PL244914B1 - Zamrażarka - Google Patents

Abstract

Zgłoszenie dotyczy zamrażarki posiadającej obudowę (8) i układ chłodzący (7) z czynnikiem chłodniczym, zawierający połączone płynowo za pośrednictwem przewodów sprężarkę (1), skraplacz (5), zawór rozprężny (6) i parownik (9), wyposażonej w układ odzyskiwania ciepła odpadowego. Zgłoszenie charakteryzuje się tym, że układ odzyskiwania ciepła odpadowego zawiera komorę zimną (2) usytuowaną na zewnątrz zamrażarki, przez którą przebiega przewód układu chłodzącego (7) pomiędzy wyjściem z zamrażarki, a sprężarką (1), komorę gorącą (4) usytuowaną na zewnątrz zamrażarki, przez którą przebiega przewód układu chłodzącego (7) pomiędzy sprężarką (1), a zaworem rozprężnym (6), przy czym skraplacz (5) znajduje się również w komorze gorącej (4), moduł termoelektryczny (3) usytuowany pomiędzy komorą zimną (2), a komorą gorącą (4) i przylegający do nich, oraz połączony wyjściem W z urządzeniem odbierającym prąd elektryczny. Zgłoszenie dotyczy również sposobu odzyskiwania energii elektrycznej z zamrażarki.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zamrażarka posiadająca obudowę i układ chłodzący z czynnikiem chłodniczym zawierający połączone płynowo za pośrednictwem przewodów sprężarkę, skraplacz, zawór rozprężny i parownik, wyposażona w układ odzyskiwania ciepła odpadowego.

Współczesny codzienny wzrost konsumpcji powoduje ogromny wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną, której coraz bardziej zaczyna brakować, ponieważ bardzo dużo urządzeń użytku domowego, i nie tylko, zużywa bardzo duże ilości energii elektrycznej.

Zamrażarka, czy to przeznaczona do domowego użytku, czy też mająca innego rodzaju zastosowanie, np. w zakładzie przemysłowym, chłodni itp., cały czas pracuje, żeby utrzymywać ujemną temperaturę we wnętrzu zamrażarki tak, by można było przechowywać zamrożoną żywność. Standardowa zamrażarka, posiada obudowę oraz posiada układ chłodzenia zawierający połączone płynowo za pośrednictwem przewodów kompresor, skraplacz, zawór rozprężny i parownik. W układzie krąży czynnik chłodniczy.

Układ chłodzenia działa w następujący sposób: po włączeniu zasilania zamrażarki włącza się sprężarka, czynnik chłodniczy zostaje zassany z parownika i zostaje sprężony w sprężarce, następnie sprężony gorący czynnik przepływa do skraplacza, gdzie jest oddawane odpadowe ciepło, następnie zawór rozprężny rozpręża czynnik chłodniczy, wówczas czynnik chłodnicy staje się zimny i przechodzi do parownika usytuowanego w obrębie komory zamrażarki, żeby odebrać ciepło z wnętrza zamrażarki, i ponownie jest zasysany przez sprężarkę, a następnie cykl powtarza się. W czasie funkcjonowania zamrażarki, za pomocą skraplacza do otoczenia oddawane są duże ilości ciepła. To ciepło odpadowe najczęściej marnuje się, uchodząc do otoczenia co jest niekorzystne energetycznie i nie ekologiczne.

