Холодильник (стр. 10 из 13)
По формуле определяем площадь конденсатора:
F= Q0/k* Δtm, где
Q0 – производительность конденсатора, Вт
F =
, гдеТепловая нагрузка на конденсатор
Qкон = Qo · KQсж , где
КQ сж – коэффициент сжатия;
КQ сж = 1,64
Qкон = 837,79 · 1,64 = 1373,9 Вт
2.5 Расчет испарителя.
Испаритель – это устройство, которое абсорбирует тепло в холодную систему. Испаритель устанавливают в охлаждаемом пространстве. Тепло поглощается в результате кипения хладагента в каналах испарителя.
а) испаритель холодильной камеры (ХК)
Листотрубный испаритель. Поверхность испарителя определяется по формуле: f = ПdLφ , где
f- поверхность испарителя , м2
d- наружный диаметр змеевикового трубопровода испарителя ,м
L- длина змеевикового трубопровода, м
φ- коэффициент оребрения, равный отношению оребренной поверхности к поверхности, как если бы оребрения не было
φ = (2n + Пd + 2d)/Пd, где
n – расстояние между ветвями змеевика
d = 0,008 м; n = 0,032 м
φ = (2*0,032+3,14*0,008+2*0,008)/(3,14*0,008) = 4,185
Длину змеевикового трубопровода определяют по формуле:
L = Q`1/[[Пdφ(t-tn){A((t-tn)/0,5Пdφ)1/4+0,98*5,7*[(((t+ 273)/100)4-((tn+ 273)/100)4 )/( t-tn )]]
L = 3,33 м
Определяем поверхность испарителя холодильной камеры
f=3,14*0,008*3,33*4,185=4,4 м2
Площадь поверхности определяется по формуле
S=(n+d)L
S= (0,032+0,008)*3,33=0,13 м2
б) испаритель морозильной камеры (НТК)
Листотрубный испаритель. Поверхность испарителя определяется по формуле: f = ПdLφ , где
f- поверхность испарителя , м2
d- наружный диаметр змеевикового трубопровода испарителя ,м
L- длина змеевикового трубопровода , м
φ- коэффициент оребрения , равный отношению оребренной поверхности к поверхности , как если бы оребрения не было.
φ = 4,185
Длина змеевикового трубопровода L=7,9 м
f =0,83 м2
Площадь поверхности оребрения
S=(0,032+0,008)*0,83=0,04 м2
в ) испаритель в камере для хранения овощей и фруктов
Листотрубный испаритель. Поверхность испарителя определяется по формуле: f = ПdLφ , где
f- поверхность испарителя , м2
d- наружный диаметр змеевикового трубопровода испарителя ,м
L- длина змеевикового трубопровода, м
φ- коэффициент оребрения, равный отношению оребренной поверхности к поверхности, как если бы оребрения не было
φ = (2n + Пd + 2d)/Пd, где
n – расстояние между ветвями змеевика
d = 0,008 м; n = 0,032 м
φ = (2*0,032+3,14*0,008+2*0,008)/(3,14*0,008) = 4,185
Длину змеевикового трубопровода определяют по формуле:
L = Q`1/[[Пdφ(t-tn){A((t-tn)/0,5Пdφ)1/4+0,98*5,7*[(((t+ 273)/100)4-((tn+ 273)/100)4 )/( t-tn )]]
L = 3,33 м
Определяем поверхность испарителя холодильной камеры
f=3,14*0,008*3,33*4,185=4,4 м2
Площадь поверхности определяется по формуле
S=(n+d)L
S= (0,032+0,008)*3,33=0,13 м2
3 Конструкторская часть
3.1 Усовершенствованный терморегулятор
У многих дома имеются холодильники STINOL-104, которые служат очень долго, но выявлена характерная особенность для этого типа холодильников, выход из строя терморегулятора с периодичностью один раз в 2 - 3 года. Замена терморегулятора на новый в мастерской по обслуживанию холодильников данную проблему не решает так как он выйдет из строя через этот срок. Приобрести новый терморегулятор, чтобы установить его самостоятельно, не удалось - его продавали по совершенно неприемлемой цене, включающей стоимость установки.
Поэтому столкнувшись с такой проблемой, и решил занялся усовершенствованием холодильника STINOL-104. Предлагаемое вниманию самодельное устройство не просто заменяет штатный терморегулятор. Предусмотрены дополнительные функции, призванные защитить холодильник во многих аварийных ситуациях, случающихся во время эксплуатации. Слабое место всех компрессорных холодильников — перегрузка электродвигателя, приводящего в действие компрессор, при его повторном через короткое время после остановки включении. Причина перегрузки — довольно долго сохраняющееся в конденсаторе холодильного агрегата высокое давление хладоагента.
Руководство по эксплуатации холодильника STINOL требует, чтобы длительность выдержки между выключением и повторным включением компрессора была не менее 3 мин. Но при характерных сегодня неожиданных отключениях и повторных включениях электроэнергии выполнить это требование, не «призвав на помощь» электронику, не представляется возможным. Для защиты электродвигателя в холодильниках имеется тепловое реле. Обычно оно совмещено с пусковым реле и называется пускозащитным [1]. Однако практика свидетельствует о неэффективности подобной защиты.
Как и любой другой электроприбор, холодильник полезно защитить и от значительных отклонений напряжения сети от номинальных 220 В. Большое число публикаций на эту тему (например, [2, 3]) свидетельствует об актуальности проблемы как в сельских районах, так и в больших городах.
