Бытовой холодильник
Изобретение относится к бытовым холодильникам (без морозилки), предназначенным для хранения продуктов и эксплуатируемым круглогодично в неотапливаемых помещениях. Задачей изобретения является создание простого, удобного в эксплуатации, недорогого холодильника с пониженным годовым энергопотреблением. Сущность устройства состоит в том, что холодильник снабжен электронагревателем, а терморегулятор в нем выполнен состоящим из двух 3-контактных секций, одна из которых размещена традиционно внутри холодильника, а вторая - снаружи. Вторая секция осуществляет сезонное переключение режима работы охладителя и нагревателя, а первая - круглогодично поддерживает рабочую температуру в холодильнике. Для увеличения ресурса вторая секция терморегулятора помещена в теплоизолированный контейнер, тепловая инерционность которого выбрана соизмеримой с тепловой инерционностью корпуса. 3 ил.
Изобретение относится к бытовым холодильникам (без морозилки), предназначенным для хранения продуктов, и эксплуатируемых круглогодично в неотапливаемых помещениях. Фактически такой холодильник представляет собой термостат, поддерживающий в рабочем объеме температуру (5+3)С при наружной температуре, изменяющейся в диапазоне, например +30С. Очевидно, что такой термостат должен содержать в теплоизолированном корпусе охладитель, нагреватель и терморегулятор. В то же время он должен быть экономичным, удобным в эксплуатации и обеспечивать хранение любых продуктов.
Известны устройства для круглогодичного хранения сельхозпродукции в неотапливаемых помещениях, например, на балконе или лоджии жилого дома. В патенте RU 2011331 С1, МПК A01F 25/00, 1992 г. описан термоконтейнер ЕК-1, содержащий охладитель, нагреватель, терморегулятор и приспособление для вентиляции.
Однако этот термоконтейнер очень сложен в изготовлении и особенно в эксплуатации. Так, приспособление для вентиляции содержит в корпусе не меньше 6 отверстий с притертыми пробками, которые надо вставлять / вынимать в течение года несколько раз. Терморегулятор представляет собой установленный внутри контейнера спиртовой термометр и глазок, а регулировка температуры производится вручную путем включения / выключения нескольких секций нагревателя на полную или неполную мощность. В периоды межсезонья охладитель и нагреватель отключают вручную. Однако в эти периоды бывают заморозки до -(5-10)С. Кроме того, этот контейнер предназначен для хранения только овощей и фруктов (в больших упаковках), а не обычных продуктов питания.
Известен термошкаф для хранения пищевых продуктов, содержащий теплоизолированный контейнер, две батареи термоэлектрических модулей Пельтье, блок питания этих модулей, два вентилятора с наружным и внутренним радиаторами, а также блок автоматического управления (см. описание Полезной модели RU 4368 (U1), МПК F25D, 1995 г.)
Однако это устройство имеет существенные недостатки. Оно содержит большое количество электрических узлов и элементов, что снижает его надежность. Кроме того, блок автоматического управления переключает режимы работы нагрев / охлаждение в зависимости от температуры окружающей среды безинерционно, т.е. практически мгновенно. Это приводит к тому, что, например, весной, когда температура в течение суток может неоднократно меняться с плюса на минус, блок автоматического управления будет реагировать на все эти перемены и переключать режим работы, что уменьшает ресурс устройства. Но главный недостаток этого устройства состоит в повышенном энергопотреблении. В режиме охлаждения элементы Пельтье по сравнению с компрессионными охладителями, используемыми в бытовых холодильниках, потребляют существенно больше электроэнергии. Так, из графика на стр. 1 Приложения следует, что одноступенчатый компрессор при температуре испарения -20°C имеет коэффициент СОР - коэффициент эффективности охлаждения - равный 3, в то время как этот коэффициент для термоэлектрического холодильника (см. стр. 2 Приложения) составляет 0,3÷0,5, причем меньшее значение относится к холодильникам большего объема. В режиме нагрева разница еще значительнее. Именно поэтому термоэлектрические холодильники большого объема серийно не выпускаются.
