of the low-temperature compartment, as well as in commercial refrigeration units.

Abstract

The method for cooling an object involves compressing coolant gases by means of a compressor, cooling and condensing said gases in the cavity of the channels of a condenser, and, then, carrying out a coolant throttling and evaporating process. A solid accumulating substance, the heat-transfer coefficient of which is greater than that of the evaporant coolant, is cooled by means of said evaporant coolant. Simultaneously, the object is cooled by means of the accumulating substance. Furthermore, the accumulating substance is cooled to a specified temperature by means of the evaporant coolant and, then, the cooling device is switched off and the object is cooled by means of the solid accumulating substance that is heated at the same time to a specified temperature. Afterwards, the cooling device is switched on and the accumulating substance is recooled. The proposed cooling device comprises a compressor, a condenser, a throttling unit, and a coolant evaporating unit in the form of a heat storage unit. The heat storage unit contains the solid accumulating substance (6, 9, 13), the heat-transfer coefficient of which is greater than that of the coolant, and evaporating channels (7, 10, 14). The surface of the channels (7, 10, 14) is the heat-exchange surface of the evaporant coolant with the accumulating substance (6, 9, 13).

Description

Способ охлаждения объекта и устройство для его осуществления A method of cooling an object and a device for its implementation
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к области холодильной техники, а более конкретно - к способу охлаждения объекта и устройству для его осуществления.The present invention relates to the field of refrigeration, and more specifically to a method for cooling an object and a device for its implementation.
Предшествующий уровень техникиState of the art
В настоящее время в области холодильной техники имеется проблема снижения суточного расхода электроэнергии, потребляемой холодильным агрегатом (далее охлаждающее устройство). Величина суточного расхода электроэнергии находится в прямой зависимости от длительности интервала рабочего времени (интервал времени между включением и последующим отключением охлаждающего устройства). Длительность интервала рабочего времени определяется количеством теплоты, которую необходимо отвести от охлаждаемого объекта, чтобы понизить его температуру до заданного значения, и величиной теплового потока, посредством которого отводимую от охлаждаемого объекта теплоту подводят к испаряемому хладагенту.Currently, in the field of refrigeration there is a problem of reducing the daily energy consumption consumed by the refrigeration unit (hereinafter referred to as the cooling device). The value of the daily energy consumption is directly dependent on the duration of the interval of working time (the time interval between switching on and the subsequent switching off of the cooling device). The duration of the working time interval is determined by the amount of heat that must be removed from the object to be cooled in order to lower its temperature to a predetermined value, and by the amount of heat flux through which the heat removed from the object to be cooled is supplied to the evaporated refrigerant.
Из предшествующего уровня техники известен способ охлаждения воздуха, основанный на изменении агрегатного состояния хладагента, циркулирующего по замкнутому контуру парокомпрессионной холодильной машины, описанный в справочнике "Бытовые холодильники и морозильники" Б.С. Бабакин, В.А. Выгодин, Москва, Изд. Колос, 1998, стр. 20. Указанный способ охлаждения состоит в том, что пары хладагента сжимают в компрессоре, затем сжатые пары охлаждают в конденсаторе, при этом пары хладагента конденсируют. Затем осуществляют процесс дросселирования сконденсированного хладагента и последующий процесс его испарения в испарителе, при этом испаряемый хладагент поглощает определенное количество теплоты от объекта охлаждения (холодильной камеры).From the prior art, a method of cooling air is known, based on a change in the state of aggregation of a refrigerant circulating in a closed circuit of a vapor compression refrigeration machine, described in the reference book “Household Refrigerators and Freezers” by B. S. Babakin, V.A. Vygodin, Moscow, Publishing House Kolos, 1998, p. 20. The indicated cooling method consists in compressing the refrigerant vapor in a compressor, then the compressed vapor in the condenser, while the refrigerant vapor is condensed. Then, the process of throttling the condensed refrigerant and the subsequent process of its evaporation in the evaporator are carried out, while the evaporated refrigerant absorbs a certain amount of heat from the cooling object (cooling chamber).
Указанный способ охлаждения применяют в большинстве холодильных установок различного назначения, выпускаемых холодильной промышленностью в настоящее время. При этом объектом охлаждения является, как правило, воздух, содержащийся в полости холодильного шкафа и непосредственно соприкасающийся с поверхностью испарителя. В современный бытовой холодильник помещают, в основном, предварительно охлажденные продукты. При этом к испаряемому хладагенту подводят теплоту от воздуха, расположенного в полости холодильного шкафа, который периодически нагревается, "поглощая" теплоту, поступающую из окружающей среды через стенки холодильного шкафа или через уплотнения двери. Кроме того, в полость холодильного шкафа через периодически открываемую дверь поступает значительное количество теплого воздуха, который так же становится объектом охлаждения. В том случае, когда в полость холодильного или низкотемпературного отделения бытового холодильника помещают продукты, которые необходимо охладить или заморозить, воздух, расположенный в указанных отделениях, является объектом охлаждения в качестве промежуточного теплоносителя. В низкотемпературном отделении бытового холодильника кроме воздуха объектом охлаждения могут быть замораживаемые продукты, непосредственно соприкасающиеся с поверхностью испарителя.The specified cooling method is used in most refrigeration units for various purposes, manufactured by the refrigeration industry at present. In this case, the object of cooling is, as a rule, the air contained in the cavity of the refrigerator and in direct contact with the surface of the evaporator. Mostly pre-chilled products are placed in a modern household refrigerator. In this case, heat is supplied to the evaporated refrigerant from air located in the cavity of the refrigerator, which is periodically heated, "absorbing" the heat coming from the environment through the walls of the refrigerator or through the door seals. In addition, a significant amount of warm air enters the cavity of the refrigerator through a periodically opened door, which also becomes the object of cooling. In the case when products that need to be cooled or frozen are placed in the cavity of the refrigerating or low-temperature compartment of a household refrigerator, the air located in these compartments is the object of cooling as an intermediate coolant. In the low-temperature compartment of a household refrigerator, in addition to air, the cooling object can be frozen products that are directly in contact with the surface of the evaporator.