Предлагаемый блок управления выполняет следующие функции:
· включая и выключая компрессор, поддерживает в холодильной камере заданную температуру, заменяя штатный терморегулятор, причем имеется возможность регулировать гистерезис — разность температуры включения и выключения компрессора;
· принудительно выключает компрессор при значительном отклонении напряжения в сети от нормы;
· не допускает повторного включения компрессора ранее 5 мин после выключения по любой причине, в том числе после вызванного отклонением сетевого напряжения от нормы или инициированного терморегулятором.
Последнее особенно важно, так как опасную ситуацию легко спровоцировать, сразу же после выключения компрессора резко повернув регулятор температуры в сторону ее понижения или открыв дверь холодильной камеры. Предусмотрена индикация состояния блока управления светодиодами «Работа» (компрессор включен), “Пауза” (компрессор выключен), «Блокировка» (не истек пятиминутный запрет включения), «<» (напряжение в сети ниже минимально допустимого), «>» (напряжение в сети выше максимально допустимого).
3.1 Устройство и работа усовершенственного терморегулятора
Он состоит из узла терморегулятора на микросхеме DA2, таймера задержки включения на транзисторе VT1 и элементах DD1.1, DD1.2, узла контроля напряжения сети на элементах DD1.3, DD1.4 и микросхеме DD2, исполнительного устройства на транзисторах VT2, VT3. Соединенные параллельно контакты реле К1 включены в цепь двигателя компрессора вместо контактов штатного терморегулятора холодильника.
Узел питания блока состоит из трансформатора Т1, выпрямителя (диодный мост VD1) и интегрального стабилизатора DA1 на напряжение 9 В. Чтобы изменение нагрузки на выпрямитель при срабатывании и отпускании реле К1 не влияло на работу узла контроля напряжения, предусмотрен резистор R27, подключаемый транзистором VT3 к выпрямителю, когда обмотка реле обесточена. Сопротивление резистора равно сопротивлению обмотки реле, поэтому потребляемый от выпрямителя ток остается неизменным.
Допустим, блок включен в сеть при номинальном напряжении 220В и узел контроля напряжения не оказывает влияния на его работу. Транзистор VT1 закрыт, конденсатор С2 разряжен, логический уровень на выходе элемента DD1.2 низкий, диод VD3 открыт, поэтому терморегулятор на ОУ DA2 заблокирован в состоянии, соответствующем низкой температуре в холодильной камере, следовательно, выключенному компрессору. Транзистор VT2 закрыт, реле К1 обесточено. Горят светодиоды HL1 «Блокировка» и HL5
Через 5 мин после зарядки конденсатора С2 через резистор R2 до порога переключения триггера Шмитта на элементах DD1.1, DD1.2 уровень на выходе последнего станет высоким, диод VD3 будет закрыт и терморегулятор получит возможность работать. Светодиод HL1 погаснет. «Пауза».
С повышением температуры в холодильной камере сопротивление терморезистора RK1 и падение напряжения такова, что напряжение на инвертирующем входе ОУ DA2 меньше, чем на неинвертирующем, уровень на выходе ОУ — высокий, что приводит к открыванию транзистора VT2 и срабатыванию реле К1, включающего компрессор. Светодиод HL4 светится, HL5 — нет. С понижением температуры в холодильной камере напряжение на инвертирующем входе ОУ растет, что приводит к изменению состояния ОУ и выключению компрессора. Светодиод HL4 гаснет, HL5 — светится.
Перепад напряжения на коллекторе транзистора VT2 в момент отпускания реле вызывает зарядку конденсатора С6 и кратковременное (на 20 мс) открывание транзистора VT1 импульсом зарядного тока. Разряженный через открывшийся транзистор конденсатор С2 вновь, как после подключения блока к сети, начинает медленно заряжаться, что приводит к пятиминутному запрету включения компрессора. Диод VD2 защищает эмиттерный переход транзистора VT1 от отрицательного импульса при разрядке конденсатора С6 через открывшийся в момент включения реле К1 транзистор VT2.
Необходимую температуру в холодильной камере устанавливают с помощью переменного резистора R16. Ширину петли гистерезиса терморегулятора регулируют переменным резистором R20. Необходимость изменения гистерезиса в процессе эксплуатации спорна, однако при первоначальной регулировке без этого не обойтись. Гистерезис должен быть достаточным для того, чтобы компрессор не включался слишком часто, а в перерывах его работы температура стенок холодильной камеры достигала положительного значения, и образовавшийся на них иней таял, не накапливаясь. Рассмотрим работу узла контроля сетевого напряжения. Если оно находится в допустимых пределах, напряжение на входах элемента DD1.3 ниже, а на входах элемента DD2.1 выше порога их переключения. Уровни на обоих входах элемента DD2.3 высокие, а на его выходе — низкий, дающий возможность всем другим узлам блока работать описанным выше образом
При напряжении в сети меньше допустимого элемент DD2.1 изменит состояние. Логический уровень на его выходе станет высоким, такой же будет и на выходах элементов DD2.3, DD2.4. Светодиод HL3 зажжется, а транзистор VT1, открытый напряжением, поступающим на его базу через резистор R19, разрядит конденсатор С2, чем заблокирует компрессор. С восстановлением нормального напряжения светодиод HL3 погаснет, транзистор VT1 будет закрыт и через необходимое для зарядки конденсатора С2 время будет разрешена работа терморегулятора.