В патенте RU 2317495 С2, МПК F25D 29/00, 2003 г. описан холодильник с обогреваемым внутренним объемом. Он содержит холодильную и морозильную камеры с одним общим охладителем, электронагреватель и терморегулятор, размещенный внутри холодильной камеры. Холодильник рассчитан на эксплуатацию в условиях низких температур окружающей среды. При этом (в отсутствие или при выключенном электронагревателе) потребность холодильной камеры в охлаждении невелика, и терморегулятор включает охладитель ненадолго, что приводит к повышению температуры внутри морозильной камеры. Включение же электронагревателя повышает температуру в холодильной камере, при этом терморегулятор включает охладитель на большее время, в результате чего температура в морозильной камере поддерживается на необходимом уровне.
Существенный недостаток этого холодильника состоит в чрезмерном энергопотреблении. Так, при температуре окружающей среды, равной например -10°C, нагреватель и охладитель будут включаться поочередно друг за другом, а холодильник - непрерывно потреблять электроэнергию. Такие холодильники неперспективны, поскольку в настоящее время широко используются отдельностоящие морозильные и холодильные камеры.
Общеизвестны бытовые холодильники (без морозилки), работающие в отапливаемых помещениях (преимущественно в кухнях), например, холодильник Атлант МХ-5810-62, Бирюса 542, Саратов 504 и др. Они надежны и удобны в эксплуатации.
В качестве прототипа выбран холодильник Атлант МХ-5810-62. Он содержит теплоизолированный корпус с дверью и размещенными в нем полками для хранения продуктов, охладитель компрессионного типа, терморегулятор и систему автоматического оттаивания испарителя, которая исключает образование снеговой шубы и снижает энергопотребление холодильника.
Однако этот холодильник имеет существенные недостатки. Поскольку он эксплуатируется круглый год при температуре ~(22±2)°C, то постоянно (в любое время года) потребляет электроэнергию. Кроме того, он занимает в помещении полезную площадь, которая с учетом обеспечения места для человека при открытой двери холодильника составляет ~1 м. кв. Если учесть, что площадь кухонь в домах старой постройки часто составляет ~6 м. кв, то эта доля превышает 15%. Да и в настоящее время застройщики предлагают однокомнатные квартиры общей площадью от 19 м.кв. с лоджией 3,5 м.кв. (напр. Государев Дом - ЖК. ru), где доля каждого кв. метра еще больше.
Таким образом, можно ожидать, что предлагаемый холодильник будет востребован среди владельцев нижнего ценового сектора жилья.
Задачей и техническим результатом изобретения является бытовой холодильник с минимальной стоимостью и возможностью его эксплуатации в неотапливаемом помещении.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что бытовой холодильник, содержащий теплоизолированный корпус с дверью и размещенными в нем полками для хранения продуктов, охладитель компрессионного типа, систему автоматического оттаивания испарителя и терморегулятор, снабжен электронагревателем, а терморегулятор в нем выполнен двухсекционным, причем первая секция - это штатный 2-контактный термозависимый выключатель, размещенный внутри холодильника, а дополнительная вторая секция содержит аналогичный первому второй термозависимый выключатель и два электромагнитных реле, при этом один вывод нагревателя подключен к контакту первого выключателя, соединенному с одним контактом второго выключателя и одним сетевым выводом напряжения питания ~220 В, второй сетевой вывод напряжения питания подключен к общим выводам питания обоих реле и к общему контакту второго реле, второй контакт первого выключателя соединен со вторым выводом питания первого реле и с одним выводом питания охладителя, второй контакт второго переключателя соединен со вторым выводом питания второго реле, нормально разомкнутый контакт которого соединен со вторым выводом питания охладителя, а нормально замкнутый - с нормально замкнутым контактом первого реле, кроме того, второй выключатель помещен в теплоизолированный контейнер, установленный снаружи корпуса, а тепловая инерционность контейнера выбрана соизмеримой с тепловой инерционностью корпуса.