В указанном способе охлаждения и в холодильных установках, реализующих указанный способ, теплоту от охлаждаемого объекта подводят к испаряемому хладагенту. Поэтому процесс охлаждения объекта может быть осуществлен только при работающем охлаждающем устройстве, которое реализует обратный термодинамический цикл, завершающийся процессом испарения хладагента. При этом эффективность реализуемого цикла находится в прямой зависимости от величины теплового потока, подводимого к испаряемому хладагенту.In the indicated cooling method and in refrigeration units implementing the indicated method, heat from the object to be cooled is supplied to the evaporated refrigerant. Therefore, the process of cooling an object can only be carried out with a working cooling device that implements a reverse thermodynamic cycle that ends with the process of evaporation of the refrigerant. In this case, the efficiency of the cycle being implemented is directly dependent on the amount of heat flow supplied to the evaporated refrigerant.
В указанном способе охлаждения величина теплового потока определяется коэффициентом теплоотдачи охлаждаемого воздуха или коэффициентом теплоотдачи замораживаемых продуктов. В условиях естественной конвекции величина коэффициента теплоотдачи охлаждаемого воздуха составляет 3 - 5 Bт/м2*K, а величина коэффициента теплоотдачи охлаждаемых продуктов составляет 10 - 20 Bт/м2*K. При этом коэффициент теплоотдачи испаряемого хладагента может достигать значения 1000 Bт/м2«K. Следовательно испаряемый хладагент способен воспринимать тепловой поток, значительно превышающий по величине количество теплоты, которое можно подвести к хладагенту от охлаждаемого воздуха или замораживаемых продуктов.In the indicated cooling method, the heat flux value is determined by the heat transfer coefficient of the cooled air or the heat transfer coefficient of the frozen products. Under conditions of natural convection, the value of the heat transfer coefficient of the cooled air is 3 - 5 Wt / m 2 * K, and the value of the heat transfer coefficient of the cooled products is 10 - 20 W / m 2 * K. In this case, the heat transfer coefficient of the evaporated refrigerant can reach a value of 1000 W / m 2 Следовательно K. Therefore, the evaporated refrigerant is able to absorb a heat flux significantly exceeding the amount of heat that can be supplied to the refrigerant from the cooled air or frozen products.
В указанном способе охлаждения низкие теплофизические свойства охлаждаемого объекта снижают величину теплового потока, посредством которого отводимую от охлаждаемого объекта теплоту подводят к испаряемому хладагенту. Снижение величины указанного теплового потока неизбежно увеличивает интервал времени, необходимый для охлаждения объекта до заданной температуры.In this cooling method, the low thermophysical properties of the object being cooled reduce the heat flux through which the heat removed from the object to be cooled is supplied to the evaporated refrigerant. A decrease in the value of the specified heat flux inevitably increases the time interval necessary for cooling the object to a given temperature.
Из предшествующего уровня техники известен холодильник с устройством, аккумулирующим холод для быстрого замораживания (WO 95/28608). Указанный холодильник содержит отделение, предназначенное для быстрого замораживания, сообщающееся с отделением, в полости которого расположены испаритель и масса эвтектического материала, распределенного между множеством маленьких аккумуляторов холода. Указанные аккумуляторы холода расположены на расстоянии друг от друга и на расстоянии от поверхности испарителя и стенок рассматриваемого отделения для того, чтобы оставался свободный проход для охлаждаемого воздуха, который должен соприкасаться с поверхностью испарителя и с поверхностью аккумуляторов холода.A refrigerator with a cold storage device for quick freezing is known in the prior art (WO 95/28608). The specified refrigerator contains a compartment designed for quick freezing, communicating with the compartment, in the cavity of which there is an evaporator and a mass of eutectic material distributed between many small cold accumulators. These cold accumulators are located at a distance from each other and at a distance from the surface of the evaporator and the walls of the compartment in question so that there is free passage for the cooled air, which must be in contact with the surface of the evaporator and with the surface of the cold accumulators.
Процесс охлаждения воздуха в рассматриваемом холодильнике осуществляют следующим образом. Предварительно, посредством испарителя, охлаждают воздух, окружающий аккумуляторы холода и эвтектический материал, содержащийся в указанных аккумуляторах. Затем включают вентилятор и перемещают охлажденный воздух в отделение для быстрого замораживания продуктов. Одновременно в отделение, в полости которого расположены испаритель и аккумуляторы холода, перемещают воздух из отделения, предназначенного для быстрого замораживания продуктов. Перемещаемый воздух охлаждают посредством его теплообмена с поверхностью испарителя и поверхностью аккумуляторов холода.The process of cooling air in the refrigerator in question is as follows. Preliminarily, by means of an evaporator, the air surrounding the cold accumulators and the eutectic material contained in said accumulators are cooled. Then turn on the fan and move the cooled air into the compartment for quick freezing of products. At the same time, air is transported from the compartment intended for quick freezing of products to the compartment, in the cavity of which the evaporator and the cold accumulators are located. The transported air is cooled by heat exchange with the surface of the evaporator and the surface of the cold accumulators.
Применение эвтектической жидкости, распределенной между множеством аккумуляторов холода, и их расположение позволяют увеличить общую площадь поверхности, посредством которой охлаждают воздух, поступающий затем в отделение для быстрого замораживания продуктов. Увеличение площади охлаждающей поверхности позволяет соответственно увеличить количество теплоты, отводимой от охлаждаемого воздуха в единицу времени. Увеличение теплового потока, отводимого от охлаждаемого воздуха, позволяет сократить интервал времени, необходимый для осуществления последующего процесса замораживания продуктов, и обеспечивает сохранение их пищевой ценности.The use of a eutectic fluid distributed between a plurality of cold accumulators and their location allows to increase the total surface area by which the air is cooled, which then enters the compartment for quick freezing of products. An increase in the area of the cooling surface allows a corresponding increase in the amount of heat removed from the cooled air per unit time. An increase in the heat flux discharged from the cooled air allows a reduction in the time interval necessary for the subsequent freezing of the products and ensures the preservation of their nutritional value.
