Конструкция бытового холодильника - Курсовая работа

Бытовые (домашние) холодильники предназначены для хранения свежих и замороженных пищевых продуктов, а также для получения в небольшом количестве пищевого льда. Холодильники классифицируются также по конструкции системы охлаждения: § с естественной циркуляцией воздуха Холодильник выполнен в виде шкафа, на задней стенке которого расположен холодильный агрегат. Холодильный агрегат имеет два испарителя 5 и 9, обеспечивающих температуру в низкотемпературной камере не выше минус 18°С, а в холодильной камере от 0 до 5°С. 4.3 Определяем коэффициенты теплопередачи окружающих конструкций холодильника k=11?1 ?1?1 ?из?из ?2?2 1?н = ,где ?в-коэффициент теплоотдачи охлаждаемой среды к внутренней поверхности. ?н-коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности к окружающей среде. ?в.г.= 1,7 Вт/м2·К ?н.г.= 6 Вт/м2·К ?в.в.= 2,1 Вт/м2·К ?н.в.= 10 Вт/м2·К ?1= 45,4 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности стали ?2= 0,0465 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности полистирола ?из= 0,021 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности ППУ ?1 = 1 мм ?2 = 4 мм ?из = 35 мм k1=11?в.в. ?1?1 ?из?из ?2?2 1?н.в.=112,1 0,00145,4 0,0350,021 0,0040,0465 110=0,44-коэффициент теплоотдачи боковой стенки. k2=11?в.г. ?1?1 ?из?из ?2?2 1?н.г.

Бытовые (домашние) холодильники предназначены для хранения свежих и замороженных пищевых продуктов, а также для получения в небольшом количестве пищевого льда.

Объем холодильника для домашних целей измеряется объемом его холодильной камеры (в дм2 или в литрах).

К бытовым холодильникам относятся охлаждающие устройства с полезным объемом от 25 до 500 дм2.

В связи со специфическими условиями работы домашних холодильников, к ним предъявляют следующие требования: 1. Полная автоматизация работы

2. Надежность и долговечность

3. Безопасность

4. Минимальный шум

5. Малые габариты при определенном полезном объеме

6. Хорошее оформление

7. Низкая первоначальная стоимость и малые эксплуатационные расходы

Номенклатура выпускаемых холодильников разнообразна. Общие технические условия на бытовые холодильники определены в ГОСТ 16317-76.

По типу охлаждающего устройства домашние холодильники бывают: 1. Компрессионные (охлаждаемые компрессионными холодильными машинами)

2. Абсорбционные (охлаждаемые абсорбционными машинами непрерывного действия)

3. Термоэлектрические (охлаждаемые термоэлектрическими батареями)

В соответствии с ГОСТ 16317-76, компрессионные холодильники обозначаются буквой - К, абсорбционные - А, абсорбционные с газовым подогревом генератора - АГ.

По месту возможной установки или по исполнению, домашние холодильники делятся на следующие виды: Ш - в виде шкафа

С - в виде стола или шкафа

Н - настенные

Б - блочновстраиваемые

Наиболее распространены компрессионные машины 85-90% от общего количества.

Домашние компрессионные холодильники изготовляют в двух исполнениях: 1. «У» - для умеренных климатических условий то.с.=18-32 ОС

2. «Т» - для использования в тропических условиях то.с.=18-43 ОС

В низкотемпературном отделении холодильника должна поддерживаться температура: -6ОС (с соответствии с ISO одна звездочка)

-12ОС (две звездочки)

-18ОС (три звездочки)

По конструктивному исполнению, два последних типа холодильников могут быть одно-, двух- и многокамерными.

Холодильники классифицируются также по конструкции системы охлаждения: § с естественной циркуляцией воздуха

§ с принудительной циркуляцией

§ с комбинированной системой

Оттаивание испарителя может осуществляться за счет естественного отепления воздуха, полуавтоматически или автоматически.