Znane są sposoby odzyskiwania ciepła odpadowego z chłodziarek czy zamrażarek. Odbywa się to za pomocą wymienników ciepła zainstalowanych w obrębie układu chłodzenia takiego urządzenia. Ciepło odebrane w wymienniku jest wykorzystywane, za pośrednictwem systemu pomp i przewodów, np. do ogrzania wody używanej w gospodarstwie domowym/zakładzie komercyjnym, przykładowo do ogrzania wody bieżącej, przekazania do systemu centralnego ogrzewania lub klimatyzacji. Tego typu systemy wymagają pracy układu chłodzącego chłodziarki czy zamrażarki na pełnej wydajności a ponadto są dość skomplikowane i wymagają zastosowania dodatkowych podłączeń, przewodów itp. - de facto wymagają częściowej modyfikacji instalacji wodno-grzewczej w domu czy zakładzie. Ponadto, takie systemy nie są uniwersalne - wymagają indywidualnego zaprojektowania do każdej instalacji. Dlatego też rzadko stosuje się je w gospodarstwach domowych, raczej znajdują zastosowanie w dużych zakładach przemysłowych, sklepach wielkopowierzchniowych, magazynach itp. (A. Zając „Use of waste heat recovery from refrigeration system in a commercial facility - a case study”, E3S Web Conf. Vol. 116, art. no. 00103 (2019), ASEE19, https://doi.org/10.1051/e3sconf/201911600103, 24.09.2019).

Z uwagi na powyższe problemy z istniejącymi systemami oraz wzrastającą świadomość ekologiczną społeczeństwa i - co za tym idzie - coraz częściej występujące oszczędzanie energii także w gospodarstwach domowych, w niniejszym wynalazku opracowano innego rodzaju system odzyskiwania energii z odpadowego ciepła z zamrażarki, który nie wymaga ingerencji w istniejącą sieć wodnogrzewczą w lokalu i w łatwy sposób można go zastosować w zamrażarce.

Ze stanu techniki znane są elementy półprzewodnikowe, zbudowane z dwóch cienkich płytek ceramicznych, pomiędzy którymi znajdują się szeregowo ułożone półprzewodniki, naprzemiennie typu p i n, połączone np. miedzianymi ścieżkami. Są to elementy nazywane modułami lub ogniwami Peltiera, od zjawiska odkrytego przez J. Peltiera. Zjawisko to polega na tym, że po podłączeniu do takiego ogniwa źródła prądu elektrycznego, występuje różnica temperatur pomiędzy płytkami - jedna z nich nagrzewa się, zaś druga ochładza. Ogniwa takie są wykorzystywane w chłodnictwie przemysłowym i laboratoryjnym, gdyż dzięki nim można dokładnie sterować temperaturą urządzeń.

Należy zauważyć, że w takim ogniwie występuje również zjawisko odwrotne, nazywane efektem Seebecka, które polega na tym, że w ogniwie, po umieszczeniu płytek ceramicznych w znacząco różnych temperaturach, wytwarza się prąd elektryczny. Zjawisko to wykorzystywane jest w tzw. termoparze, inaczej zwanej ogniwem termoelektrycznym, i służy najczęściej do wykorzystywania ogniwa jako czujnika temperatury.

Problem z zastosowaniem takiego ogniwa do odzysku ciepła odpadowego z domowej zamrażarki polega na tym, że trudno jest uzyskać dużą różnicę temperatur, która jest niezbędna do uzyskania dobrej wydajności takiego ogniwa. Niniejszy wynalazek rozwiązuje ten problem.

Zamrażarka według wynalazku posiada obudowę i układ chłodzący z czynnikiem chłodniczym, zawierający połączone płynowo za pośrednictwem przewodów: sprężarkę, skraplacz, zawór rozprężny i parownik, i jest wyposażona w układ odzyskiwania ciepła odpadowego. Zamrażarka charakteryzuje się tym, że układ odzyskiwania ciepła odpadowego zawiera:

komorę zimną usytuowaną na zewnątrz zamrażarki, przez którą przebiega przewód układu chłodzącego pomiędzy wyjściem z zamrażarki a sprężarką, komorę gorącą usytuowaną na zewnątrz zamrażarki, przez którą przebiega przewód układu chłodzącego pomiędzy sprężarką a zaworem rozprężnym, przy czym skraplacz znajduje się również w komorze gorącej, moduł termoelektryczny usytuowany pomiędzy komorą zimną a komorą gorącą i przylegający do nich, oraz połączony wyjściem z urządzeniem odbierającym prąd elektryczny.