Однако в указанном холодильнике величина теплового потока, подводимого к испаряемому хладагенту, находится в прямой зависимости от величины коэффициента теплоотдачи воздуха. Низкие теплофизические свойства охлаждаемого воздуха увеличивают количество электроэнергии, потребляемой рассматриваемым холодильником, для осуществления процесса быстрого замораживания продуктов.However, in the specified refrigerator, the value of the heat flux supplied to the evaporated refrigerant is directly dependent on the value heat transfer coefficient of air. The low thermophysical properties of the cooled air increase the amount of electricity consumed by the refrigerator in question for the process of quick freezing of products.
Из предшествующего уровня техники известен холодильник, описанный в патенте DE 39 26 250. Указанный холодильник содержит расположенное вверху холодильника морозильное отделение и находящееся под ним холодильное отделение. Расположенный в морозильном отделении испаритель окружен эвтектической жидкостью, теплоемкость которой соответствует количеству теплоты, которое необходимо отвести от охлаждаемого воздуха за длительное время.The refrigerator described in DE 39 26 250 is known from the prior art. The refrigerator comprises a freezer compartment located at the top of the refrigerator and a refrigerator compartment below it. The evaporator located in the freezer compartment is surrounded by a eutectic liquid whose heat capacity corresponds to the amount of heat that must be removed from the cooled air for a long time.
Указанный холодильник позволяет осуществлять процесс охлаждения объекта (воздуха) в интервале времени между отключением и последующим включением охлаждающего устройства. Теплота, отводимая при этом от охлаждаемого объекта, аккумулируется эвтектической жидкостью. После включения охлаждающего устройства аккумулированную теплоту подводят к испаряемому хладагенту. При этом плотность теплового потока, подводимого к испаряемому хладагенту, определяется коэффициентом теплоотдачи эвтектической жидкости, величина которого может достигать значения 500 Bт/м2-K, что обеспечивает существенное увеличение теплового потока, подводимого к испаряемому хладагенту. Кроме того, в момент кристаллизации эвтектической жидкости, непосредственно соприкасающейся с поверхностью испарителя, величина теплового потока, подводимого к испаряемому хладагенту, будет значительно возрастать. Однако по мере образования на поверхности испарителя слоя льда величина теплового потока, подводимого к испаряемому хладагенту, будет определяться тепловой проводимостью указанного слоя льда. Тепловая проводимость слоя льда определяется как отношение коэффициента теплопроводности льда (λ = 2,2 Bт/м*K) к толщине его слоя. При толщине слоя льда δ = 0,01 метра тепловая проводимость будет равна 220 Bт/м2*K, а при увеличении слоя льда до 0,02 метра, величина тепловой проводимости уменьшится до ПО Bт/м2#K. Очевидно, что несмотря на уменьшение тепловой проводимости слоя льда, которое происходит по мере увеличения его толщины, плотность теплового потока, подводимого к хладагенту в испарителе рассматриваемого холодильника, будет значительно выше, чем в том случае, когда с испарителем соприкасается охлаждаемый воздух. Однако плотность теплового потока, который может воспринимать испаряемый хладагент (до 1000The specified refrigerator allows the process of cooling the object (air) in the time interval between turning off and then turning on the cooling device. The heat removed in this case from the cooled object is accumulated by the eutectic liquid. After turning on the cooling device, the accumulated heat is supplied to the evaporated refrigerant. The density of the heat flux supplied to the evaporated refrigerant is determined by the heat transfer coefficient of the eutectic liquid, the value of which can reach 500 W / m 2 -K, which provides a significant increase in the heat flux supplied to the evaporated refrigerant. In addition, at the time of crystallization of the eutectic liquid directly in contact with the surface of the evaporator, the heat flux supplied to the evaporated refrigerant will increase significantly. However, as an ice layer forms on the surface of the evaporator, the heat flux supplied to the evaporated refrigerant will be determined by the thermal conductivity of the indicated ice layer. The thermal conductivity of an ice layer is defined as the ratio of the thermal conductivity of ice (λ = 2.2 W / m * K) to the thickness of its layer. With an ice layer thickness of δ = 0.01 meters, the thermal conductivity will be 220 W / m 2 * K, and with an increase in the ice layer to 0.02 meters, the thermal conductivity will decrease to PO W / m 2 # K. Obviously, despite to reduce the thermal conductivity of the ice layer, which occurs as its thickness increases, the density of the heat flux supplied to the refrigerant in the evaporator of the refrigerator under consideration will be significantly higher than when the cooled air comes into contact with the evaporator. However density heat flux that can be absorbed by the evaporated refrigerant (up to 1000
Bт/м2#K), значительно превышает величину тепловой проводимости слоя льда.W / m 2 # K), significantly exceeds the thermal conductivity of the ice layer.
Следовательно, применение эвтектической жидкости не позволяет увеличить плотность теплового потока, подводимого к испаряемому хладагенту, до максимально возможного значения, величина которого определяется коэффициентом теплоотдачи хладагента, а так же не позволяет сократить до соответствующего уровня интервал рабочего времени охлаждающего устройства.Therefore, the use of a eutectic liquid does not allow increasing the density of the heat flux supplied to the evaporated refrigerant to the maximum possible value, the value of which is determined by the heat transfer coefficient of the refrigerant, and also does not allow reducing the working time interval of the cooling device to an appropriate level.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
В основу настоящего изобретения поставлена задача создания способа охлаждения объекта и устройства для его осуществления, конструктивные особенности и приемы которых обеспечивают сокращение количества электроэнергии, расходуемой на охлаждение объекта.The basis of the present invention is the task of creating a method of cooling an object and a device for its implementation, design features and methods of which provide a reduction in the amount of electricity spent on cooling an object.