Кроме того, решение поставленной задачи и технический результат достигаются также тем, что бытовой холодильник, содержащий теплоизолированный корпус с дверью и размещенными в нем полками для хранения продуктов, охладитель компрессионного типа, систему автоматического оттаивания испарителя и терморегулятор, снабжен электронагревателем, а терморегулятор в нем выполнен состоящим из двух 3-контактных секций, одна из которых размещена традиционно внутри корпуса, а вторая - снаружи, при этом общие контакты обеих секций терморегулятора соединены с сетевыми выводами напряжения питания, замкнутые при более высокой температуре контакты терморегулятора подключены к охладителю, а разомкнутые - к нагревателю, кроме того, наружная секция терморегулятора помещена в теплоизолированный контейнер, установленный снаружи корпуса, а тепловая инерционность контейнера выбрана соизмеримой с тепловой инерционностью корпуса.
Сущность изобретения поясняется прилагаемыми чертежами.
На фиг. 1 представлена упрощенная электрическая схема холодильника, выполненного по п. 1 формулы изобретения. При этом не показаны такие узлы серийного холодильника, как испаритель охладителя, система автоматического оттаивания, тепловое и пускозащитное реле, лампа освещения и др.
На фиг. 2 приведена также упрощенная электрическая схема холодильника, выполненного по п. 2 формулы изобретения.
На фиг. 3 в таблице приведены значения среднемесячной температуры воздуха в г. Москве, а также разность этих значений с температурой внутри холодильника.
На фиг. 1 обозначены следующие узлы холодильника: 1 и 2 - штатный и дополнительный термозависимые выключатели, 3 и 4 - электромагнитные реле, 5 - электронагреватель, 6 - мотор-компрессор охладителя, 7 - теплоизолированный контейнер.
Выключатель 1 одним контактом соединен с выключателя 2, а также с одним выводом нагревателя 5 и одним сетевым выводом напряжения питания ~220 В, второй вывод напряжения питания подключен к общим выводам питания реле 3 и 4 и к общему контакту реле 4. Второй контакт выключателя 1 соединен со вторым выводом питания реле 3 и с одним выводом питания мотор-компрессора охладителя 6. Второй контакт выключателя 2 соединен со вторым выводом питания реле 4, нормально разомкнутый контакт этого реле подключен ко второму выводу питания мотор-компрессора 6, а нормально замкнутый - к нормально замкнутому контакту реле 3, общий контакт которого соединен со вторым выводом нагревателя 5.
Устройство работает следующим образом. Летом при темпера- туре окружающей среды +8°C контакты выключателя 2 замкнуты, на реле 4 поступает напряжение ~220 В, реле срабатывает, его нормаль-но разомкнутые контакты замыкаются и охладитель 6 оказывается подключен к сети питания ~220 В. Холодильник работает в штатном режиме - при температуре внутри корпуса +8°C контакты выключателя 1 замыкаются, включается охладитель 6, температура понижается до +2°C, контакты выключателя 1 размыкаются, охладитель выключается, температура поднимается до +8°C и т.д.
Зимой, при температуре окружающей среды +2°C контакты выключателей 2 и 1 разомкнуты, реле 4 и 3 обесточены и нагреватель 5 через нормально замкнутые контакты реле 3 и 4 оказывается подключен к напряжению питания ~220 В. В результате этого температура внутри холодильника повышается до +8°C и контакты выключателя 1 замыкаются, напряжение питания ~220 В подается на реле 3, при срабатывании которого разрывается цепь питания нагревателя 5, температура в холодильнике опускается до +2°C и цикл повторяется.
В межсезонье, когда среднесуточная температура окружающей среды близка к рабочей температуре внутри холодильника (2÷8)°C, последний может вообще не включаться ни на нагрев, ни на охлаждение и не потреблять электроэнергию.
Эксплуатация такого холодильника, особенно в зимний период, может оказаться неудобной для домохозяйки, т.к. ей придется в течение дня неоднократно выходить на лоджию/балкон. Поэтому напрашивается такой вариант - установить на кухне (на столе, на тумбе) небольшой холодильник объемом 50÷80 л. и загружать его продуктами по мере необходимости, например, 1 раз в неделю. В таком случае в межсезонье (если дверь холодильника не открывается в течение недели) коммутация выключателя 1 внутри холодильника может происходить очень редко, например 1 раз в несколько дней. А вот выключатель 2, установленный снаружи корпуса и имеющий небольшую тепловую инерционность, будет реагировать на изменение окружающей температуры и может в течение суток несколько раз переключать режим работы холодильника лето/зима. Такая ситуация вполне вероятна, например, весной (ночной заморозок - утром солнце нагрело корпус холодильника - подул ветер - пошел дождь - снова солнце). Конечно, количество срабатываний выключателя 2 в течение года меньше, чем у выключателя 1, но следует учесть, что и условия его эксплуатации (температура, влажность) намного сложнее, а штатный ресурс невелик - 5 лет.