1. Описание конструкции бытового холодильника

Холодильник выполнен в виде шкафа, на задней стенке которого расположен холодильный агрегат. В верхней части шкафа холодильника расположены низкотемпературное отделение, в нижней - холодильное соответственно с теплоизоляциями из пенополиуретана и пенополистирола.

Низкотемпературная камера выполнена в виде отдельного металлического шкафа и крепится к нижнему шкафу четырьмя болтами. Холодильная камера состоит из корпуса, облицованного снаружи металлическими панелями, а изнутри - пластмассой.

В холодильной и низкотемпературной камерах имеются съемные решетчатые полки 4 и 7 (рис. 1). Холодильный агрегат имеет два испарителя 5 и 9, обеспечивающих температуру в низкотемпературной камере не выше минус 18°С, а в холодильной камере от 0 до 5°С.

Рис. 1. Холодильник «Смоленск-6»: 1 - сосуды для овощей и фруктов; 2 - стеклянная полка; 3 - лоток для слива талой воды; 4, 7 - решетчатые полки; 5 - испаритель холодильной камеры; 6 - пробка сливной трубки; 8 - ванночка для льда; 9 - испаритель низкотемпературной камеры; 10 - сервировочная плоскость; 11 - решетка; 12, 13 - терморегулятор и электролампочка; 14 - уплотнитель двери низкотемпературной камеры; 15 - крышка; 16 - уплотнитель двери холодильной камеры; 17 - магнитный уплотнитель; 20 - барьер; 18 - переставные полки; 19 - панель двери; 21 - фильтр-осушитель; 22 - прокладка; 23 - конденсатор; 24 - задняя стенка; 25 - задний упор; 26 - винт крепления конденсатора; 27 - болт; 28 - ванночка для сбора и испарения талой воды; 29 - герметичный компрессор; 30 - клеммная колодка; 31 - пускозащитное реле.

Обе камеры имеют индивидуальные двери. Плотность прилегания дверей обеспечивается уплотнителями 14 и 16 ,с магнитной вставкой, которые являются одновременно и запирающим устройством дверей.

Охлаждение воздуха и хранящихся продуктов в камерах холодильника осуществляется закрепленным на задней стенке холодильным агрегатом, представляющим собой герметичную систему, внутри которой циркулирует хладагент - хладон-12. Охлаждение испарителя достигается дросселированием циркулирующего в системе холодильного агрегата хладона при помощи капиллярной трубки и кипением его в каналах испарителей при низком давлении. Поддержание необходимой температуры в холодильной камере обеспечивается периодическим включением мотор-компрессора 29, осуществляемым терморегулятором 12, датчик которого реагирует на изменение температуры стенки испарителя и холодильной камеры.

Оттаивание испарителя 5 холодильной камеры осуществляется автоматически в цикле (во время останова мотор-компрессора) с отводом талой воды в ванночку 8 на задней стенке холодильника и с последующим ее испарением. Оттаивание испарителя низкотемпературной камеры естественное (по мере надобности).

Режим работы холодильника задается установкой соответствующего деления шкалы на ручке терморегулятора против указателя. Для предотвращения засорения капиллярной трубки и замерзания в ней влаги, случайно попавшей в систему холодильного агрегата перед капиллярной трубкой установлен фильтр-осушитель 21.

Объем холодильной камеры: Vx.к.= 220 л;

объем морозильной камеры: Vm.к.= 60 л;

температура в холодильной камере = 4 ОС;

температура в морозильной камере: тм.к.= -18 ОС;

хладагент: R-134а;

аналог: Смоленск-6.

2. Расчет теплопритоков в шкаф бытового холодильника

2.1 Проводим расчет теплопередающих поверхностей холодильного шкафа а) Площадь боковой стенки F1=0,57?1,243-0,5?(0,02?0,02)=0,688м2;

б) Площадь дна F2=0,6*(0,57-0,2)=0,222 м2;

в) Площадь потолка F3=0,57?0,6=0,342 м2;

г) Площадь задней стенки F4=1,04?0,6=0,624 м2;

д) Площадь задней наклонной стенки F5=0,6?0,283=0,17 м2;

е) Площадь двери F6= 0,6?0,254=0,752 м2;

4.2 Расчет перепада температур то.с.=32 ОС, тх.к.=4 ОС, тм.к.= -18 ОС.