Korzystnie, układ odzyskiwania energii ciepła odpadowego usytuowany jest na tylnej ścianie obudowy zamrażarki.

Korzystnie, moduł termoelektryczny jest połączony wyjściem z układem zasilania zamrażarki.

Korzystnie, moduł termoelektryczny jest połączony wyjściem z akumulatorem.

Korzystnie, moduł termoelektryczny zawiera dwie zewnętrzne płytki izolujące, przy czym po wewnętrznej stronie każdej płytki zewnętrznej znajdują się płytki przewodzące, przy czym pomiędzy zewnętrznymi płytkami usytuowane są naprzemiennie połączone równolegle termicznie oraz szeregowo elektrycznie za pośrednictwem płytek przewodzących elementy półprzewodnikowe typu p i typu n.

Za pomocą wynalazku odpadowe ciepło można zamienić na energię elektryczną używając modułu termoelektrycznego, który odpadowe ciepło ze skraplacza zamienia na energię elektryczną. Do tego aby ciepło i zimno mogło działać na moduł termoelektryczny musi być ono zamknięte w specjalnych komorach. Moduł termoelektryczny bezpośrednio umieszczony jest pomiędzy komorą powietrza ciepłego i komorą powietrza zimnego. Ciepło i zimno oddawane jest przez komory tylko w tych miejscach obudowy komory gdzie moduł termoelektryczny styka się z ich ściankami. Można to oczywiście zrealizować na różne sposoby, znane znawcom dziedziny. Przykładowo, obudowa komory ciepłej i zimnej może być cieńsza w miejscu gdzie stykają się one z modułem termoelektrycznym, tę cechę można również zrealizować poprzez zróżnicowanie materiału, z którego są zbudowane komory (materiał o lepszej przenikalności cieplnej w miejscu styku komór z modułem termoelektrycznym, można również zaizolować termicznie komory w miejscach, gdzie nie powinny oddawać temperaturę a pozostawić nieizolowany fragment ściany, gdzie stykają się z modułem termoelektrycznym. Można także zastosować kombinację tych rozwiązań albo całkowicie inne rozwiązanie, znane w stanie techniki. Moduł termoelektryczny, pochłaniając z jednej strony ciepło a z drugiej zimno, poprzez jego budowę i wykorzystanie efektu Seebecka, będzie wytwarzał określoną parametrami modułu energię elektryczną, którą ponownie będzie można użyć do działania samej zamrażarki i/lub zmagazynować ją w akumulatorze, by np. zasilać inne przenośne urządzenia elektryczne.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny widok zamrażarki według wynalazku, fig. 2 przedstawia schematyczny widok układu odzyskiwania energii zamrażarki według wynalazku, zaś fig. 3 przedstawia schematyczny widok modułu termoelektrycznego zastosowanego w wynalazku.

Jak widać na fig. 1, zamrażarka posiada obudowę 8 i układ chłodzący 7 z czynnikiem chłodniczym. Układ chłodzący 7 zawiera połączone płynowo za pośrednictwem przewodów sprężarkę 1, skraplacz 5, zawór rozprężny 6 i parownik 9.

Jak opisano wcześniej, standardowa zamrażarka o takiej budowie działa w następujący sposób: po podłączeniu zamrażarki do źródła zasilania (nie pokazano) włącza się sprężarka 1, w wyniku czego czynnik chłodniczy zostaje zassany z parownika 9 i zostaje sprężony w sprężarce 1. Następnie sprzężony gorący czynnik przemieszcza się do skraplacza 5, gdzie jest oddawane odpadowe ciepło, po czym przechodzi przez zawór rozprężny 6, który rozpręża czynnik chłodniczy. W wyniku tego czynnik chłodnicy staje się zimny i przechodzi do parownika 9, żeby odebrać ciepło z wnętrza zamrażarki i ponownie jest zasysany przez sprężarkę 1. Cykl powtarza się z czynnikiem chłodniczym w obiegu zamkniętym.