Поставленная задача решена путем создания способа охлаждения объекта, заключающегося в том, что пары хладагента, который циркулирует по замкнутому контуру работающего охлаждающего устройства, сжимают посредством компрессора, охлаждают и конденсируют в полости каналов конденсатора, затем осуществляют процесс дросселирования сконденсированного хладагента, после завершения которого хладагент испаряют, при этом, согласно изобретению, посредством испаряемого хладагента охлаждают твердое аккумулирующее вещество, соприкасающееся со стенкой испарительного канала или непосредственно с хладагентом и имеющее коэффициент теплоотдачи более высокий, чем коэффициент теплоотдачи испаряемого хладагента, одновременно посредством аккумулирующего вещества охлаждают объект, непосредственно соприкасающийся с поверхностью указанного аккумулирующего вещества или с промежуточным элементом, тепловая проводимость которого, по меньшей мере, равна коэффициенту теплоотдачи охлаждаемого объекта, при этом аккумулирующее вещество посредством испаряемого хладагента охлаждают до заданной температуры, затем охлаждающее устройство отключают и в интервале времени между отключением и последующим включением охлаждающего устройства объект охлаждают посредством твердого аккумулирующего вещества, которое при этом нагревают до заданной температуры, затем охлаждающее устройство включают и повторно осуществляют описанную выше последовательность действий. Непосредственное соприкосновение охлаждаемого объекта с поверхностью аккумулирующего вещества или с промежуточным элементом, тепловая проводимость которого, по меньшей мере, равна коэффициенту теплоотдачи охлаждаемого объекта, является необходимым условием для осуществления процесса теплоотдачи от охлаждаемого объекта к аккумулирующему веществу без участия промежуточного теплоносителя, и обеспечивает осуществление процесса охлаждения объекта при отключенном охлаждающем устройстве. При этом аккумулирующее вещество нагревают, следовательно, теплоту, отводимую от охлаждаемого объекта, аккумулируют указанным веществом.The problem is solved by creating a method of cooling an object, namely, that the refrigerant vapor that circulates in a closed circuit of a working cooling device is compressed by means of a compressor, cooled and condensed in the cavity of the condenser channels, then the condensed refrigerant is throttled, after which the refrigerant is evaporated however, according to the invention, by means of evaporated refrigerant cool solid storage substance in contact with by means of an evaporation channel or directly with a refrigerant and having a heat transfer coefficient higher than the heat transfer coefficient of the evaporated refrigerant, at the same time with the help of an accumulating substance they cool an object that is in direct contact with the surface of the indicated accumulating substance or with an intermediate element whose thermal conductivity is at least equal to the heat transfer coefficient of the object being cooled, while the accumulating substance is cooled to the rear by means of the evaporated refrigerant constant temperature, then the cooling device is switched off and in the time interval between switching off and subsequent switching on the cooling device is cooled by means of a solid object-storage material which thus heated to a predetermined temperature and then cooling device repeatedly performed and include the sequence of actions described above. Direct contact of the cooled object with the surface of the storage substance or with an intermediate element, the thermal conductivity of which is at least equal to the heat transfer coefficient of the cooled object, is a prerequisite for the process of heat transfer from the cooled object to the storage substance without the participation of an intermediate coolant, and ensures the implementation of the cooling process object when the cooling device is turned off. In this case, the storage substance is heated, therefore, the heat removed from the object to be cooled is accumulated by the specified substance.
Соприкосновение аккумулирующего вещества со стенкой испарительного канала или непосредственно с испаряемым хладагентом является необходимым условием для осуществления процесса теплоотдачи от аккумулирующего вещества непосредственно к испаряемому хладагенту, что исключает потери, связанные с применением промежуточного теплоносителя. А применение аккумулирующего вещества, имеющего более высокий коэффициент теплоотдачи по сравнению с испаряемым хладагентом, позволяет увеличить плотность теплового потока, подводимого к испаряемому хладагенту, до максимально возможного значения, величина которого, определяется величиной коэффициента теплоотдачи хладагента.The contact of the storage substance with the wall of the evaporation channel or directly with the evaporated refrigerant is a prerequisite for the process of heat transfer from the storage material directly to the evaporated refrigerant, which eliminates losses associated with the use of an intermediate coolant. And the use of an accumulating substance having a higher heat transfer coefficient compared with the evaporated refrigerant allows you to increase the density of the heat flux supplied to the evaporated refrigerant to the maximum possible value, the value of which is determined by the value of the heat transfer coefficient of the refrigerant.
Максимально возможная плотность теплового потока, подводимого к испаряемому хладагенту, в совокупности с предварительным аккумулированием теплоты, отведенной от охлаждаемого объекта, обеспечивает получение технического результата, заключающегося в увеличении теплового потока, подводимого к испаряемому хладагенту.The maximum possible density of the heat flux supplied to the evaporated refrigerant, together with the preliminary accumulation of heat removed from the cooled object, provides a technical result, which consists in increasing the heat flux supplied to the evaporated refrigerant.
Кроме того, технический результат от применения предлагаемого изобретения заключается в сокращении интервала времени, необходимого для подвода к испаряемому хладагенту теплоты, равной по величине количеству теплоты, которое необходимо отвести от охлаждаемого объекта, чтобы понизить его температуру до заданного значения.In addition, the technical result from the application of the present invention is to reduce the time interval necessary for supplying heat to the evaporated refrigerant equal to the amount of heat that must be removed from the object to be cooled in order to lower its temperature to a predetermined value.
Поставленная задача решена так же путем создания охлаждающего устройства, содержащего, по меньшей мере, компрессор, конденсатор, дросселирующее приспособление и приспособление для испарения хладагента, которое расположено в полости холодильного шкафа и представляет собой аккумулятор теплоты, при этом, согласно изобретению, аккумулятор теплоты содержит твердое аккумулирующее вещество, коэффициент теплоотдачи которого превышает коэффициент теплоотдачи хладагента, и испарительные каналы, по меньшей мере, часть поверхности которых представляет собой поверхность теплообмена испаряемого хладагента с аккумулирующим веществом, аккумулятор теплоты расположен в полости холодильного шкафа с возможностью непосредственного соприкосновения охлаждаемого объекта с поверхностью аккумулирующего вещества или с промежуточным элементом, тепловая проводимость которого, по меньшей мере, равна коэффициенту теплоотдачи охлаждаемого объекта.The problem is solved in the same way by creating a cooling device containing at least a compressor, a condenser, a throttling device and a device for evaporating refrigerant, which is located in the cavity of the refrigerator and represents a heat accumulator, while according to the invention, the heat accumulator contains a solid storage substance, the heat transfer coefficient of which exceeds the heat transfer coefficient of the refrigerant, and evaporation channels, at least part of the surface of which is the heat exchange surface of the evaporated refrigerant with the storage substance, the heat accumulator is located in the cavity of the refrigerator with direct contact cooled object with the surface of the storage substance or with an intermediate element, heat Single whose conductivity is at least equal to the coefficient of heat transfer of the cooled object.