?тх.к.= то.с.- тх.к.= 32-4=28ОС.

?тм.к.= то.с.- тм.к.= 32 18=50ОС.

4.3 Определяем коэффициенты теплопередачи окружающих конструкций холодильника k=11?1 ?1?1 ?из?из ?2?2 1?н = ,где ?в- коэффициент теплоотдачи охлаждаемой среды к внутренней поверхности. ?н- коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности к окружающей среде. ?в.г.= 1,7 Вт/м2·К ?н.г.= 6 Вт/м2·К ?в.в.= 2,1 Вт/м2·К ?н.в.= 10 Вт/м2·К ?1= 45,4 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности стали ?2= 0,0465 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности полистирола ?из= 0,021 Вт/м·К - коэффициент теплопроводности ППУ ?1 = 1 мм ?2 = 4 мм ?из = 35 мм k1=11?в.в. ?1?1 ?из?из ?2?2 1?н.в.=112,1 0,00145,4 0,0350,021 0,0040,0465 110=0,44- коэффициент теплоотдачи боковой стенки. k2=11?в.г. ?1?1 ?из?из ?2?2 1?н.г. = 111,7 0,00145,4 0,0350,021 0,0040,0465 16 =0,4 - коэффициент теплоотдачи дна. k3=11?в.г. ?1?1 ?из?из ?2?2 1?н.г. = 111,7 0,00145,4 0,0350,021 0,0040,0465 16=0,4 коэффициент теплоотдачи потолка. k4=11?в.в. ?1?1 ?из?из ?2?2 1?н.в.=112,1 0,00145,4 0,0350,021 0,0040,0465 110 =0,44 - коэффициент теплоотдачи задней стенки. k5=11?в.в. ?1?1 ?из?из ?2?2 1?н.в.=112,1 0,00145,4 0,0350,021 0,0040,0465 110 = 0,44 - коэффициент теплоотдачи задней наклонной стенки. k6=11?в.в. ?1?1 ?из?из ?2?2 1?н.в.=112,1 0,00145,4 0,0250,021 0,0040,0465 110 = 0,57- коэффициент теплоотдачи двери.

4.4 Проверка поверхностей на условие конденсации то.с.=32 ОС, ? ? 80?85% kmax·( to.с.- тх.) = ?н·( tо.с.- тр) kmax=?н·(to.c.-tp)to.c. -tx.к., где тр - температура точки росы. тх.к. - температура холодильника.

По диаграмме при то.с.= 32ОС тр= 27 ОС.

Стенка: kmax.х=?н.в.·(to.c.-tp)to.c. -tx.к.= 10·( 32 -27) 32-10 =2,27 Вт/м2·К.

Дно: kmax=?н.г.·(to.c.-tp)to.c. -tx.к.= 6·( 32-27) 32 -10 = 1,36Вт/м2·К.

Потолок: kmax=?н.г.·(to.c.-tp)to.c. -tx.к.= 6·( 32-27)32 -10 =1,36 Вт/м2·К.

Задняя стенка:kmax.х.=?н.в.·(to.c.-tp)to.c. -tx.к.= 10·( 32-27)45 - 10 =1,43 Вт/м2·К.

Дверь: kmax=?н.в.·(to.c.-tp)to.c. -tx.к.= 10·( 32 -27)32 - 10 =2,27 Вт/м2·К.

Во всех пяти случаях ki<0,95k max.

4.5 Определяем теплопритоки через отдельные элементы ограждения холодильника бытовой холодильник теплопередача

Qi= ki·?t·Fi, Bt.