Zamrażarka według wynalazku wyposażona jest w układ odzyskiwania ciepła odpadowego, który włączony jest w standardowy układ chłodzący i zawiera:

komorę zimną 2 usytuowaną na zewnątrz zamrażarki, przez którą przebiega przewód układu chłodzącego 7 pomiędzy wyjściem z zamrażarki a sprężarką 1, komorę gorącą 4 usytuowaną na zewnątrz zamrażarki, przez którą przebiega przewód układu chłodzącego 7 pomiędzy sprężarką 1 a zaworem rozprężnym 6, przy czym skraplacz 5 znajduje się również w komorze gorącej 4, moduł termoelektryczny 3 usytuowany pomiędzy komorą zimną 2 a komorą gorącą 4 i przylegający do nich, oraz połączony wyjściem W z urządzeniem odbierającym prąd elektryczny.

Występująca różnica temperatur (różnica temperatur powstaje w wyniku sprężania i rozprężania czynnika chłodniczego w czasie działania zamrażarki: ciepłe powietrze oddaje skraplacz 5 zamrażarki a zimne powietrze oddaje przewód idący od parownika 9 do sprężarki 1) prowadzi do powstania napięcia termoelektrycznego na elementach półprzewodnikowych w module termoelektrycznym 3, które stanowią jedną parę. Moduł termoelektryczny może być zbudowany z wielu par półprzewodników połączonych szeregowo. Ponieważ układ chłodzący 7 zamrażarki jest zamknięty, to na półprzewodniki będzie ciągle z jednej strony działać ciepło oddawane z komory gorącej 4 a z drugiej strony zimno oddawane z komory zimnej 2. Wówczas w obwodzie będzie płynął prąd o natężeniu i mocy określonym parametrami modułu termoelektrycznego oraz parametrami układu chłodzącego 7.

W tym przykładzie wykonania układ odzyskiwania ciepła odpadowego jest usytuowany na tylnej ścianie obudowy 8 zamrażarki, jednak nie jest wykluczona możliwość umieszczenia całości układu odzyskiwania ciepła w innym miejscu, np. na ścianie bocznej - w zamrażarkach o specyficznym zastosowaniu lub konstruowanych na zamówienie dla konkretnego układu kuchni czy też sprzętów w zakładzie przemysłowym.

Na fig. 2 przedstawiono schematycznie układ odzyskiwania ciepła odpadowego, na którym pokazano wyjście W modułu termoelektrycznego 3. W pewnym przykładzie wykonania (nie pokazano) jest on połączony wyjściem W z układem zasilania zamrażarki. W innym przykładzie wykonania może być połączony wyjściem W z akumulatorem (nie pokazano), celem magazynowania energii elektrycznej lub zasilania innych urządzeń.

Na fig. 3 pokazano schematycznie przykładowy moduł termoelektryczny 3, który może być wykorzystany w wynalazku. Zawiera on dwie zewnętrzne płytki izolujące (np. ceramiczne), przy czym po wewnętrznej stronie każdej płytki zewnętrznej znajdują się płytki przewodzące (np. miedziane), przy czym pomiędzy zewnętrznymi płytkami usytuowane są naprzemiennie, połączone równolegle termicznie oraz szeregowo elektrycznie za pośrednictwem płytek przewodzących, elementy półprzewodnikowe typu p i typu n. Z półprzewodników wyprowadzone są przewody - dodatni i ujemny, przez które płynie prąd elektryczny gdy na moduł działa z jednej strony zimne powietrze, z drugiej ciepłe.