Применение в качестве приспособления для испарения хладагента аккумулятора теплоты, который содержит аккумулирующее вещество, имеющее более высокий коэффициент теплоотдачи по сравнению с испаряемым хладагентом, обеспечивает увеличение плотности теплового потока, подводимого к испаряемому хладагенту, до максимально возможного значения. А увеличение плотности указанного теплового потока в совокупности с предварительным аккумулированием теплоты, отведенной от охлаждаемого объекта, обеспечивает получение технического результата, заключающегося в увеличении теплового потока, подводимого к испаряемому хладагенту.The use as a device for evaporating the refrigerant of a heat accumulator, which contains an accumulating substance having a higher heat transfer coefficient compared to the evaporated refrigerant, provides an increase in the heat flux supplied to the evaporated refrigerant to the maximum possible value. And the increase in the density of the specified heat flux in conjunction with the preliminary accumulation of heat removed from the cooled object, provides a technical result, which consists in increasing the heat flux supplied to the evaporated refrigerant.
Кроме того, технический результат от применения предлагаемого изобретения заключается в сокращении времени работы охлаждающего устройства, необходимого для охлаждения объекта до заданной температуры, а так же в снижении суточного потребления электроэнергии предлагаемым охлаждающим устройством.In addition, the technical result from the application of the invention is to reduce the operating time of the cooling device required to cool the object to a predetermined temperature, as well as to reduce the daily energy consumption of the proposed cooling device.
Предлагаемый способ охлаждения объекта осуществляют следующим образом.The proposed method of cooling the object is as follows.
При первом включении охлаждающего устройства посредством испаряемого хладагента охлаждают аккумулирующее вещество. По мере понижения температуры аккумулирующего вещества осуществляют охлаждение объекта, непосредственно соприкасающегося с его поверхностью. Целесообразно охлаждать аккумулирующее вещество до температуры более низкой, чем заданная температура охлаждения объекта. Например, когда посредством аккумулирующего вещества охлаждают замораживаемое мясо, заданная температура его охлаждения может составлять минус 18°C. В этом случае аккумулирующее вещество охлаждают до температуры минус 24°C - 28°C. При этом величина теплового потока, отводимого от охлаждаемого мяса к аккумулирующему веществу, будет значительно меньше величины теплового потока, который в то же время отводится от аккумулирующего вещества к испаряемому хладагенту. Это происходит потому, что величина теплового потока, отводимого от охлаждаемого мяса, определяется коэффициентом теплоотдачи мяса, а величина теплового потока, отводимого от аккумулирующего вещества, определяется коэффициентом теплоотдачи испаряемого хладагента. При этом в зависимости от стадии процесса замораживания коэффициент теплоотдачи испаряемого хладагента может превышать коэффициент теплоотдачи замораживаемого мяса в десятки раз. Указанное соотношение коэффициентов теплоотдачи обеспечивает условия для одновременного осуществление процесса охлаждения аккумулирующего вещества (посредством испаряемого хладагента) и процесса охлаждения замораживаемого мяса (посредством аккумулирующего вещества).When the cooling device is first turned on, the storage agent is cooled by means of an evaporated refrigerant. As the temperature of the storage substance decreases, the object that is in direct contact with its surface is cooled. It is advisable to cool the storage substance to a temperature lower than the predetermined cooling temperature of the object. For example, when a frozen meat is cooled by means of an accumulating substance, the predetermined temperature for its cooling can be minus 18 ° C. In this case, the storage substance is cooled to a temperature minus 24 ° C - 28 ° C. In this case, the value of the heat flux removed from the cooled meat to the accumulating substance will be significantly less than the heat flux, which at the same time is removed from the accumulating substance to the evaporated refrigerant. This is because the heat flux removed from the cooled meat is determined by the heat transfer coefficient of the meat, and the heat flux removed from the storage substance is determined by the heat transfer coefficient of the evaporated refrigerant. In this case, depending on the stage of the freezing process, the heat transfer coefficient of the evaporated refrigerant may exceed the heat transfer coefficient of the frozen meat by tens of times. The specified ratio of heat transfer coefficients provides conditions for the simultaneous implementation of the process of cooling the storage substance (by means of evaporated refrigerant) and the cooling process of frozen meat (by means of the storage substance).
Охлаждающее устройство отключают, когда температура аккумулирующего вещества опустится до заданного значения. В интервале времени между отключением и последующим включением охлаждающего устройства объект охлаждают посредством аккумулирующего вещества. Теплоту, отводимую от охлаждаемого объекта, аккумулируют, повышая при этом температуру аккумулирующего вещества. Например, в том случае, когда посредством аккумулирующего вещества охлаждают замораживаемое мясо, температуру аккумулирующего вещества повышают до минус 200C. Затем охлаждающее устройство включают и вновь осуществляют процесс охлаждения аккумулирующего вещества до температуры минус 24°C - 28°C.The cooling device is turned off when the temperature of the storage substance drops to a predetermined value. In the time interval between turning off and then turning on the cooling device, the object is cooled by means of an accumulating substance. The heat removed from the cooled object is accumulated, while increasing the temperature of the storage substance. For example, in the case when frozen meat is cooled by means of an accumulating substance, the temperature of the accumulating substance is increased to minus 20 0 C. Then the cooling device is turned on and the process of cooling the accumulating substance is again carried out to a temperature of minus 24 ° C to 28 ° C.