Боковая стенка: Q1=k1·?t·F1=0,19?22?0,85=3,5 Вт, где ?t=to.с.-тх.к. = 32- 10=22ОС;

Дно: Q2=k2·?t·F2=0,18?22?0,39=1,5 Вт;

Потолок: Q3= k3·?t·F3 =0,18?22?0,39 = 1,5 Вт;

Задняя стенка: Q4 =k4·?t·F4=0,19?35?0,78 =5,2 Вт, где ?t=to.с.-тх.к.= 45 -10= 35ОС

Дверь: Q5 = k5·?t·F5= 1,5?22?0,98 = 32,34 Вт;

Q?огр. = 2·Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 =2?3,5 1,5 1,5 5,2 32,34=47,54 Вт - суммарная величина теплопритоков ограждения;.6 Определяем теплопритоки от термической обработки продуктов

Qп = Мсутх(м)•(ін-ік)86,4,Вт.

Мсут - суточная норма хранения продуктов, кг.

При максимальном коэффициенте эксплуатации морозильная камера заполняется говядиной на 50%, холодильная камера заполняется говядиной на 20%.

Мсутх= ?гов•Vx.к.= 1000?0,5?0,2=100кг. t -18 -12 -6 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 32 ігов 4,6 22,2 50,7 232,5 235,9 238,8 242,2 245,5 248,5 251,8 255,2 258,5 261,5 264,8 329

Qпх.к.=100? (329-264,8)86,4 =74,3,Вт;

Q?п= Qпх.к.=74,3 Вт;

4.7 Определяем теплоприток при открывании двери

Qдвери= ?•V•n•(io.с.-ік) ? Ср•?•?•n•(to.с.-тх.к.)

V=500 л=0,5 м3;

?= PR•T=101300287,2?(273 32)=1,156 кгм3 n - число открываний (25 раз в сутки).

Qдвери= 1,156?0,5?25?(32-10)86,4=3,68,Вт;

4.8 Теплоприток от электроприборов

Qэл= Nэл•n•?24?3600= 15?25?524?3600=0,02 Вт, где

Nэл - мощность лампочки ?- время

4.9 Суммарные потери

Qi= 47,54 74,3 3,68 0,02=125,54 Вт;

Выбор и расчет принципиальной схемы и цикла холодильной машины бытового холодильника. В данном холодильнике рабочим хладагентом является фреон R-142 б.

5.1 Принимается в холодильнике с естественной циркуляцией: t0=tx.к.-(8?15)0С - температура кипения фреона. t0=10-12=-20С. тк=то.с. (10?20)0С - температура конденсации. тк=32 15=470С.

5.2 По t0 и тк определяем давление кипения Р0 и конденсации Рк

По диаграмме состояния фреона R-142б: t0=-20C ? Р0=0,14 МПА тк=470С ? Рк=0,65 МПА.

5.3 Схема холодильника

Строим рабочий цикл холодильной машины с учетом следующего:

t1=to.с.=320С. t1"=t1 (5?10)0C=32 8=400C.

Процесс 1-1’ - подогрев паров хладагента в мотор-компрессоре. Давление в точке 1 есть давление кипения Р0. ав - нагревание ХА за счет теплообмена со стенками цилиндра. вс - сжатие ХА с отдачей теплоты стенками цилиндра.

Р1=Р0•(1-?всас.), где ?всас.=0,03?0,05 - потеря давления на всасывающих клапанах.

Р2=Рк•(1 ?нагнет.), где ?нагнет.=0,03?0,06 - потеря давления на нагнетательных клапанах.

Р1=1,4?105?(1-0,04)=1,34•105Па;

Р2=6,5?105?(1 0,045)=6,8•105Па.

5.4 Для определения положения точки 4 используем уравнение теплового баланса h3-h4=Kp•(h1-ha), где Кр - коэффициент, учитывающий долю при регенерации в процессе перегрева.

