Строение холодильника

h – действительная высота холодильной камеры

V_хк = 92 дм³ = 0,092 м³            α = 0,6 м            в = 0,6 м

Толщина изоляции и перегородки 80 мм = 0,08 м

V_хк = (0,6-0,08·2)(0,6-0,08·2) h

h = 0,092/0,1936 = 0,475 м

Определим габаритный размер холодильной камеры, с учетом изоляции перегородок и учитывается то, что высота отсчитывается с учетом средней линии:

h₃ = h + (8+5) = 47,5 + 13 = 60,5 м

Общая высота холодильника

H = h₁ + h₂+ h₃ = 0, 454+ 0,817+0,605 = 1,85 м

Расчет площадей поверхностей холодильника

Рассчитываем все площади  поверхности холодильника:

а) площадь поверхности  морозильной камеры НТК

S_нтк = (α – 0,08)(в – 0,08) + (в – 0,08)(h₁ – (0,04+0,05))·2 + (α – 0,08)( h₁ – (0,04+0,05))·2

S_нтк = 1,215 м²

б) площадь поверхности  холодильной камеры:

S_хк = (α – 0,08)(в – 0,08) + (в – 0,08)(h₂ – (0,04+0,05))·2 + (α – 0,04)( h₂–  (0,04+0,05))·2

S_хк = 3,1784 м²

в) площадь поверхности камеры для овощей и фруктов:

S_хк = (α – 0,08)(в – 0,08) + (в – 0,08)(h₃– (0,04+0,05))·2 + (α – 0,04)( h–  (0,04+0,05))·2

S_хк = 2,3304 м²

д) площадь поверхности перегородки между морозильной камерой и плюсовой

S_п = (α – 0,1)(в – 0,1) = 0,25 м²

г) площадь поверхности  между плюсовой и низкотемпературной камерами

S_п2 = (α – 0,08)(в – 0,08) = 0,2704 м²

 

Теплопритоки  через ограждения

а) теплоприток из внешней  среды в морозильную камеру НТК

Q΄₁ = k₂ · S_нтк ΔТ

Q΄₁ = 0,537·1,215 (32-(-18)) = 32,623 Вт

б) теплоприток из внешней  среды в холодильную камеру

Q"₁ = k₂ · S_нтк ΔТ = 0,765 · 3,1784 (32-5) = 77,8 Вт

в) теплоприток из внешней  среды в камеру для хранения овощей и фруктов

Q"’₁ = k₂ · S_нтк ΔТ = 0,765 · 2,3304 (32-0) = 57,05 Вт

Q₁ = общий теплоприток через все ограждения

Q₁ = Q΄₁ + Q"₁ + Q"’₁ =32,623 + 77,8 + 57,05 = 167,48 Вт

Тепловая нагрузка от воздухообмена:

Q₂ = 0,05 (Q₁ + Q₃)

Q₂ = 0,05 (167,48 + 0,096) = 8,378526 Вт

а) Тепловая нагрузка от воздухообмена в ХК

Q΄₂ = 0,05(Q΄₁+ Q₃΄)

Q΄₂ = 0,05(77,8 + 0,09) = 3,89 Вт

б) Тепловая нагрузка от воздухообмена в НТК

Q"₂  = 0,05(Q"₁ + Q"₃)

Q"₂  = 0,05(32,623 + 6,25 · 10^-4) = 1,63Вт

в) Тепловая нагрузка от воздухообмена в камеру для хранения овощей и фруктов

Q’’΄₂ = 0,05(Q΄₁+ Q₃΄)

Q’’΄₂ = 0,05(57,05 + 0,09) = 2,857 Вт

Определяем холодопроизводительность холодильного агрегата для холодильника

Общая тепловая нагрузка:

Q΄_{0 х.а} = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄, где

Q₄ = 1,05 (Q₁ + Q₂ + Q₃)

Q₄ = 1,05 (77,8 + 3,89 + 0,096) = 85,87 Вт

Q΄_{0 х.а} = 77,8 + 3,89 + 0,096 + 86 = 167,66 Вт

а) определяем холодопроизводительность холодильного агрегата для ХК

Q΄_{0 х.а(хк)}= Q₁΄+ Q₂΄+ Q₃΄+ Q₄΄= 167,66 Вт

Результаты расчета  для надежности увеличиваются на  5-10%. Это зависит от достоверности  данных, применяющихся при расчете  тепловой нагрузки.

Q"_{0 х.а} = 1,05 Σ Q_i=1,05( Q΄_{0 х.а(хк)})=1,05*= 176 Вт

б) определяем холодопроизводительность холодильного агрегата для НТК.

Q΄΄_{0 х.а(нтк)}= Q₁΄΄+ Q₂΄΄+ Q₃΄΄+ Q₄΄΄=34,253Вт

Результаты расчета  для надежности увеличиваются на  5-10%. Это зависит от достоверности  данных, применяющихся при расчете  тепловой нагрузки.

Q"_{0 х.а} = 1,05 Σ Q_i=1,05( Q΄΄_{0 х.а(нтк)})=35,96 Вт

в) определяем холодопроизводительность холодильного агрегата для камеры для  хранения овощей и фруктов

Q΄΄_{0 х.а(нтк)}= Q₁΄΄+ Q₂΄΄+ Q₃΄΄+ Q₄΄΄=59,9Вт

Результаты расчета  для надежности увеличиваются на  5-10%. Это зависит от достоверности данных, применяющихся при расчете тепловой нагрузки.