При осуществлении процесса охлаждения аккумулирующего вещества посредством испаряемого хладагента от аккумулирующего вещества отводят количество теплоты, достаточное для того, что бы после отключения охлаждающего устройства обеспечить охлаждение объекта в течение заданного интервала времени. Например, в интервале времени между включением и последующим отключением охлаждающего устройства от аккумулирующего вещества к испаряемому хладагенту отводят 20 000 Дж теплоты, при этом аккумулирующее вещество охлаждают до температуры минус 28°C. Одновременно от охлаждаемого мяса, коэффициент теплоотдачи которого в два раза меньше коэффициента теплоотдачи испаряемого хладагента, отводят к аккумулирующему веществу 10 000 Дж теплоты. После отключения охлаждающего устройства от охлаждаемого мяса дополнительно отводят к аккумулирующему веществу 10 000 Дж теплоты, при этом аккумулирующее вещество нагревают до заданной температуры, например до минус 20°C.When the process of cooling the storage medium by means of an evaporated refrigerant is carried out, sufficient heat is removed from the storage medium to ensure that the object is cooled down after a cooling device is turned off for a predetermined time interval. For example, in the time interval between switching on and the subsequent disconnection of the cooling device from the storage medium, 20,000 Joules of heat are removed to the evaporated refrigerant, while the storage medium is cooled to a temperature of minus 28 ° C. At the same time from the cooled meat, the heat transfer coefficient of which is two times less than the heat transfer coefficient of the evaporated refrigerant, 10,000 Joules of heat are removed to the storage medium. After disconnecting the cooling device from the meat being cooled, 10,000 Joules of heat is additionally transferred to the storage substance, while the storage substance is heated to a predetermined temperature, for example, to minus 20 ° C.
В современных бытовых холодильниках, если масса замораживаемого мяса равна суточной производительности холодильника по замораживанию продуктов, охлаждающее устройство может работать непрерывно в течение 24 часов до первого отключения.In modern domestic refrigerators, if the mass of frozen meat is equal to the daily productivity of the refrigerator for freezing food, the cooling device can operate continuously for 24 hours before the first shutdown.
Предлагаемое изобретение позволяет осуществлять процесс замораживания мяса в прерывистом режиме. При этом по мере кристаллизации жидкости, которая содержится в волокнах замораживаемого мяса, величина коэффициента теплоотдачи мяса снижается, а соотношение коэффициентов теплоотдачи испаряемого хладагента и замораживаемого мяса увеличивается. По мере увеличения указанного соотношения интервал рабочего времени охлаждающего устройства будет сокращаться, а интервал времени между его отключением и последующим включением будет увеличиваться, что обеспечит соответствующее сокращение количества электроэнергии, которую необходимо израсходовать для осуществления процесса замораживания мяса.The present invention allows the process of freezing meat in intermittent mode. Moreover, as the liquid crystallizes in the fibers of the frozen meat, the heat transfer coefficient of the meat decreases, and the ratio of the heat transfer coefficients of the evaporated refrigerant and the frozen meat increases. As the ratio increases, the interval of working time of the cooling device will decrease, and the time interval between turning it off and then on will increase, which will provide a corresponding reduction in the amount of electricity that needs to be consumed for the meat freezing process.
В том случае, когда охлаждаемым объектом является воздух, содержащийся в полости холодильного шкафа, экономия электроэнергии будет более значительной, потому что коэффициент теплоотдачи воздуха в несколько раз меньше коэффициента теплоотдачи замораживаемых продуктов.In the case when the cooled object is the air contained in the cavity of the refrigerator, the energy savings will be more significant, because the heat transfer coefficient of air is several times less than the heat transfer coefficient of frozen products.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Для более полного понимания сути предлагаемого изобретения ниже приведены варианты охлаждающего устройства, реализующего предлагаемый способ охлаждения объекта, со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором: фиг. 1 схематично изображает предлагаемое устройство, выполненное согласно изобретению, частичный фрагмент в разрезе.For a more complete understanding of the essence of the invention, the following are options for a cooling device that implements the proposed method for cooling an object, with reference to the accompanying drawing, in which: FIG. 1 schematically depicts the proposed device, made according to the invention, a partial fragment in section.
Лучший вариант осуществления изобретения На фиг. 1 изображен фрагмент холодильного шкафа 1, который содержит низкотемпературное отделение 2 и холодильное отделение 3. В полости низкотемпературного отделения 2 расположен охлаждаемый объект 4, представляющий собой, например, свежее мясо, которое необходимо заморозить.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION FIG. 1 shows a fragment of a refrigerator 1, which contains a low-temperature compartment 2 and a refrigeration compartment 3. In the cavity of the low-temperature compartment 2 there is a cooled object 4, which is, for example, fresh meat that needs to be frozen.
В низкотемпературном отделении 2 расположено приспособление 5 для охлаждения замораживаемых продуктов, которое представляет собой аккумулятор теплоты, содержащий аккумулирующее вещество 6 и испарительные каналы 7. Аккумулирующее вещество 6 соприкасается непосредственно с поверхностью испарительных каналов 7 и с охлаждаемым объектом 4.In the low-temperature compartment 2 there is a device 5 for cooling frozen products, which is a heat accumulator containing an accumulating substance 6 and evaporation channels 7. The accumulating substance 6 is in direct contact with the surface of the evaporation channels 7 and with the cooled object 4.
Кроме того, в низкотемпературном отделении 2 расположено приспособление 8 для охлаждения воздуха, которое представляет собой аккумулятор теплоты, содержащий аккумулирующее вещество 9 и испарительные каналы 10. Аккумулирующее вещество 9 соприкасается непосредственно с поверхностью испарительных каналов 10, а от охлаждаемого воздуха отделено промежуточным элементом - задней стенкой 11 низкотемпературного отделения 2, тепловая проводимость которой превышает коэффициент теплоотдачи охлаждаемого воздуха. Например, стенка 11 может быть выполнена из ударопрочного полистирола толщиной 1 мм, при этом тепловая проводимость стенки 11 будет составлять более 500 Bт/м2-K.In addition, in the low-temperature compartment 2 there is a device 8 for cooling the air, which is a heat accumulator containing an accumulating substance 9 and evaporation channels 10. The accumulating substance 9 is in direct contact with the surface of the evaporation channels 10, and is separated from the cooled air by the back wall 11 of the low-temperature compartment 2, the thermal conductivity of which exceeds the heat transfer coefficient of the cooled air. For example, the wall 11 can be made of impact-resistant polystyrene with a thickness of 1 mm, while the thermal conductivity of the wall 11 will be more than 500 W / m 2 -K.