Кр=0,5. h4=h3-Kp•(h1-ha)=261-0,5?(446-416)=246КДЖ/кг

5.5 Заполняем таблицу основных параметров рабочих точек цикла

№ точки Р, МПА t, 0С h, КДЖ/кг ?, м3/кг а 0,14 -2 416 0,160

1 0,134 32 446 0,177

1’ 0,134 40 450 0,185

2 0,65 93 494 0,045

3 0,65 47 261 0,035

4 0,65 36 246 0,035

5 0,14 -2 246 0,69

5.6 Расчитываем следующие параметры

1. удельную массовую холодопроизводительность. q0=ha-h5=416-246=170 КДЖ/кг.

2. удельную объемную холодопроизводительность. q?=q0?1"=1700,185=918,9 КДЖ/м3.

3. удельную теплоту отводимую в конденсаторе. qk=h2-h3=494-261=233 КДЖ/кг.

4. удельную изотропную работу цикла. ls=h2-h1"=494-450=44 КДЖ/кг.

5. массовый расход рабочего тела ХА. m=Q0•10-3q0=138,09?10-3170=0,81•10-3 кгс где Q0=1,1•Q1=1,1?125,54=138,09 Вт;

6. теплоту, отводимую от конденсатора.

Qk=m•qk=0,81•10-3?233•103=189,27 Вт.

7. изоэтропную мощность компрессора.

Ns=m•ls=0,81•10-3?44•103=35,74 Вт.

8. холодильный коэффициент цикла. ?=Q0Ns=q0ls=138,0935,74=3,86.

6. Расчет и подбор компрессора

6.1 Тепловой расчет и подбор холодильного компрессора

1. Определяем объемный расход ХА в компрессоре.

V д=m•?1"=0,81•10-3?0,185=1,5•10-4, м3/с.

2. Определяем составляющие коэффициента подачи и рассчитываем коэффициент подачи. ?=?0•?др•?т•?пл, где ?0 - объемный коэффициент. ?0=1-Gm•((Р2Р1)1мр-1)=1-0,02?((6,81,34)11,05-1)=0,93, мр = 0.9 ? 1.05 - политропа расширения конечных параметров; мр=1,05.

Gm = 0,02 ? 0,05 - относительный мертвый объем; Gm = 0,02. ?др=0,95?1 - коэффициент дросселирования; ?др=0,99. ?инд - индикаторный коэффициент. ?инд=?0•?др=0,93?0,99=0,92. ?пл=0,9?0,95 - коэффициент плотности; ?пл=0,95. ?т - коэффициент подогрева. ?т=1-(0,01?0,03)•(Р2Р1-1)=1-0,02?(6,81,34-1)=0,92. ?=0,93?0,99?0,92?0,95=0,8.

3. Теоретическая объемная производительность компрессора.

Vt=Vh=Vд?=1,5•10-40,8=1,88•10-4, м3/с.

По объемной производительности подбирается марка холодильного компрессора (компрессора ).

4. Вычисляем диаметр и ход поршня.

Vh=?•Д24•S•n, где

S - ход поршня;

n - частота вращения (n=50);

Д - диаметр поршня;

Ccp - средняя скорость движения поршня (Ccp=1,8 м/с).

S=Ccp2•n=1,82•50=0,018 м.

Д=4•Vh?•S•n=4?1,8•10-43,14?0,018?50=0,016, м.

По ГОСТ - 17008-85 находим Vh.ут=1,8•10-4, м3/с

?VH=Vh.ут.-VHVH=1,8-1,881,88=4,2 % (<5%).

Погрешность между расчетной и уточненной производительностями составляет 4,2 %, что в пределах допуска.

Для данного холодильника мы берем компрессор Danfoss 103.G6692

6.2 Энергетические потери и мощность компрессора

Ni - индикаторная мощность, затрачиваемая на сжатие паров ХА в действительном компрессоре.

Ni=Ns?i, где Ns - изоэнтропная мощность;

?i =0,7 ? 0,85 - индикаторный КПД для малых холодильных компрессоров. ?i=0,8.

Ni=35,740,8=44,67, Вт.