Для устранения этого недостатка выключатель 2 помещен в теплоизолированный контейнер 7, тепловая инерционность которого выбрана соизмеримой с тепловой инерционностью корпуса холодильника, так что выключатель 2 в межсезонье включается довольно редко. Это увеличивает ресурс холодильника, а, кроме того, позволяет использовать в нем более простой и дешевый выключатель.
Реализация предлагаемого устройства технических трудностей не представляет. В качестве электронагревателя может быть использован, например, плоский гибкий силиконовый нагреватель или гибкий ТЭН (то и др. см. например, polymernagrev.ru), выключатель 2 идентичен штатному выключателю 1, реле 3 и 4 выбирают просто по величине коммутируемой мощности, а теплоизолированный контейнер 7 можно выполнить в виде короба, покрытого несколькими слоями полипропилена.
На фиг. 2 обозначены следующие узлы холодильника: 5 - электронагреватель, 6 - мотор-компрессор охладителя, 7 - термоизолированный контейнер, 8 - 3-контактная секция терморегулятора, размещенная внутри корпуса, 9 - аналогичная секция, размещенная снаружи корпуса.
Общие выводы секций 8 и 9 терморегулятора соединены с сетевыми выводами напряжения питания ~220 В. Замкнутые при температуре окружающей среды выше 8°C контакты секций 8 и 9 терморегулятора подключены к мотор-компрессору охладителя 6, а разомкнутые - к электронагревателю 5. Кроме того, секция 9 помещена в теплоизолированный контейнер 7.
Устройство работает следующим образом. Летом при температуре окружающей среды выше 8°C напряжение ~220 В через замкнутые контакты секции 9 терморегулятора и контакты секции 8 поступает на мотор-компрессор охладителя 6. Контакты секции 9 остаются постоянно замкнутыми, а контакты секции 8 периодически включают / выключают охладитель и поддерживают температуру в шкафу на уровне (2÷8)°C.
В холодное время года при температуре окружающей среды ниже 2°С контакты секции 9 переключаются и напряжение ~220 В поступает на электронагреватель 5. При штатной работе секции 8 в шкафу поддерживается температура (2÷8)°C.
При реализации данного устройства необходимо принять во внимание, что в настоящее время в холодильниках используются 2-контактные терморегуляторы. Однако их доработка (или подбор терморегулятора другого типа) технических трудностей не представляет.
В таблице на фиг. 3 приведены значения среднемесячной температуры в г. Москве, а также ее разности с температурой внутри холодильника. Для прототипа она в течение года практически постоянна и составляет ~(22-5=17)°C. Для предлагаемого холодильника и прототипа эта разность в зимние месяцы одинакова, в другие месяцы - явно ниже, а в 4 и 10 - почти равна нулю. Поэтому можно полагать, что годовая экономия энергопотребления предлагаемого холодильника для средней полосы РФ составит ~(25÷30)%.
Таким образом, поставленная задача выполнена и технический результат достигнут.
Бытовой холодильник, содержащий теплоизолированный корпус с дверью и размещенными в нем полками для хранения продуктов, охладитель компрессионного типа, систему автоматического оттаивания испарителя и терморегулятор, отличающийся тем, что он снабжен электронагревателем, а терморегулятор в нем выполнен состоящим из двух 3-контактных секций, одна из которых размещена традиционно внутри корпуса, а вторая - снаружи, при этом общие контакты обеих секций терморегулятора соединены с сетевыми выводами напряжения питания, замкнутые при более высокой температуре контакты терморегулятора подключены к охладителю, а разомкнутые - к нагревателю, кроме того, наружная секция терморегулятора помещена в теплоизолированный контейнер, тепловая инерционность которого выбрана соизмеримой с тепловой инерционностью корпуса.