В холодильном отделении 3 расположено приспособление 12 для охлаждения воздуха, которое представляет собой аккумулятор теплоты, содержащий аккумулирующее вещество 13, в теле которого выполнены испарительные каналы 14, что обеспечивает непосредственное соприкосновение аккумулирующего вещества 13 с испаряемым хладагентом. Поверхность аккумулирующего вещества 13 соприкасается непосредственно с охлаждаемым воздухом, расположенным в полости каналов 15 и 16. Указанные каналы 15 и 16 обеспечивают перемещение охлаждаемого воздуха вдоль поверхности аккумулирующего вещества 13.In the refrigerator compartment 3 there is a device 12 for cooling the air, which is a heat accumulator containing an accumulating substance 13, in the body of which vaporization channels 14 are made, which provides direct contact of the accumulating substance 13 with the evaporated refrigerant. The surface of the accumulating substance 13 is in direct contact with the cooled air located in the cavity of the channels 15 and 16. These channels 15 and 16 provide movement of the cooled air along the surface of the accumulating substance 13.
Компрессор, конденсатор и дросселирующее приспособление на фиг. 1 условно не показаны, а перемещение охлаждаемого воздуха изображено пунктирными стрелками.The compressor, condenser and throttling device of FIG. 1 are conventionally not shown, and the movement of cooled air is shown by dashed arrows.
Конструкция приспособления для охлаждения замораживаемых продуктов 5, а так же приспособлений 8 и 12 для охлаждения воздуха может быть иной относительно вариантов, изображенных на фиг. 1 по тем признакам, которые не являются существенными для получения заявляемого технического результата. Площадь поверхности теплообмена аккумулирующего вещества 6, 9 и 13 со стенкой испарительных каналов 7, 10, и 14 определяется коэффициентом рабочего времени охлаждающего устройства, его номинальной холодопроизводительностью, задаваемой величиной поверхности теплообмена аккумулирующего вещества 6, 9 иThe design of the device for cooling frozen products 5, as well as devices 8 and 12 for cooling air, may be different with respect to the options depicted in FIG. 1 on those grounds that are not essential to obtain the claimed technical result. The heat exchange surface area of the storage substance 6, 9 and 13 with the wall of the evaporation channels 7, 10, and 14 is determined by the coefficient of the working time of the cooling device, its nominal cooling capacity, defined by the value of the heat transfer surface of the storage substance 6, 9 and
13 с охлаждаемым объектом, а так же другими параметрами холодильной установки, которые могут изменяться в зависимости от ее назначения.13 with a cooled object, as well as other parameters of the refrigeration unit, which may vary depending on its purpose.
По совокупности теплофизических свойств, технических и технологических требований, предъявляемых к аккумулирующему веществу, целесообразно в качестве аккумулирующего вещества 6, 9 и 13 применять алюминий или алюминиевый сплав.According to the combination of thermophysical properties, technical and technological requirements for the storage substance, it is advisable to use aluminum or an aluminum alloy as the storage substance 6, 9 and 13.
Предлагаемое охлаждающее устройство работает следующим образом.The proposed cooling device operates as follows.
После включения охлаждающего устройства в полости испарительных каналов 7, 10, и 14 осуществляют испарение хладагента. При этом посредством испаряемого хладагента осуществляют охлаждение аккумулирующего вещества 6, 9 и 13. Одновременно по мере понижения температуры аккумулирующего вещества 6, 9 и 13 осуществляют охлаждение объекта 4, а так же охлаждение воздуха, содержащегося в полости низкотемпературного отделения 2, и воздуха, содержащегося в полости холодильного отделения 3.After turning on the cooling device in the cavity of the evaporation channels 7, 10, and 14, the refrigerant is vaporized. In this case, by means of the evaporated refrigerant, the storage agent 6, 9 and 13 are cooled. At the same time, as the temperature of the storage agent 6, 9 and 13 decreases, the object 4 is cooled, as well as the air contained in the cavity of the low-temperature compartment 2 and the air contained in cavity refrigeration compartment 3.
Объект 4 охлаждают путем осуществления процесса теплоотдачи от объекта 4 к аккумулирующему веществу 6, а воздух, содержащийся в полости низкотемпературного отделения 2, охлаждают путем осуществления процесса теплопередачи от охлаждаемого воздуха к аккумулирующему веществу 9 через стенку 11 низкотемпературного отделения 2. Воздух, содержащийся в полости холодильного отделения 3, охлаждают путем осуществления процесса теплоотдачи от охлаждаемого воздуха к аккумулирующему веществу 13.The object 4 is cooled by a heat transfer process from the object 4 to the storage substance 6, and the air contained in the cavity of the low-temperature compartment 2 is cooled by the heat transfer from the cooled air to the storage substance 9 through the wall 11 of the low-temperature compartment 2. Air contained in the cavity of the refrigeration compartments 3 are cooled by a heat transfer process from the cooled air to the storage substance 13.
Аккумулирующее вещество 6, 9 и 13 посредством испаряемого хладагента охлаждают до заданной температуры более низкой, чем заданная температура охлаждения объекта 4 и/или заданная температура охлаждения воздуха.The storage substance 6, 9 and 13 by means of the evaporated refrigerant is cooled to a predetermined temperature lower than the predetermined cooling temperature of the object 4 and / or the predetermined cooling temperature of the air.
Затем охлаждающее устройство отключают, при этом процесс испарения хладагента прекращается и прекращается процесс охлаждения аккумулирующего вещества 6, 9 и 13. После отключения охлаждающего устройства охлаждение объекта 4 и воздуха, содержащегося в полости низкотемпературного отделения 2 и в полости холодильного отделения 3, осуществляют посредством соответствующего аккумулирующего вещества 6, 9 или 13. При этом аккумулирующее вещество 6, 9 и 13 нагревают до заданной максимальной температуры, затем охлаждающее устройство включают и осуществляют очередное охлаждение аккумулирующего вещества 6, 9 и 13 посредством испаряемого хладагента.Then, the cooling device is turned off, while the process of evaporating the refrigerant is stopped and the cooling process of the storage substance 6, 9 and 13 is stopped. After turning off the cooling device, the object 4 and the air contained in the cavity of the low-temperature compartment 2 and in the cavity of the refrigerator compartment 3 are cooled by means of the corresponding the storage substance 6, 9 or 13. In this case, the storage substance 6, 9 and 13 is heated to a predetermined maximum temperature, then the cooling device is turned on and the next storage of the storage substance 6, 9 and 13 is carried out by means of the evaporated refrigerant.
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Настоящее изобретение может быть использовано в бытовых холодильниках для охлаждения воздуха, содержащегося в полости холодильного отделения, и для охлаждения продуктов, размещенных в полости низкотемпературного отделения, а так же в холодильных установках торгового назначения. The present invention can be used in domestic refrigerators for cooling the air contained in the cavity of the refrigerator compartment, and for cooling products placed in the cavity of the low-temperature compartment, as well as in commercial refrigeration units.