Ntp - мощность на преодоление сил трения. ?i=?т 0,0025•t0=0,92 0,0025?(-2)=0,915.

Ntp=Ртр•Vh, где

Ртр=40?50 КПА - удельное давление трения;

Ртр=45000 Па.

Ntp=45000?1,8•10-4=8,1, Вт.

6.3 Определяем эффективную мощность или мощность на валу компрессора

Ne=Ni Ntp=44,67 8,1=52,77, Вт.

6.4 Потери, связанные с трением учитываются механическим КПД: ?мех=NINE=44,6752,77=0,85.

6.7 Эффективный КПД ?эф=NSNE=?i•?мех=35,7452,77=0,67.

Для того, чтобы перейти от эффективной мощности Ne компрессора к мощности, потребляемой электродвигателем из сети Nэ необходимо учесть КПД электродвигателя.

Nэ=Nе?эл.дв. , Вт, где ?эл.дв.=0,7?0,8; примем ?эл.дв.=0,75.

Nэ=52,770,75=70,36 , Вт.

6.8 Электрический КПД ?э=?i•?мех•?эл.дв.=0,8? 0,84?0,75=0,5.

При сопоставлении различных компрессоров и их технических характеристик используют их эффективный холодильный коэффициент ?е и общий или электрический коэффициент ?общ. ?е=Q0Ne=138,0952,77=2,61. ?общ=Q0Nэ=138,0970,36=1,96.

7. Расчет теплообменных аппаратов

Расчет производится на основе известной рассчитанной нагрузки на аппарат. (Q0 и Qk).

7.1 Расчет и подбор конденсатора

Определяем среднелогарифмическую разность температур между воздухом и ХА и коэффициент теплопередачи от ХА к воздуху.

?тн, ?тк - разность температур потоков на входе и выходе из ТО аппарата.

?тн=t2-to.с.=93-32=61 ОС.

?тк=тк-то.с.=47-32=15 ОС.

К - коэффициент теплопередачи от воздуха к ХА.

К=9 ? 12 Вт/м2К (для конденсатора) Кк=11.

К=3,5 ? 7 Вт/м2К (для испарителя) Ки = 5.

7.2 Средний логарифмический перепад температур

?t=?тн-?tkln?тн?тк=61-15ln6115=32,86 ОС.

7.3 Определяем площадь поверхности конденсатора

Fk.д.=QKKK•?t=189,2711•32,86=0,52 м2.

7.4 Действительная площадь конденсатора

Fk.д.д=Ftp. Fпрутков d = 6 мм. - диаметр трубки;

d" = 1,5 мм. - диаметр прутка (сталь).

S=50 мм - расстояние между трубками.

Высота конденсатора h=1,2 м, ширина h’=0,7м, Рассчитаем количество змеевиков n. n=h’s=0,70,05 0,006=15

Общая длина трубок l. l=h•n ?·r1·n=1,2?15 3,14?0,025?15=19,1 м, где r1=0,025 м - радиус изгиба трубок на верхних и нижних частях конденсатора.

Ftp.=2·?·r·l=2?3,14?0,003?19,1=0,35 м2.

Длина одного прутка: h"=0,7м.

Расстояние между прутками : S" = 0,0082м

Количество прутков: n"= HS" d"=1,20,0082 0,0015=141

Fпрутков=n"·(2·?·r"·h" 2·?·(r")2)=116?(2?3,14?0,75·10-3?0,7 2?3,14?(0,75·10-3)2)=0,32 м2.

Fисп.д>Fисп.р ,(0,67>0,52) что соответствует требованиям.

1. Бабакин Б.С.,Выгодин В.А. «Справочник: бытовые холодильники и морозильники» ;

2. Варгафтик Н.Б. «Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей» ;

3. Лепаев Д.А. Ремонт бытовых холодильников: справочник - М.: Легпромиздат, 1989г. 304с.;

4. Мааке В. и др. «Польманн: учебник по холодильной технике».

Размещено на .ru