Q"_{0 х.а} = 1,05 Σ Q_i=1,05( Q΄΄_{0 х.а(нтк)})=62,9 Вт

Учитывая, что холодильный  агрегат бытового холодильника с  некоторым коэффициентом рабочего времени в, равным 0,35 холодопроизводительность холодильного агрегата определяется по формуле:

Q_{0 х.а} = Q"_{0 х.а} / в

а) холодопроизводительность в (ХК)

Q_{0 х.а} = Q"_{0 х.а(хк)}  / в =502Вт

б) холодопроизводительность в (НТК)

Q_{0 х.а} = Q"_{0 х.а(нтк)} / в=102,75 Вт

в) холодопроизводительность в камере для хранения овощей и фруктов

Q_{0 х.а} = Q"_{0 х.а(нтк)} / в=179,721 Вт

К = 1,1         в = 0,35

 

2.3 Тепловой  расчет компрессора.

 

Исходные данные для  расчета:

Q_{0 х.а} = 837,79 Вт, R 134а,

Т_о = -25⁰С ; Т_к = 55⁰С; Т_вс = 10⁰С

Расчет компрессора:

1) удельная холодопроизводительность 1-го килограмма агента

q_o = i₁ – i₄

q_o = 385 – 255 = 130 кДж/кг

2) массовый расход, паро-массовая  подача компрессора

М = Q_oха / q_o =  837,79 · 10^-3 / 130 = 0,0064 (кг/с)

3) объемный расход, парообъемная  подача компрессора

     V_д = M · V'₁ = 0,0064 · 0,15 = 0,00096 (м³/с)

4) коэффициент подачи  компрессора в зависимости от  степени сжатия Р_к / Р_о

                 Е = Р_к / Р_о = 1,5 / 0,125 = 12                        λ = 0,75

5) описанный объем  компрессора

V = V_д / λ = 0,00096 / 0,75 = 0,00128 м³

• теоретическая мощность компрессора

N_T = M (i₂ – i₁)

N_T = 0,0064 (470 - 385) = 0,544 кВт

• действительная мощность компрессора

N_i = N_T / η_i = 0,544/0,7 = 0,777 кВт

• эффективная мощность компрессора

N_e = N_i / η_м , где

η_м = механический КПД, учитывающий потери на трение ;

η_i – индикаторный КПД компрессора

N_e = 0,777 / 0,85 = 0,914 кВт

По эффективной мощности и холодопроизводительности подбираем  компрессор ХКВ8 – 1ЛМ УХЛ.

 

2.4 Расчет конденсатора.

 

Конденсатор холодильного агента является теплообменным аппаратом, в котором хладагент отдает тепло охлаждающей его среде.

В агрегатах бытовых  холодильников в соответствии с  условием их эксплуатации применяют  конденсаторы с воздушным охлаждением.

Исходные данные для  расчета: конденсатор изготовлен из медных трубок оребренных листовым алюминием; коэффициент теплоотдачи от R 134а к стенкам трубки конденсатора α_х.а = 1030 ; коэффициент теплоотдачи от стенки  трубки конденсатора окружающей среде α_в = 19,5 ; толщина стенки трубки конденсатора        δ_i = 0,65 · 10^-3 м;      коэффициент теплопроводности меди λ_i = 332 ;температура конденсации хладона R 134а Т_к = 55⁰С; температура воздуха на входе в конденсатор Т_в1 = 36⁰С; температура воздуха на выходе из конденсатора Т_в2 = 40⁰С.

Площадь конденсатора: F = , где

Q_k – производительность конденсатора, Вт;

к – коэффициент теплоотдачи, Вт/мК;

Δt_m – средняя логарифмическая разность между температурами холодного агента и окружающей среды.

Производительность конденсатора определяется по формуле:

Q_k = (i₁ – i₃)M, где

М - массовая подача компрессора;

i₁, i₃ '– удельная энтальпия в точках 1 и 3'_{_}

Q_k = (385 - 255)·0,0064 = 0,832 кДж/с = 715,52 ккал/час

Коэффициент теплопередачи  определяется по формуле:

к = = 19,13

Средняя логарифмическая  разность  между температурами  холодильного агента и окружающей среды  определяется :

Δt_m = [(Т_к – Т_в1) – (Т_к – Т_в2)] / 2,3 lg[(Т_к – Т_в1)/ (Т_к – Т_в2)],где

Т_в1, Т_в2 - температуры воздуха на входе и выходе из конденсатора,

Т_к – температура конденсации

Δt_m =

По формуле определяем площадь конденсатора:

F= Q₀/k* Δt_m, где

Q₀ – производительность конденсатора, Вт

F = , где

Тепловая нагрузка на конденсатор

Q_кон = Q_o · K_{Q сж} , где

К_{Q сж} – коэффициент сжатия;

К_{Q сж} = 1,64

Q_кон = 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-t_n){A((t-t_n)/0,5Пdφ)^1/4+0,98*5,7*[(((t+ 273)/100)⁴-((t_n+ 273)/100)⁴ )/( t-t_n )]]

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-t_n){A((t-t_n)/0,5Пdφ)^1/4+0,98*5,7*[(((t+ 273)/100)⁴-((t_n+ 273)/100)⁴ )/( t-t_n )]]

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.