Claims

Ф О Р М У Л А И З О Б Р Е Т Е Н И Я CLAIM
1. Способ охлаждения объекта, заключающийся в том, что пары хладагента, который циркулирует по замкнутому контуру работающего охлаждающего устройства, сжимают посредством компрессора, охлаждают и конденсируют в полости каналов конденсатора, затем осуществляют процесс дросселирования сконденсированного хладагента, после завершения которого хладагент испаряют, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что посредством испаряемого хладагента охлаждают твердое аккумулирующее вещество, соприкасающееся со стенкой испарительного канала или непосредственно с хладагентом и имеющее коэффициент теплоотдачи более высокий, чем коэффициент теплоотдачи испаряемого хладагента, одновременно посредством аккумулирующего вещества охлаждают объект, непосредственно соприкасающийся с поверхностью указанного аккумулирующего вещества или с промежуточным элементом, тепловая проводимость которого, по меньшей мере, равна коэффициенту теплоотдачи охлаждаемого объекта, при этом аккумулирующее вещество посредством испаряемого хладагента охлаждают до заданной температуры, затем охлаждающее устройство отключают и в интервале времени между отключением и последующим включением охлаждающего устройства объект охлаждают посредством твердого аккумулирующего вещества, которое при этом нагревают до заданной температуры, затем охлаждающее устройство включают и повторно осуществляют описанную выше последовательность действий.1. The method of cooling the object, which consists in the fact that the vapor of the refrigerant that circulates in a closed circuit of the working cooling device is compressed by means of a compressor, cooled and condensed in the cavity of the condenser channels, then the process of throttling the condensed refrigerant is carried out, after which the refrigerant is evaporated, about In particular, by means of the fact that by means of the evaporated refrigerant, a solid storage substance is cooled that is in contact with the wall of the evaporation channel or directly o with a refrigerant and having a heat transfer coefficient higher than the heat transfer coefficient of the evaporated refrigerant, at the same time with the help of an accumulating substance they cool an object directly in contact with the surface of the indicated accumulating substance or with an intermediate element whose thermal conductivity is at least equal to the heat transfer coefficient of the cooled object, at this accumulating substance through the evaporated refrigerant is cooled to a predetermined temperature, then cooling devices is switched off and in the time interval between switching off and subsequent switching on of the cooling device is cooled by means of a solid object-storage material which thus heated to a predetermined temperature and then cooling device repeatedly performed and include the sequence of actions described above.
2. Устройство для охлаждения объекта, содержащее, по меньшей мере, компрессор, конденсатор, дросселирующее приспособление и приспособление для испарения хладагента, которое расположено в полости холодильного шкафа (1) и представляет собой аккумулятор теплоты, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что аккумулятор теплоты содержит твердое аккумулирующее вещество (6, 9, 13), коэффициент теплоотдачи которого превышает коэффициент теплоотдачи хладагента, и испарительные каналы (7, 10, 14), по меньшей мере, часть поверхности которых представляет собой поверхность теплообмена испаряемого хладагента с аккумулирующим веществом (6, 9, 13), аккумулятор теплоты расположен в полости холодильного шкафа (1) с возможностью непосредственного соприкосновения охлаждаемого объекта (4) с поверхностью аккумулирующего вещества (6, 9, 13) или с промежуточным элементом, тепловая проводимость которого, по меньшей мере, равна коэффициенту теплоотдачи охлаждаемого объекта (4). 2. A device for cooling an object, comprising at least a compressor, a condenser, a throttling device and a device for evaporating the refrigerant, which is located in the cavity of the refrigerator (1) and is a heat accumulator, the fact that the heat accumulator contains a solid storage substance (6, 9, 13), the heat transfer coefficient of which exceeds the heat transfer coefficient of the refrigerant, and evaporation channels (7, 10, 14), at least part of the surface of which is a surface heat exchange of the evaporated refrigerant with the storage substance (6, 9, 13), the heat accumulator is located in the cavity of the refrigerator (1) with the possibility of direct contact of the cooled object (4) with the surface of the storage substance (6, 9, 13) or with an intermediate element, the thermal conductivity of which is at least equal to the heat transfer coefficient of the cooled object (4).
PCT/RU2010/000184 2009-04-20 2010-04-19 Method for cooling an object and a device for carrying out said method WO2010123405A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009114582 2009-04-20
RU2009114582/06A RU2009114582A (en) 2009-04-20 2009-04-20 METHOD FOR COOLING THE OBJECT AND THE COOLING DEVICE FOR IMPLEMENTATION OF THE SPECIFIED METHOD

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010123405A1 true WO2010123405A1 (en) 2010-10-28

Family

ID=43011311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2010/000184 WO2010123405A1 (en) 2009-04-20 2010-04-19 Method for cooling an object and a device for carrying out said method

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2009114582A (en)
WO (1) WO2010123405A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102269505A (en) * 2011-08-17 2011-12-07 海尔集团公司 Refrigerating device
WO2012104884A3 (en) * 2011-02-02 2012-12-20 C.P.S.I. Refrigerating appliance
EP2607820A3 (en) * 2011-12-21 2014-05-07 LG Electronics Inc. Refrigerator having auxiliary cooling device
US9618254B2 (en) 2011-07-21 2017-04-11 Lg Electronics Inc. Refrigerator
JP7416991B1 (en) 2023-02-15 2024-01-17 照男 竹中 refrigerator

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120102987A1 (en) * 2010-10-29 2012-05-03 Nuovo Pignone S.P.A. Inlet Air Cooling and Moisture Removal Methods and Devices in Advance Adiabatic Compressed Air Energy Storage Systems

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1799991A (en) * 1929-05-13 1931-04-07 Westinghouse Electric & Mfg Co Refrigerating apparatus
JPH05296642A (en) * 1992-04-10 1993-11-09 Sanden Corp Cold storage chamber
RU2162576C2 (en) * 1999-04-15 2001-01-27 Государственная академия сферы быта и услуг Refrigerating unit of domestic compression refrigerator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1799991A (en) * 1929-05-13 1931-04-07 Westinghouse Electric & Mfg Co Refrigerating apparatus
JPH05296642A (en) * 1992-04-10 1993-11-09 Sanden Corp Cold storage chamber
RU2162576C2 (en) * 1999-04-15 2001-01-27 Государственная академия сферы быта и услуг Refrigerating unit of domestic compression refrigerator

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012104884A3 (en) * 2011-02-02 2012-12-20 C.P.S.I. Refrigerating appliance
US9618254B2 (en) 2011-07-21 2017-04-11 Lg Electronics Inc. Refrigerator
CN102269505A (en) * 2011-08-17 2011-12-07 海尔集团公司 Refrigerating device
CN102269505B (en) * 2011-08-17 2015-12-09 海尔集团公司 Refrigeration plant
EP2607820A3 (en) * 2011-12-21 2014-05-07 LG Electronics Inc. Refrigerator having auxiliary cooling device
US9052127B2 (en) 2011-12-21 2015-06-09 Lg Electronics Inc. Refrigerator having auxiliary cooling device
JP7416991B1 (en) 2023-02-15 2024-01-17 照男 竹中 refrigerator

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009114582A (en) 2010-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2012215130B2 (en) Flash defrost system
CN1289033B (en) Refrigerator
CN202393126U (en) Refrigerator
EP2677252B1 (en) Refrigerator
US20170307273A1 (en) Ice-making device for refrigerator and refrigerator including the same
CN105222459B (en) Refrigerator
WO2010123405A1 (en) Method for cooling an object and a device for carrying out said method
US20150184926A1 (en) Cooling apparatus for refrigerator and control method thereof
US20140123690A1 (en) Method for improving efficiency of a refrigerator appliance during a defrost cycle
WO2009034300A1 (en) An ice making system
KR101458199B1 (en) refrigerator
JP2010038516A (en) Refrigerator-freezer and cooling storage
CN111207534A (en) Refrigeration system, refrigeration equipment and control method of refrigeration system
CN102997558A (en) Refrigerator
CN106568270A (en) Refrigerator
CN212205243U (en) Refrigerating and freezing device
RU2505756C2 (en) Refrigerating unit
CN109780776B (en) Refrigerator and control method thereof
CN114763958B (en) Refrigerator with a refrigerator body
JP2005308247A (en) Refrigerator
CN212205242U (en) Refrigerating and freezing device
CN110195939B (en) Assembled refrigerating system capable of achieving temperature control in partitioned mode and fresh-keeping cabinet applied to assembled refrigerating system
RU2411424C2 (en) Air cooling method in closed cavity of domestic refrigerator and device for implementation of above method
JP5517333B2 (en) Refrigeration apparatus and operation method thereof
KR20170034997A (en) Refrigerator

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10767370

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10767370

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1