Celem uzyskania zamrażarki według wynalazku, zamrażarkę wyposaża się w układ odzyskiwania energii ciepła odpadowego obejmujący:

komorę zimną 2 usytuowaną na zewnątrz zamrażarki, komorę gorącą 4 usytuowaną na zewnątrz zamrażarki, moduł termoelektryczny 3 usytuowany pomiędzy komorą zimną 2 a komorą gorącą 4 i przylegający do nich, przy czym przez komorę zimną 2 przeprowadza się przewód układu chłodzącego 7 pomiędzy wyjściem z zamrażarki a sprężarką 1, przez komorę gorącą 4 przeprowadza się przewód układu chłodzącego 7 pomiędzy sprężarką 1 a zaworem rozprężnym 6, przy czym skraplacz 5 umieszcza się również w komorze gorącej 4, łączy się wyjście W modułu termoelektrycznego 3 z urządzeniem odbierającym prąd elektryczny.

Układ odzyskiwania energii ciepła odpadowego może być umiejscowiony na tylnej ścianie obudowy 8 zamrażarki.

Moduł termoelektryczny 3 można połączyć wyjściem W z układem zasilania zamrażarki lub z akumulatorem, celem magazynowania energii elektrycznej lub zasilania innego urządzenia.

Moduł termoelektryczny 3 może zawierać dwie zewnętrzne płytki izolujące, przy czym po wewnętrznej stronie każdej płytki zewnętrznej znajdują się płytki przewodzące, przy czym pomiędzy zewnętrznymi płytkami usytuowane są naprzemiennie połączone równolegle termicznie oraz szeregowo elektrycznie za pośrednictwem płytek przewodzących elementy półprzewodnikowe typu p i typu n.

Oczywiście wynalazek nie ogranicza się do opisanych powyżej przykładów wykonania, a cechy wskazane w zastrzeżeniach można łączyć ze sobą w dowolnych kombinacjach właściwych dla danego zastosowania rozwiązania.

Claims (5)

1. Zamrażarka posiadająca obudowę (8) i układ chłodzący (7) z czynnikiem chłodniczym zawierający połączone płynowo za pośrednictwem przewodów sprężarkę (1), skraplacz (5), zawór rozprężny (6) i parownik (9), znamienna tym, że zawiera:

komorę zimną (2) usytuowaną na zewnątrz zamrażarki, przez którą przebiega przewód układu chłodzącego (7) pomiędzy wyjściem z zamrażarki a sprężarką (1), komorę gorącą (4) usytuowaną na zewnątrz zamrażarki, przez którą przebiega przewód układu chłodzącego (7) pomiędzy sprężarką (1) a zaworem rozprężnym (6), przy czym skraplacz (5) znajduje się również w komorze gorącej (4), moduł termoelektryczny (3) usytuowany pomiędzy komorą zimną (2) a komorą gorącą (4) i przylegający do nich, oraz połączony wyjściem (W) z urządzeniem odbierającym prąd elektryczny, przy czym komora zimna (2), komora gorąca (4) i moduł termoelektryczny (3) stanowią wspólnie układ odzyskiwania energii.

2. Zamrażarka według zastrz. 1, znamienna tym, że układ odzyskiwania energii usytuowany jest na tylnej ścianie obudowy (8) zamrażarki.

3. Zamrażarka według zastrz. 1, znamienna tym, że moduł termoelektryczny (3) jest połączony wyjściem (W) z układem zasilania zamrażarki.

4. Zamrażarka według zastrz. 1, znamienna tym, że moduł termoelektryczny (3) jest połączony wyjściem (W) z akumulatorem.

5. Zamrażarka według zastrz. 1, znamienna tym, że moduł termoelektryczny (3) zawiera dwie zewnętrzne płytki izolujące, przy czym po wewnętrznej stronie każdej płytki zewnętrznej znajdują się płytki przewodzące, przy czym pomiędzy zewnętrznymi płytkami usytuowane są naprzemiennie połączone równolegle termicznie oraz szeregowo elektrycznie za pośrednictwem płytek przewodzących elementy półprzewodnikowe typu p i typu n.